Factores que afectan la generación solar

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Published on February 28, 2014

Author: ricknag

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Factores que afectan la generación solar

Factores que afectan la generación solar Introducción a las Energías Alternativas

contenido Efecto sobre la generación solar. Irradiación Temperatura Espectro Protección de los paneles. Montura. 02/28/14 Factores que afectan la generación solar. 2

Efecto de la irradiancia Los valores de Isc, Voc y curva característica cambian con el nivel de intensidad de la luz recibida (irradiancia E). La corriente, voltaje y potencia pico aumentan con la irradiancia. El cambio mas significativo ocurre en la corriente, ya que el voltaje no se produce un gran cambio. Por lo general este cambio en la corriente es directamente proporcional, por lo que si conocemos la corriente a una irradiancia E1 podemos hallar la corriente a una irradiancia E2 con la siguiente fórmula. 02/28/14 Factores que afectan la generación solar. 3

Ejemplo: Irradiancia Un panel solar produce 5 ampere a 900watt/m^2 cual es la corriente a 350Watt/m^2 02/28/14 Factores que afectan la generación solar. Slide 4

Cambios debido a la temperatura La temperatura afectan grandemente al funcionamiento de la célula El factor que mas se afecta es el de voltaje en circuito abierto que disminuye cuando aumenta la temperatura. En general energía eléctrica generada por el panel y por tanto la eficiencia disminuyen con la temperatura. La temperatura final de las celdas dependerá mayor mente de los factores ambientales, como viento irradiación ect. 02/28/14 Factores que afectan la generación solar. Slide 5

Coeficientes de temperatura La variación de la corriente con la temperatura esta determinada por el factor α, el de voltaje es β y la de Potencia máxima es γ. 02/28/14 Algunos fabricantes ofrecen estos parámetros en forma absoluto y no proporcional. Ejemplo: Factores que afectan la generación solar. Slide 6

Ejemplo de cambio de temperatura Un panel de 180 watt tiene Isc=6.7A, Voc=25V a la temperatura de 25oC cual será el valor de estos parámetros a la temperatura de 40oC si los valores de α =.03% β =-.35% γ =-.40%. 02/28/14 Factores que afectan la generación solar. Slide 7

Condiciones de referencia La data proporcionada por el fabricante sobre Voc, Isc, Vpmax, Ipmax, Pmax, son tomadas a las condiciones ideales de: Irradiancia 1000W/m2 Tc=25 grados Distribucion espectral 1.5 Tc se refiere la temperatura de la celda en grados selcius. Y la distribucion espectral se refiere a los diferentes longitudes de ondas que se encuentran en la luz recibida. 02/28/14 Factores que afectan la generación solar. Slide 8

Condiciones nominales Estas condiciones de operación son mucho mas realista que la anterior. Irradiancia: 800w/m^2 TNOC: Temperatura nominal de operación de la celda. (varia con las celdas) Velocidad del viento: 1m/s Temperatura ambiente: 20 oC Si queremos encontrar la temperatura real de las celdas a partir de estos parámetros podemos utilizar la siguiente formula: 02/28/14 Factores que afectan la generación solar. Slide 9

Ejemplo temperatura de la celda Un panel de 180 Watt tiene una temperatura de operación en condiciones nominales de 35oC, cual será su temperatura TC si la del ambiente es 15oC y la irradiancia es 600 watts/m^2. 02/28/14 Factores que afectan la generación solar. Slide 10

Interconexionado de las celdas y modulos fotovoltaicos. Para alcanzar la potencia deseada normalmente se necesitan varios paneles. Estos paneles se conectan en serie y en paralelo para alcanzar el voltaje deseado. 02/28/14 Al diseñar este arreglo se deben tomar en cuenta algunas reglas. La suma de potencia de todos los paneles debe ser igual o mayor que la potencia deseada. La suma de los voltajes de los paneles en serie debe ser igual al voltaje deseado para el panel. La suma de los corrientes de los paneles en paralelo debe ser igual a la corriente en paralelo del sistema . Factores que afectan la generación solar. Slide 11

Ejemplo de diseño de panel Cuantos paneles de 180 watt se necesitaran para producir 3Kilowatt de potencia. Como estarían los arreglos de celdas si van alimentar directamente un banco de baterías de 36V, y los parámetros de los paneles son. Voc=32.6V, Vpm=25.9V, Isc=7.78A, Ipm=6.95A. Cual será la potencia final del arreglo y sus valores Voc,Vpm,Isc,Ipm. 02/28/14 Factores que afectan la generación solar. 12

Precauciones al conectar en serie Los paneles que se conectan en serie deben tener las mismas corrientes. En el caso de que no lo sean la mas pequeña limitara la corriente y se convertira en carga, pudiendo llegar hasta la destrucción. 02/28/14 Factores que afectan la generación solar. Slide 13

Precauciones al conectar en Paralelo Los paneles que se conectan en paralelo deben tener el mismo voltaje. En caso de que no sea a así el voltaje del mas pequeño dominara y se podría convertir en una carga , en el sistema absorbiendo la energía que las otras celdas producen, llegando hasta la destrución. 02/28/14 Factores que afectan la generación solar. Slide 14

Energía absorbida por las celdas cuando funcionan como carga Aunque se trate de evitar conectar paneles en serie con diferentes características de corriente y paneles en paralelo con diferentes características de voltaje, estas pueden convertirse en carga por el efecto de una sombra en algunos de ellos. Para evitar la destrucción de los paneles debemos evitar que estos alcance la temperatura conocida como punto caliente. 02/28/14 Calculo de la temperatura en función de la potencia absorbida. El incrementeo en temperatura por la potencia disipada esta relacionada por el siguiente factor. Luego con esta formula se puede calcular la temperatura de la celda que debe mantenerse por debajo del punto caliente. Factores que afectan la generación solar. 15

Ejemplo temperatura final de la celda en función de la potencia absorbida. Una celda solar de superficie 100cm^2 absorbe una potencia de 2Watt cuando su temperatura TONC es de 25oC cual será su temperatura final. 02/28/14 Factores que afectan la generación solar. 16

Utilizando diodos de paso para proteger los paneles Para evitar que un panel se convierte en carga absorviendo la energía que producen los otros, se colocan cada cierto grupo de celdas en serie un diodo en inverso. Cuando el voltaje y/o la corriente de las otras celdas fuerzan un voltaje negativo entre sus terminales, el diodo conduce reduciendo el voltaje máximo negativo a 0.7 02/28/14 Factores que afectan la generación solar. Slide 17

Ejemplo de diodos de paso Un panel preconstruido podría traer diodos de pasos integrados. En el panel de arriba de 36 celdas en serie se coloca un diodo que sobrepasa 24 celda, y otro grupo que pasa 24 celdas solapadas. En el grupo de abajo se hicieron grupos de 18 separados cada uno. 02/28/14 Por regla general se la corriente que deben soportar estos diodos se escoje igual al doble de la suministrada por el panel. El voltaje en inverso que ellas deben soportar es igual al total de voltaje del sistema. Factores que afectan la generación solar. 18

Conectando grupos en paralelos Si tenemos un grupo de paneles que hay que colocarla en serie y paralelo, se pueden agrupar primero los grupos en paralelo y luego los grupos en serie. En este caso los diodo tienen que soportar mayor corriente. 02/28/14 Factores que afectan la generación solar. 19

Conectando grupos en serie Si hacemos la conexión en serie y luego en paralelo, hay que colocar mas diodo. Sin embargo si los paneles vienen con un diodo de paso, este será suficiente y no se necesitará ninguno externo. 02/28/14 Factores que afectan la generación solar. 20

Diodos de bloqueo Además del diodo de paso se utilizan un diodo en serie con los terminales del sistema para impedir que la celda durante la noche descargue la batería. 02/28/14 Factores que afectan la generación solar. 21

Diodos de bloqueo en grupos en paralelo La misma idea de bloquear la corriente al panel completo se puede usar para bloquear grupos grandes que podrían absorber corriente de los otros grupos cuando se conectan en paralelo. 02/28/14 Factores que afectan la generación solar. 22

Cableado El cable que se utiliza para interconectar celdas debe ser resistente a la luz solar. Los cables que bajan hacia las baterías deben estar cubiertos por la intemperie y deben ser de aislante de combustión. 02/28/14 Deben ser resistente a la corrosión y humedad. En caso de enterramiento deben estar a 41cm de profundidad. La caída de voltaje entre las celdas y el resto de los componentes del sistema debe ser menor de 1%. Factores que afectan la generación solar. 23

Protección de sobre corriente y sobre voltaje Par evitar que una corriente excesiva dañe los cables y el resto de los componentes se deben instalar fusibles. Además se contará con un interruptor que desconectara las celdas, para proteger el personal de excesivo voltaje cuando se requiera mantenimiento. 02/28/14 Conexión a tierra Toda parte metálica que pueda ser tocada por el personal técnico o usuario debe ser conectada a tierra. Se pueden usar dispositivos como varistores para prevenir que un voltaje mas alto del esperado aparezca en el bus DC que hay en el panel. Factores que afectan la generación solar. 24

Estructuras de soporte Deben ser resistente a la corrosión Deben proveer el ángulo adecuado para obtener la mayor energía posible durante el ano. Deben esta orientado hacia el sur. Para nuestra latitud (18 o) es recomendable un ángulo de 11 grados. 02/28/14 Factores que afectan la generación solar. 25

Separación entre los paneles Si queremos evitar que el un panel u obstaculo vertical de altura h produzca sombra en un panel cercano por lo menos en las cuatro horas antes y despues del medio dia , se dben separar una distancia d. 02/28/14 Los valores de k se pueden calcular seperadamente para diferente valores de latitud. Luego solo tenemos que multiplicar h por K para obtener d Factores que afectan la generación solar. 26

Soportes comerciales Se pueden conseguir estructuras para montar paneles de diferentes tamaños y peso. En la figura los de arriba vienen diseñados para paneles pequeños Los de abajo son mas adecuado para paneles grandes. 02/28/14 Factores que afectan la generación solar. 27

Sistemas de seguimiento Si queremos seguir el sol a medida que se mueve del este al oeste durante el día, la plataforma se monta sobre una estructura móvil como el de la figura. Este sistema de montaje es definitivamente mas caro que el fijo y requiere un sistema de control para automatizar el seguimiento. El costo de estos sistemas tiene que compararse con sus beneficios en cada caso para determinar su efectividad. 02/28/14 Factores que afectan la generación solar. 28

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