COMPONENTES Y CONCEPTOS parte 1. Ing. Diego Oroño Ing. Gonzalo Hermida

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1 COMPONENTES Y CONCEPTOS parte 1 Ing. Diego Oroño Ing. Gonzalo Hermida

2 Temario de este capítulo Introducción sistemas fotovoltaicos Paneles fotovoltaicos Punto de máxima potencia Inversores Baterías Regulador de carga Estructura soporte Cableado Protecciones

3 Sistemas fotovoltaicos

4 Sistema FV con conexión a red

5 Sistema FV con conexión a red Cableado DC y AC Tableros de distribución Protecciones Estructuras de montaje Inversores Contadores de Energía

6 Algunos ejemplos

7 Algunos ejemplos

8 Algunos ejemplos

9 Algunos ejemplos

10 Algunos ejemplos

11

12 Con entrega de potencia a la Red: Medidor Bidireccional Autoconsumo: Es necesario instalar un sistema de control de potencia de la planta

13 Sistema FV autónomo

14 Algunos ejemplos

15 Sistema PV autónomo

16 Paneles fotovoltaicos

17 Módulo vs. Panel

18 Modelo eléctrico ideal celda solar Juntura P N: Modelada como una fuente de corriente en paralelo con un diodo. El valor de la fuente de corriente depende de la irradiancia que incida en la celda fotovoltaica.

19 Modelo eléctrico celda solar Rs: Resistencia debida a los contactos metálicos con el semiconductor, a las capas semiconductoras y a la malla de metalización. Rp: representa las fugas de corriente en los bordes de la célula, los posibles cortocircuitos metálicos y la recombinación favorecida en las fronteras de grano del cristal.

20 Modelo eléctrico celda solar Ecuación característica celda solar

21 Curva característica celda PV

22 Parámetros fundamentales Isc: Corriente de corto circuito Voc: Voltaje de circuito abierto Impp: Corriente en el punto de máxima potencia Vmpp: Voltaje en el punto de máxima potencia

23 Modelo eléctrico panel fotovoltaico

24 Cómo cambia la curva característica?

25 Cómo se afectan los demás parámetros?

26 Cómo se afectan los demás parámetros?

27 Cómo se afectan los demás parámetros?

28 Parámetros fundamentales Condiciones Estándar de Prueba (STC): Temperatura de celda de 25 C Irradiancia de 1000 W/m² Masa de aire espectral de 1,5 (AM 1,5). Es una medida de la distancia que recorre la radiación al atravesar la atmósfera. 1 cos

29 Parámetros fundamentales Eficiencia: Pm (en W/m2) Potencia máxima bajo condiciones (STC) Ac (en m2) área superficial de la celda STC: 25 C, 1000 W/m² y AM 1,5 Factor de llenado:

30 Factor de llenado:

31 Cómo se afectan los demás parámetros? En conclusión: FF módulo < FF celda η módulo < η celda A su vez efectos como sombreado, temperatura o suciedad parcial también van en la misma dirección.

32 Tecnologías de celdas fotovoltaicas Según sus materiales y método de fabricación Monocristalinos: Silicio de alta pureza (método Czochralski) Policristalinos: Silicio de menor pureza, muchos cristales Película delgada: se fabrica mediante el depósito de una o más capas delgadas de un material fotovoltaico Silicio amorfo (a Si) y otros silicios de película delgada (TF Si) Teluro de cadmio (CdTe) Cobre indio galio y selenio (CIS o CIGS) Celdas solares orgánicas.

33 Tecnologías de fabricación Celdas monocristalinas: Mayor eficiencia en condiciones STC. Sirve para reducir el espacio necesario. Celdas policristalinas: Más baratos, se puede conseguir más energía por el mismo precio. A temperaturas elevadas, la pérdida de eficiencia en módulos policristalinos en general es menor que en paneles de celdas monocristalinas.

34 Vida útil de los Paneles Fotovoltaicos Según la experiencia, vida útil mayor a los 30 años sin mantenimiento Fabricantes de paneles fotovoltaicos garantizan rendimiento de 80% en 25 años.

35 Eficiencia de Celdas Fotovoltaicas

36 Eficiencia de Celdas Fotovoltaicas Monocristalinos: 25.3 % Policristalinos: 21.9 %

37 Efecto de la irradiación

38 Efecto de la temperatura Se puede evaluar el movimiento de la curva a través de los coeficientes de temperatura

39 Punto de máxima potencia

40 Potencia según irradiancia

41 Potencia según temperatura

42 Modelo térmico de panel FV T c : Temperatura de celda. T amb : Temperatura ambiente. G gi : Irradiación global en plano inclinado. NOCT (Temperatura Nominal de Operación de la Celda): Parámetro presente en las hojas de datos de los fabricantes. No contempla condiciones de carga ni de instalación. 800 W/m2, Tamb = 20 C, AM 1.5 y velocidad del viento 1 m/s INOCT (NOCT de Instalación): Es el NOCT corregido a las condiciones de instalación y montaje de los paneles, para estimar la temperatura de celda en forma más precisa.

43 Hoja de datos

44

45 Modelo de Panel Fotovoltaico Modelo de diodo simple Ecuación característica Parámetros fundamentales: I L : corriente fotogenerada (dependiente de la irradiación) I S : corriente de saturación inversa del panel R s : resistencia serie del panel R P : resistencia shunt del panel m : factor de idealidad del diodo del modelo I sc I mpp V mpp Curva característica I V MPP V oc Modelo basado en paper académico: PV panel model based on datasheet values

46 Modelo en condiciones STC Sistema de ecuaciones 5x5 I sc I mpp V mpp V oc P mpp V mpp V oc

47 Modelo en condiciones STC Sistema de ecuaciones 5x5 I sc I mpp 1 V mpp V oc P mpp V mpp V oc

48 Modelo en condiciones STC Sistema de ecuaciones 5x5 I sc I mpp 1 V mpp 2 V oc P mpp V mpp V oc

49 Modelo en condiciones STC Sistema de ecuaciones 5x5 I sc I mpp 1 3 V mpp 2 V oc P mpp V mpp V oc

50 Modelo en condiciones STC Sistema de ecuaciones 5x5 I sc I mpp 1 3 V mpp 2 V oc P mpp 4 V mpp V oc

51 Modelo en condiciones STC Sistema de ecuaciones 5x5 I sc I mpp V mpp 2 V oc P mpp 4 5) V mpp V oc

52 Conexionado de paneles Conexionado paralelo I1 I 2 I 1 + I 2

53 Conexionado serie

54 Qué pasa si uno de los paneles está sombreado? Si no tome ninguna medida adicional I = 0 Es necesario el uso de diodos by pass

55 3 módulos en serie con diodo bypass

56 Importancia del conexionado interno del panel

57 MPPT

58 Curva I V Curva I V celda solar Curva I V de panel Curva I V de arreglo de paneles

59 Punto de operación

60 Punto de operación

61 Punto de operación

62 Punto de operación Si no se toma ninguna medida, el punto de operación va a estar dado por la carga eléctrica que vea el módulo a la salida. Para obtener la máxima potencia por el sistema es necesario forzarlo atrabajarenelmpp. Este punto corresponde con el codo de la curva I V La manera más sencilla de hacer esto es llevar el voltajedeoperaciónalvmpp o regular la corriente al valor de Impp, utilizando convertidores.

63 Qué pasa si cambia G, T? NECESIDAD DE MPPT

64 Técnicas de MPPT MPPT INDIRECTOS Voltaje Fijo Fracción en tensión de circuito abierto (Voc) Fracción en corriente de corto circuito (Isc) DIRECTOS Perturbar y Observar Conductancia Incremental Lógicas difusas Control por relación de rizado Redes neuronales

65 Voltaje fijo Consiste en ajustar el voltaje de operación basado puramente en consideraciones estacionales

66 Fracción en tensión de Voc o Isc Estos métodos explotan el hecho de que tanto Vmpp como Impp, se pueden aproximar como una constante de proporcionalidad multiplicada por Voc o Isc respectivamente. Para silicio cristalino k1 ~ k2 ~

67 Fracción en tensión de Voc o Isc Ventaja: Muy fácil de implementar Desventajas: k es una aproximación Para cada cambio de G, T es necesario medir Voc y por lo tanto desconectar los paneles. Eso implica una pérdida (aunque momentánea) de potencia.

68 Modificación uso de una celda piloto

69 Perturbar y Observar (P&O)

70

71 Perturbar y Observar (P&O) Ventajas: Implementación sencilla Convergencia rápida en torno al MPP Desventajas: Oscilaciones en torno al MPP Cambios en iluminación pueden confundir al algoritmo, afectando la eficiencia de la convergencia.

72 Conductancia Incremental CONDUCTANCIA = I/V

73 Conductancia Incremental

74

75 Conductancia incremental Ventajas Más eficiencia, el algoritmo no flota entorno a la región MPP. Pasos de muestreo pequeños lo hacen más robusto frente a cambios en las condiciones climáticas Desventajas La mayor desventaja de este algoritmo es la complejidad de su implementación: no solo mide corrientes y voltajes, sino que también calcula los valores instantáneos e incrementales de conductancia.

76 Implementación de hardware

77 Productos MPPT

78 Productos MPPT

79 79

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