UD3 PRESENTACION MODULOS Y GENERADORES FOTOVOLTAICOS.pdf

Paraninfo
Vicente Mascarós Mateo
Gestión del montaje de instalaciones
solares fotovoltaicas
Unidad 3
Módulos y generadores
fotovoltaicos

Paraninfo 3 Módulos y generadores fotovoltaicos
Figura 3.1. Células fotovoltaicas de silicio
monocristalino.
• Componente encargado de transformar la
energía solar en eléctrica----Célula (Vida útil
30 años)
• Una célula genera niveles bajos de tensión e
intensidad, es necesario agruparlas para
formar los módulos fotovoltaicos.
• Una agrupación de módulos formar el
generador fotovoltaico.
• La célula solar capta fotones de luz y emite
electrones: (Para 1000W/m2)
• Voc=0,6 V
• Isc=3 A
• Tipo de Células según fabricación:
• Cristalinas de silicio:
• Monocristalinas
• Policristalinas
• Capa fina:
• Silicio amorfo
• Teluro de Cadmio
• Células multiunion
• Fotovoltaica de concentración (Rdtos.
20-30%)
• Células Flexibles
3.1 EL MODULO FOTOVOLTAICO

Figura 3.2. Módulo fotovoltaico de silicio monocristalino.
3.1.1 Características constructivas
• Un modulo fotovoltaico es la asociación de
células, para conseguir mayores niveles de
potencia, tensión e intensidad.
Figura 3.4. Módulo fotovoltaico de silicio amorfo.
Figura 3.3. Módulo fotovoltaico de silicio policristalino.

3.1.1 Características constructivas
• Un modulo fotovoltaico esta formado por:
• Cubierta frontal: Fabricada en vidrio
templado de 3-4 mm de espesor. Debe
de ser buen transmisor y posser baja
reflexión. La resistividad térmica debe
de ser baja para disipar mejor la Tª de
la célula.
• Encapsulante: Formado por material
transparente. Proporciona solidez a las
células.
• Células FV: Para realizar la conexión
entre células Capa P-Capa N, se
emplean cintas colectoras de aluminio.
• Cubierta posterior: Fabricada en
material plástico, Tedlar
• Marco: Fabricado en aluminio
anodizado, viene preparado para su
pat.
• Caja de Conexiones: con terminales +
y -.
Figura 3.6. Características constructivas
de un módulo fotovoltaico.
Figura 3.7. Conexión eléctrica entre células
fotovoltaicas mediante cintas colectoras.

Figura 3.8. Curva intensidad-tensión de un módulo
fotovoltaico en condiciones estándar de medida.
3.1.1 Curvas Caracteristicas
Figura 3.9. Curva potencia-tensión de un módulo
fotovoltaico en condiciones estándar de medida.
• Condiciones CEM: Irradiancia 1000W/m2, Tª Celula 25ºC, AM 1,5
• Potencia máxima de un modulo FV:

Figura 3.10. Curva I-V de un módulo fotovoltaico para distintos
valores de la irradiancia solar y una temperatura de trabajo de
las células de 25 °C.
Figura 3.11. Curva P-V de un módulo fotovoltaico para distintos valores de la
irradiancia solar y una temperatura de trabajo de las células de 25 °C.
3.1.2 Influencia de la irradiaciacion

3.1.3 Influencia de la irradiaciacion
• La potencia eléctrica suministrada por un modulo FV
depende de la irradiancia solar incidente, a menor
irradiancia menor potencia. La podemos obtener con la
expresión:
• La intensidad de cortocircuito (Isc,g) es proporcional a
la irradiancia solar recibida de acuerdo a la siguiente
expresión:
• Actividad resuelta 3.1
• Actividad Propuesta 3.2

3.1.4 Influencia de la temperatura
Figura 3.12. Curva intensidad-tensión de un módulo
fotovoltaico para distintos valores de temperatura de trabajo
con una irradiancia solar de 1000 W/m2.
Figura 3.13. Curva potencia-tensión de un módulo
fotovoltaico para distintos valores de temperatura de trabajo
con una irradiancia solar 1000 W/m2.

3.1.4 Influencia de la temperatura
• La potencia eléctrica suministrada por un modulo FV
también depende de la temperatura de trabajo de las
células, a mayor Tª disminuye la Voc y aumenta
ligeramente la Isc.
• Se puede utilizar las siguientes expresiones para
calcular la Voc, Isc, y por tanto la potencia para unas
condiciones Tª diferentes a las condiciones CEM.
• Se denomina “Tª de operación nominal de celula (TONC)
a la Tª que alcanzan las células FV cuando la Tª
ambiente es de 20ºC, la irradiancia es de 800W/m2,
velocidad del viento 1 m/s.
• A partir de este valor de TONC facilitado por el
fabricante se puede calcular la Tª de trabajo de las
células FV para una determinada irradiancia y Tª
ambiente.
• Actividad resuelta 3.2

Figura 3.14. Hoja de características del módulo fotovoltaico A-200M.
(Fuente: ATERSA).

3.1.5 Parámetros característicos de un modulo FV
• Intensidad en cortocircuito Isc
• Tensión de circuito abierto Voc
• Potencia Máxima Pmpp
• Tensión en el punto de máxima potencia Vmpp
• Intensidad en el punto de máxima potencia Impp
• Tensión máxima del sistema
• Rendimiento ó eficiencia (η)
• * Factor de Forma o de relleno
• *Intensidad inversa (ir)
• Coeficiente de Tª de Isc (α)
• Coeficiente de Tº de Voc (β)
• Coeficiente de Tº de P (Ɣ)

3.1.7 Diodos de Paso
• Punto Caliente: Cuando una célula o grupo de células
dentro de un modulo FV genera menos intensidad de la
rama o String.
• El sombreado es inevitable, y provoca la inversión de su
polaridad convirtiéndose en una carga eléctrica que
consume energía. Para evitar esto se utilizan los diodos
de paso.
• El diodo limita la tensión de polarización de la célula
sombreada.
• 2 posibles configuraciones: Serie y redundante
Figura 3.18. Símbolo del diodo.
Figura 3.19. Diodos.
Figura 3.20. Configuración serie de diodos de paso.
Figura 3.22. Configuración redundante de diodos de paso (overlapping).

3.1.8 Criterios de selección de módulo FV
• Rendimiento o eficiencia
• Tolerancia de potencia máxima
• Punto de Trabajo
• Presupuesto
• Garantía de Potencia
• Garantía de defectos
• Características ambientales
• Asesoramiento técnico y servicio postventa

3.2.1 Asociación y conexión de módulos FV (Serie)
Figura 3.23. Asociación serie de módulos
fotovoltaicos.
• Aumentamos tensión y potencia eléctrica manteniendo
la intensidad-----Rama ó String.
• La tensión eléctrica del generador (Vgf) es el producto
de 1modulo (Vmf) por el numero de módulos en serie
(Ns),mientras que la intensidad del generador FV (Igf) es
la intensidad de 1 de los modulos (Imf)

3.2.1 Asociación y conexión de módulos FV (Paralelo)
• Aumentamos la intensidad y potencia eléctrica
manteniendo la tensión.
• La intensidad eléctrica del generador (Igf) es el producto
de la intensidad de 1 modulo (Imf) por el numero de
módulos en paralelo (Np),mientras que la tensión del
generador FV (Vgf) es la tensión de 1 de los módulos
(Vmf)
Figura 3.24. Asociación paralelo de módulos fotovoltaicos.

3.2.1 Asociación y conexión de módulos FV (mixta)
• Combina las asociaciones serie y paralelo.
• La tensión eléctrica del generador (Vgf) es el producto
de la tensión de 1 modulo (Vmf) por el numero de
módulos en serie (Ns),mientras que la intensidad del
generador FV (Igf) es igual al producto de la intensidad
de un modulo FV (Imf) por numero de ramas conectadas
en paralelo (Np)
Figura 3.25. Asociación mixta de módulos fotovoltaicos.
• En todos los casos la potencia del generador FV será:

3.2.2 Sistemas de Agrupamiento
Figura 3.26. Esquema unifilar de un generador
fotovoltaico dividido en subcampos.
• GRANDES GENERADORESFV: Dividimos en subcampos
• CE nivel 1 (de cada subcampo)
• CE Nivel 2 (Cuadro de protección del conjunto de
subcampos de nivel 1)
Figura 3.27. Generador fotovoltaico dividido en subcampos,
con un cuadro de distribución para cada subcampo.

3.2.3 Dispositivos de maniobra y seccionamiento
• Recomendable incluir dispositivos de desconexión de
cada rama (Fusibles ó PIA CC) para facilitar tareas de
verificación y mantenimiento.
• Instalar dispositivo de desconexión del subgrupo y
generador FV completo.
• Seccionador: Podemos maniobras sin carga.
• Interruptor-Seccionador: Podemos abrir y cerrar
circuitos bajo tensión en carga
Figura 3.28. Dispositivo de maniobra y
seccionamiento. (Fuente: ABB).
Figura 3.29. Símbolo de un seccionador y
de un interruptor-seccionador.
Figura 3.32. Fusibles cilíndricos.
(Fuente: ABB).

3.2.4 Protección contra sobretensiones transitorias
• Las instalaciones FV están expuestas a descargas
atmosféricas originadas por rayos.
• Se deben instalar protectores contra sobretensiones
(SPD),o bien a nivel de cada string o bien en la
protección general de CC del Generador
Figura 3.31. Descargador contra sobretensiones.
(Fuente: ABB).
3.2.5 Protección contra corrientes inversas
• Una rama o string puede funcionar como receptor de
potencia. Si tenemos 3 o mas ramas es necesario
insertar elementos de protección contra corrientes
inversas.
• Para ello insertamos diodos de Bloqueo.
Diodo de Bloqueo

3.2.5 Dispositivos de Protección contra sobrecargas y
cortocircuitos
• Fusibles (Tipo gPV)
• Interruptor Magnetotérmico (especifico para
corriente continua)
Figura 3.34. Base portafusibles
seccionable. (Fuente: ABB).
Figura 3.35. Interruptor magnetotérmico.
(Fuente: ABB).

3.2.5 Ejemplos de agrupación de Ramas
Figura 3.36. Conexión de ramas en paralelo sin
dispositivos de protección. Ventajas: montaje
sencillo. Inconvenientes: los módulos no están
protegidos contra las corrientes inversas ni
cortocircuitos.
Figura 3.37. Conexión de ramas en paralelo con diodos de bloqueo. Ventajas:
protegen contra corrientes inversas. Inconvenientes: no son dispositivos de
protección contra sobreintensidades; dan lugar a una pérdida de potencia.

Figura 3.38. Ejemplo de conexión de ramas en paralelo con
fusibles de protección. Ventajas: bajo coste; protegen contra
sobrecorrientes y contra corrientes inversas (a partir de un valor
mínimo de corriente inversa). Inconvenientes: se deben sustituir
después de cada actuación.
Figura 3.39. Ejemplo de conexión de ramas en paralelo con
interruptores magnetotérmicos. Ventajas: protegen contra
sobrecorrientes y contra corrientes inversas (a partir de un valor
mínimo de corriente inversa); no se sustituyen después de cada
actuación; permiten desconectar cada rama. Inconvenientes: coste.

Figura 3.40. Cuadro prefabricado para aplicaciones
fotovoltaicas. (Fuente: ABB).
Cuadro CC configurado con software XLPro Legrand

3.3. Estimación de energía producida por Generador FV
• La medimos en Wxh ó KWxh, también se puede medir en Axh (Conocida
la tensión del sistema)
• Perdidas en un generador FV:
• Perdidas debidas a la tolerancia nominal de los Módulos FV
• Perdidas por degradación de potencia con el paso del tiempo.
• Perdidas por mismatch.
• Perdidas por aumento de Tª de trabajo.
• Perdidas por suciedad.
• Podemos modelar el Rendimiento de los módulos añadiendo a
nuestros cálculos un rendimiento entre 0,8-0,9

3.3.1 Punto de funcionamiento máxima
potencia
• La estimación de energía se puede calcular como:
3.3.1 Punto de funcionamiento tensión
impuesta
• Cuando conectamos directamente a una batería su
punto de funcionamiento viene impuesto por la
tensión nominal de esta. Si la tensión de la batería
es inferior a la tension en el PPM (Vmpp), entoces:

Figura 3.41. Las tareas de limpieza de los módulos fotovoltaicos son
imprescindibles cuando la acumulación de polvo y suciedad ocasiona pérdidas
considerables de potencia.

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