Energía Solar Fotovoltaica (Sesiones de Laboratorio)

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Mariano Chávez Bustamante
hace 8 años
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1 Energía Solar Fotovoltaica (Sesiones de Laboratorio) Dpto. de Electrónica y Computadores (DEC) Universidad de Cantabria (UC) Taller de Energías Renovables Programa Sénior de Enero de 2013

2 Elementos Panel fotovoltaico 20W. Batería. Regulador-cargador. Inversor. Foco 1000W con lámpara halógena 3000K. Sensores: LDR, NTC y pinza amperimétrica. Instrumentación: Polímetro y osciloscopio.

3 Circuito simple En la placa de montaje + 12V v 1 + v 2 i 1 i 2 R 1 = 560Ω R 2 = 560Ω

4 Polímetro Medidas de resistencia 1 Extraer la resistencia del circuito 2 Conectores Ω y COM 3 Seleccionar escala Ω 4 Conectar R

5 Práctica 1 Medida de resistencias Realizar la medición de las dos resistencias del circuito R 1 R 2 R 1 + R 2 Valor (Ω)

6 Polímetro Medidas de tensión 1 Conectores V y COM 2 Seleccionar escala V = 3 Conectar en paralelo con R a medir

7 Práctica 1 Medidas de tensiones V 1 + R 1 Medida de las tensiones en las resistencias y en la batería V dc + i 1 Valor (V) V 2 i 2 R 2 V 1 V 2 V dc

8 Práctica 1 Medidas indirectas de corrientes V dc + V 1 R 1 + V 2 i 1 R 2 i 2 Medida indirecta de las corrientes en el circuito I 1 = V 1 R 1 I 2 = V 2 I = V R 2 dc R 1 +R 2 Valor (A)

9 Polímetro Medidas directas de corriente 1 Dejar el circuito abierto 2 Conexión a ma y COM 3 Seleccionar escala A = 4 Conectar el polímetro en serie con las cargas (cerrando el circuito)

10 Práctica 1 Medida directa de corriente V dc + V 1 R 1 + V 2 i 1 R 2 i 2 Medida directa de las corrientes en el circuito mediante polímetro I Valor (A)

11 Práctica 1 Potencia de las cargas V dc + V 1 R 1 + V 2 i 1 R 2 i 2 Cálculo de la potencia disipada en las resistencias P = V I Valor (W)

12 Sensores Pinza amperimétrica Permite medir corrientes eléctricas i) sin abrir el circuito y ii) cc. 1 Polímetro: Conectar la pinza a V y COM. 2 Polímetro: Seleccionar V =. 3 Pinza: Seleccionar la escala apropiada (100mV /A). 4 Pinza: Ajustar la posición del 0.

13 Práctica 2 Pinza amperimétrica V dc V V 2 R 1 i 1 R 2 i 2 Medida directa de la corriente en el circuito mediante la pinza amperimétrica Ajustar la posición del 0 I 1 (A) Valor

14 Sensores Termistor Negative Temperature Coefficient (NTC) R dependiente de la temperatura (T a ) ambiente Si T a y R Es un semiconductor

15 Práctica 2 Termistor Negative Temperature Coefficient (NTC) Medir la resistencia de la NTC para dos temperaturas diferentes 21 o C 40 o C Valor (Ω)

16 Sensores Light Dependent Resistor, LDR R dependiente de la intensidad de la luz incidente (E) Si E R Es un semiconductor

17 Práctica 2 Light Dependent Resistor, LDR Medir la resistencia de la LDR para tres condiciones diferentes de iluminación Oscuridad Ambiente Foco Valor (Ω)

18 Paneles Fotovoltaicos BP-SX310J Si policristalino Potencia: 10W Celdas: 1x36 Diodos: 0 ESF-20PA Si policristalino Potencia: 20W Celdas: 2x18 Diodos: 1

19 Práctica 3 Especificaciones del panel Lectura de las características del panel V max V oc V MPP I sc I MPP P max

20 Foco 1000W Lámpara 3000K

21 Paneles fotovoltaicos Medida de V oc 1 Polímetro: Conectar V y COM. 2 Polímetro: Seleccionar V =. 3 Panel: Conectar terminal con etiqueta blanca al terminal V del polímetro 4 Panel: Conectar el terminal libre al terminal COM del polímetro

22 Paneles fotovoltaicos Medida de I sc 1 Polímetro: Conectar 10A y COM. 2 Polímetro: Seleccionar A =. 3 Panel: Conectar terminal con etiqueta blanca al terminal 10A del polímetro 4 Panel: Conectar el terminal libre al terminal COM del polímetro

23 Práctica 3 Caracterización del panel Medida de V oc y I sc bajo diferentes condiciones de operación condiciones V oc I sc Luz ambiente Foco a 45 o Foco directo Foco directo y 2 celdas sombreadas

24 Práctica 3 Conexión directa de carga al panel Caracterización I, V y P en una carga de 82Ω condiciones V oc I sc P Foco directo

25 Acumuladores en instalaciones FV Tipos 818 ELECTROCHEMICAL STORAGE FOR PHOTOVOLTAICS Pb-Ácido ventilada Automoción Placas planas Placas tubulares sellada Automoción Placas planas Placas tubulares Gel AGM NiCd Volumetric energy density [Wh/kg] NiMH NiCd Lead acid RAM NiNiCl SuperCaps Gravimetric energy density [Wh/kg] Li- ion Li-polymer Figure 18.7 Practical specific volumetric energy density (Wh/l) versus specific gravimetric e density (Wh/kg) for various secondary battery technologies (data from Table 18.4) The specific energy densities of batteries are an important parameter to charact the different battery types. For logistic reasons on supplying the batteries to the syst gravimetric and Energías volumetric Renovables energy densities - Energía are Solar a relevant FV (Laboratorio) cost factor also for autonom

26 Acumuladores Definiciones básicas Capacidad nominal (Ah) Cantidad de carga que es posible extraer de una batería. Depende de la T a y del valor de I descarga Régimen de carga/descarga (horas) Relaciona la capacidad nominal de la batería y el valor de la corriente a la cual se realiza la carga/descarga Ejemplo: Una batería de capacidad C 20 = 100 Ah presenta un régimen de descarga de 20 horas C Corriente de descarga: I 20 = 20 régimen = 5A Autodescarga Pérdida de carga de la batería cuando ésta permanece en circuito abierto.

27 Práctica 4 Batería 1 Obtener las características básicas de la batería de sus especificaciones técnicas 2 Medir la tensión en circuito abierto de las baterías disponibles en cada uno de los puestos 3 Asociar esta tensión al estado de carga de la batería Cuestiones

28 Práctica 4 Batería 1 Obtener las características básicas de la batería de sus especificaciones técnicas 2 Medir la tensión en circuito abierto de las baterías disponibles en cada uno de los puestos 3 Asociar esta tensión al estado de carga de la batería Cuestiones 1 Duración de la batería cargada para una carga de 5W y 12V? 1 I carga = 5W 7.2Ah 12V = 0.417A Duración = 0.417A = 17.26horas DESCARGA TOTAL

29 Práctica 4 Batería 1 Obtener las características básicas de la batería de sus especificaciones técnicas 2 Medir la tensión en circuito abierto de las baterías disponibles en cada uno de los puestos 3 Asociar esta tensión al estado de carga de la batería Cuestiones 1 Duración de la batería cargada para una carga de 5W y 12V? 1 I carga = 5W 7.2Ah 12V = 0.417A Duración = 0.417A = 17.26horas DESCARGA TOTAL 2 Si PD max = 50% Duración = 7.2Ah A = 8.63horas

30 Práctica 4 Batería 1 Obtener las características básicas de la batería de sus especificaciones técnicas 2 Medir la tensión en circuito abierto de las baterías disponibles en cada uno de los puestos 3 Asociar esta tensión al estado de carga de la batería Cuestiones 1 Duración de la batería cargada para una carga de 5W y 12V? 2 Duración de dos baterías en paralelo? 1 I carga = 5W 7.2Ah 12V = 0.417A Duración = 0.417A = 17.26horas DESCARGA TOTAL 2 Si PD max = 50% Duración = 7.2Ah A = 8.63horas 3 Capacidad 2 duplica la duración

31 Regulador de carga FUM-PVC1206L Modulación por anchura de pulsos Corriente continua de salida: 6A/8A V oc string max.: 26V FUM-PVC1208

32 Regulador de carga Evita Descargas profundas de los acumuladores Sobrecargas (exceso de corriente en los acumuladores) Paralelo Serie Serie/ Paralelo lineal Serie/ Paralelo PWM Tipo Carga Ventajas Desventajas on/off on/off -Caída tensión FV-baterías pequeña -Simple, barato y fiable -No requiere disipar potencia - Simple, barato y fiable -Potencia disipada en el interruptor -Diodo de bloqueo (acumulador) -Sobrecarga de FV - Hasta 24Vdc V cte -Ecualización del acumulador -Pérdidas en el controlador -Ecualización del acumulador -Caída de tensión en el controlador -Método a V cte con pérdidas mínimas V cte - Mayor complejidad que on/off -Puede causar problemas CEM -Seguimiento del MPP

33 Convertidor electrónico de potencia Controladores de carga - Características Consumo interno pequeño (< 5mA) Gran eficiencia (96% a 98%) Desconexión de la carga en caso de una descarga profunda del acumulador Carga a tensiones elevadas para provocar gasificación Compensación de la temperatura mediante ajuste de la tensión de carga Evitar la polarización inversa Tensiones de ruptura de la electrónica de potencia dos veces mayor que la tensión en circuito abierto del generador fotovoltaico Protección contra sobretensiones integrada Potencia limitada (Pueden conectarse varios en paralelo)

34 Práctica 5 Características del regulador de carga Lectura de las características básicas de un regulador de carga

35 Práctica 5 Planta FV aislada operando en cc + + V 1 I Regulador de Carga I 3 + V 3 - V 2 I 2 Acumulador Carga 12V V 1 I 1 V 2 I 2 V 3 I 3 P 1 P 2 P 3 Foco Luz ambiente

36 Inversor FV FUM-PVC1206L Convierte la señal cc a ca (50Hz) Tipos: Señal sinusoidal Señal cuadrada HQ Power PSI-600

37 Inversor FV Características básicas Rango de tensiones de entrada amplio ( 10% a 30% del valor nominal) Tensión de salida tan sinuosoidal como sea posible Variaciones pequeñas de la señal de tensión de salida (amplitud y frecuencia) Gran eficiencia a carga parcial (al menos 90% al 10% de la carga) Capacidad de operar con sobrecargas cortas (2 o 3 veces la corriente nominal durante 5s para refrigeradores y lavadoras) Sobretensiones lo más pequeñas posibles para cargas inductivas y capacitivas Capacidad de soportar cortocircuitos

38 Práctica 6 Características del inversor FV Lectura de las características básicas de un inversor FV

39 Práctica 6 Planta FV aislada operando en ca + + V 1 I Regulador de Carga I 3 + V 3 - V 2 I V 4 I Acumulador Inversor Carga 12V V 5 I 5 carga 220V V 4 I 4 V 5 I 5 P 4 P 5 Foco Luz ambiente

40 Práctica 6 Visualizar las formas de onda de V 5 e I 5

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