Introducción. Energía. Demanda creciente Fuerte uso de combustibles fósiles: f. Necesidad de formas alternativas de obtener energía

Transcripción

1 Introducción Energía Demanda creciente Fuerte uso de combustibles fósiles: f Recurso limitado Contaminación Necesidad de formas alternativas de obtener energía

2 Introducción Energía a Solar Ventajas Fuente inagotable de energía No contamina* Desventajas Baja densidad de energía a por unidad de superficie Potencial energético depende de localidad geográfica Equipo necesario requiere fuerte inversión n inicial

3 Radiación n Solar Irradiancia solar extraterrestre 1360 [W/m 2 ] (cuerpo negro a 5900 C) Interacción n con la atmósfera terrestre: O 3 O 2 H 2 O CO 2 Ventanas

4 Radiación n Solar

5 Semiconductores Atomos: : Niveles de energía a discretos. Sólidos: Estructura de bandas

6 Semiconductores Semiconductores: Resistividad eléctrica entre 10-4 y [Ωcm] Más s utilizado: Silicio Si (14) (1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 )

7 Semiconductores Silicio Intrínseco: nseco: estructura cristalina

8 Semiconductores Semiconductores dopados Semiconductor tipo n

9 Semiconductores Semiconductores dopados Semiconductor tipo p

10 Semiconductores Juntura n-pn

11 Semiconductores El díodo de juntura

12 Funcionamiento de la celda solar Interacción n de la luz con la materia Energía a de un fotón E=hν=hc/ =hc/λ Choque fotón n con electrón: si la energía a del fotón n es mayor que el Eg del material semiconductor, el electrón n puede saltar de la banda de valencia a la de conducción. n.

13 Funcionamiento de la celda solar Interacción n de la luz con la materia

14 Funcionamiento de la celda solar Característica V-I V I de la celda solar qv kt I = C R Is e 1 C:cte R: Radiación n solar [W/m 2 ] I s : Corriente de saturación n del diodo q: carga del electrón n (1.6*10-19 C) k: Cte de Boltzmann T: Temperatura absoluta [ºK][

15 Funcionamiento de la celda solar Característica V-I V I de la celda solar Corriente de cortocircuito (V=0( V=0) Isc = C R Voltaje en circuito abierto (I=0( I=0) V oc kt C R = ln 1 q Is

16 Funcionamiento de la celda solar Característica V-I V I de la celda solar qv kt I = C R Is e 1 Isc V oc = C R kt C R = ln 1 q Is

17 Funcionamiento de la celda solar Circuito equivalente

18 Funcionamiento de la celda solar Potencia peak (Wp): máxima m potencia que puede suministrar el módulo m cuando se expone a condiciones de prueba standard (STC): 1000 [W/m 2 ] de Irradiancia solar AM1.5 25ºC de temperatura

19 Funcionamiento de la celda solar Factor de Llenado (FF): Cuociente entre la máxima potencia y el producto V oc I sc. FF = VI m V I oc m sc

20 Funcionamiento de la celda solar Eficiencia: ε = Potencia eléctrica máxima Potencia solar incidente VocIscFF ε = 100% R A

21 Funcionamiento de la celda solar Eficiencia en función n del Eg

22 Funcionamiento de la celda solar

23 Funcionamiento de la celda solar Estructura básica b de la celda solar

24 Funcionamiento de la celda solar Tecnologías Silicio Monocristalino Silicio Policristalino Silicio Amorfo Película Delgada (Thin( Film)

25 Sistemas Fotovoltaicos Autónomos Dentro de las principales componentes de un sistema fotovoltaico se encuentran: Conjunto fotovoltaico Batería Regulador de carga Inversor Cargas AC y DC

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27 Baterías as Asegurar suministro de energía a durante las noches y en días d de poca insolación Mantener el voltaje de operación n casi constante

28 Consideraciones de diseño Profundidad de descarga: porcentaje de capacidad nominal que se extrae de la batería a sin afectar su vida útil. Corrección n de temperatura: el rendimiento de la batería a disminuye con la temperatura

29 Capacidad nominal: Es la máxima m cantidad de energía a que puede extraerse de una batería Profundidad de descarga estacional: compensa el desperdicio de energía a y reduce la demanda de corriente del conjunto fotovoltaico

30 Tipos de baterías as De ciclo poco profundo: Soportan descargas diarias de hasta un 25% de la capacidad De ciclo profundo: Soportan descargas diarias de hasta un 80% de la capacidad

31 Baterías as en los sistemas fotovoltaicos Usualmente se usan baterías as de la familia de las de plomo-ácido. Son recargables, fáciles f de mantener, relativamente económicas y disponibles en varios tamaños Las baterías as de electrolito líquido l producen gases explosivos de hidrógeno y oxigeno

32 Conjunto fotovoltaico Consiste en uno o más m s paneles conectados (en serie y/o paralelo) tal que se obtenga la tensión n y corriente deseadas El panel consiste en un grupo encapsulado de celdas solares fabricadas principalmente usando células c de Silicio mono y policristalinas

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34 La potencia de salida de un módulo m fotovoltaico queda determinada por: - Resistencia de la carga conectada al módulo - Irradiancia solar - Temperatura celular - Rendimiento de las célulasc

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37 Reguladores de carga Protegen a las baterías as de sobrecargas o descargas excesivas Protegen contra flujos inversos de corriente Actúan de acuerdo al nivel de tensión n que detectan en las baterías as

38 Inversores Transforman la corriente continua en alterna Los inversores comunes funcionan a 12, 24, 48 ó 120 V con salidas de 120ó 240 V a 50 ó 60 Hz La forma de onda de salida depende de varios puntos

39 Procedimiento de diseño Cálculo de consumos: Determinar la carga total (AC y CC) conectada al sistema Selección n de la tensión n del sistema Determinación n del recurso solar

40 Determinación n de la corriente y ángulo de inclinación n del sistema fotovoltaico Cálculo de la capacidad del sistema acumulador Cálculo del conjunto fotovoltaico