Power Point

1. ““SISTEMA DE GENERACIÓN YSISTEMA DE GENERACIÓN Y
ALMACENAMIENTO DE ENERGÍAALMACENAMIENTO DE ENERGÍA
FOTOVOLTAICA PARA LA PGA”FOTOVOLTAICA PARA LA PGA”
Ing. MARCO BENALCÁZAR
Dr. LEONARDO BASILE
Ing. MIGUEL TORRETAGLE
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONALESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FUERZA AÉREA ECUATORIANA
PLATAFORMA DE GRAN ALTITUD (PGA)PLATAFORMA DE GRAN ALTITUD (PGA)
GRUPO DE ENERGÍA
17 de Noviembre, 2009

2. PLAN
• Funciones
• Estructura
• Influencia de la posición de la PGA en el valor de
potencia que genera su sistema de energía
• Conclusiones
INTRODUCCIÓN ACERCA DE LA PGA
SISTEMA DE ENERGÍA

3. INTRODUCCIÓN

4. INTRODUCCIÓN
La Plataforma de Gran Altitud
(PGA) es una aeronave construida
para funcionar como un prototipo
de repetidor de comunicaciones
para el Ecuador.
• Carga útil
• Estructuras y Materiales
• Criogenia
• Control e Instrumentación
• Instrumentación Virtual
• Aerodinámica
• Energía
• Telecomunicaciones
GRUPOS DE TRABAJO

5. FUNCIONES

6. FUNCIONES DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO
Aprovisionar de energía eléctrica a
los diferentes dispositivos
electrónicos (cargas) que irán
instalados en la PGA.
• Transforma la energía solar en energía
eléctrica.
• Carga bancos de baterías.
• Suministra la potencia adecuada a cada
equipo de la PGA.
• Supervisa la potencia generada por los
paneles solares y almacenada en los bancos de

7. ESTRUCTURA

8. ELEMENTOS DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO
Peso
Área
Volumen
Fiabilidad
Parámetros
críticos
Limitan la cantidad
de energía a
generar

9. ESQUEMA ELÉCTRICO DEL SISTEMA
FOTOVOLTAICO
Todos los elementos trabajan en corriente directa (DC)Todos los elementos trabajan en corriente directa (DC)

10. ARREGLO DE PANELES SOLARES
Convierten la luz solar en energía eléctrica
Bajo peso
Aislamiento térmico
Flexibilidad
Las celdas solares flexibles
están construidas con silicio
amorfo y presentan un
rendimiento del 10%.
- El arreglo de paneles solares consta de módulos de potencia nominal de 190 W.
- Cada módulo puede generar 15.4 V y 12 A, con un peso de 7.23 kg y 7.06 m2 de área.
- La potencia total que se puede generar depende del área de paneles instalados.
1.02 kg/m226.91 W/m2

11. ARREGLO DE PANELES SOLARES
Los módulos fotovoltaicos de 190 W están construidos a partir de celdas
solares de la serie RC7.2-75 de la empresa PowerFilm:
Existe una diferencia de 0.7 kg/m2 entre la relación peso-área de los módulos de 190
W con la relación de las celdas RC7.2-75. Esta diferencia corresponde al peso del
material sobre el cual están adheridas las celdas, conductores eléctricos y conectores.

12. ARREGLO DE PANELES SOLARES
-Material con el que están fabricadas las celdas fotovoltaicas (silicio
amorfo).
-Limitada cantidad de peso que puede levantar la PGA en función de su
volumen.
-Forma de la aeronave.
Desventajas para el sistema fotovoltaico
Ventajas para el sistema fotovoltaico
-Ubicación geográfica de la zona de pruebas (Aeropuerto de Chachoán-
Ambato). La latitud cero ayuda para que los rayos del sol impacten
perpendicularmente sobre el arreglo de paneles solares de la aeronave,
por lo tanto éstos producen mayor potencia que su valor nominal.
-Altura a la que volará la aeronave (20km). Se supera el nivel de las
nubes (8 km aproximadamente), por lo tanto se tiene mayor intensidad
de luz solar y en mayor cantidad de tiempo (10 horas
aproximadamente).

13. BANCOS DE BATERÍAS
Son los encargados de almacenar una parte de la energía que
generan los arreglos de paneles solares. Esta energía almacenada
hace posible el funcionamiento de algunos equipos de la PGA
durante la noche.
Para construir los bancos se utilizan
baterías de Polímetro de Litio (LiPo).
Soportan profundidades de descarga
continua de hasta 20 veces el valor de
la capacidad de corriente que pueden
proveer, y descargas tipo ráfaga de
hasta 40 veces el valor de dicha
corriente
Características técnicas de las baterías LiPo

14. PROCESO DE CARGA DE BATERÍAS LiPo
Voltaje-Tiempo Corriente-Tiempo
Curvas de carga para una batería LiPo de 11.1 V y 2100 mAh:
bateríamAh
arg
bateríamAh
tiempo
Corriente de c a
=
Relación matemática aproximada para
determinar el tiempo de carga de un
banco de baterías LiPo:
= Capacidad de almacenamiento en corriente de la batería
-El proceso de carga de un banco de
baterías no es lineal.
-La máxima corriente de carga de un banco
de baterías es el doble de la corriente que
puede entregar.

15. PROCESO DE DESCARGA DE BATERÍAS LiPo
Voltaje-Tiempo Corriente-Tiempo
Curvas de descarga para una batería LiPo de 11.1 V y 2100 mAh:
-El proceso de descarga de un banco de
baterías tampoco es lineal.
-Para alargar la vida útil de un banco de
baterías, éste no debe ser descargado al
100%.
bateríamAh
Relación matemática aproximada para
determinar el tiempo de descarga de
un banco de baterías LiPo:
= Capacidad de almacenamiento en corriente de la batería
*0.5
arg
bateríamAh
tiempo
Corriente de consumo de la c a
=

16. SISTEMA DE MONITOREO REMOTO
Data link
Estación Terrena

17. OTROS ELEMENTOS
Cargadores de baterías
Son los encargados de fijar el voltaje que entregan los paneles
solares al voltaje al cual se cargarán los bancos de baterías. Deben
adaptarse a las características eléctricas del proceso de carga de
las baterías LiPo.
Conmutadores
Su función es sensar que el voltaje que entra al grupo de cargas
principales sea el necesario, tanto a nivel de paneles solares como a
nivel de baterías. Si esto no ocurre, lo que hace este elemento es
pasar la energía de los paneles y/o banco de baterías del grupo de
cargas secundarias (subsistema no crítico) al grupo de cargas
primarias.
Convertidores de voltaje
Son los dispositivos encargados de suministrar la cantidad de energía
eléctrica exacta que consume cada carga eléctrica de la PGA.
Funcionan como fuentes tipo switching, con un rendimiento aproximado
del 85%. Tienen blindaje para evitar causar interferencias por la
radiofrecuencia (RF) que generan durante su operación.

18. CARGAS ELÉCTRICAS DE LA PGA
Son los diferentes equipos eléctricos y electrónicos de corriente
continua (DC) que hacen posible el funcionamiento de la aeronave.
-Autopiloto
-Equipos de carga útil
-Equipos de control
-Sensores
-Motores
-…
Grupo de cargas principales
Son un conjunto de dispositivos electrónicos que por su importancia
para el funcionamiento de la PGA, nunca deben parar su función.
Grupo de cargas secundarias
Son un conjunto de dispositivos electrónicos a los cuales se les podría
suspender el suministro de energía, dado que no son imprescindibles
para el funcionamiento de la PGA.
Presentan un alto consumo de energía

19. INFLUENCIA DE LA
POSICIÓN DE LA PGA
EN EL VALOR DE
POTENCIA QUE
GENERA SU SISTEMA
DE ENERGÍA

20. ASPECTOS IMPORTANTES
Área efectiva de incidencia de luz solar
Es la superficie de paneles solares que
reciben radiación solar a una determinada
hora del día.
La cantidad de potencia que genera el
arreglo de paneles solares en un determinado
instante depende directamente del área
efectiva de paneles solares

21. INCIDENCIA DE LOS RAYOS SOLARES CUANDO LA
AERONAVE ESTÁ A 0 GRADOS RESPECTO DEL
NORTE
Área efectiva para un ángulo
de incidencia de los rayos
solares de:
a) 0 grados (inicio del día), y
b) 90 grados (mitad del día)

22. Área efectiva para un ángulo de
incidencia de los rayos solares
de:
a) 0 grados (inicio del día), y
b) 90 grados (mitad del día)
INCIDENCIA DE LOS RAYOS SOLARES CUANDO LA
AERONAVE ESTÁ A 90 GRADOS RESPECTO DEL
NORTE

23. RESULTADOS PARA UNA AERONAVE DE 24m

24. CONCLUSIONES

25. • La orientación de la aeronave juega un papel importante sobre
el valor de potencia que genera el arreglo de paneles solares. Se
genera mayor potencia con una orientación de 0 grados de la PGA
con respecto del norte, que con una orientación de 90, por lo
tanto sería ideal que el eje mayor de la aeronave siempre esté
paralelo al eje norte – sur, para de esta manera obtener la
mayor cantidad de potencia generada por sus paneles solares.
•Debido a la forma elipsoidal de la aeronave, la potencia que se
instala en paneles solares jamás llega a ser la potencia que se
genera, debido a que sola una parte de los mismos es incidida por
luz solar, y por lo tanto solo dicha parte es la que genera energía
eléctrica.
•La agrupación de cargas en grupos primarios y secundarios,
según su importancia para la operación de la aeronave, ayuda a
mantener siempre abastecidos de energía a los equipos que son
críticos para el funcionamiento de la misma, con lo cual se
minimiza el riesgo de perder la PGA por déficit de energía.

26. GRACIAS POR
SU ATENCIÓN …