PVS IN BLOOM. Seminarios de formación para técnicos de entidades locales. Introducción a la Tecnología Fotovoltaica

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1 PVS IN BLOOM Seminarios de formación para técnicos de entidades locales Introducción a la Tecnología Fotovoltaica 1

2 INTRODUCCION Tasa media de crecimiento anual de las energías renovables ( ) 2

3 INTRODUCCION ENERGÍA SOLAR DIRECTA SOLAR TÉRMICA SOLAR FOTOVOLTAICA 3

4 INTRODUCCION Clasificación Sistemas Fotovoltaiacos 4

5 INTRODUCCION Aplicaciones de la energía solar fotovoltaica- Sistemas Fotovoltaicos Autónomos 5

6 INTRODUCCION Aplicaciones de la energía solar fotovoltaica- Sistemas Fotovoltaicos Autónomos. Telecomunicaciones 6

7 INTRODUCCION Aplicaciones de la energía solar fotovoltaica- Sistemas Fotovoltaicos Autónomos. Electrificación Rural 7

8 INTRODUCCION Aplicaciones de la energía solar fotovoltaica- Sistemas Fotovoltaicos Autónomos. Electrificación Rural 8

9 INTRODUCCION Aplicaciones de la energía solar fotovoltaica- Sistemas Fotovoltaicos Autónomos. Bombeo 9

10 INTRODUCCION Aplicaciones de la energía solar fotovoltaica- Sistemas Fotovoltaicos Autónomos. Bombeo 10

11 INTRODUCCION Aplicaciones de la energía solar fotovoltaica- Sistemas Fotovoltaicos Autónomos. Alumbrado 11

12 INTRODUCCION Aplicaciones de la energía solar fotovoltaica- Sistemas Fotovoltaicos Autónomos. Otras aplicaciones 12

13 INTRODUCCION Aplicaciones de la energía solar fotovoltaica- Sistemas Fotovoltaicos Autónomos. Sistemas extraterrestres 13

14 INTRODUCCION Aplicaciones de la energía solar fotovoltaica- Sistemas Fotovoltaicos Conectados a Red Elemento clave: INVERSOR 14

15 INTRODUCCION Aplicaciones de la energía solar fotovoltaica- Plantas FV Olmedilla 60 MWp 15

16 Plantas FV Beneixama 20 MWp Gálvez 70 kwp 16

17 INTRODUCCION Aplicaciones de la energía solar fotovoltaica- Plantas FV Olivenza 18 MWp Calasparra 30 MWp 17

18 INTRODUCCION Aplicaciones de la energía solar fotovoltaica- Integración Arquitectónica Pérgola Fachada 20kWp 40kWp La integración en edificios responde a un concepto novedoso, la generación distribuida, en donde, uno de los objetivos es la generación de electricidad cerca de los lugares de consumo 70kWp 18

19 INTRODUCCION Aplicaciones de la energía solar fotovoltaica- Sistemas Fotovoltaicos Conectados a Red Proyecto: HAUS DER ZUKUNFT Ciudad:WELL (AT) Características: Edificio Residencial Monocristalino Conectado a red Tejado 3,47 kwp 19

20 INTRODUCCION Aplicaciones de la energía solar fotovoltaica- Sistemas Fotovoltaicos Conectados a Red Proyecto: AUF DEM KRUGE Ciudad:Bremen (DE) Características: 80 Casas Individuales Multicristalino Conectado a red Tejado 2.5 kwp/unid. (200 kwp Total) 20

21 INTRODUCCION Aplicaciones de la energía solar fotovoltaica- Sistemas Fotovoltaicos Conectados a Red Proyecto: STADTWERKE Ciudad:Heidenheim (DE) Características: Edifico de Oficinas Monocristalino Conectado a red Parasoles 14 kwp 21

22 INTRODUCCION Aplicaciones de la energía solar fotovoltaica- Sistemas Fotovoltaicos Conectados a Red Proyecto: BRE Ciudad:Watford (GB) Características: Edificio Comercial Si Amorfo Conectado a red Fachada 3 kwp 22

23 INTRODUCCION Aplicaciones de la energía solar fotovoltaica- Sistemas Fotovoltaicos Conectados a Red Proyecto: IKEA Store Ciudad:Stockholm Características: Zona Comercial Multicristalino Conectado a red Tejado kwp 23

24 INTRODUCCION Aplicaciones de la energía solar fotovoltaica- Sistemas Fotovoltaicos Conectados a Red Proyecto: CAFETERIA IMEC Ciudad: Leuven (BE) Características: Edificio Comercial Conectado a red Monocristalino Tejado 2.5 kwp 24

25 INTRODUCCION Aplicaciones de la energía solar fotovoltaica- Sistemas Fotovoltaicos Conectados a Red Proyecto: DE KLEINE AARDE Ciudad:Boxtel (NL) Características: Centro de Educación Multicristalino Conectado a red Tejado 7.8 kwp 25

26 INTRODUCCION Aplicaciones de la energía solar fotovoltaica- Sistemas Fotovoltaicos Conectados a Red Proyecto: PV Umbrella Ciudad: Roma (IT) Características: Mobiliario Urbano Multicristalino Conectado a red Parasol 0.5 kwp 26

27 INTRODUCCION Aplicaciones de la energía solar fotovoltaica- Sistemas Fotovoltaicos Conectados a Red Proyecto: Car Shetler Ciudad: (JP) Características: Mobiliario Urbano Amorfo Conectado a red Tejado 0.74 kwp 27

28 INTRODUCCION Aplicaciones de la energía solar fotovoltaica- Sistemas Fotovoltaicos Conectados a Red Proyecto: ESTACION DE TREN Ciudad: Morges (CH) Características: Edificio Comercial Conectado a red Multicristalino Tejado 21.6 kwp 28

29 INTRODUCCION Aplicaciones de la energía solar fotovoltaica 29

30 INTRODUCCION Evolución anual del mercado Mundial FV (año 2009) 30

31 INTRODUCCION Radiación Solar Fuente: Instalaciones Fotovoltaicas. Dirección General de Industria, Energía y Minas 31

32 INTRODUCCION Radiación Solar Extraterrestre Bo Atmósfera Directa B Difusa D Albedo R Superficie Receptora Global = Directa + Difusa + Albedo G = B + D + R 32

33 INTRODUCCION Radiación Solar Fuente: Instalaciones Fotovoltaicas. Dirección General de Industria, Energía y Minas 33

34 INTRODUCCION Radiación Solar 34

35 INTRODUCCION Radiación Solar Fuente: Instalaciones Fotovoltaicas. Dirección General de Industria, Energía y Minas 35

36 PVS IN BLOOM Seminarios de formación para técnicos de entidades locales Fundamentos básicos de los Sistemas Fotovoltaicos Conectados a Red 36

37 INTRODUCCION Diagrama de bloques simplificado SFCR MODULARIDAD 37

38 BC LA CELULA SOLAR Fundamentos BC BC E = hf >= E G E G BV Electrón BV BV Hueco Fotón 38

39 LA CELULA SOLAR Fundamentos I ph I D (V) E N P V + I =I ph -I D (V) 39

40 LA CELULA SOLAR Fundamentos Generación de pares e - -h + Pérdidas por reflexión Dirección rayos solares E N P Metal Capa antirreflexiva Si tipo n+ Si tipo p Contacto posterior Pérdidas por transmisión 40

41 LA CELULA SOLAR Fundamentos 41

42 LA CELULA SOLAR Tipos de célula Tipos de células solares según su fabricación y la tecnología empleada (Fuentes: A. Luque y G. Sala, 2003; DGS, 2008) 42

43 LA CELULA SOLAR Tipos de célula 43

44 LA CELULA SOLAR Curva característica V-I Curva característica depende: 1. Tecnología de fabricación. 2. Condiciones de operación. Fundamentalmente (G y Tc)222 44

45 LA CELULA SOLAR Influencia de la irradiancia (G) a temperatura constante de la célula (Tc) I L ISC; ISC 1 = I SC2 G G 1 2 V OC independiente de G (primera aproximación) η crece logarítmicamente con G EL AUMENTO DE G FAVORECE EL COMPORTAMIENTO DE LA CÉLULA 45

46 LA CELULA SOLAR Influencia de la temperatura de la célula (TC) a irradiancia (G) constante I L I SC independiente de T C (primera aproximación) V dv dt OC OC C = V 0,0023V K OC, STC 1 0,0023( T para elsi C 298) (1/η)dη /dt C -0,0035 K -1 (Si) EL AUMENTO DE T C EMPEORA EL COMPORTAMIENTO DE LA CÉLU 46

47 LA CELULA SOLAR Condiciones Estándar de Medida Condiciones Estándar de Medida (CEM) definidas por la Comisión Electrotécnica Internacional en su norma y recogidas en la Norma UNE-EN (en inglés: STC Standard Test Conditions) T C = 25ºC (Temperatura de la célula) G= 1000 W/m 2 Distribución espectral A.M = 1,5. Irradiancia incidente perpendicular. 47

48 LA CELULA SOLAR Condiciones STC y TONC CONDICIONES ESTÁNDARES DE MEDIDA G STC = 1000 Wm -2 T C,STC = 298K Incidencia normal Espectro AM 1,5 PARÁMETROS ELÉCTRICOS V OC,STC I SC,STC P M,STC OTROS: FF STC, η STC, etc. G T C 2 TONC( K ) 293K ( K ) = T ( K ) + G( W m ) 2 amb 800W m (5) T amb TONC(K): temperatura de la célula cuando: T C? G = 800 Wm -2 T amb = 293K Incidencia normal Espectro AM 1,5 Velocidad viento=1m s -1 48

49 EL MÓDULO FOTOVOLTAICO 49

50 EL MÓDULO FOTOVOLTAICO Condiciones STC TONC 20º C T Wm c = G T 2 a 50

51 EL MÓDULO FOTOVOLTAICO Curva V-I caracterisitica. Tcelula= cte. 51

52 EL MÓDULO FOTOVOLTAICO Curva V-I caracterisitica. Irradiancia = cte. 52

53 GENERADOR FOTOVOLTAICO V GENERADOR = V MÓDULO * N ms I GENERADOR = I MÓDULO * N mp P GENERADOR = P MÓDULO * (N mp * N ms ) 53

54 GENERADOR FOTOVOLTAICO Con carácter general, la potencia máxima que puede entregar el generador FV es inferior a la suma de las potencias máximas de los módulos que lo conforman 54

55 GENERADOR FOTOVOLTAICO Estimación de la Potencia Instantánea Efecto de la Irradiancia y la Temperatura P G G = PGFV γ G [ ] * 1 P ( T T ) * M c c TONC 20º C T Wm c = G T 2 a (1) P G = Potencia máxima que suministraría el generador FV para estas condiciones de funcionamiento. G= Irradiancia global incidente en la superficie del módulo fotovoltaico. Tc= Temperatura de operación de la célula calculada según la expresión (1). P GFV = Potencia máxima del generador fotovoltaico en CEM. G* = Irradiancia en CEM (1000 W/m2). T*c= Temperatura en CEM (25 ºC). γp M = Coeficiente de variación de la Potencia con la Temperatura de operación de la célula. 55

56 0 Irradiancia G (W*m-2) GENERADOR FOTOVOLTAICO Estimación de la Potencia Instantánea Efecto de la Irradiancia y la Temperatura día de febrero día de agosto Irradiancia (G) P G G = PGFV γ G P generador (Watios) 0,90 TONC 20º C T Wm c = G T 2 a [ ] * 1 P ( T T ) * M c c 0,80 0:00:00 2:24:00 4:48:00 7:12:00 9:36:00 12:00:00 14:24:00 16:48:00 19:12:00 21:36:00 0:00:00 tiempo 0,70 Temperatura ambiente (ºC) 40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 día de febrero día de agosto Tª ambiente (Ta) kwh por kwpico instalado 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 0:00:00 2:24:00 4:48:00 7:12:00 9:36:00 12:00:00 14:24:00 16:48:00 19:12:00 21:36:00 0:00:00 tiempo día de febrero día de agosto 5,0 0,0 0:00:00 2:24:00 4:48:00 7:12:00 9:36:00 12:00:00 14:24:00 16:48:00 19:12:00 21:36:00 0:00:00 tiempo La integral del área será la energía producida 56

57 GENERADOR FOTOVOLTAICO 57

58 INVERSOR PARA CONEXIÓN A RED Tipo de conexión a red: MONOFÁSICOS. TRIFÁSICOS. 58

59 INVERSOR PARA CONEXIÓN A RED Elemento destinado a convertir la tensión continua (DC) generada por el sistema en una señal alterna que cumpla con unos requisitos mínimos para la conexión a la red eléctrica convencional 59

60 INVERSOR PARA CONEXIÓN A RED Características generales El inversor deberá disponer de un sistema de seguimiento automático del punto de máxima potencia del generador FV. 60

61 INVERSOR PARA CONEXIÓN A RED Características generales La curva característica del GF varía en función de la Irradiancia (G) y la Temperatura de Operación de la célula (Tc). 61

62 INVERSOR PARA CONEXIÓN A RED Características generales 62

63 INVERSOR PARA CONEXIÓN A RED Características generales Bajo ninguna circunstancia, el inversor podrá mantener la tensión en la línea de distribución si se produce una desconexión de la red eléctrica a la que inyecta. El funcionamiento en isla de una instalación FV conectada a la red está totalmente prohibido en la legislación vigente Los fabricantes de inversores fotovoltaicos deberán certificar que sus productos cumplen las directivas comunitarias de seguridad eléctrica y de compatibilidad electromagnética. (IEC y IEC ). En el caso de España: El RD 1663/2000 también obliga a que exista aislamiento galvánico entre el inversor y la red de distribución 63

64 INVERSOR PARA CONEXIÓN A RED Tipos de Inversores Comerciales Una clasificación típica de los inversores es la que se realiza atendiendo al número de inversores por generador fotovoltaico y a la conexión del inversor al generador. Inversor central. Inversor orientado a rama (string inverter). Inversor orientado a módulo (módulo AC). Inversor multi-string. 64

65 INVERSOR PARA CONEXIÓN A RED Tipos de Inversores Comerciales Inversor central 65

66 INVERSOR PARA CONEXIÓN A RED Tipos de Inversores Comerciales Inversor orientado a rama 66

67 INVERSOR PARA CONEXIÓN A RED Tipos de Inversores Comerciales Inversor multi-string GFV compuestos por diferentes tecnologías GFV de igual tecnología pero con distintas orientaciones. 67

68 INVERSOR PARA CONEXIÓN A RED Tipos de Inversores Comerciales Inversor orientado a módulo (módulos AC) 68

69 INVERSOR PARA CONEXIÓN A RED Eficiencia del inversor Modelo propuesto por Schmidt η k = P P salida entrada = p out + k 0 + k p 1 out p out + k 2 p 2 out Pentrada, es la potencia instantánea disponible a la entrada del inversor (W). Psalida, es la potencia instantánea suministrada a la salida del inversor (W). Pnominal, es la potencia nominal de salida del inversor (W). pout = Psalida / Pnominal (adimensional). k0, es el coeficiente que representa las pérdidas de autoconsumo (adimensional). k1, representa las pérdidas proporcionales a la potencia (adimensional). k2, representa las pérdidas proporcionales al cuadrado de la potencia (adimensional). 69

70 INVERSOR PARA CONEXIÓN A RED Eficiencia del inversor Rendimiento europeo: η 0 + η INV, E =.03η (5%) η (10%) η (20%) + 0.1η (30%) η (50%) 0. 2 (100%) 70

71 INVERSOR PARA CONEXIÓN A RED Parámetros Característicos para inversores SFCR VALORES DE ENTRADA DC o CC Parámetro Unidades Símbolo Intensidad máxima a la entrada A I INV,M,DC Tensión máxima a la entrada V V INV, M Potencia nominal de entrada W P INV,DC Límite inferior del rango de tensión para el que el inversor busca el PMP V V INV,m,PMP Límite superior del margen de tensión para el que el inversor busca el PMP V V INV, M,PMP VALORES DE SALIDA AC Potencia nominal de salida W P INV,AC Potencia máxima W P INV,M,AC Frecuencia de red Hz F Distorsión armónica - T HD Intensidad nominal a la salida A I INV,AC Tensión nominal a la salida V V INV, AC Factor de potencia - cos ϕ RENDIMIENTO Eficiencia máxima - η INV, M Eficiencia europea - η INV, E 71

72 Distribución del Mercado Alemán en 2009 (Fuente: German Solar Industry Association) 72

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