TAREA 4: Laboratorio 2 de celdas fotovoltaicas

Transcripción

1 Universidad de Costa Rica Escuela de Ingeniería Eléctrica IE 1117 Energía Solar Fotovoltaica Diego Redondo Angulo B05163 Experimento 10: TAREA 4: Laboratorio 2 de celdas fotovoltaicas Figura 1: Montaje experimento 10 Para el experimento 10 se utilizan las celdas en paralelo junto con una resistencia variable que funciona como la carga. Para este caso se midieron valores de corriente y tensión a determinados valores de resistencia, obteniendo las siguientes tablas: Como se puede apreciar de los valores obtenidos, cuando se da una menor iluminación los valores tanto en corriente como en tensión disminuyen debido a la menor presencia de electrones libres en la celda. La tensión permanece relativamente constante hasta alcanzar un valor de aproximadamente 1650 mv, a partir de este punto la tensión empieza a decaer con el aumento de corriente hasta llegar a un valor

2 cercano a 0. La siguiente imagen muestra una gráfica del comportamiento de la corriente para ambos casos. Experimento 11: Gráfica 1: Resultados experimento 10 Figura 2: Montaje experimento 11

3 Para el experimento 11 se desea calcular el rendimiento de la celda, por lo tanto se obtendrán valores de potencia tanto recibida como producida para hacer los respectivos cálculos. Las 4 celdas se encuentran en paralelo, se medirá la radiación recibida así como la corriente y tensión para los distintos casos. La siguiente tabla muestra los datos obtenidos experimentalmente: Los datos obtenidos para los niveles de radiación de 10 y 8 son de 157 W/m^2 y 60 W/m^2 respectivamente. De los datos obtenidos en la Tabla, se observa que la máxima potencia ocurre a una tensión de 1650 mv con una corriente de carga de 130 ma, dando como resultado 214 mw. Seguidamente se puede obtener la potencia recibida por la celda, ya que se sabe que las 4 celdas poseen un área de 50 cm^2 cada una, dando como resultado un área total de 0,02 m^2. Este valor multiplicado por la radiación a un nivel de 10 da como resultado 3010 mw. Ahora bien, teniendo estos datos podemos obtener la eficiencia de nuestras celdas o sistema fotovoltaico de la siguiente manera: η= =0,07 Este resultado se puede considerar esperado, ya que es bien sabido el poco rendimiento que posee la tecnología de celdas solares hoy en día, donde las mejores pueden andar por un 20 %. Adicionalmente la medida de la radiación se puede ver afectada por la luces del lugar donde se realizó el laboratorio, por lo que daría un valor más elevado. Experimento 12 El objetivo del experimento 12 es ver el efecto que tiene en ángulo de incidencia sobre las celdas fotovoltaica. Esto se debe conocer ya que durante el día este ángulo cambia desde el amanecer hasta el atardecer. Para el experimento se tomaron medidas de la corriente de salida de las

4 Figura 4: Montaje experimento 12 celdas para las distintas posiciones de la fuente de irradiación. Se obtuvieron los siguientes datos:

5 Como se observa de la figura anterior, la corriente en los puntos donde la incidencia de irradiación es muy poca, Este y Oeste, esta cae a valores muy bajos. Por el contrario en el punto cardinal Sur, es donde se da la mayor cantidad y capacidad de la foto celda. En la figura también se puede apreciar que entre los puntos Sur Sureste y Sur Suroeste es donde se presenta una producción aproximadamente estable de la celda. Este rango es el que se toma en cuenta para la determinación de la HSP. Experimento 13 Figura 5: Montaje experimento 13 Para el experimento 13 se hará uso del acumulador y el diodo junto con las celdas. Esto se realiza con el fin de observar la función que estos cumplen dentro del sistema fotovoltaico. Tabla: Carga del acumulador sin diodo La primera parte consiste en carga el acumulador. Como se observa en la tabla anterior, con forme aumenta el tiempo en que se encuentra conectado el acumulador, aumenta su tensión hasta un valor estable y la corriente que es entregada por las celdas va disminuyendo hasta un valor aproximado a cero. El acumulador alcanza una tensión de 2 V.

6 Figura 6: Configuraciones de circuitos con y sin diodo Para la primera configuración donde no se usa el diodo, al sombrear las fotoceldas, se observa como empieza a fluir una corriente en sentido inverso y el acumulador se empieza a descargar. Esto se debe a que las celdas al no recibir irradiación se comportan como un dispositivo semiconductor, el cual está dejando fluir una pequeña cantidad de corriente y provocando la descarga del acumulador. Para la segunda configuración, se utiliza un diodo en serie entre las celdas y el acumulador. Para este caso, como es de esperar, al cargar totalmente el acumulador y sombrear las celdas se puede observar que la tensión no cambia y que no fluye corriente a lo largo del sistema. Está es la razón por la que se usa el diodo, ya que permite que el acumulador no se descargue una vez que las celdas dejan de entregar corriente. De esta forma se evita que la energía se pierda a través de las celdas cuando no se encuentren cargas en el sistema. Tabla: Carga del acumulador con diodo Para finalizar, se tomaron los datos de tensión y corriente con el diodo incluido en el sistema. Estos se pueden observar en la Tabla anterior. Como se puede observar, el diodo provoca una caída de tensión entre la salida de las celdas y la entrada del acumulador. La siguiente gráfica muestra de mejor manera lo que sucede:

7 Experimento 14 Figura 7: Tensión en el acumulador con diodo (rojo) y sin diodo (azul) Figura 8: Montaje de experimento 14 En el experimento 14 se busca observar el comportamiento de la descarga del acumulador. Para esto se utilizaron 2 tipos de cargas, una bombilla y un electromotor. Se obtuvieron los siguientes resultados:

8 Tablas: Datos de descarga Electromotor y carga Figura 9: Proceso de descarga electromotor (Tensión- Rojo, Corriente Azul) Como se observa en la Figura 9, al conectar el motor la corriente sube hasta un valor de aproximadamente 15 ma, donde se mantiene estable a lo largo de la descarga. La carga llega hasta un valor de 1000 mv, en este punto el electro motor aun sigue funcionando pero con una

9 velocidad muchísimo menor que con la que inicio, pero sin descargar en totalidad el acumulador. Figura 10: Proceso de descarga bombilla (Tensión - Rojo, Corriente - Azul) Para el caso de la Figura 10, se observa que la bombilla tiene un consumo de corriente mayor y esta disminuye con mayor rapidez que el electromotor. La bombilla descarga en su totalidad al acumulador, hasta llegar al punto donde no ilumina. Experimento 15 El experimento 15 consiste en el análisis completo de un sistema de fotovoltaico en su funcionamiento de tipo aislado. Para esto se utilizaran las 4 celdas conectadas en paralelo junto con el acumulador y el diodo. Adicionalmente e irán agregando cargas en paralelo al acumulador. Los diagramas se muestran en las siguientes figuras.

10 Figura 12: Diagrama de conexiones experimento 15 Figura 13: Casos de estudio para el experimento 15 Como se puede observar en la figura 13, se tiene 4 casos de análisis. Para el caso A, el acumulador se empieza a carga y se registra corriente en el multímetro 1. Seguidamente se realiza una conexión de un motor y otro amperímetro en serie, y estos se unen al acumulador en paralelo,

11 como se muestra el caso B. En este punto se apagan las fuentes de irradiación y se observa como la corriente que fluye hacia las celdas es cero y mientras que la corriente hacia el motor oscila entre 13 y 14 ma. Seguidamente se conecta la bomba en paralelo con el motor, lo que implica que se agregar más carga al sistema, y la corriente empieza a subir hasta llegar a un valor de máximo de 81 ma. Desde el momento en que se conecto la bombilla se tardó aproximadamente 5,5 minutos en realizar la descarga total del acumulador. Finalmente, una vez descargado el acumulador, se encienden de nuevo las fuentes de irradiación y empieza a girar el motor lentamente y de nuevo fluye corriente por el amperímetro de las celdas. Después de un momento, cuando la corriente ha alcanzado un valor de aproximadamente 68 ma se enciende nuevamente la luz. Los componente en la red deben de ser debidamente escogidos para las condiciones a las que trabajara el sistema. Al ser aislado, los criterios de selección deben de ser mas rigurosos ya que es el único medio por el cual las cargas serán alimentadas. Las cargas deben ser alimentadas con las tensiones correctas, así mismo el acumulador o batería seleccionada debe ser acorde al consumo promedio del lugar que se conecta al sistema.