Alternativa para. Materiales de apoyo para instructores de redes inalámbricas

Transcripción

1 Fuentes de Energía Alternativa para Telecomunicaciones Materiales de apoyo para instructores de redes inalámbricas

2 Metas Proporcionar una visión general sobre las partes que integran un sistemade energía solar fotovoltaico para telecomunicaciones Entender cuáles variables afectan el desempeño de estos sistemas Examinar brevemente el uso de electrogeneradores eólicos

3 Sistema fotovoltaico Un sistema fotovoltaico básico consta de cinco componentes principales: regulador, las baterias, y la carga. Muchos sistemas también incluyenn un convertidor de voltaje para permitir el uso de cargas con diferentes demandas de voltaje. el sol, el panel solar, el

4 Energía Solar Un sistema fotovoltaico se basa en la capacidad de ciertos materiales para con nvertir la energía electromagnética del sol e n energía eléctrica. La cantidad total de energía solar que ilumina un área determinada por unidad de tiempo se llama irradianza y se mide en va atios por metro cuadrado (W/m 2 ). Esta energía normalmente e se promedia durante un período de tiempo, así que es frecuente hablar de irradianza total por hora, por día o por mes.

5 8 Irradianza, insolación, y luz solar El gráfico muestra la irradianza solar (in W/m 2 ), la insolación (irradianza acumulativa) y la luz solar (en minutos):

6 Horas de Sol Pico hora del día PSH [W/m 2 ]

7 Datos reales: irrad dianza y luz solar total solar flux (W/m 2 ) direct sunlight (minutes)

8 unas organizaciones han Horas de sol pico producido mapas que luyen los valores promedio o de la insolación global de diferentes regiones. Estos s valores se conocen como ras de sol pico, o HSP (P PSHs, en inglés). puede utilizar el valor HSP de cada región para plificar los cálculos. Una unidad de sol pico responde a una densidad de potencia de de 1000 ps.html ios por metro cuadrado. :// solar-power-global- :// om/resources/solar_insolati ool.asp

9 Paneles solares El componente más notorio del sistem fotovoltaico lo constituyen los panele solares.

10 Paneles solares panel solar está formado por múltiples celdas solare y muchos tipos de paneles solares: Monocristalino: caro, el más eficiente Policristalino: más barato, menos eficiente Amorfo: el más barato, el menos eficiente, el de vida útil más corta De película delgada: muy caro, flexible, baja eficiencia, para usos especiales CIGS: Seleniuro de Galio-Indio- Cobre

11 ISC 8 Irradianza: 1 kw / m 2 Temperatura de la celda: 25 C 6 MPP Current (A) 4 2 VOC

12 de irradianza a y temperatura

13

14 e necesita más energía, se pueden unir múltiples panel ares en paralelo siempre y cuando haya diodos de queo para proteger los paneles de los desequilibrios.

15 Baterías Las baterías están en el corazón del sistem fotovoltaico, y determinan el voltaje de trabajo.

16 Bate erías La batería almacena la en nergía producida por los paneles que no es consum mida inmediatamente por la carga. Esta energía alm macenada puede ser usada en períodos de baj ja radiación solar (en la noche o cuando está nub blado).

17 Baterías l tipo más común de batería usado en aplicaciones tovoltaicas son las de plomo-ácido libres de antenimiento, también llam madas recombinantes o aterías VRLA (Plomo-ácido regulada por válvula valve regulated lead acid).. Estas pertenecen al tipo e ciclo profundo o estacionarias, a menudo usadas omo respaldo de energía para comunicaciones lefónicas. llas determinan el voltaje de trabajo de su stalación. Para una mayor eficiencia, cualquier otro ispositivo debe ser diseñado para trabajar al mismo oltaje de las baterías.

18 Voltaje de operación Los sistemas fotovoltaicos más comunes trabajan a 12 o 24 voltios. Preferiblemente, un sistema inalámbrico que funcione con corriente continua (DC) debería operarse a los 12 voltios que proporciona la mayoría de las baterías de plomo ácido. Un enrutador o AP que acepte 8-20 voltios DC es ideal. La mayoría de los AP baratos tienen incorporado un regulador de voltaje de modo conmutado y aceptan trabajar en un rango muy amplio de voltaje sin necesidad de modificación y sin recalentarse (incluso si el dispositivo viene de

19 Cómo diseñar un banco de batería tamaño del banco de baterías va depender de: la capacidad de almacenamiento requerida la tasa de descarga máxima la temperatura de almacenamiento de las baterías (sólo las de plomo ácido). capacidad de almacenamiento de la batería (cantida de energía eléctrica que puede retener) se expresa normalmente en amperios-hora (Ah). Un banco de baterías en un sistema PV debería ten la suficiente capacidad de proporcionar la energía

20 El regulador El regulador es la interfaz entre los paneles solares y la batería, y alimenta directamente la cargas DC al voltaje nominal.

21 El regulador

22 Monitorizar el es stado de la carga Hay dos estados peligroso os de la carga que pueden presentarse duran nte los ciclos de carga y descarga de la batería. Ambos deben evitarse para preservar su vida úti il. Sobrecarga: ocurre cua ando la batería llega al límite de su capacidad. Si se sigue inyectando energía más allá del pun nto de carga máxima, el electrolito comienza a de escomponerse. Esto produce burbujas de oxí ígeno e hidrógeno, pérdida de agua, oxidac ción en el electrodo positivo y, en casos extre emos, hay peligro de

23 Monitorizar el estado de carga Sobredescarga: ocurre cuando hay demanda de la carga en una batería des scargada. Descargar una batería más allá del límit te recomendado por el fabricante puede produci ir daño en la batería. Cuando la batería cae po or debajo del voltaje que corresponde a un 50% de descarga, el regulador impide que se extraiga más energía de la batería. Los valores apropiados para prevenir las sobrecargas y sobredesc cargas deberían programarse en el contro olador de carga para que coincidan con los requisi itos de su banco de

24 Maximizar la vida de la batería Las baterías de plomo-áci ido se degradan pronto si se descargan completame ente. Una batería de camión va a perder un 50 0% de su capacidad nominal en ciclos si se carga y descarga completamente durante ca ada ciclo. Nunca descargue una batería de plomo-ácido de12 voltios por debajo de los 11.6 voltios porque acortaría significativamen nte la vida útil de la misma. En uso cíclico, n o se aconseja descargar una batería de camión po or debajo del 70%. Mantener la carga en un 80% o más, va a aumentar considerableme ente la vida útil de la batería. P. ej., una batería a de camión de 170 Ah

25 Convertidores de voltaje Un inversor cambia DC en AC, normalment a 110V ó 220V. cambia deseado. el voltaje Un convertidor DC/DC DC de entrada en el valo

26 Inversore es DC/AC La electricidad provista por el regulador es DC a un voltaje fijo. El voltaje proporcionado podría no ajustarse a los requisitos de la carga. Un convertidor continua/alterna (DC/AC), también conocido como inversor,, convierte la corriente DC de la batería en AC. Esto tiene el precio de

27 Convertidores DC/DC Si es necesario, se puedee usar un convertidor para obtener DC a niveles de voltaje diferentes a los proporcionados por las baterías. Los convertidores DC/DC también hacen perder energía en la conversión. Para un funcionamiento óptimo, se debería diseñar el sistema fotovoltaico de manera que genere un voltaje que se ajuste lo

28 La carga Satisfacer las necesiades de la carg constituye el verdadero motivo del sistem fotovoltaico.

29 La ca arga La carga es el equipo qu ue va a consumir la energía generada por el sistema fotovoltaico. La carga se expresa en vatios: vatios = voltio os amperios Si el voltaje está ya defin nido, la carga puede expresarse a veces en am mperios.

30 Consumo de energía La forma más fácil de me edir cuánta energía requiere la carga, es usar una fuen nte de alimentación de laboratorio dotada de volt tímetro y amperímetro.. S puede graduar el voltaje y ver cuánta corriente está consumiendo un dispositi ivo a diferentes voltajes. Si no tenemos una de es stas fuentes, la medición puede hacerse usando la fuente que viene con el dispositivo. Despegue un cable que vaya a la entrada DC del dispositiv vo e inserte un amperímetro.

31 Consumo de energía La cantidad de energía co onsumida puede calcularse con la fórmula a: P = V I P es la energía en vatios, V is voltaje in voltios, e I es la corriente en amper rios.por ejemplo: 6 vatios = 12 voltio os 0.5 amperios Si este dispositivo funcion na durante una hora, va a consumir 6 vatios/hora (Wh), ó 0.5 amperios/hours (Ah) a 12 2V. Entonces, el

32 Energía eólica n generador eólico es una opción para sistema autónomo o instalado en un cer montaña. a velocidad promedio del iento en un año debería ser e al menos 3-4 metros por egundo. jo: ubique el generador lo más alto posible

33 Energía eólica a máxima energía eólica disponible está dada po or: P = 0.5 * * v 3 [W/m 2 ] nde v es en m/s, y la densidad del aire es de /m 3. to corresponde al aire seco o, a presión atmosférica tándar, nivel del mar, y a temperatura de 15 Celsius.

34 Generador res eólicos Electrónica integrada: re egulación de voltaje, seguimiento de potencia pico y frenado electrónico. Las aspas de fibra de ca arbón son muy livianas y resistentes. Los generadores eólicos pueden usarse en combinación con panele es solares para acumular energía inclus so de noche.

35 n generador eólico barato puede construirse con un alternador de automóvil ectado a un aspa adecuada. todas maneras, se necesitan n regulador de voltaje y una batería.!siga las instrucciones de

36 s energías solar y eólica son medios viables oducir energía alternativa e necesitan baterías para almacenar energía guladores de carga adecuados. stos últimos también son útiles donde haya ergía de red pero que no sea confiable. s sistemas fotovoltaico os son caros, así que nviene hacer un cálculo cuidadoso de los quisitos mínimos.

37 Gracias por su atención Para más detalles sobre los tó ópicos esentados en esta charla, vaya a al libro edes Inalámbricas en los Pa aíses en Desarrollo, de descarga gratu uita en varios idiomas en: w.net/