IESF - Introducción a la Energía Solar Fotovoltaica

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1 Unidad responsable: Unidad que imparte: Curso: Titulación: Créditos: ETSETB - Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación de Barcelona EEL - Departamento de Ingeniería Electrónica INGENIERÍA ELECTRÓNICA (Plan 1992). (Unidad docente Optativa) INGENIERÍA DE TELECOMUNICACIÓN (Plan 1992). (Unidad docente Optativa) MÁSTER UNIVERSITARIO EN INGENIERÍA ELECTRÓNICA (Plan 2009). (Unidad docente Optativa) 6 Idiomas docencia: Inglés Capacidades previas Fundamentos de circuitos electrónicos y dispositivos. En el caso de que el idioma de impartición sea el inglés, se especificará en el momento de la publicación de los horarios de la asignatura. Requisitos Metodologías docentes La asignatura se imparte en castellano, si bien parte del material académico está disponible en inglés. Además, según la experiencia de otros años, hay un porcentaje alto de estudiantes de origen internacional, por lo que la asignatura ( o parte de ella) podrá impartirse en inglés si es la mejor opción para todos. Los estudiantes se pueden comunicar en clase y en los ejercicios escritos y orales en catalán, castellano, inglés o francés. Objetivos de aprendizaje de la asignatura Proporcionar los fundamentos de las células solares, la energía solar y los sistemas fotovoltaicos. 1 / 15

2 Contenidos 1. Introducción a la energía fotovoltaica (9,6 ECTS) 1.1. El sistema fotovoltaico Definiciones importantes: radiación, irradiancia Modelización usando Pspice Subcircuitos Spice Fuentes PWL y fuentes controladas Standard AM 1,5 G espectro del sol Standard AM 0 y comparación con el espectro del cuerpo negro Entrada de energía al sistema fotovoltaico. Disponibilidad de radiación solar en superficies de orientación arbitraria. 2 / 15

3 1.9. Problemas. 2. Respuesta espectral y corriente de cortocircuito (19,2 ECTS) 2.1. Introducción Coeficiente de absorción Reflectancia 2.2. Modelo analítico de la célula solar Densidad espectral de corriente de cortocircuito Flujo espectral de fotones Densidad de corriente espectral total y unidades. 3 / 15

4 2.3. Modelo Spice de la densidad espectral de corriente Subcircuito para el coeficiente de absorción Modelo de la corriente de cortocircuito Corriente de cortocircuito Eficiencia cuántica QE Respuesta espectral SR Corriente de oscuridad. Efectos del material fotovoltaico Superposición Características I (v) 4 / 15

5 2.10. Resistencias serie y paralelo y diodo de recombinación. 3. Características eléctricas de la célula solar (28,8 ECTS) 3.1. Circuito equivalente ideal Modelo PSPICE de una célula solar ideal Tensión de circuito abierto Punto de máxima potencia Factor de forma (FF) y rendimiento 3.6. Modelo generalizado de una célula solar 3.7. Modelo SPICE 5 / 15

6 3.8. Efecto de la resistencia serie en la corriente de cortocircuito y en la tensión de circuito abierto Voltage Efecto de la resistencia serie en el Fill Factor Efecto de la resistencia paralelo Efecto del diodo de recombinación Efectos de la temperatura Efectos de la concentración Efectos de la radiación Modelo de comportamiento de la célula solar Uso del modelo de comportamiento para simular la respuesta a series temporales de irradiancia y temperatura. 6 / 15

7 4. La célula solar como elemento circuital (19,2 ECTS) 4.1. Introducción Conexión serie de células solares Asociación de células solares idénticas Problema del punto caliente Diodos de paso Conexión paralelo de células solares Reglas de escala de las características I_V 4.5. Conversión de las características standard a condiciones arbitrarias de irradiancia y temperatura. 7 / 15

8 Transformación basada en variables normalizadas (ISPRA method) Modelo de comportamiento Spice Problema de punto caliente en un módulo y Área de Operación Segura (SOA) 5. Propiedades de la energía solar (9,6 ECTS) 5.1. Introducción Coordenadas celestes: ecuatoriales y horizontales Componentes de la energía solar: directa, difusa, albedo Integración de las componentes de la energía solar Correlaciones irradiancia-radiación. 8 / 15

9 5.6. Efectos de los ángulos de elevación y acimut en la colección de energía solar. 6. Tecnología de células solares (28,8 ECTS) 6.1. Introducción Materiales y modelización Eficiencias ideales Células solares de silicio cristalino Silicio: propiedades y fabricación Fabricación industrial Células solares de silicio en capa fina. 9 / 15

10 Conceptos de alto rendimiento Células solares de película delgada Silicio amorfo Silicio microcristalino Teluro de Cadmio CIS 6.6. Gas y células de uso espacial Célula de concentración Células orgánicas. 10 / 15

11 Fotoelectroquímicas Células solares orgánicas y de plástico. 7. Introducción a los sistemas fotovoltaicos (19,2 ECTS) 7.1. Conexión de módulos a sistemas Sistemas aislados Concepto de horas equivalentes solares (PSH) Balance de energía en un sistema fotovoltaico Sistema de diseño simplificado Series de radiación estocásticas. 11 / 15

12 7.7. Probabilidad de Pérdida de carga (LLP) Sistemas conectados a red. 8. Actividades supervisadas: del concepto al dispositivo (6,1 ECTS) 8.1. Encontrar los datos de radiación de un lugar de elección del estudiante Encontrar los datos técnicos necesarios de una célula solar Calcular la energía producida en un año Definir un proceso razonable de fabricación para esa célula solar Describir el equipo mínimo e indispensable necesario para fabricar esa célula solar. 9. Otras actividades: conocimiento del mundo fotovoltaico (10 ECTS) 12 / 15

13 9.1. Encontrar información relevante sobre la producción mundial Encontrar información relevante sobre el precio del watio pico Encontrar datos relevantes de los rendimientos Escribir un report técnico Hacer una presentación en Power Point Trobar taules de rendiments. Descripción: Actividades vinculadas: 9.4. Escriure un report tècnic. Descripción: Actividades vinculadas: 13 / 15

14 9.5. Fer una presentació oral. Descripción: Actividades vinculadas: 9.2. Find relevant information on cost per wat/peak for several solar cell technologies. Descripción: Actividades vinculadas: 9.3. Find relevant information on commercial efficiencies of several solar cell technologies. Descripción: Actividades vinculadas: 9.4. Write a summary report according to specific guidelines. Descripción: Actividades vinculadas: 9.5. Give a power point presentation of your findings 14 / 15

15 Descripción: Actividades vinculadas: Sistema de calificación Asistencia: 5 % Trabajo del curso: 15 % Informe técnico fotovoltaico: 10 % Presentación en Power Point: 5 % Examen final: 40 % Test de simulaciones: 15 % Normas de realización de las actividades Bibliografía Básica: Castañer Muñoz, L.; Silvestre Berges, S. Modelling photovoltaic systems: using PSpice. Chichester: John Wiley & Sons, ISBN Complementaria: Markvart, T.; Castañer, L. Solar cells: materials manufacture and operation. Oxford [etc.]: Elsevier Science, ISBN Otros recursos: 15 / 15