Energía Solar Fotovoltaica

Transcripción

1 Guía docente de la asignatura Energía Solar Fotovoltaica Titulación: Grado en Ingeniería Electrica

2 1. Datos de la asignatura Nombre Materia* Módulo* Energía solar Fotovoltaica (Photovoltaic Solar Energy) Energía solar Fotovoltaica Materias optativas específicas Código Titulación Grado en Ingeniería Eléctrica Plan de estudios 2011 Centro Tipo Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial Optativa Específica Periodo lectivo Cuatrimestral Cuatrimestre 2º Curso 4º Idioma Castellano ECTS 3 Horas / ECTS 30 Carga total de trabajo (horas) 90 * Todos los términos marcados con un asterisco están definidos en Referencias para la actividad docente en la UPCT y Glosario de términos:

3 2. Datos del profesorado Profesor responsable Departamento Área de conocimiento Ubicación del despacho Correo electrónico Antonio Mateo Aroca Tecnología Electrónica Tecnología Electrónica 1ª Planta del Hospital de Marina - Lado Norte Teléfono Fax URL / WEB Horario de atención / Tutorías Ubicación durante las tutorías Titulación Vinculación con la UPCT antonio.mateo@upct.es Aula Virtual: aulavirtual.upct.es - WEB: Martes 11:00-14:00, Miercoles 11:00-14:00. Solicitar cita previa por . Despacho Año de ingreso en la UPCT 1999 Nº de quinquenios (si procede) 3 Líneas de investigación (si procede) Nº de sexenios (si procede) Experiencia profesional (si procede) Otros temas de interés Ingeniero Industrial por la Universidad Politecnica de Cartagena Profesor Titular de Universidad Energía fotovoltaica. Electrónica Potencia VPE. Visión Artificial Diseño de instalaciones de energía solar.

4 Profesor responsable Departamento Área de conocimiento Ubicación del despacho Correo electrónico José Alfonso Vera Repullo Tecnología Electrónica Tecnología Electrónica 1ª Planta del Hospital de Marina - Lado Norte Teléfono Fax URL / WEB Horario de atención / Tutorías Ubicación durante las tutorías Titulación Vinculación con la UPCT jose.vera@upct.es Aula Virtual - Martes 11:00-14:00, Jueves 10:00-13:00. Solicitar cita previa por . Despacho Año de ingreso en la UPCT 1990 Nº de quinquenios (si procede) 5 Líneas de investigación (si procede) Nº de sexenios (si procede) 0 Experiencia profesional (si procede) Otros temas de interés Ingeniero en Automática y Electrónica Industrial por la Universidad de Murcia Profesor Titular de Escuela Universitaria Agromótica, Instrumentación, Domótica.

5 3. Descripción de la asignatura 3.1. Descripción general de la asignatura La materia a tratar en la asignatura Energía Solar Fotovoltaica es una introducción generalizada a la energía solar fotovoltaica ahondando en concreto, en el funcionamiento y tecnologías existentes de la célula solar fotovoltaica. Por otro lado, se expondrán las nociones básicas relativas a los fundamentos y dimensionado del generador fotovoltaico y el diseño de los diferentes tipos de instalaciones que se pueden realizar con estos dispositivos Aportación de la asignatura al ejercicio profesional En esta materia se trabajan las competencias específicas de la titulación, aplicadas al estudio de la generación de energía solar fotovoltaica y el diseño y análisis de sistemas fotovoltaicos. El estudiante será capaz de responder técnicamente con soluciones viables al problema de la electrificación por medio de energía solar fotovoltaica en sistemas autónomos. Ademas será capaz de diseñar un sistema fotovoltaico de conexión a red Relación con otras asignaturas del plan de estudios Dentro del Grado en Ingeniería Electrónica Industrial y Automática, la asignatura Energia Solar Fotovoltaica se ubica en el primer segundo cuatrimestre del cuarto curso de la titulación y una vez que el alumno ha cursado las asignaturas de Fundamentos de Electrónica Industrial y Análisis de circuitos. Los contenidos de estas dos materias son esenciales para el buen desarrollo de esta asignatura Incompatibilidades de la asignatura definidas en el plan de estudios No existen 3.5. Recomendaciones para cursar la asignatura Haber cursado la asignatura de Análisis de Circuitos que se imparte en el segundo cuatrimestre de primer curso y Fundamentos en Electrónica Industrial que se imparte en el primer cuatrimestre del segundo curso. Ademas es conveniente que el alumno realice un recordatorio de las asignaturas relacionadas en las que se imparten conocimientos de Trigonometria y Geometria Descriptiva. Se recomienda que el alumno tenga conocimiento del idioma Inglés así como de informática a nivel de usuario Medidas especiales previstas Los alumnos que se encuentren en circunstancias especiales deben comunicarlo al profesor/a responsable de la asignatura al principio del cuatrimestre con el fin de adoptar las medidas necesarias para permitir su integración. Para los alumnos con discapacidad se buscará la manera de adaptar los materiales y recursos utilizados a las necesidades específicas. Respecto a los alumnos extranjeros, las clases de la asignatura serán impartidas en castellano y el material confeccionado específicamente para el desarrollo de la misma está en este mismo idioma. No obstante, y aunque la bibliografía recomendada está en castellano, se le facilitará al alumno una bibliografía en inglés, y los profesores de la asignatura podrán emplear el inglés en las tutorías con aquellos alumnos que lo requieran.

6 4. Competencias y resultados del aprendizaje 4.1. Competencias básicas* del plan de estudios asociadas a la asignatura Que los estudiantes sepan aplicar sus conocimientos a su trabajo o vocación de una forma profesional y posean las competencias que suelen demostrarse por medio de la elaboración y defensa de argumentos y la resolución de problemas dentro de su área Competencias generales del plan de estudios asociadas a la asignatura Conocimiento en materias básicas y tecnológicas, que les capacite para el aprendizaje de nuevos métodos y teorías, y les dote de versatilidad para adaptarse a nuevas situaciones. Capacidad de resolver problemas con iniciativa, toma de decisiones, creatividad, razonamiento crítico y de comunicar y transmitir conocimientos, habilidades y destrezas en el campo de la Ingeniería Industrial Competencias específicas* del plan de estudios asociadas a la asignatura Conocimientos sobre Radiación solar. Células fotovoltaicas. Sistemas fotovoltaicos: acondicionamiento, almacenamiento y protecciones. Instalaciones aisladas y conectadas a red Competencias transversales del plan de estudios asociadas a la asignatura Aplicar a la práctica los conocimientos adquiridos 4.5. Resultados** del aprendizaje de la asignatura En esta materia se trabajan las competencias específicas de la titulación, aplicadas al estudio de la generación de energía solar fotovoltaica y el diseño y análisis de sistemas fotovoltaicos. El estudiante será capaz de: 1. Adquirir conocimiento de los distintos subsistemas de una instalación solar fotovoltaica, los distintos tipos de materiales fotovoltaicos y el comportamiento eléctrico de los mismos. 2. Capacidad de utilizar las herramientas y técnicas necesarias para el dimensionamiento, puesta en marcha y mantenimiento de instalaciones solares fotovoltaicas. 3. Responder técnicamente con soluciones viables al problema de la electrificación por medio de energía solar fotovoltaica en sistemas aislados 4. Establecer los parámetros de diseño de un sistema fotovoltaico básico con conexión a red. 5. Habilidades para comunicar sus conclusiones a público especializado y no especializado de modo claro y sin ambigüedades. ** Véase también la Guía de apoyo para la redacción, puesta en práctica y evaluación de los resultados del aprendizaje, de ANECA:

7 5. Contenidos 5.1. Contenidos del plan de estudios asociados a la asignatura Radiación solar. Células fotovoltaicas. Sistemas fotovoltaicos: acondicionamiento, almacenamiento y protecciones. Instalaciones aisladas y conectadas a red Programa de teoría (unidades didácticas y temas) UD1: INTRODUCCION A LA ENERGIA SOLAR Tema 1 Introducción 1.1 Reseña histórica 1.2 Características del sistema energético actual 1.3 La energía fotovoltaica como alternativa 1.4 La energía fotovoltaica en España Tema 2 Geometría Solar 2.1. Geometría del movimiento terrestre 2.2. Geometría de la radiación incidente en sistemas fotovoltaicos Tema 3 Radiación Solar 3.1. Naturaleza de la radiación solar 3.2. Cálculo de componentes de radiación solar 3.3. Radiación en superficies inclinadas 3.4. Calculo de situación FV optima en superficies inclinadas 3.5. Estimación de perdidas en una instalación FV Aplicación práctica: cálculo para sistemas estáticos UD2: CELULA SOLAR Y MODULOS SOLARES FOTOVOLTAICOS Tema 4 La célula solar 4.1. Teoría de Semiconductores 4.2. Funcionamiento de una célula solar 4.3. Fabricación Tema 5 Asociación de dispositivos fotovoltaicos 5.1. El módulo fotovoltaico 5.2. Generador Fotovoltaico UD3: SISTEMAS FOTOVOLTAICOS Tema 6 Sistemas Fotovoltaicos de Conexión a Red 6.1. Conceptos básicos 6.2. Inversor DC/AC 6.3. Configuración de un SFCR 6.4. Sombras en generadores 6.5. Cálculo de la productividad de un SFCR Tema 7 Sistemas Fotovoltaicos Autónomos 7.1. Conceptos generales 7.2. Componentes de un SFA 7.3. Dimensionado de un SFA Tema 8 Sistemas Fotovoltaicos de Bombeo 8.1. Conceptos generales 8.2. Componentes 8.3. Dimensionado de un SFB Tema 9 Seguridad Eléctrica en Sistemas Fotovoltaicos 9.1. Introducción 9.2. Protección de las personas 9.3. Protección de los equipos 9.4. Elementos de protección

8 5.3. Programa de prácticas (nombre y descripción de cada práctica) E1: Calculo parámetros de célula FV. E3: Definicion-Simulacion Modelo simplificado de célula FV E4: Definicion-Simulacion Modelo completo de célula FV. E5: Definicion-Simulacion Modelo completo de módulo FV. E6: Experimentos Modulo FV 36 células - Sombreado. E7: Experimentos Modulo FV 36 células - Sombreado - Bypass. E8: Simulación Modelo ecuación módulo FV. E9: Registro de datos con trazador I-V EKO MP160. Trabajo en Grupo. Prevención de riesgos La Universidad Politécnica de Cartagena considera como uno de sus principios básicos y objetivos fundamentales la promoción de la mejora continua de las condiciones de trabajo y estudio de toda la Comunidad Universitaria. Este compromiso con la prevención y las responsabilidades que se derivan atañe a todos los niveles que integran la Universidad: órganos de gobierno, equipo de dirección, personal docente e investigador, personal de administración y servicios y estudiantes. El Servicio de Prevención de Riesgos Laborales de la UPCT ha elaborado un Manual de acogida al estudiante en materia de prevención de riesgos que puedes encontrar en el Aula Virtual, y en el que encontraras instrucciones y recomendaciones acerca de cómo actuar de forma correcta, desde el punto de vista de la prevención (seguridad, ergonomía, etc.), cuando desarrolles cualquier tipo de actividad en la Universidad. También encontrarás recomendaciones sobre cómo proceder en caso de emergencia o que se produzca algún incidente. En especial, cuando realices prácticas docentes en laboratorios, talleres o trabajo de campo, debes seguir todas las instrucciones del profesorado, que es la persona responsable de tu seguridad y salud durante su realización. Consúltale todas las dudas que te surjan y no pongas en riesgo tu seguridad ni la de tus compañeros Programa de teoría en inglés (unidades didácticas y temas) Item 1 Introduction 1.1 Historical review 1.2 Characteristics of the present energetic system 1.3 Photovoltaic as alternative 1.4 PV in Spain Item 2 Solar Geometry 2.1. Geometry of earth movement 2.2. Geometry of the incident radiation on photovoltaic systems Item 3 Solar Radiation 3.1. Nature of solar radiation 3.2. Calculating solar radiation components 3.3. Radiation on inclined surfaces 3.4. FV optimal location on inclined surfaces 3.5. Estimation of losses in a PV system Practical application: calculation for static systems Item 4 The solar cell

9 4.1. Theory of Semiconductors 4.2. Operation of a solar cell 4.3. Manufacturing Item 5 Association of photovoltaic devices 5.1. Photovoltaic module 5.2. Photovoltaic Generator Item 6 Grid Connected Photovoltaic Systems 6.1. Basics concepts 6.2. Inverter DC / AC 6.3. Configuring GPVS 6.4. Shadows on generators 6.5. Calculation of the productivity of a Grid Connected PVS Item 7 Off Grid Photovoltaic Systems 7.1. General concepts 7.2. Components of a Off Grid PVS 7.3. Dimensioning of a Off Grid PVS Item 8 Solar-Powered Water Pump Systems 8.1. General concepts 8.2. Components 8.3. Dimensioning of a Solar-Powered Water Pump Systems Item 9 Photovoltaic Systems Electrical Safety 9.1. Introduction 9.2. Person protection 9.3. Device protection 9.4. Power protections devices 5.5. Objetivos del aprendizaje detallados por unidades didácticas UD1. INTRODUCCION A LA ENERGIA SOLAR En esta unidad se introducen los principales conceptos para trabajar con sistemas solares, como son la teoría básica de geometría solar y radiación solar, fundamentales para comprender un sistema solar fotovoltaico. Los resultados del aprendizaje de esta unidad didáctica son: 1.- Conocer que se entiende por energía Solar y su desarrollo en el sistema energetico. 2.- Conocer y entender la terminología y los conceptos de geometría solar. 3.- Entender las características de la radiación solar y su utilización en sistemas fotovoltaicos. UD2. CELULA SOLAR Y MODULOS SOLARES FOTOVOLTAICOS En esta unidad se introduce al alumno en el estudio de una celula solar y los modulos fotovoltaicos. Los resultados del aprendizaje de esta unidad didáctica son: 1.- Conocer el funciomiento de una celula solar y estudiar el modelo eléctrico que define el comportamiento de la misma. 2.- Conocer el funcionamiento de un modulo solar a partir de células solares básicas y como dimensionar un generador fotovoltaico. UD3. SISTEMAS FOTOVOLTAICOS En esta unidad se abordaran los contenidos y las acciones formativas que permiten

10 alcanzar los siguientes resultados de aprendizaje. 1.- Establecer los conocimientos necesarios que permitan dimensionar y establecer la localización y configuración de un sistemas fotovoltaico basado en modulos comerciales. 2.- Conocer los diferentes tipos de sistemas fotovoltaicos y las características que los diferencian. 3.- Conocer y dimensionar sistemas fotovoltaicos autónomos y configurarlos según las necesidades energéticas. 4.- Conocer y dimensionar un sistema fotovoltaico de conexión a red. Estudiar su configuración para conocer su producción energética esperada. 5.- Estudiar y calcular los sistemas asociados a un sistema fotovoltaico y aprender a dimensionar dichos elementos. 6.- Conocer la normativa de conexionado de los sistemas fotovoltaicos y los sistemas de protección necesarios.

11 6. Metodología docente 6.1. Metodología docente* Actividad* Técnicas docentes Trabajo del estudiante Horas Clase de Teoría Clase expositiva empleando el método de la lección. Resolución de dudas planteadas por los estudiantes Presencial: Toma de apuntes, planteamiento de dudas. 15 No presencial: Estudio de la materia. 18 Clase de Problema Se plantea cada ejercicio y se da un tiempo para que el estudiante intente resolverlo. Se resuelve con ayuda de la pizarra y, en ocasiones, con la participación de estudiantes voluntarios Presencial: Participación activa. Resolución de ejercicios. Planteamiento de dudas 8 No presencial: Estudio de la materia. Resolución de ejercicios propuestos por el profesor. 12 Clase de Prácticas Las sesiones prácticas de laboratorio son fundamentales para acercar el entorno de trabajo industrial al docente y permiten enlazar contenidos teóricos y prácticos de forma directa. Mediante las sesiones se pretende que los alumnos manejen los instrumentos del laboratorio. Presencial Realización de las actividades y ejercicios planteadas en el boletín de prácticas 7 No presencial: Simulación de la práctica a realizar en el laboratorio. Elaboración de los informes de prácticas. 5 Seminarios y trabajo cooperativo Estudio intensivo de un tema en sesiones planificadas. Los alumnos trabajan en grupo para resolver un conjunto de problemas o realizar un trabajo cooperativamente. Resolver dudas y aclarar conceptos Presencial Toma de apuntes, planteamiento de dudas. Participación activa. Resolución de ejercicios. Planteamiento de dudas. No presencial: estudio de la materia a tratar en el seminario. Preparación de la actividad. 10 Tutorías Resolución de dudas sobre teoría, problemas y prácticas. Presencial: Planteamiento de dudas en horarios de tutorías. No presencial: Planteamiento de dudas vía correo electrónico. 6 Exámenes Evaluación escrita (examen oficial). Presencial: Asistencia al examen oficial. 2 90

12 6.2. Resultados (4.5) / actividades formativas (6.1) (opcional) Resultados del aprendizaje (4.5) Actividades formativas (6.1) Clase de teoría X X X Clase de problemas X X X X X Clase de practicas de laboratorio X X X X X Seminarios problemas / otras actividades de trabajo cooperativo X X X X

13 7. Metodología de evaluación 7.1. Metodología de evaluación* Actividad Tipo Sumativa* Formativa* Sistema y criterios de evaluación* Peso (%) Resultados (4.5) evaluados Prueba escrita: Teoria/Problemas/Ejercicios Asistencia a las sesiones de prácticas obligatorias en el laboratorio Memoria del trabajo de prácticas Actividades propuestas por el profesor X X X X X Preguntas cortas y ejercicios similares a los planteados en clase. El alumno dispondrá del material desarrollado durante las prácticas y el ordenador para comprobar los resultados obtenidos. (ver Nota1) El alumno deberá presentar una memoria con los resultados de los trabajos realizados en prácticas. Así mismo se comprobará en cada sesión de prácticas la correcta realización de la misma en el laboratorio. Ejercicios de diseño de sistemas reales, pruebas tipo test de instalaciones fotovoltaicas. Permiten evaluar tanto la evolución del aprendizaje como ciertas habilidades, en particular, las relacionadas con la búsqueda de información utilizando distintos tipos de fuentes, el uso de un entorno integrado de aprendizaje, trabajo y comunicación como Moodle, etc 20%* 1,2,3,4 APTO O NO APTO Hasta 20% 60%* 1,2,3,5 * La calificación de estas actividades debe de superar un mínimo de 4 puntos sobre 10, para que en la calificación total se incluya la valoración obtenida en las prácticas de la asignatura. 1 a 5 NOTA1: Para poder aprobar la asignatura es necesario haber obtenido una calificación de APTO en la asistencia a las prácticas obligatorias. Esto supone no faltar a ninguna de las sesiones de prácticas planificadas salvo por un motivo suficientemente justificado. De ser así, deberá ponerse en contacto con su profesor de prácticas a la máxima brevedad posible para tratar de recuperar la sesión en cuanto sea posible, aunque sea asistiendo excepcionalmente a otro de los grupos de prácticas. Además el alumno deberá entregar el estudio previo a la práctica. NOTA2: Aquellos alumnos que, por motivos debidamente justificados, no puedan realizar evaluación continua, pueden realizar una única prueba final de carácter global, que supondrá el 100% de la nota. Para ello, se realizará tanto un examen de teoría problemas como un examen de prácticas de laboratorio, exigiéndose el mismo nivel de aprendizaje que a los alumnos que han asistido a las clases de teoría y prácticas de la asignatura. El alumno deberá, asimismo, presentar los trabajos que se exijan para superar la misma. Para poder acogerse a esta modalidad de evaluación, el alumno deberá presentar la solicitud correspondiente al Departamento de Tecnología Electrónica, en plazo y forma según determine el citado departamento.

14 Tal como prevé el artículo 5.4 del Reglamento de las pruebas de evaluación de los títulos oficiales de grado y de máster con atribuciones profesionales de la UPCT, el estudiante en el que se den las circunstancias especiales recogidas en el Reglamento, y previa solicitud justificada al Departamento y admitida por este, tendrá derecho a una prueba global de evaluación. Esto no le exime de realizar los trabajos obligatorios que estén recogidos en la guía docente de la asignatura Mecanismos de control y seguimiento (opcional) A lo largo del curso, a los alumnos se les plantean diversas actividades (resolución de ejercicios prácticos, pruebas parciales, búsqueda de información, preparación de trabajo en grupo, etc). Algunas de estas actividades se realizan durante el transcurso de las clases, tanto teóricas como prácticas, mientras que otras están programadas para ser realizadas fuera del horario de clases a través del Aula Virtual, o como trabajo grupal. La realización y entrega de estas actividades es obligatoria, ya que es parte de la evaluación de la asignatura. La resolución de estas actividades permitirá conocer al profesor y al alumno los progresos de éste y saber en qué aspectos necesita esforzarse más.

15 8 Bibliografía y recursos 8.1. Bibliografía básica* Energía Solar Fotovoltaica, Oscar Perpiñan, Creative Commons, 2013 Electricidad Solar Fotovoltaica, E.Lorenzo, Progensa, 2006 Energía Solar Fotovoltaica, L. Castañer. Ediciones UPC, Barcelona, Modelling photovoltaic systems using PSpice, Luis Castañer, Wiley, Bibliografía complementaria* Fotovoltaica para profesionales, Falk Antony, Progensa, 2006 Manual de Mantenimiento de Instalaciones Fotovoltaicas conectadas a red, Manuel García López, Progensa, 2010 Instalaciones Eléctricas en Media y Baja Tensión, José García Trasancos, Thomson Paraninfo, Recursos en red y otros recursos