Presentación Pautas para el desarrollo de la energía solar en Córdoba

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1 Presentación Pautas para el desarrollo de la energía solar en Córdoba

2 Energía Solar Fotovoltaica Ing. Jorge R. Barral Grupo de Energía Solar Facultad de Ingeniería Universidad Nacional de Río Cuarto CREER CREAR CRECER 2

3 Principio de funcionamiento Panel FV La radiación solar genera una diferencia de potencial entre dos capas de una celda fotovoltaica y puede mantener una corriente continua ante la conexión de una carga. 3

4 Módulos fotovoltaicos Conexión de celdas Ensamble de un módulo N s N p Vidrio templado Tedlar Marco de Aluminio Láminas de EVA (etileno-acetato de Vinilo) 4

5 Módulos fotovoltaicos Detalle del corte Sello de silicona Vidrio Marco de aluminio Celda fotovoltaica 5

6 Analogía de celdas fotovoltaicas con pilas Mayor corriente Mayor tensión 6

7 Módulos fotovoltaicos Tensiones 6 V 12 V 24 V Potencias 5 Wp 250 Wp 7

8 Característica I-V de la Celda Punto de I cc máxima T Potencia + P A I 1 I mp V R Potencia - V mp V ca I 1000 W/m W/m W/m 2 Efecto de la variación de temperatura 400 W/m W/m 2 Efecto de la variación de la radiación solar V 8

9 Etiquetado del módulo 9

10 Tecnologías Módulos fotovoltaicos Silicio monocristalino: η= 13 a 19% Módulos FV de uso terrestre Silicio policristalino: η= 11 a 15% Silicio amorfo: η= 5 a 8% 10

11 Aspecto de una celda de silicio monocristalino Vista frontal Vista posterior 11

12 Aspecto de una celda de silicio policristalino 12

13 Aspecto de varios módulos de silicio amorfo 13

14 Acumuladores y Sistemas FV La demanda de energía generalmente no coincide con la generación, por lo cual es necesario acumular energía. Los acumuladores (baterías) para aplicaciones solares deben reunir las siguientes condiciones: 14

15 Acumuladores Los acumuladores electrolíticos acumulan energía en forma de energía química mediante una reacciones químicas reversibles. Los acumuladores más utilizados en sistemas FV son los de Plomo-Ácido. Se usan Baterías estacionarias, que permanecen largos periodos de tiempo en flotación totalmente cargadas y resisten descargas profundas y esporádicas. Utilizadas en SAI y alumbrado de emergencia. Bajo consumo de agua. Moderada resistencia al ciclado. 15

16 El Regulador de Carga El regulador de carga es un dispositivo electrónico cuya función fundamental es proteger a las baterías ante las sobrecargas y las descargas excesivas para evitar su deterioro prematuro. 16

17 El Regulador de Carga Un regulador debería cumplir las siguientes funciones: Protección contra cortocircuitos. Protección contra sobrecarga. Protección contra polaridad invertida. Protección contra picos de tensión y descargas atmosféricas. Protección contra corriente invertida durante la noche. Protección contra altas temperaturas en la batería. Selección del tipo de batería Indicación del estado de carga de batería, mediante: leds, alarmas sonoras y/o display indicador del nivel de tensión. Desconexión secuencial de distintos dispositivos por bajo nivel de carga. Utilización de distintos métodos de carga. Almacenamiento de datos de tensiones y/o corrientes. Transmisión de datos en tiempo real a PC para monitoreo continuo. 17

18 El Inversor En instalaciones donde se utilizan aparatos que funcionan con corriente alterna, es necesario convertir la corriente continua que genera el módulo y almacena la batería. Esa conversión la realiza un equipo denominado INVERSOR. Inversor con salida senoidal 18

19 Inversor de un sistema autónomo Debería cumplir con las siguiente s condiciones: Poseer alta eficiencia. Adecuadamente protegidos contra cortocircuitos y sobrecargas. Incorporar rearme y desconexión automática. Admitir demandas instantáneas de potencia mayores del 200% de su potencia máxima. Cumplir con los requisitos, que para instalaciones de 220V C.A. establece el Reglamento de Baja Tensión. Transmisión de datos en tiempo real a PC para monitoreo continuo. 19

20 Sistema Fotovoltaico Autónomo GENERADOR REGULADOR + - BATERÍA INVERSOR CONSUMO CC CONSUMO CA

21 Dimensionamiento del sistema Estudio de la demanda de energía Cálculo del generador FV Tamaño de batería Selección del regulador Selección del Inversor Cables, Maniobra y Protecciones 21

22 Estudio de la demanda de energía Consumo de energía Perfil del consumo: Anual Mensual Semanal - Diario Características de los dispositivos CC CA Tensión nominal de alimentación Tipo de onda Corrientes de arranque Corrientes pulsantes 22

23 Estimación del Consumo Energético Descripción CC /CA Tensión nominal [W] Potencia [W] Lámpara ilum cc Televisión ca Lavarropa ca El cálculo debe ser minucioso porque la capacidad del sistema de proveer potencia es limitada Heladera ca ,5 Centro Musical ca Plancha ca

24 Perfil anual del consumo energético Horas de Utilización durante el mes Descripción E F M A M J J A S O N D Iluminación Iluminación Iluminación Televisión Lavarropa Heladera Centro Musical Plancha 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 TOTAL 24

25 Estimación del recurso solar Datos de partida: Valores medios mensuales de la radiación solar global en el plano horizontal Información requerida: Valores medios mensuales de la radiación solar global en el plano de captación (depende del ángulo de elevación beta) 25

26 Radiación solar Global para Río Cuarto Horas Sol Pico para Río Cuarto E F M A M J J A S O N D horizontal 5,56 5,28 4,7 4,17 3,33 2,78 3,33 4,17 4,72 5,28 5,28 5,56 45 º 4,56 4,87 5,2 5,71 5,55 5,15 5,88 6,21 5,69 5,2 4,49 4,43 26

27 Concepto de Horas Sol Pico [HSP] Irradiancia [W/m 2 ] 1000 Áreas iguales Tiempo [horas] 1 HSP 1000 Wh m KWh m 1 3, MJ 2 m 27

28 Determinación del mes más desfavorable Radiacion horiz Radiacion plano Consumo Energético Cociente Meses del Año E F M A M J J A S O N D cociente Consumo Energetico Diarion Radiación Global Diaria plano captación n 28

29 Dimensionado del Generador FV N mp = Número de módulos en paralelo N mp I mp V n L n _ desf H _ n _ desf a L n_desf = Consumo energético diario en el mes más desfavorable [Wh] I mp = Corriente de máxima potencia del módulo preseleccionado [A] V n = Tensión nominal del sistema [V]. H _n_desf = Valor medio mensual de la radiación global diaria en el plano de captación [HSP]. a = rendimiento (tiene en cuenta diversas pérdidas) 29

30 Dimensionado del Acumulador CA = Capacidad del Acumulador [Ah] CA L n _ desf P DM V n N DA b L n_desf = Consumo energético diario en el mes más desfavorable [Wh] N DA = Número de Días de autonomía. V n = Tensión nominal del sistema [V]. P DM = Profundidad de descarga máxima Admisible de la Batería. b = rendimiento 30

31 Conclusión del proceso Selección del regulador Selección del Inversor Cables, Maniobra y Protecciones 31

32 Sistema Fotovoltaico Autónomo Consumo que abastece: Generador bateria Regulador 4 lámparas BC de 15w 40w 1 equipo comunicación 2,3A 17,4V 110 Ah 4A Total 1 bomba o televisor $ 1.120,00 $ 1.165,00 $ 124,00 $ 2.409,00 Consumo que abastece: Generador bateria Regulador 5 lámparas BC de 15w 50w 1 equipo comunicación 2,87A 17,4V 150 Ah 4A Total 1 bomba de agua $ 1.404,00 $ 1.885,00 $ 134,00 $ 3.423,00 1 televisor Consumo que abastece: Generador bateria Regulador 5 lámparas BC de 15w 2X35w 1 equipo comunicación 2,33A 15V 220 Ah 10A Total 1 bomba de agua $ 2.200,00 $ 3.000,00 $ 446,00 $ 5.646,00 1 televisor Consumo que abastece: Generador bateria Regulador 6 lámparas BC de 15w 5X50w 1 televisor 2,87A 17,4V 4X110 Ah 10A Total 1 heladera clase A $ 7.750,00 $ ,00 $ 446,00 $ ,00 32

33 Esquema de generador fotovoltaico conectado a la red El Sistema Fotovoltaico Conectados Red INVERSOR MEDIDOR ENERGÍA LIMPIA MEDIDOR ENERGÍA CO 2 RED PÚBLICA KW KW GENERADOR FV CARGA CA La gran ventaja de esta configuración es que no necesita baterías, que son los elementos que ocasionan gastos de mantenimiento en los sistemas autónomos

34 Planta de PV conectada a red Planta 1,18 MWp Tudela España ( ) Imágenes cortesía de EHN (

35 Instalación en edificios conectados a red En España se estiman tiempos de amortización de entre 6 y 9 años, para sistemas de 25 años de vida útil

36 Plantas solares fotovoltaicas Primera planta fotovoltaica en Argentina. Ullum, San Juan. 1,2 MW conectados a la red eléctrica Cada 5 kwh fotovoltaicos generados se evita la emisión de 5 kg de CO 2 Extraído de: 36

37 Los sistemas fotovoltaicos conectados a la red están hoy compitiendo con la Electricidad Solar Térmica Heliostatos (espejos) concentran los rayos solares en un foco Alta temperatura (más de 350 ºC) 37

38 Electricidad Solar Térmica utilizando reflectores lineales de Fresnel Extraído de: 38

39 Ensayos de Dispositivos y Sistemas de Energía Solar Fotovoltaica Para la seguridad de los usuarios y empresas, es necesario asegurar la calidad y confiabilidad de los equipos que se compran. Tomando como referencia normas nacionales y/o internacionales el GES realiza los siguientes ensayos - Ensayos de Módulos Fotovoltaicos - Ensayos de Reguladores de Carga. - Ensayos de Inversores. - Ensayos de Lámparas. - Ensayos de Baterías. - Ensayo de Sistemas Fotovoltaicos. 39

40 Determinación experimental curva I-V IRAM

41 Medición de Irradiancia sobre el módulo en ensayo de la curva Tensión Corriente IRAM Módulo en ensayo Celda Calibrada Piranómetro de Precisión 41

42 Procesamiento de datos del ensayo Tensión- Corriente Termocupla en parte trasera del módulo Adquisidor de datos 42

43 Ensayo de Inspección Visual IRAM Ensayo de Rigidez Dieléctrica IRAM Ensayo de Robustez de Terminales IRAM

44 Ensayo de Resistencia al Impacto de granizo IRAM Sensor óptico de velocidad de la bola de hielo Se miden 11 disparos por módulo 44

45 Ensayo de Sistema esamblado completo 45

46 Ensayo de Reguladores de Tensión 46

47 Muchas gracias! Preguntas? Pueden contactarse conmigo a través de: Grupo de Energía Solar Facultad de Ingeniería Universidad Nacional de Río Cuarto Ruta Nac. 36 Km 601 X5804BYA Río Cuarto Argentina Tel /488 ; FAX

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