Este tema es muy importante ya que sin la ciencia ni la tecnologia no habria nada servivle en este mundo

1. Energía de paneles solares
Sistemas solaresfotovoltaicos, tipos,
aplicaciones, fabricación, diseño y
composición
DANILO SEBASTIÁN SELLÁN LÓPEZ

2. Ultimas noticias
• En el mundo
• En Colombia
Buen
mom
ento para el mercado
energético solar
residencial: Incendios
forestales en California
han generado
apagones, lo que hace
muy atractivo los
sistemas solares con
baterías. PG&E esta
realizando apagones de
precaución afectando a
mas de 3 millones
Después de 19 meses, los
paneles solares de Guatapé
(EPM) obtienen una mejora en
Buses eléctricos en Colombia.
eficiencia del 11% debido a
Celsia pondrá 120 buses
reducción en
temperaturaeléctricos para el
SITP de
Bogotá y en Medellín
empiezan
TeslaCybertruck
$39,900 Dólares
0-100 en 2.9 segundos
Autonomía 400 a 800 km
Mustang Mach-E
$44,000 dólares
0-100 en 3.5 segundos
Autonomía 320 a 480 km

3. EPM
perd
erá
43
millo
nes
de a
rodar
17 de
los
64
buse
s
dólar
es
por
probl
emas
de
eléct
ricos
H
i
d
r
o
i
t
u
a
ngo. Pierden obligación de energía firme. Tenían dos
contratos por cargo de confiabilidad para 2018 y 2021.
Objetivos
PANE LES SOLARES FOTOVO LTAIC OS
• Tip os d e tec no lo gías
• Asp ec to s téc nic os
• Dis tr ib uc ió n d e las c eld as
• Form a s d e fa b ric ac ió n
• Costo s
• V e n t a j a s y d es v e n t a j a s
• Efic ienc ia
• Corrientes y v olta je s
• Princ ip ales fa b ric a n t e s
• Fa b ric ac ió n d e un p a n e l b ás ic o • Futur o
APLIC ACIO NES Y MO DELOS DE
NEGOC IO S

4. SIS TEMA S
SOLARES FOTOVO
LTAIC OS
• Tip o d e sis t e m
a s ( fijo s, un eje,
d os ejes )
• Inv er sores
• Contr ola do res
• Estr uc tur as
• Ca b l e a d o
• Costo s
• Princ ip ales p rod uc to res
• Sis t e m a s inye c t a d o s
• Sis t e m a s a u t ó no m o s
• Sis t e m a s híb rid os
• Errores com u n e s
• M a n t e n i m i e n t o
• Prec a u c io nes y ries g os
• I n t e g rac ió n c on otr as tec no lo g ías OTRAS TEC NO LOGIA S
SOLARES
Sistemas de energía solar fotovoltaica

5. Hibrido

6. PANELESSOLARES
FOTOVOLTAICOS

7. Los paneles solares son la principal parte
funcional de los sistemas fotovoltaicos
Compuestos por celdas usualmente
conectadas en serie
Aproximadamente 0.5 V por celda
60 o 72 celdas por panel
Capacidad comercial entre 290 W – 400 W

8. Tecnologías

9. Celdas Monocristalinas
Tecnologíamas antigua
Se crean a partir de un cristal único
Construcción a partir del proceso
de Czochralski
Lingotes de 1-2 metros
200-300 mm diámetro
Se cortan con espesor de 0.2-0.75 mm

10. Eficiencias de mas de 20% (~23%)
Celdas Monocristalinas
Ventajas Desventajas
Mayor eficiencia comercial Mas costoso, pero competitivo
Larga vida util
Menor efecto negativo de la temperatura
Desperdicio alto de material en construccion

12. Celdas
Policristalinas
Su estructura es diferente en cada celda
Hecho a partir de silice que se funde

13. Celdas
Policristalinas
Ventajas Desventajas
para formarlingotes
Eficiencia cercanaal 20% (17-19%)

14. Celdas
Mas facil de fabricar y menos desperdicios
Costos menores
Menor eficiencia, igualmente alta
Necesitan mayor superficie
Menos esteticos
de capa delgada (amorfas)

15. Celdas
Mayor cantidad de opciones y aplicaciones
Diferentes materiales, tipos y formas de
construccion
• Silicio amorfo
• Telururo de cadmio (CdTe)
• Seleniuro de cobre, galio e indio (CGIS)
• Célula solar sensibilizada por colorantes (DSC)
Eficiencias del 7 – 13%

17. Celdas de capa delgada
Ventajas Desventajas
Produccion sencilla y barata (solo 1% del silice Baja eficiencia
utilizado en mono)
Pueden ser flexibles Requieren grandes superficies
Buen desempeño en poca luz Degradacion mas rapida y garantia mas
corta

18. Cual tipo de panel es mejor?

19. $ Costos
Eficiencia
Lugar y area disponible
Garantia
Impacto ambiental Gustos del cliente
Otras tecnologias
Organicas
• Utilizados principalmente integrados con
edificios
• Bajo costo
• Baja eficiencia
• Pueden ser de colores o transparentes
• Construccion a base de polimeros
Perovskite

20. • Clase de material con propiedades de
superconductividad y magnetoresistencia
• Promesa del future, alta eficiencia y bajo
costo.
Otras tecnologias
Fotovoltaica concentrada - CPV PERC – Passive emitter and Rear Cell

21. Eficiencias pueden llegar hasta 40%

22. Otras tecnologias
III - V Bifaciales
Eficiencia de 44.7% a 297 Soles en el NREL
Costos de 400 veces el costo de celdas comerciales
Construccion de una celda solar casera

24. Merc

25. ado global
Produccion mundial de celdas

27. Porcentaje de la produccion
Aproximadamente
95% de la
produccion es
Mono o
Policristalinode
silice

28. Evoluc

29. ion de costos y eficiencia

30. Curva de aprendizaje

31. Tasa de aprendizaje:
Cada vez que la
produccion acumulada

32. se duplico, el precio cayo
en 24% por los ultimos
38 anios

33. Evolucion de los costos de las dos principales tecnologias

34. Dimensiones y uso de silice

35. Cada vez se utiliza menos
silice y el espesor de las celdas se reduce

36. Eficiencia de las celdas

37. Eficiencia de los paneles de silice cristalinos

38. Aspectos tecnicos de los
paneles

39. Caracteristicas de voltaje y

40. corriente ideales de una celda
solar
MPP: Maximum Power Point Punto de maxima potencia
Sistemas MPPT: Maximum Power Point Tracking
Sistema para regular voltaje y corriente para mantener el punto maximo de
funcionamiento (optimizadores de potencia)

41. Conexiones en serie y paralelo
Paralelo:
• Mismo voltaje
• Mayorcorriente
Serie:
• Misma corriente
• Mayorvoltaje

42. Conexiones en serie y
paralelo
Efecto del circuito en
serie: El voltaje real es
menor al ideal
Efecto del circuito en
paralelo:
La corriente real es menor a la ideal

43. Efecto de la radiacion
en la potencia
Mayor radiacion,
mayor potencia de
salida
Kumari et al, 2011

44. Efecto de la temperatura en la
potencia
La potencia disminuye
a altas temperaturas
debido a una caida en
el voltaje
Kumari et al, 2011
La potencia de los panels solares se mide en condiciones de laboratorio:
25C, 1000 W/m2

45. Caracteristicas fisicas
Vidrio
• 3 – 4 mm
• Resistencia a granizo de 25 mm
diametro a 100 km/h
• Alta transmisividad
• Bajo contenido de hierro
• Covertura anti-reflejo

46. Caracteristicas fisicas
Estructura de aluminio

47. Caracteristicas fisicas
Pelicula de EVA
• EVA: acetate de vinilo etileno
• Encapsular las celdas y mantiene en
posicion

48. Caracteristicas fisicas
Parte posterior
• Proteccion mecanica y aislante
electrico
• Mezcla de polimeros (PP, PET)

49. Caracteristicas fisicas
Conectores MC4

52. Principales marcas – Tier 1 Mayor produccion
China domina la instalacion y produccion Tier 1 para el tercer cuarto del 2019
1. LONGi Solar – China
2. Jinko Solar – China
3. Hanwha Qcells – Corea
4. JA Solar – China
5. Canadian Solar – China/Canada
6. Risen Energy – China
7. Trina Solar – China (Ganador subasta en
Colombia)
8. First Solar – Estados Unidos
9.GCL Systems – China
10.Talesun – China
Solar review de la base de datos deBloomberg

53. Eficiencias por marcas

54. • SunPower (22.8%)
• LG (21.7%)
• REC Solar (21.7%)
• Panasonic (20.3%) • Silfab (20.0%)
https://news.energysage.com/what-are-the-mostefficient-solar-panels-on-the-market/
Fabricantes para observar
• Sunpower – Celdas de mayor eficiencia – 22.8%
• SolarWatt – Mejor garantia – Hasta 30 anios
• Panasonic – Buena eficiencia y productor confinable – principal proveedor de Tesla
• Kyocera – Pionero por mas de 40 anios

55. • AE Solar – mayor innovacion en el 2018

56. https://www.wholesalesolar.com/solar-panels
https://www.enfsolar.com/pv/pane
l

57. Sistemas solares

58. fotovoltaicos

59. Clasificacion de los sistemas
por tamano
Residencial
(< 15 kW)
Comercial
(< 1 MW)
Gran escala
(>1 MW)

60. Clasificacion de los sistemas
por tipo
Inyectado
(on-grid)
Hibrido
Aislado
(off-grid)

61. Otras partes de los sistemas de energía solar
fotovoltaica
• Inversores
• Controladores
• Estructuras y anclaje
• Cableado
• Sistemas de seguimiento solar
• Baterías

62. Tipos de inversores
Microinversores
• Solucion mas usada.
• Se conectan varios strings (series de
paneles) al inversor.
• No es la mejor opcion si se generan
sombras o los paneles estan ubicados en
distintas direcciones.
• “Capta tanta electricidad como
el panel menos eficiente”
• Se conecta un inversor a cada
panel.
• Puede venir integrado al panel.
• Permite monitoreo especifico.
• Soluciona el problema de los
inversores string.
Inversorstring

63. Tipos de inversores
Inversores centrales Inversores hibridos Optimizadores de potencia
• Similares al los
invesores string pero
para una mayor
cantidad de paneles.
• Son usados en campos
solares a gran escala • Utilizados en sistemas
hibridos.
• Integran un sistema de
inversor/cargador.
• Son bidireccionales
• Regulan el voltaje y
corriente para
encontral el punto de
maxima potencia.

64. • Pueden ser ser
intependientes para
cada panes o string.
Puede venir integrado
con el inversor
•

65. Mercado y marcas
Crecimiento del Mercado de inversores
para solar fotovoltaica
Principales marcas

66. Cuales son mejores?
Las eficiencias son altas, pero los costos aun podrian reducirse

67. Controladores
• Se utilizan es sistemas aislados de la red.
• Controlan la carga de las baterias.
• Dos tecnologias principals:
• PWM • MPPT
PWM –Pulse-WidthModulation
• Masantiguos
• Los paneles no trabajan a su maximapotencia
• La potencia la impone la bateria y su estado de
carga
• Perdidas25-30%
• Sujeto al voltaje de lospaneles
MPPT –Maximum Power PointTracking
• Varia voltaje y amperaje para encontrar el punto
de maximapotencia
• Hasta un 30% maseficiente

68. Estructuras
https://ecofastensolar.com/rockit/ https://www.magerack.com/rail-less-mounting-system/magemount_ii-
2/
https://unirac.com/roofmount/rmdt/ Importante: tipo de techo o terreno
https://www.terrasmart.com/ground-mounts-tf3/

69. Un eje: 50% mas del Proyecto con ejes fijos
Dos ejes: 100% mas del proyecto con ejes fijos IEA (2016). Technology perspectives
Sistemas de rastreosolar
AL-Rousan, et al (2018)
Costos

70. Ventajas
Mayor generacion con el
mismo panel
Desventajas
Mayores costos de
instalacion
Mayores costos de
mantenimiento

72. Cableado
Conectores MC4 Importante: Para evitar esto
Material del cableado
Aislamiento: condiciones del lugar, expuesto a
humedad y radiacion solar
Tener en cuenta que hay corriente alterna y
corrientedirecta
Regulacion nacional einternacional
Baterias
Profundidad de descarga
Carga minima que debe
Conceptos mantener la bateria –
Capacidad (tamano de la bateria): composicion quimica

73. Energia total que una bateria puede almacenar - kWh
Eficiencia de ida y vuelta
Potencia: Energia que puede ser
usada como porcentaje de
Cuanta electricidad puede entregar la la energia que puede bateria instantaneamente
Tipos de baterias
Bateria de plomo y acido
• Capacidad alta + Potencia baja = baja
cantidad de energia por largotiempo
• Capacidad baja + Potencia alta = alta
cantidad de energia por pocotiempo
guardar
Garantia y vida util
Puede ser por ciclos* o por anios
“5000 ciclos o 10 anios al 70% de
su capacidad original”
*1ciclo:unacargaydescarga
delabateria.Normalmente1
pordia

74. Corta vida de uso y baja
profundidad de carga
Menos costosas
Gran escala
TeslaPower Pack
Hornsdale, Australia
100 MW,129 MWh
(5 kW,13.5 kWh TeslaPower Wall)

75. Bateria de ion litio
Mas livianas y compactas
Mayor costo, ciclo de vida y
profundidad de carga
Bateria de agua salada
Facil de reciclar
Utiliza electrolitos de agua
salada

76. El mercado de las baterias
Algunas empresas automotrices estan entrando al negocio de
las baterias como BMW y Mercedes Benz

77. Efecto de las baterias en la red

78. Algunos ejemplos de
baterias
Tesla Powerwall Sonnen Eco LG Chem Resu
13.5 kWh - $6700 5 – 15 kWh - $10000-$20000 9.3 kWh - $6000-$7000

80. Otras tecnologias de
almacenamiento

81. Otras tecnologias

82. Moller, et al (2017)
Otras tecnologias
Hidraulica bombeada Solar concentrada terminca - CSP
Fuente: Consumers Energy - Ludington, Michigan Marruecos - OurazazateNoor

83. Otras tecnologias
Aire comprimido Flywheel

85. Volviendo a los sistemas solares

86. Costos de los sistemas

87. Mantenimiento y monitoreo

88. Fin de vida de los sistemas solares
Reusar: reparacion de paneles
solares
Reciclar: tratamiento de Reducir: reduccion de
los panelesmateriales

89. Modelos de negocio e
innovación
Modelos P2P – Compra y venta entre
prosumidores
Agregación de fuentes distribuidas de
generación
Energía como un servicio:
Parques solares comunitarios
Modelos de leasing o renting
Manejo de residuos: baterías, paneles
usados, otros componentes
Nuevas tecnologías de
almacenamiento
Mantenimiento y monitoreo
Pronostico

90. Gracias
* Algunos textos fueron transcritos de
otro idioma, por lo cual pueden
presentar errores ortográficos.