IESF - Introducció a l'energia Solar Fotovoltaica

Transcripción

1 Unitat responsable: Unitat que imparteix: Curs: Titulació: Crèdits: ETSETB - Escola Tècnica Superior d'enginyeria de Telecomunicació de Barcelona EEL - Departament d'enginyeria Electrònica ENGINYERIA ELECTRÒNICA (Pla 1992). (Unitat docent Optativa) ENGINYERIA DE TELECOMUNICACIÓ (Pla 1992). (Unitat docent Optativa) MÀSTER UNIVERSITARI EN ENGINYERIA ELECTRÒNICA (Pla 2009). (Unitat docent Optativa) 6 Idiomes docència: Anglès Capacitats prèvies Fonaments de circuits electrònics i dispositius. En el cas de que l'idioma d'impartició sigui l'anglès, s'especificarà en el moment de la publicació dels horaris de l'assignatura. Requisits Metodologies docents L'assignatura s'impartirà en castellà, encara que part del material acadèmic estarà disponible en anglès. Per l'experiència d'altres anys, hi ha un alt percentatge d'estudiants d'orígen internacional, per la qual cosa, l'assignatura (o part d'ella) podrà impartir-se en anglès si es la millor opció per a tothom. Els estudiants poden comunicar-se a classe i en els exercicis escrits i orals en català, castellà, anglès o francès. Objectius d'aprenentatge de l'assignatura Fonaments de l'energia solar fotovoltaica, les cèl.lules solars i una introducció als sistemes fotovoltaics. 1 / 15

2 Continguts 1. Introducció a l'enginyeria fotovoltaica (9,6 ECTS) 1.1. El sistema fotovoltaic Definicions importants: radiació, irradiància Modelització PSpice Subcircuits Spice Fonts PWL i fonts controlades Standard AM1.5G espectre del sol Standard AM0 i comparació amb un cos negre Entrada d'energia al sistema fotovoltaic. 2 / 15

3 1.9. Problemes. 2. Resposta espectral i corrent de curtcircuit (19,2 hores ECTS) Introducció Coeficient d'absorció Reflectància 2.2. Model analític de la cèl.lula solar Densitat espectral de corrent de curtcircuit Flux espectral de fotons Densitat de corrent espectral total i unitats. 3 / 15

4 2.3. Model Spice de la densitat espectral de corrent Subcircuit coeficient d'absorció Model de la corrent de curtcircuit Corrent de curtcircuit Eficiència quàntica QE Resposta espectral SR Corrent de foscor. Efectes del material fotovoltaic Superposició Característiques I (v). 4 / 15

5 2.10. Resistències sèrie i paral.lel i diode de recombinació. 3. Característiques elèctriques de la cèl.lula solar (28,8 hores ECTS) Circuit equivalent ideal Model PSPICE d'una cèl.lula solar ideal Tensió de circuit obert Punt de màxima potència Factor de forma (FF) i rendiment 3.6. Model generalitzat d'una cèl.lula solar Model SPICE. 5 / 15

6 3.8. Efecte de la resistència sèrie en la corrent de curtcircuit i a la tensió de circuit obert Efecte de la resistència sèrie en el Fill Factor Efecte de la resistència paral.lel Efecte del diode de recombinació Efecte de la temperatura Efecte de la concentració Efecte de la radiació espaial Model de comportament de la cèl.lula solar Ús del model de comportament. 6 / 15

7 4. La cèl.lula solar com element circuital (19,2 hores ECTS) 4.1. Introducció 4.2. Connexió sèrie de cèl.lules solars Associació de cèl.lules solars idèntiques Problema de punt calent Diodes de pas Connexió paral.lel de cèl.lules solars Regles d'escala de les característiques I_V 4.5. Conversió de les característiques estàndard a condicions arbitràries d'irradiància i temperatura. 7 / 15

8 Transformació basada en variables normalitzades (ISPRA method) Model de comportament Spice Problema de punt calent en un mòdul i Àrea d'operació segura (SOA). 5. Propietats de l'energia solar (9,6 hores ECTS) Introducció 5.2. Coordenades celestes: equatorials i horitzontals Components de l'energia solar Directa Difusa. 8 / 15

9 Albedo Integració de les components de l'energia solar Correlacions irradiància-radiació Efectes dels angles d'elevació i azimut en la col.leció d'energia solar. 6. Tecnologia de cèl.lules solars (28,8 hores ECTS) Introducció Materials i modelització Eficiències ideals Cèl.lules solars de silici cristal.lí. 9 / 15

10 Silici: propietats i fabricació Fabricació industrial Cèl.lules solars de silici en capa fina Conceptes d'alt rendiment Cèl.lules solars de pel.lícula prima Silici amorf Silici microcristal.lí Telur de cadmi CIS. 10 / 15

11 6.6. GaAs i cèl.lules d'ús espaial Cèl.lules de concentració Cèl.lules orgàniques Fotoelectroquímiques Cèl.lules solars orgàniques i de plàstic. 7. Introducció als sistemes fotovoltaics (19,2 hores ECTS) Connexió de mòduls a sistemes Sistemes aïllats Concepte d'hores equivalents solars (PSH). 11 / 15

12 7.4. Balanç d'energia en un sistema fotovoltaic Sistema de disseny simplificat Sèries de radiació estocàstiques Probabilitat de pèrdua de càrrega (LLP) Sistemes connectats a xarxa. 8. Activitats supervisades (SA): del concepte al dispositiu (6,1 hores ECTS) Trobar les dades de radiació d'un lloc específic Trobar dades d'una cèl.lula solar Calcular l'energia produïda en un any. 12 / 15

13 8.4. Definir un procés de fabricació Descriure els equipaments necessaris per fabricar. 9. Altres activitats (OA): coneixement del món fotovoltaic (10 hores ECTS) Trobar informació rellevant sobre la producció mundial Trobar informació rellevant sobre el preu del wat pic Trobar taules de rendiments Escriure un report tècnic Fer una presentació oral Find relevant information on cost per wat/peak for several solar cell technologies. 13 / 15

14 Descripció: Activitats vinculades: 9.3. Find relevant information on commercial efficiencies of several solar cell technologies. Descripció: Activitats vinculades: 9.4. Write a summary report according to specific guidelines. Descripció: Activitats vinculades: 9.5. Give a power point presentation of your findings Descripció: Activitats vinculades: 14 / 15

15 Sistema de qualificació Assistència: 5 % Treballs a casa: 15 % Món fotovoltaic coneixement: 10 % Presentació Power Point: 5 % Examen final: 40 % Test de simulació: 15 % Normes de realització de les activitats Bibliografia Bàsica: Castañer Muñoz, L.; Silvestre Berges, S. Modelling photovoltaic systems: using PSpice. Chichester: John Wiley & Sons, ISBN Complementària: Markvart, T.; Castañer, L. Solar cells: materials manufacture and operation. Oxford [etc.]: Elsevier Science, ISBN Altres recursos: 15 / 15