7/29/2019 8448171691 Paneles
1/24
Laclulasolarysufuncionamiento.
Condicionesdefuncionamientodelostiposdebateras.
Caractersticasymododeempleodelinversorydelregulador,ysustipos.
Y estudiaremos:
Clasicarlostiposdeinstalacionesdeenergasolar.
Identicarlosprincipalesparmetrdelospanelessolares.
Describirelfuncionamientodelasbateras.
Describirelfuncionamientodelinversorydelregulador.
En esta unidad aprenderemos a:
Componentesdeunainstalacsolarfotovolta
Unidad
7/29/2019 8448171691 Paneles
2/24
Componentesdeunainstalacinsolarfotovoltaica1
8
1. Introduccin a la energa solarLaelectricidadesunadelasformasdeenergamsverstilesyquemejorseadaptacadanecesidad.Suutilizacinesttanextendidaquedifcilmentepodraconcebirunasociedadtecnolgicamenteavanzadaquenohicieseusodeella.
Hoydaexistenmilesdeaparatosque,bienenformadecorrientecontinuaodecorrie
tealterna,utilizanlaelectricidadcomofuentedeenerga,ysuusohaprovocadougranaumentodelademandadeconsumoelctrico.
Estehechohapropiciadolabsquedadenuevasfuentesdeenergaynuevossistemasdproduccinelctrica,basados,fundamentalmente,enelusodeenergasrenovables.
Lossistemastradicionalesdeproduccindeelectricidadtienenunaproblemticaasciadaquehacenecesariointentardesarrollarotrotipodefuentesenergticas:
Centrales hidrulicas:elefectoinvernaderoyelcambioclimticohacenquecavezlassequasseanmsprolongadasy,portanto,nosepuedaasegurarlaproduccinestabledeelectricidadatravsdeestascentrales.
Centrales trmicas:tienenelproblemadequeloscombustibles silessonunrecurlimitadoeneltiempo.Ademsprovocanunagranemisindegasescontaminantperjudicialesparaelefectoinvernadero.
Centrales nucleares:tienenelproblemadelaeliminacindelosresiduosgeneradoademsdelpotencialriesgodeunaccidentenuclear.
Fig. 1.1. Principales energasrenovables y no renovables:
a) hidrulica; b) trmica;c) nuclear; d) elica;
e) solar trmica;) solar otovoltaica;
g) biomasa;
Comoyahemoscomentado,latendenciaactualeslautilizacindeenergasrenovables.Esaqudondecobraimportancialaenergasolar.Variassonlasformasdeapvecharelsolparalaproduccindeelectricidad;sedistingueentre:
Mtodos indirectos:elsolseaprovechaparacalentarunuido(quepuedeseraguasodio,sales fundidas...)y convertirloenvapor,con eln deproducirelectricidamedianteelmovimientodeunalternador.Laproduccindelaelectricidadserealizmedianteunciclo termodinmicoconvencional,comoseharaenunacentraltrmicdecombustiblefsil.(VerFig.1.2).
Mtodos directos:enelloslaluzdelsolesconvertidadirectamenteaelectricidamedianteelusodelasclulassolares.Sedistingueentresistemas conectados a re
ysistemas aislados (Fig.1.3).
Enestelibro,nosdedicaremosexclusivamentealestudiodelaenergasolarfotovoltaic
Combustible sil: material for-madoporunamezcladecom-puestosorgnicos,queseextraedel subsuelo, con el n de serutilizado como combustible enlos sistemas de produccin deelectricidad. Los ms importan-
tessonelcarbn,elpetrleoyelgasnatural.
VocabularioA
b)
a)
c)
d)
e)
)
g)
Ciclo termodinmico: procesome-diante el cual se transforma laenerga trmica en otro tipo deenerga,comopuedeserlaelec-tricidad(el caso de las turbinasde las centrales elctricas trmi-cas),movimiento(losmotoresdeloscoches,porejemplo),etc.
Recuerda
7/29/2019 8448171691 Paneles
3/24
1Componentesdeunainstalacinsolarfotovoltaica
Campo deheliostatos
Receptor
Transformador
Tanques dealmacenamiento
de sodio Caldera Motor de vaporGenerador
Fig. 1.3. Sistema conectado a red(a) e instalacin otovoltaica autnoma (b).
Instalacin conectada a la red elctrica
Instalacin solar autosuficiente: la vivienda no tieque estar conectada a la red, produciendo por sla electricidad necesaria para su consumo
Fig. 1.2. Esquema de la constitucin de una central trmica solar de torre central. Una vez que elfluido pasa por el motor de vapor, se enra y es elevado (lnea azul) hasta el receptor, donde escalentado y enviado hacia abajo (lnea roja), para volver a completar el ciclo.
2. Los heliostatos estn formados porconjunto de espejos que se mueven sejes, con el fin de mantener en una pesuperficie el reflejo de los rayos solareinciden sobre ellos, eliminando de esael efecto del movimiento de la Tierra dlas horas de sol
1. La torre principal est rodeada por un campode espejos, que reciben el nombre de heliostatos.Son los encargados de concentrar la energasolar en un determinado punto de la torre, dondese encuentra la caldera de la instalacin
3. La zona con lnepuntos es equivaleuna central trmicacombustible fsil
Ubicacin de la caldera
8. Sirven para almacenar el calor, a fin de quela central pueda funcionar tambin de noche
6. Es el encargado de producir el vaporde agua que mover el generador
7. En la caldera se calienta el fluidocon el que trabaja la central
9. El fluido fro asciendehasta el receptor, dondees calentado por losrayos solares
4. Se encarga de ael nivel de la tensiproducida, para quconectarse a la red
5. Es el encargado producir la electricipasar a la red elc
En los edificios que tieneninstalaciones solaresconectadas a la red, laenerga producida porellas que no es consumidadirectamente, sino vendidaa la red elctrica alprecio fijado para talesinstalaciones. Por eso en
estas instalaciones siempreaparecen dos contadores:uno para la energaproducida, y otro para laenerga que se consume enel edificio
Inversores
Contadores
Red elctricaconvencional
Vidrio laminadofotovoltaico
Cuadrode protecciones
3 V 6 V 12V 12V
+ + +
Inversor
Batera
Regulador
a) b)
7/29/2019 8448171691 Paneles
4/24
Componentesdeunainstalacinsolarfotovoltaica1
10
Centro de distribucin: desde aqu sale la instalacinque lleva la electricidad a los usuarios finalesGenerador fotovoltaico
2. Clasifcacin de las instalaciones solaresotovoltaicas
Laclasicacindelasinstalacionessolaresfotovoltaicas(ISF)lapodemosrealizarefuncindelaaplicacinalaqueestndestinadas.As,distinguiremosentreaplicac
nes autnomasyaplicaciones conectadas a la red.
2.1 Aplicaciones autnomas
Producenelectricidadsinningntipodeconexinconlaredelctrica,andedotardestetipodeenergaallugardondeseencuentranubicadas.Puedendistinguirsedbloques:
Aplicaciones espaciales:sirvenparaproporcionarenergaelctricaaelementoscolocadosporelserhumanoenelespacio,talescomosatlitesdecomunicaciones,lEstacinEspacialInternacional(vercuadroalmargenyFig.1.4),etc.Lainvestigcinenestareapropicieldesarrollodelosequiposfotovoltaicostalycomoloconocemosenlaactualidad.
Aplicaciones terrestres,entrelasquecabedestacarlasprofesionales:
Telecomunicaciones: teleona rural,varadio;repetidores (detelefona,televisietctera).
Electrifcacin de zonas rurales y aisladas:estasinstalaciones,quesepuedenrelizarencualquierlugar,estnpensadasparapasesyregionesen desarrollotodasaquellaszonasenquenoexisteaccesoalaredelctricacomercial(enEropahaycercadeunmillndepersonassinaccesoaestared):viviendasaisladas,deocupacinpermanenteoperidica,refugiosdemontaa,etc.Enciertopases,comoCubaoBrasil,seempleanenlocalescomunitarios(consultoriosmdicos,escuelas)oparaabastecerdeelectricidadaundeterminadogrupodepsonas(unpueblo,unaaldea,etc.).
Sealizacin:seaplica,porejemplo,asealesdetrcoluminosas,formadaspodiodosLED,alimentadosporunpanelsolaryunabatera.
Alumbrado pblico:seutilizaenzonasenlasqueresultacomplicadollevarunlneaelctricaconvencional.
Fig. 1.5. Central FV aislada en el desierto de Nevada.
Losequiposespacialesdesplie -ganlospanelessolaresunavez
queseencuentranenlaposicindelarbita.Enalgunoscasos,la supercie de estos panelespuedeserbastantegrande,lle -gando a ocupar, como en elcaso de la Estacin EspacialInternacional,unasuperciede2500 m2. Estos paneles soncapacesdeentregarunapoten-ciade110kW.
Fig. 1.4. La Estacin EspacialInternacional.
Sabas que.. .?
7/29/2019 8448171691 Paneles
5/24
1Componentesdeunainstalacinsolarfotovoltaica
Bombeo de agua: estas instalaciones estn pensadas para lugares tales comogranjas,ranchos,etc.Sepuedenrealizarencualquierlugar.Suusopuedesertantoparaaguapotablecomoparariego.
Redes VSAT:redesprivadasdecomunicacin(paraunaempresa,unorganismoocial,etc.)queactanatravsdesatlite.Laenergasolarseutilizaparaalimen -tarlasestacionesdelared.
Telemetra:permiterealizarmedidassobrevariablesfsicasytransmitirlainforma-cinaunacentral(p.ej.:controldelapluviometradelacuencadeunro).
Otras aplicaciones:juguetes,alumbradoenjardines,divertimentos.
2.2. Aplicaciones conectadas a la red
Enellas,elproductornoutilizalaenergadirectamente,sinoqueesvendidaalorganis -moencargadodelagestindelaenergaenelpas.Tienenlaventajadequelapro-duccindeelectricidadserealizaprecisamenteenelperiododetiempoenelquelacurvadedemandadeelectricidadaumenta,esdecir,duranteelda,siendomuyimpor -tantesloskilovatiosgeneradosdeestaforma.Cabedistinguir:
Centrales otovoltaicas y huertos solares:recintosenlosqueseconcentraunnmerodeterminadode instalacionesfotovoltaicasde diferentespropietariosconeln devenderlaelectricidadproducidaalacompaaelctricaconlacualsehayaestable -cidoelcontrato(Fig.1.6).Laenergavendidapuedeestaranombredeunapersona,unasociedad,etc.(lapotenciainstaladadependedelasdimensionesdelgeneradorfotovoltaico).Cadainstalacintienesupropietarioytodasellasseubicanenelmis-molugar.Estoposibilitamejorasenelmantenimientodelainstalacin,vigilancia,plizasdeseguros,etc.
Edifcios otovoltaicos:esunadelasltimasaplicacionesdesarrolladasparaelusodelaenerga fotovoltaica.La rpidaevolucinenlosproductosde este tipo hapermitidoelusodelosmduloscomomaterialconstructivoencerramientos,cubier-tasyfachadasdegranvalorvisual.Adems,laenergafotovoltaicaeselsistemadeenergasrenovablesmsadecuadoparalageneracindeelectricidadenzonas
urbanassinprovocarefectosambientalesadversos.Laintegracinarquitectnicaconsisteencombinarladoblefuncin,comoelementoconstructivoycomoproduc -tordeelectricidad,delosmdulosfotovoltaicos(Fig.1.7).
Lamayoradeestossistemashansidointegradosentejados,porqueesalldondeal -canzanlamximacaptacindeenergasolar,peroltimamenteseestacomenzadoaintegrarlosenmurosyfachadas,enlasque,porejemploelvidrioesreemplazadopormdulosdelminasdelgadassemitransparentes.EnelejemplodelaFig.1.7semues-tralaintegracindelospanelessolaresenlafachadadeledicio.Alahoraderealizarestetipodeinstalacionessetienenencuentaconsideracionesestticas(enlaeleccindeltipodepanel),ademsdelasrelacionadasconelrendimientoenergtico.
Fig. 1.6. Huerto solar.
Fig. 1.7. Ejemplo de edifciootovoltaico. La achada est opor paneles solares.
1. LocalizaenInternetalgunaempresaquesedediquealarealizacindeinstala-cionessolaresconectadasaredyestudialascaractersticasdealgunainstala -cinrealizadaporellos.
2. Cmoseclasicanlasinstalacionesfotovoltaicas?
3. Quaplicacionespuedetenerlaenergasolareninstalacionesautnomas?
4. Citaalgnejemplodemtodoindirectodeproducirelectricidadconenergasolar.
5. Paraqusirveunacentralsolarfotovoltaicaautnoma?Esigualqueunhuertosolar?Porqu?
Act ividades
7/29/2019 8448171691 Paneles
6/24
Componentesdeunainstalacinsolarfotovoltaica1
12
(+)()
3V6V 12V12V
+ + +
Mdulo fotovoltaicoRegulador de carga
Inversor 12 Vcc / 220 VcaBatera
3. Elementos de una ISFDemanerageneral,unainstalacinsolarfotovoltaica(ISF)seajustaaunesquemcomoelmostradoenlaFig.1.8.Alolargodeestaunidaddetallaremoselfuncionamientodecadaunodeestoselementos.
Los aparatos conectados a unainstalacin solar fotovoltaica
autnoma deben serenergticamente eficientes.
4. La clula solar: caractersticas bsicasElelementoprincipaldecualquierinstalacinde energasolares elgenerador,q
recibeelnombredeclula solar.Secaracterizaporconvertirdirectamenteenelectrdadlosfotonesprovenientesdelaluzdelsol.Sufuncionamientosebasaenel eecotovoltaico.
Unaclulasolarsecomportacomoundiodo:laparteexpuestaalaradiacinsolarlaN,ylapartesituadaenlazonadeoscuridad,laP.Losterminalesdeconexindelclulasehallansobrecadaunadeestaspartesdeldiodo:lacaracorrespondientelazonaPseencuentrametalizadaporcompleto(notienequerecibirluz),mientrasquenlazonaNelmetalizadotieneformadepeine,andequelaradiacinsolarllegualsemiconductor(Fig.1.9).
Fig. 1.8. Componentes de la instalacin.
Diodo: componente electrnicofabricadoconunauninP-N,quetienelaparticularidaddecondu-cirlacorrienteelctricasoloenunsentido.Susmboloes:
Siestpolarizadocondirecta.
Eecto otovoltaico:propiedadquetienen determinados materialesdeproducirunacorrienteelctri-ca cuandoincide unaradiacinlumnicasobreellos.
VocabularioA
Elemento primordial de la instalacin.Convierte la energa del sol en energaelctrica (corriente continua). Est formadopor la unin de diversos paneles, para dotara la instalacin de la potencia necesaria
Nexo de unin entre los paneles
solares y los elementos deconsumo de la instalacin. Seencarga tambin de proteger a losacumuladores ante sobrecargas.Proporciona a su salida la tensincontinua para la instalacin. Fijael valor de la tensin nominal a laque trabaja la instalacin
Solo presente eninstalaciones autnomasProporciona energa a lainstalacin durante losperiodos sin luz solar osin suficiente luminosidaAcumula energa para lainstalacin
6.Buscalaclasicacindelaclaseenergticadeloselectrodomsticoseinves-tigasusprincipalescaractersticas.
Act iv idades
nodo Ctodo
Capaantirrefexiva
Rejilla metlica
Clula
Capa iluminada
300 m Semiconductor tipo N
Semiconductor tipo P
Contacto metlico posterior
FotonesEncapsulado
0,7 m
0,5 m
7.Buscalasfrecuenciasquecorrespondenacadaunade las radiaciones queemiteelSol.Culessonlasquenosotrospodemosver?
Act iv idades
A travs de los contactos metalizadospodemos obtener tanto la tensin como laintensidad capaz de producir en funcinde la cantidad de radiacin recibida
Convierte la corrientecontinua del sistema encorriente alterna, a 220 Vde valor eficaz y f recuenciade 50 Hz, igual a la de lared elctrica. Alimenta losaparatos que trabajan concorriente alterna
Fig. 1.9. Estructura de la clula solar.
7/29/2019 8448171691 Paneles
7/24
1Componentesdeunainstalacinsolarfotovoltaica
Clculo de la potencia mxima de una clula solarCalcularelvalordelapotenciamximaquepuededisiparlaclula,a25C,apartirdelosdatosdelfabricante:
Caso prct ico 1
4.1. Parmetros undamentales de la clula solar
Corriente de iluminacin (IL):lacorrientegeneradacuandoincidelaradiacinsolarsobrelaclula.
Corriente de oscuridad:esdebidaalarecombinacindelospareselectrn-huecoqueseproduceenelinteriordelsemiconductor.
Tensin de circuito abierto(VOC):lamximatensinqueseobtieneenlosextremosdelaclulasolar,quesedacuandonoestconectadaaningunacarga.Esunacarac-tersticadelmaterialconelqueestconstruidalaclula.
Corriente de cortocircuito(ISC):mximovalordecorrientequepuedecircularporlaclulasolar.Sedacuandosusterminalesestncortocircuitados.
Cuandolaclulasolaresconectadaaunacarga,losvaloresdetensineintensidadvaran.Existirndosde ellosparaloscualeslapotenciaentregadaseamxima:Vm(tensinmxima)eIm(intensidadmxima),quesiempresernmenoresqueVOCeISC.Enfuncindeestosvalores,lapotencia mximaquepuedeentregarlaclulasolarser:
Pm=Vm Im
Estonospermitedenirunparmetrodelaclulasolarquerecibeelnombredeactorde orma(FF)yquesecalculamediantelafrmula:
Vm Im
FF = VOC ISC
Aspues,elactor de ormaeselcocienteentrelamximapotenciaquepuedeentregarlaclulaalacargayelproductodelatensindecircuitoabiertoylacorrientedecorto-circuito.Enlasclulassolaresmshabituales,losvalorestpicosdeFFson0,7o0,8.
Tec
Fig. 1.10. Lugar en que se midtensin en circuito abierto(a)corriente de cortocircuito(b). Een orma de sobre represenclula solar.
Fig. 1.11
ISC
Solucin
Trazamosunalneadesdeelvalorde Vmhastaqueconlagrcaquecorrespondea25C.DesdeaqudoalejeY,obtenemoselvalordeIm=7A.Lapomximalacalculamosapartirdelafrmula:
Pm=Vm Im=0,545V7A=3,815W
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Corriente(A)
Tensin (V)
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
25 C
40 C
50 C
60 C Tensinmxima:Vm=545mV
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Corriente(A)
25 C
40 C
50 C
60 C
Fig. 1.12
En una clula solar la pcin de corriente depenla irradiancia (nivel deilcin),detalformaqueadaqueaumentalairradiaumenta la intensidad adelaclula.
Important
a)
b)
VOC
7/29/2019 8448171691 Paneles
8/24
Componentesdeunainstalacinsolarfotovoltaica1
14
l i i
ili
i i
l
l i
l l
5. El panel solar
Unpanel solaromdulo otovoltaicoestformadoporunconjuntodeclulas,conectdaselctricamente,encapsuladas,ymontadassobreunaestructuradesoporteomaco.Proporcionaensusalidadeconexinunatensincontinua,ysediseaparavalorconcretosdetensin(6V,12V,24V...),quedenirnlatensinalaquevaatrabaj
elsistemafotovoltaico.EnlaFig.1.13sedestacanlasprincipalescaractersticasdetodopanelsolarypuedverseunesquematpicodesuconstruccin.
Elementos de una ISF
Mdulofotovoltaico.
Reguladordecarga.
Batera.
Inversor.
Conexionado: el panel debe ser fcil de instalar. Lasclulas solares que forman el panel van conectadas entres en serie o en paralelo. Su asociacin desde el punto devista elctrico proporciona el nivel adecuado de tensin eintensidad para el que ha sido diseado el panel solar
Fig. 1.13. Constitucin de un panel solar. Se destacan sus principales caractersticas.
Lostiposdepanelessolaresvienendadosporlatecnologadefabricacindelasclas,ysonfundamentalmente:
Siliciocristalino(monocristalinoymulticristalino).
Silicioamorfo.
EnlaTabla1.1podemosobservarlasdiferenciasqueexistenentreellos.
Clulas SilicioRendimientolaboratorio
Rendimientodirecto
Caractersticas Fabricacin
Monocristalino 24% 15-18%Sontpicoslosazuleshomogneosylaconexindelasclulasindivi-
dualesentres(Czochralski).
Seobtienedesiliciopurofundidoydopadoconboro.
Policristalino 19-20% 12-14%Lasupercieestestructuradaencristalesycontienedistintostonosazules.
Igualqueeldelmonocristalino,perosedisminuyeelnmerodefasesdecristalizacin.
Amorfo 16%
7/29/2019 8448171691 Paneles
9/24
1Componentesdeunainstalacinsolarfotovoltaica
6
5
4
3
2
1
0
Corriente (A)
paralelo
serie
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2Voltaje (V)
paralelo
+
v
-
+
v
-
+
v
-
2
2
p
n
+
v
-
/
/
5.1. Potencia de la clula solar
Lapotenciaqueproporcionaunacluladetamaoestndar(digamosde10 310cm)esmuypequea(entornoa1o2W),porloquegeneralmentesernecesariotenerqueasociarvariasdeellasconelndeproporcionarlapotencianecesariaalsistemafotovoltaicodelainstalacin.Esdeestehechodedondesurgeelconceptode panelsolaromdulo otovoltaico,cuyoselementosycaractersticasacabamosdever.
Segnlaconexinelctricaquehagamosdelasclulas,nospodemosencontrarcondiferentesposibilidades:
Laconexin en seriedelasclulaspermitiraumentarlatensinnalenlosextremosdelaclulaequivalente.
Laconexin en paralelopermitiraumentarlaintensidadtotaldelconjunto.
Fig. 1.14. Asociacin de clulas solares. Si necesitamos aumentar la tensin, las uniremos en serie; silo que queremos es aumentar la corriente, haremos la asociacin en paralelo.
Asociacin de clulas en serie y paralelo
Paramontarunsistemadeiluminacineneljardndeunacasadecampo,necesitamosunpanelsolarcapazdeproporcionarasusalidaunatensinde6V,yunacorrientemximade9A.Paraellocontamosconunasclulassolarescuyascaractersticasson:
VOC=0,6VISC=3A
Dimensiones:10310cm
Explica cmo habra que conectar las clulas para obtener los valorespedidos.
SolucinParaobtenerelvalordetensinpedido,habraquehacerunaasociacinenseriedelasclulasfotovoltaicas.Comocadaunaescapazdeproporcionarunatensinmximade0,6voltios,seranecesarioconectardiezdedichasclulasenserieparaobtenerlatensinde6voltios.Cadaunodeestosgruposseracapazdeproporcionarunaintensidadmximade3amperios.Comosenospidequeelmduloproporcioneunacorrientede9A,tendramosqueconectarenparalelountotaldetresmdulosde10clulas.
Numerototaldeclulas=1033=30
Caso prct ico 2
Fig. 1.15
3+3+3
3A 3A
10 clulas en cada ramaconectadas en serie
Los elementos conectadserie tienen todos lacorriente, mientras que lmentos asociados en ptienentodoslamismatens
Important
Dos clulas en serie: la tensin de la asociacin esel doble que la de una clula individual
Dos clulas en paralelo: la corriente delconjunto es el doble que la de una clula sola
+
v
-
+
v
-
+
2 v
-
7/29/2019 8448171691 Paneles
10/24
Componentesdeunainstalacinsolarfotovoltaica1
16
Obtencin de los valores de tensin e intensidad en el panel cuando se est entregandola mxima potencia.
Dadalasiguientegrcadeunpanelsolar,facilitadaporelfabricante,obtnlosvaloresdeImyVm.EstagrcaesanlogaalaquevimosenelCasoPrctico1paraunaclulasolarindependiente.
Caso prct ico 3
5.2. Principales parmetros. Curvas caractersticas
Alahoradetrabajarconlospanelessolaresnosinteresasaberqudatosnospropcionaelfabricante,conelndeutilizarloscorrectamente.Enloscatlogosaparecetodosaquellosparmetrosquenossondeutilidadalahoraderealizareldiseodelainstalacin.
Entretodalainformacinqueproporcionaelfabricante,vamosairviendoculpueserdemayorrelevancia,desdeelpuntodevistaprctico,alahoradeelegirunpansolar.
Noobstante,hayquetenercuidado,yaquelosvaloresproporcionadosporelfabricateson obtenidos siempre enunas determinadas condiciones de irradiacinsolartemperaturaambiente.Enlaprcticasiempreexistirunapequeadesviacinsobrelovalorestericoscuandoelpanelestcolocadoenlainstalacin.
12,0
10,0
9,0
7,5
6,0
4,5
3,0
1,5
0,0
240,0
210,0
180,0
150,0
120,0
90,0
60,0
30,0
0,0
Intensidad
(A) P
o te
n c
ia (W
)
Voltaje (V)
0,0 4,0 8,0 12,0 16,0 20,0 24,0 28,0 32,0 36,0 40,0
I
P
La curva de potencia (en rojo) se obtiene multiplicando los valores de tensine intensidad dados por la grfica I-V (en azul). Los valores de esta grfica seleen en el eje de la derecha, que est calibrado en vatios (W). As, si trazamosuna lnea desde el pico de la grfica hasta e eje, vemos que obtenemos un valoraproximado de 240 W.
Si trazamos una lnea horizontal desde el punto decorte con la grfica azul hasta el eje Y, obtenemos elvalor de I
m. En este caso ser I
m= 7,5 A V
Si trazamos una lnea vertical desde el punto demxima potencia, donde corte a la grfica azul,bajando hasta el eje X, obtenemos el valor de V
m.
En este caso ser Vm
= 32 V
Fig. 1.16
7/29/2019 8448171691 Paneles
11/24
1Componentesdeunainstalacinsolarfotovoltaica
Interpretacin de una hoja de caractersticas
Apartirdelahojadadaporelfabricantedeunpanelsolar,vamosaanalizarcmointerpretarlosdatosqueenellaaparecen.
Tabla de caractersticas elctricas
Caso prct ico 4
Potencia mxima(Pmppes un valor de pico, es des la mxima potencia qpuede entregar el panel un determinado momentEl panel funcionarcorrectamente en lainstalacin en la que va ser colocado si este valoes superior al del consum
mximo (en vatios) parael que se ha diseado elsistema fotovoltaico
Tensin en el punto de mximapotencia (V
mpp): es el valor en voltios
de la tensin que proporcionar el panelcuando est trabajando en el valor depotencia P
mpp
Intensidad en el punto de mximapotencia (Impp): es el valor de lacorriente proporcionada por el panelcuando se encuentra en el punto demxima potencia
Intensidad de cortocircuito (Isc): intensidad que circula
por el panel cuando la salida est cor tocircuitadaTensin en circuito abierto (V
oc): tensin en
los terminales de conexin cuando no hayninguna carga conectada en el panel
Caractersticas sicas
Elfabricantenosdaunadescripcindelaspectofsicodel panel: medidas, peso, materiales con los que estconstruido,etc.Estosvaloressernimportantesalahoradeelegirlossoportesparalasujecindelmismo.
Variacin de parmetros con la temperatura
Elfabricantenosproporcionaloscoecientesdeteraturasobrelosparmetrosquedebemostenerencalahoradelacolocacindelpanel.Estosnosdadela variacin que sufren los parmetros del pamedidaqueaumentalatemperatura.
12,0
10,0
9,0
7,5
6,0
4,5
3,0
1,5
0,0
Intensidad
(A)
Voltaje (V)
0,0 4,0 8,0 12,0 16,0 20,0 24,0 28,0 32,0 36,0
I
P
Ejemplo:lapotenciadisminuyeun0,44%porcaddocentgradoqueaumentalatemperatura
Cada columna corresponde a un modelo concreto de panel. En este caso estdefinidos por la potencia mxima que pueden suministrar
7/29/2019 8448171691 Paneles
12/24
Componentesdeunainstalacinsolarfotovoltaica1
18
Fig. 1.17. Caja de conexiones de unmdulo otovoltaico.
5.3 Agrupamiento y conexin de paneles
Dependiendodelainstalacinqueestemosdesarrollando,ydelaaplicacinparaquesehadiseado,existelaposibilidaddeutilizarunsolopanelounconjuntodpanelesquesemontarnagrupadossobreundeterminadosoporteyconectadosenselctricamente.
Enaplicacionesdepocapotencia,es posiblehastala utilizacindepanelessolarexibles,quepermitirnaplicacionescomoalimentarunequipode comunicacionerecargarlabateradeuntelfono,etc.
Cuandonecesitamosunapotenciaelevadaquenosepuedeobtenerconunnicomdulofotovoltaico,serecurrealaconexinengrupodevariospanelessolares.
Laconexindelosmdulosfotovoltaicosserealizaporlaparteposteriordelosmismoenunacajadeconexionespreparadaparataln(Fig.1.17).Estacajadeconexicontienelosdiodosdeproteccin(diodosdebypass),quesolodejarnpasarlacorrieteenunsentido,yseopondrna lacirculacindelamismaenelsentidocontrariTienenvariasmisiones:
Impedirquelasbaterasdelainstalacinsedescarguenatravsdelospaneles.
Evitarqueseinviertaelujodecorrienteentrebloquesinterconectadosenparalecuandoenalgunodeellosseproduceunasombra.
Protegerindividualmentecadapanelde posiblesdaosocasionadosporsombrparcialesqueseproduzcanporcircunstanciasespeciales.
Laconexindepanelesenserieaumentarlatensinnaldelainstalacin,ylaintensidadserigual para todos los mdulos.Silosmdulossondiferentes, laintensidad la fjar aquel cuyovalor sea menor.
Importante
Agrupamiento de paneles solares
Enelmontajedeunainstalacinfotovoltaica,sevanautilizarpanelessolarescuyascarac-tersticassedanaladerecha:
Lapotenciatotalqueseesperaconsumirenla instalacin es de 40 W, trabajando a12voltiosDC.Decidirqutipodepaneluti-lizar,cuntospanelessonnecesariosydequformahabraqueconectarlos.
Caso prct ico 5
Solucin
Laprimeraconsideracinseraverdequformapodemosobtenerlapotenciatotal.Dadoqueconvienesiemprehaceragrupacionesdepanelesquetenganlasmismascaracters-ticaselctricas,queseaniguales,podramoscolocar:
8mdulosdelmodeloA-5.
4mdulosdelmodeloA-10.2mdulosdelmodeloA-20.
Entodoselloslatensinqueproporcionanestporencimadelos12voltiosnecesarios,ypodemosasociarlosenpa-raleloparaobtenerelvalordepotenciadeseado.
Ademsdelascaractersticaselctricas,habraqueteneren cuenta otras consideraciones, comoespacio disponi-ble,dimensionesdelosmdulos,costedelosmismos,etc.Podemosconcluirquesinoexisteningunarestriccincomolasqueacabamosdecomentar,laformamsfcilderea-
lizarlainstalacinseracondosmdulosdelmodeloA-20conectadosenparalelo.
8. Eligedeuncatlogodeunfabricantedepanelessolareslossiguienteselementos: Dospanelescuyatensindesalidasea12V,yquetengandistintaspotencias
mximas. Dospanelescuyatensinde salidasea24 V,y dedos potenciasmximas
distintas.
Act iv idades
7/29/2019 8448171691 Paneles
13/24
1Componentesdeunainstalacinsolarfotovoltaica
Tabla 1.2. Posibles clasifcaciode los tipos de reguladores, sediversos conceptos.
Fig. 1.18. Conexiones del regulador en una instalacin otovoltaica.
6. El regulador
Parauncorrectofuncionamientodelainstalacin,hayqueinstalarunsistemaderegu-lacindecargaenlauninentrelospanelessolaresylasbateras.Esteelementorecibeelnombredereguladorytienecomomisinevitarsituacionesdecargaysobredescar-gadelabatera,conelndealargarsuvidatil.
Elreguladortrabajaportantoenlasdoszonas.Enlaparterelacionadaconlacarga,sumisinesladegarantizarunacargasucientealacumuladoryevitarlassituacionesdesobrecarga,yenlapartededescargaseocupardeasegurarelsuministroelctricodiariosucienteyevitarladescargaexcesivadelabatera(Fig.1.18).
Elementos de una ISF
Mdulofotovoltaico.
Reguladordecarga.
Batera.
Inversor.
En todos los equipos ecionesenlosqueseestjando corriente continuahay que tener cuidadopolaridad. Estetipo de cte tiene polo positivo ynegativo, y una equivoenlaconexinpuedeproproblemasimportantes,coroturadeequipos,etc.
Ten cuidad
Tipo de reg
Segntecnologa del
interruptor
Relelectrnico.
Estadosl(MOSFET,
Segnestrategia dedesconexin
del consumo
PortensinPoralgorit
clculodeldecarga.
Porotrosadegestinenerga.
Segn posicindel interruptorde control degeneracin
Serie.Paralelo.
Dadoquelosmdulossolarestienenunatensinnominalmayorqueladelabatera,sinoexistierareguladorsepodranproducirsobrecargas.
Elmotivodequeestatensinnominaldelospanelesseaassedebefundamentalmenteadosrazones:
Atenuarposiblesdisminucionesdetensinporelaumentodelatemperatura.
Asegurarlacargacorrectadelabatera.ParaellolatensinVOCdelpaneldebersermayorquelatensinnominaldelabatera.
Eldimensionadodelainstalacinsolarserealizademaneraqueseasegureelsuminis -trodeenergaenlaspeorescondicionesdeluminosidaddelsol.Porellosetomancomoreferencialosvaloresdeirradiacineninvierno.Estopuedeprovocarqueenveranolaenergaaportadaporlosmdulossolaresseaenocasionescasieldobledelosclculosestimados,porloque,sinoseconectaelreguladorentrelospanelesylasbateras,elexcesodecorrientepodrallegarinclusoahacerhervirelelectrolitodelosacumulado-res,conelriesgoqueelloconlleva.
EnlaTabla1.2serecogenposiblesclasicacionesdelostiposdereguladores.
Losfabricantesnosproporcionarnlosvaloresdetrabajodelreguladorsobreunahojadecaractersticas.Enestashojasaparecern:
Caractersticas fsicas delregulador:peso, dimensiones,materialempleadoen suconstruccin,etc.
Caractersticaselctricas.
Normasdeseguridadquecumple.
Tambinhayqueconsiderarotrotipodeaspectos,comopuedensermedidasdesegu-ridad,etc.Elreguladordebeprotegertantolainstalacincomoalaspersonasquelomanejen,porloquedeberllevarsistemasqueproporcionenlasmedidasdeseguridadadecuadasparacadaunodeloscasos.Losfabricantesnosproporcionantambinestetipodeinformacin.
(+) (-)
3 V 6 V 12V 12V
+ + +
Panel solar
Regulador
Batera
Zona de descarga
o consumo,
con una luminaria
en su conexin
Zona de carga:conexin a los acumuladores
7/29/2019 8448171691 Paneles
14/24
Componentesdeunainstalacinsolarfotovoltaica1
20
Enloscatlogossenosindicaeltipoderegulacinquelleva(siesserieoparalelo),tipodebateraquepodemosconectaralasalidadelequipo,ascomotodaslasalamasqueproporcionaanteunmalfuncionamiento,ylasproteccionesquelleva.Comentodoslosequipos,sehacemencindelatemperaturaalaquevaatrabajarelaparatoylaposibleinuenciaquepuedatenerestasobreelcorrectofuncionamientodmismo(noes igualrealizarunainstalacinenunazonadefroextremoqueenunzonaclida).
Elesquemadeconexindelreguladorenunainstalacinserelsiguiente:
El regulador lleva unasalida de consumo,capaz de alimentaraparatos dentro dela instalacin quefuncionen con corrientecontinua. Habrinstalaciones en las queincluso todos los equipoestn conectadosde esta forma (talescomo pequeasinstalaciones para el
abastecimiento deequipos de sealizacincomunicaciones, etc.)
Fig. 1.19. Esquema de conexin del regulador en la instalacin.
Anlisis de la hoja de caractersticas de un regulador (Fabricante: Ecoesera Solener)
Caso prct ico 6
Algunas de las caractersticas
fsicas del modelo elegidoy normas de seguridad quecumple (en este caso IP 32)
Intensidad mxima engeneracin: ser la recibidadesde los mdulos solares
Intensidad mxima de consumo:intensidad a proporcionar a la partede la instalacin donde se van aconectar los equipos del usuario
Tensin nominal: es la tensinde trabajo de la instalacin, y secorresponde con la tensin nominalde las bateras. En el ejemplo sepuede configurar para que trabaje a12 o 24 voltios
Sobrecarga: porcentaje sobreel valor nominal que aguanta elregulador sin romperse
Autoconsumo: cantidad de energa que necesita elregulador para su propio funcionamiento. En el ejemplo vienedado en valores de intensidad (< 30 mA). Hay que tener encuenta que este valor se debe considerar a la hora de hacerel dimensionado de la instalacin, para que funcione demanera correcta
Prdida mxima generacin/consumo: es un valorrelacionado con las cadas de tensin internas. Es importanteporque puede llegar a modificar las tensiones de trabajo yproduce prdidas de energa
Caractersticas del reguladormodelo DSD 50
9.Enunainstalacinaut-noma,quetrabajaa12V,queremos instalar unasbombillas de corriente
continua cuyo consumototalesde50W.Consul-taenInternetuncatlogodecomponentesparains-talacionessolaresyeligeun regulador adecuadopara la instalacin (notengasencuentalasca-ractersticasparalacar-gadelabatera).
Act ividades
(+)(-)
3V 6V 12V 12V
+
Panel solar
12 Vcc
220 V
Inversor
Regulador
Batera
+ + +La conexinindicada con eldibujo de unabatera es la querealiza la cargadel acumulador.A esa conexinno se puedeenchufar ningn
otro aparato dela instalacin
7/29/2019 8448171691 Paneles
15/24
1Componentesdeunainstalacinsolarfotovoltaica
7. Acumuladores. Tipos de bateras
Lallegadadela energasolaralosmdulosfotovoltaicosnoseproducedemanerauniforme,sinoquepresentavariacionespordiferentesmotivos.Algunasdeestasvaria-cionessonpredecibles,comoladuracindelanocheolasestacionesdelao,peroexistenotrasmuchascausasquepuedenproduciralteracionesdemaneraaleatoriaen
laenergarecibida,comopuedeocurrirconunaumentodelanubosidadenundeter-minadoinstante.
Estehechohacenecesarioutilizaralgnsistemadealmacenamientodeenergaparaaquellosmomentosenquelaradiacinrecibidasobreelgeneradorfotovoltaiconoseacapazdehacerquelainstalacinfuncioneenlosvaloresdiseados.Paraelloseutili-zarnlasbateras oacumuladores.
Lasbaterassondispositivoscapacesdetransformarlaenergaqumicaenelctrica.Elfuncionamientoenunainstalacinfotovoltaicaserelsiguiente:
Energaelctrica(generacin)
Energaqumica
(almacenamiento)
Energaelctrica(consumo)
Lasbaterassonrecargadasdesdelaelectricidadproducidaporlospanelessolares,a
travsdeunreguladordecarga,ypuedenentregarsuenergaalasalidadelainsta-lacin,dondeserconsumida.
Tressonlasmisionesquetienenlasbaterasenlasinstalacionesfotovoltaicas:
Almacenarenergaduranteundeterminadonmerodedas.
Proporcionarunapotenciainstantneaelevada.
Fijarlatensindetrabajodelainstalacin.
Unodelosparmetrosmsimportantesquetenerencuentaalahoradeelegirunacu -muladoreslacapacidad.Sedenecomolacantidaddeelectricidadquepuedelograr -seenunadescargacompletadelacumuladorpartiendodeunestadodecargatotaldelmismo.Semideenamperioshora(Ah),ysecalculacomoelproductodelaintensidaddedescargadelacumuladorduranteeltiempoenelqueestactuando:C=t I.
Elementos de una ISF
Mdulofotovoltaico.
Reguladordecarga.
Batera.
Inversor.
Ademsdelacapacidad,debemosconsiderarotrosparmetrosenlosacumuladoresquevamosautilizarenlasinstalacionesfotovoltaicas:
Efciencia de carga: relacinentrelaenergaempleadapararecargarlabateraylaenergarealmentealmacenada.Interesaque seaunvalorlomsaltoposible(prximoal100%,loqueindicaraquetodalaenergautilizadaparalarecargaesfactibledeserempleadaenlasalidadelainstalacin).Silaecienciaesbaja,sernecesarioaumentarelnmerodepanelessolaresparaobtenerlosresultadosdeseados.
Clculo del tiempo de descarga de una batera solar
Enunainstalacinfotovoltaica,cuyatensindetrabajoesde12voltios,seestutilizandounacumuladorcuyacapa -cidadesde200Ah.Calculareltiempoquetardaendes-cargarsecuandoseconectaa lasalidaunaparatocuyapotenciaconsumidaesde120vatios.
Solucin
Loprimeroquetenemosquecalculareslaintensidadquevaacircularporlainstalacincuandoestconectadoel
aparato.Siaplicamoslafrmuladelclculodelapoparaobtenerlaintensidad:
P=V II=P
V=
120
12=10A
Segnladenicindadadecapacidad,lacorriendescarga ser, por tanto, de 10 amperios. DudC=200Ah,eltiempoenhorasquetardarendegarseelacumuladorser:
t=C
I=
200
10=20horas
Caso prct ico 7
10. Elige la capacidaacumuladorqueneramosenunainstafotovoltaica cuyomoesde400Wd30 horas seguidatensindetrabajodtemaesde24voltio
Act iv idade
Cuando se dimensiona utalacin, los paneles solabentenersiempreunatenstrabajo superior a la jadlasbateras,paraqueelpdecargadelasmismasycionamiento del reguladocorrectos.
Ten cuidad
7/29/2019 8448171691 Paneles
16/24
Componentesdeunainstalacinsolarfotovoltaica1
22
Interpretacin de la curva de proundidad de descarga de una batera
Paralasbaterasquequeremoscolocarenunainstalacinsolarhemosobtenidodelcatlogodelfabricantelasiguientegrca:
Si queremos que la batera funcionecon unaprofundidad de descargadeaproximadamenteel50%,culseraelnmerodeciclosmximos(decarga
ydescarga)quepodramosobtenerconestabatera?Culseraelvalordelacapacidaddelamismaenesemomento?
Solucin
Fijndonosenlagrca,paraunaprofundidaddedescargadel50%,podemosteneraproximadamente450ciclosdecargaydescargadelabatera.
Elvalordelacapacidaddisminuirhastael60%delquenosdaelfabricantecomovalornominalparalabatera.
Caso prct ico 8
Autodescarga: procesomedianteelcualelacumulador,sinestarenuso,tiendedescargarse.
Proundidad de descarga: cantidaddeenerga,entantoporciento,queseobtiendelabateraduranteunadeterminadadescarga,partiendodelacumuladortotalmetecargado.Estrelacionadaconladuracinovidatildelacumulador.Silosciclodedescargassoncortos(entornoal20%,porejemplo),laduracindelacumulado
sermayorquesiselesometeadescargasprofundas(porejemplo,del80%).
Fig. 1.20
Ademsdelosparmetroselctricos,lascaractersticasqueserandeseablesparabaterasautilizarenlasinstalacionessolaresson:
Buenaresistenciaalciclado(procesodecarga-descarga).
Bajomantenimiento.
Buenfuncionamientoconcorrientespequeas.
Ampliareservadeelectrolito. Depsitoparamaterialesdesprendidos.
Vasostransparentes.
Existendiferentestecnologasenlafabricacindebateras,sibienunassonmsadcuadasqueotrasparautilizarlasenlasinstalacionessolares.
7.1. Tipos de bateras
Lasbaterasseclasicanenfuncindelatecnologadefabricacinydeloselectrolitoutilizados.EnlaTabla1.3podemoscompararlosprincipalestiposdebaterasquehaenelmercado,atravsdesuscaractersticasbsicas.
Tipo de batera Tensin por vaso (V) Tiempo de recarga Autodescarga por mes N. de ciclos Capacidad (por tamao) Precio
Plomo-cido 2 8-16horas
7/29/2019 8448171691 Paneles
17/24
1Componentesdeunainstalacinsolarfotovoltaica
Lasbaterasmsutilizadasenlasinstalacionessolaressonlasdeplomo-cido,porlascaractersticasquepresentan.Dentrodeestetipodebaterasnospodemosencontrardiferentesmodelos.Vamosacompararlosyanalizarculeselmsadecuado.
Lasiguientetablanosmuestradiferentesmodelosdebaterasdeplomo-cidoqueseutilizanenlaprctica(dependiendodelaaplicacindelainstalacin),conlasventajaseinconvenientesquepuedenpresentar.
TIPO VENTAJAS INCONVENIENTES ASPECTO
Tubularestacionaria
Cicladoprofundo.
Tiemposdevidalargos.
Reservadesedimentos.
Precioelevado.
Disponibilidadescasaendeterminadoslugares.
Arranque(SLI, automvil)
Precio.
Disponibilidad.
Malfuncionamientoantecicladoprofundoybajascorrientes.
Tiempodevidacorto.
Escasareservadeelectrolito.
Solar
FabricacinsimilaraSLI.
Ampliareservadeelectrolito.
Buenfuncionamientoencicladosmedios.
Tiemposdevidamedios.
Norecomendadaparacicladosprofundosyprolongados.
Gel
Escasomantenimiento. Deteriororpidoencondicionesdefuncio-namientoextremasdeV-I.
Tabla 1.4. Bateras utilizadas en instalaciones solares.
Enaquellasinstalacionesenlasquevamosatener descargas proundas,elegiremosbaterastubularesestacionarias,ascomoenlasinstalacionesenlasquenecesite -mosunacapacidadelevada.Eselcasoquesedaenlasinstalacionesautnomasdeviviendas.
Silainstalacinsolaresdepequeadimensin,odemuydifcilmantenimiento,debe-remoselegirbaterasdegel,vigilandoquenoseproduzcanciclosdedescargaspro -fundos.Unejemplopuedeserunainstalacinsolarquealimentaunpequeorepetidorenloaltodeunmonte.
Alahoradeelegirlosacumuladores,esimportantetenerencuentaelefectodelatem -peraturasobrelosmismos.Lacapacidadaumentaamedidaquesubelatemperatura,
yalrevs,disminuyecuandobajalatemperaturadellugardondeseencuentraubica-
do.Siprevemoslaposibilidaddequeexistantemperaturaspordebajode0Cenellugardelainstalacin,deberemoselegirunacumuladordecapacidadmayorquelacalculadaeneldimensionadodelainstalacin,conelndequenohayaproblemasensufuncionamiento.
Laconstruccindelacumuladorserealizaconectandovasosindividualeshastaobtenerlascondicionesdetensinycapacidadrequeridasenlainstalacinqueestamosreali-zando,enelcasodelautilizacindebaterastubularesestacionarias.Enlasbaterasmonoblock,deberemoselegiraquellaqueseaacordeconlatensindetrabajodelainstalacinylapotenciaquesevaaconsumirenlamisma.
Teniendo presente el codeproundidad de descauna batera, a las desmuyacusadasselesllamcargas proundas,yalaras,descargas superfciale
Vocabular i
11. Consultandouncadebaterastubulatacionarias,congacumuladorparausindetrabajodetios,yquetengaupacidadde200Ah
Act iv idade
7/29/2019 8448171691 Paneles
18/24
Componentesdeunainstalacinsolarfotovoltaica1
24
(+)(-)
3V 6V 12V 12V
+ + +
Regulador
BaterasInversor
ClulaPanel
Generador
Generador
Inversor
CargaAC
Contadores deproduccin y consumo
Red elctrica
8. El inversor
Elinversorseencargadeconvertirlacorrientecontinuadelainstalacinencorrienalterna,igualalautilizadaenlaredelctrica:220Vdevalorecazyunafrecuencde50Hz.
Esunelementoimprescindibleenlasinstalacionesconectadasared,yestarpresenenlamayoradeinstalacionesautnomas,sobretodoenaquellasdestinadasalaelectricacindeviviendas.
UnesquemadeestetipodeinstalacioneseselrepresentadoenlaFig.1.21.
Fig. 1.21. Esquema general de una instalacin autnoma con inversor.
Enelcasodeunainstalacinconectadaared,elesquemaqueseseguiraeselrepsentadoenlaFig.1.22.
Fig. 1.22. Instalacin otovoltaica conectada a la red.
Comovemos,laprincipaldiferenciaentrelasdosinstalacionesesqueenlasautnomsecuentaconlosacumuladoresparaalmacenarlaenergaylosreguladoresdecargadlosmismos,mientrasqueenlasinstalacionesconectadasalared,laenerganosealmcena,sinoqueseponeadisposicindelosusuariosatravsdelaredelctricasegnproduce.Enestetipodeinstalacionesexistirnequiposdemedida,tantodelaenergquesevendealaredelctricacomodelpropioconsumodelainstalacinproductora
Elementos de una ISF
Mdulofotovoltaico.
Reguladordecarga.
Batera.
Inversor.
Lamisin del inversorenlasinstalaciones autnomas esproporcionar una corrientealterna como la de la redelctrica, con el n de quese puedan conectar a lamisma electrodomsticos de
los utilizados habitualmenteenlasviviendas.Enestecaso,las variaciones que puedasufrirlacorrientenotienenlaimportancia que en el casodelosinversoresdelasinsta-lacionesconectadasalared.
En el caso de las instala-ciones conectadas a red, elinversor debe proporcionarunacorrientealternaqueseade las mismas caractersti-cas de la red elctricaalaque est conectado, tanto
enforma(senoidal)comoenvalorecaz(230V)ysobretodoenlafrecuencia(50Hz);nosepermitenprcticamentevariaciones, con el n deevitarperturbacionessobrelaredelctricadedistribucin.
Importante
7/29/2019 8448171691 Paneles
19/24
1Componentesdeunainstalacinsolarfotovoltaica
(+)(-)
12 V
1,5 - 4 mm2
Mximo total 16 A
+
+
Control remoto
LascaractersticasdeseablesparauninversorDC-AClaspodemosresumirdelasiguien-temanera:
Alta efciencia:debefuncionarbienparaunampliorangodepotencias.
Bajo consumo en vaco,esdecir,cuandonohaycargasconectadas.
Alta fabilidad: resistenciaalospicosdearranque.
Proteccin contra cortocircuitos. Seguridad.
Buena regulacin de la tensin y recuencia de salida,quecomoyahemoscomenta-dodebesercompatibleconlaredelctrica.
Algunosinversoresfuncionantambincomoreguladoresdecargadelasbateras.Enestecasonoseranecesarioincluirelreguladorenlainstalacin.UnejemplodeunaconexindeestetipolovemosenlaFig.1.23.
Fig. 1.23. Conexin de un inversor-regulador en una instalacin autnoma a 12 voltios. Adems deconvertir DC en AC, puede cargar las bateras del sistema.
Podemosobservarelcableado,yloscoloresestndaresutilizadosenlasconexiones.As,enlapartedecontinua,paraelpolopositivoutilizaremoscabledecolorrojo,yparaelnegativo,cabledecolornegro.Enlapartedealterna,tendremostresconduc-tores:
Eldecoloramarillo-verdeparalaconexinatierra.
Eldecolorazulparaelneutrodelainstalacin.
Eldecolormarrnparalafase.
EnelCasoPrctico9,sobrelatabladedatosdeunmodelocomercial,vamosaanali-zarquparmetrosdebemostenerencuentaalahoradeseleccionaruninversorparanuestrainstalacin.
Seccin de los condDepende de la corrieque vaya a circular ade ellos. Es uno de loparmetros importanhora de realizar la in
Paneles conectados eparalelo
Salida de corrientealterna 220 V 50 Hz
7/29/2019 8448171691 Paneles
20/24
Componentesdeunainstalacinsolarfotovoltaica1
26
Anlisis de una hoja de caractersticas de un inversor
Caso prct ico 9
Rendimiento mximo: importante, porque nos indicar lapotencia real entregada por el conversor, que siempre esmenor que la potencia nominal del mismo. Es un factor a teneren cuenta cuando hagamos el dimensionado de la instalacin
Potencia en vaco, cuando no hay carga conectada
Tensin de entrada:debe coincidir con latensin nominal delas bateras
Corrienteen reposo
Frecuencia de la seal: debe coincidircon la de la red elctrica y ser muyestable (en este ejemplo solamentetiene variaciones de un 0,01 %)
Forma de la onda: en este caso se tratade una onda senoidal de 230 V de valoreficaz, y que puede tener una variacindel 3 %
Distorsin: indica la posible degradacinde la onda. Es menor de un 2 % trabajandoa la potencia nominal
Como hemos visto en el ejemplo, el fabricante nos da la descripcin del tipo dondaquegeneraelequipo.Lo normalesutilizarinversoresquedena lasalidauondasenoidal,comoenestecaso,aunqueloshaytambindeondacuadrada.Esto
ltimosnopuedenserutilizadosenlasinstalacionesconectadasared.
Elfabricantedelinversornosdatambininformacinsobrelaposiblevariacinqpuedetener lafrecuenciade salida (en elcasodel ejemplo,nos indica que esd0,01%sobreelvalornominal).
Enlosinversoresdeinstalacionesautnomasestefactorpuedenoserdemasiadoimpotante,peroenlosinversoresdeinstalacionesconectadasalaredesunparmetroqdebetenersemuyencuenta;existeunanormativaalrespectoquejaculeselvalmximopermitidodeestaposiblevariacin,enespeciallosvaloresindicadosenpliegodecondicionestcnicasparainstalacionesconectadasared,delIDAE.
Lavariacin de frecuencia en elinversor de la instalacin puedeproducir armnicos (ondas cuyafrecuenciaesmltiplode50Hz).Estosarmnicos,dependiendodelvalorquetengan,puedenafectargravemente a la seal, distorsio-nndolaycambiandosusvalores.Poresolosmrgenesdevariacinenestetipodeequipostienenquesermuypequeos.
Importante
Lascaractersticasdelasalidadelinversorestnreferidasalacorrientealterna.
Algunosdelosvaloresmsimportantesqueelfabricantenosindicarson:
Esteinversorseraadecuadoparaunainstalacinautnoma.
Potencia nominal:es la potenciaque es capaz deentregar el inversor ala instalacin. Siempreser mayor que la quehayamos calculadocomo consumo delos equipos que van afuncionar en alterna
7/29/2019 8448171691 Paneles
21/24
1Componentesdeunainstalacinsolarfotovoltaica
8.1. Inversores en instalaciones conectadas a red
Comocomentbamosantes,esteequipoelectrnicoeselelementocentraldeunainsta -lacinfotovoltaicaconectadaalaredelctrica.Ademsderealizarlaconversindecontinuaaalterna,elinversordebesincronizarlaondaelctricageneradaconladelacorrienteelctricadelared,paraquesucompatibilidadseatotal.Elinversordisponedefuncionesdeproteccin,paragarantizartantolacalidaddelaelectricidadvertidaalaredcomolaseguridaddelapropiainstalacinydelaspersonas.
Losparmetrosquedeterminanlascaractersticasyprestacionesdeuninversorsonlossiguientes:
Potencia:determinarlapotenciamximaquepodrsuministraralaredelctricaencondicionesptimas.Lagamadepotenciasenelmercadoesenorme;sinembargo,paralossistemasdomsticosexistendesde50W(miniinversorsituadoencadapla-ca)o400W(parapequeoscamposfotovoltaicos)hastapotenciasdevarioskilova -tios.Muchosmodelosestnpensadosparapoderlos conectar en paralelo,andepermitir el crecimiento de la potenciatotaldelainstalacin.
Fases:normalmente,losinversorescuyapotenciaesinferiora5kWsonmonofsicos.Losmayoresde15kWsuelensertrifsicos.Muchosmodelosmonofsicospuedenacoplarseentresparagenerarcorrientetrifsica.
Rendimiento energtico: deberaseraltoentodalagamadepotenciasalasquesetrabajar.Losmodelosactualmenteenelmercadotienenunrendimientomediositua -doentornoal90%.Elrendimientodelinversoresmayorcuantomsprximosesta -mosasupotencianominaly,conelndeoptimizarelbalanceenergtico,esprimor-dialhacercoincidirlapotenciapicodelcampofotovoltaicoylapotencianominaldelinversor.Siqueremostenerunfuncionamientoptimodelainstalacin,lapotenciadepicodelcampofotovoltaiconuncadebesermenorquelapotencianominaldelinversor.
Protecciones: el inversor debera incorporar algunasprotecciones generales, que,comomnimo,seranlassiguientes:
Interruptor automtico:dispositivodecorteautomtico,sobreelcualactuarnlosrelsdemnimaymximatensinquecontrolarnlafasedelareddedistribucin
sobrelaqueestconectadoelinversor.Elrearmedelsistemadeconmutaciny,portanto,delaconexinconlareddebajatensindelainstalacinfotovoltaica,sertambinautomticounavezrestablecidoelservicionormalenlared.
Funcionamiento en isla:elinversordebecontarconundispositivoparaevitarlaposibilidaddefuncionamientocuandohafalladoelsuministroelctricoosuten -sinhadescendidopordebajodeundeterminadoumbral.
Limitador de la tensin mxima y mnima.
Limitador de la recuencia mxima y mnima. Elmargenindicadoseradel2%.
Proteccin contra contactos directos.
Proteccin contra sobrecarga.
Proteccin contra cortocircuito.
Bajos niveles de emisin e inmunidad de armnicos.
Esdeseablequeelestadodefuncionamientodelinversorquedereejadoenindicado-resluminososoenunapantalla(funcionamientoanmalooaveras,detencindepro-duccinporaveraenlared,etc.).Tambinseraconvenientequeelinversorofrecieralaposibilidaddesermonitorizadodesdeunordenador.Sienlainstalacinseincluyendeterminadossensores,puedeaportardatosderadiacin,generacinsolar,energatransformadaacorrientealterna,eciencia,etc.
12.Definelossiguientminos:
a)Potencianominainversor.
b)Rendimiento delsor.
13. Buscadiferenciasqudehaberentreuninparaunainstalacinoma y para unacinconectadaare
Act iv idade
Consulta siempre el maninstalacincuandovayasatarunequipo.Enlelfabespecica modos de coajustes,etc.,paraqueelfnamientoseaelcorrecto.
Esimprescindibleseguirpasolaspautasmarcadasmanual.
Ten cuidad
Alahoradelconexionainversor con el resto detalacin, habr que utilizsecciones de conductorecuadas en funcin de laqueestemosconectando.
No tendrn las mismasnesloscablesdeconexilos paneles que las conedemonitorizacindelequ
Important
7/29/2019 8448171691 Paneles
22/24
Componentesdeunainstalacinsolarfotovoltaica1
28
Sntesis
Sistemasdeproduccindeenerga
Clasicacindelossistemasfotovoltaicos
Instalacionesautnomas
Instalacionesconectadasared
Elementosdeunainstalacinsolar
fotovoltaica
Panelsolar
Regulador
Acumuladores(bateras)
Inversor
Energasolarfotovoltaica
Trmicas
Hidrulica
Nuclear
Elica
Energasolartrmica
7/29/2019 8448171691 Paneles
23/24
Test de repaso
Componentesdeunainstalacinsolarfotovoltaica 1
1.Laenergasolarfotovoltaicaproducelaelectricidad:
a) Medianteelmovimientodeungenerador.
b) Directamente,alrecibirlaluzdelSol.c) Porelcalentamientodeunuido.
d) Medianteelmovimientodeunuido.
2.Lasinstalacionessolaresdeproduccindeelectricidadmediantelarecepcindelaluzsolarseclasicanen:
a) Autnomasyconectadasared.
b) Directaseindirectas.
c) Directasyautnomas.
d) Conectadasaredeindirectas.
3.Unodeloselementosquediferencianlasinstalaciones
solaresfotovoltaicasautnomasdelasconectadasaredes:
a) Elinversor.
b) Lospanelessolares.
c) Elregulador.
d) Elgeneradorfotovoltaico.
4.Siunaclulafotovoltaicaescapazdeproducirunatensinde0,6V,qutensinpodremosmedirenlosextremosde10clulasigualesconectadasenserie?
a) 10V.
b) 4V.c) 0,6V.
d) 6V.
5.Siunpanelsolarproporcionaunaintensidadde10Ayse conectaenserie conotropanel cuyaintensidadesde25A,culserlaintensidadtotal?
a) 10A.
b) 25A.
c) 35A.
d) 5A.
6.Lamisindelreguladorenunainstalacinfotovoltaicasinconexinaredes:a) Proporcionar una tensin alterna a los aparatos
conectadosalainstalacin.
b) Cargar las bateras del acumulador de la insta-lacin.
c) Regularlospanelessolares.
d) Noexisteesteelemento.
7.Elelementoconelquesefabricanlasclulassolara) Germanio.
b) Aluminio.c) Silicio.
d) Boro.
8.Lamisinquetienenlasbaterasenunainstalfotovoltaicaes:
a) Almacenarenergaduranteundeterminadorodedas.
b) Proporcionarunapotenciainstantneaeleva
c) Fijarlatensindetrabajodelainstalacin.
d) Todaslasrespuestassoncorrectas.
9.Enlasinstalacionesfotovoltaicasparaviviendassbenelegir:
a) Baterasestacionarias.
b) Baterasdeautomocin.
c) Baterasdegel.
d) Baterasdelitio.
10.LosinversoresdelasinstalacionesconectadasenEspaatienenqueproporcionar:
a) Unaondasenoidalde230Vdevalorecazydefrecuencia.
b) Unaondasenoidalde230Vdevalorecazydefrecuencia.
c) Unaondacuadradade230V devalore50Hzdefrecuencia.
d) Noimportaeltipodeondaqueproporcione
11. Lasinstalacionesfotovoltaicasconectadasardividenen
a) Huertossolaresyediciosfotovoltaicos.
b) Instalacionesparatelecomunicaciones.
c) Instalacionesautnomasyconectadas.
d) Instalacionesmonofsicasytrifsicas.
12. Uninversorde20kWdepotencianominalser
a) Monofsico.
b) Bifsico.
c) Trifsico.
d) Nosepodrcolocarenunainstalacin.
7/29/2019 8448171691 Paneles
24/24
Componentesdeunainstalacinsolarfotovoltaica1
Comprueba tu aprendizaje
Clasifcar las instalaciones otovoltaicas
1.Elaumentodeinstalacionesfotovoltaicasenloslti-mosaoshasidomuyconsiderable.Conlovistoalo
largodelaunidad,justicaelporqudeestecreci-mientoenestetipodeinstalaciones.
2.ApartirdelaclasicacinvistaenelApartado2delaunidad,sobrelasinstalacionessolares,buscadosejemplosrealesdecadaunodelostiposdeaplicacio-nescomentados.
3.Explicaquesunediciofotovoltaico,ysusprincipa-lescaractersticas.
4.Realizaunesquemadeloselementosquecomponenunainstalacinsolarfotovoltaicaautnoma,ydescri-be brevemente cul es la misin de cada uno deellos.
Identifcar los parmetros de los paneles solares
5.Queselefectofotovoltaico?
6. Qumaterialesseutilizanenlaconstruccindelasclulassolares?Qucaractersticastienen,desdeelpuntodevistaelctrico?
7.Sedeseaconstruirunpanelsolarparaunainstalacinde 12 V de tensin nominal, y una potencia de180Wapartirdeclulassolares,cuyascaractersti-cassonlassiguientes:
VOC=0,6V
ISC=3A
Dimensiones:12312cm
Sepide:
a) Calcular el nmero de clulas necesarias paracomponerelpanelsolar.
b) Explicarcmohandeserconectadas.
c) Qudimensionestendraelpanel?
8.Latensinencircuitoabiertodeunpanelsolar,facili-tadaporelfabricante,esde19V.
Estamedidaseharealizadoencondicionesestnda-resdefuncionamiento(conunatemperaturaambientede25C).
Segnlosdatosfacilitadosporelfabricantedelpanel,ensuhojadecaractersticas, Voctieneuncoecientedetemperaturade126mV/C.Culserlaten-sinencircuitoabiertodelpanelsisevaautilizarenunainstalacinenlaquelatemperaturadetrabajoes
9. Paraaumentarlacapacidaddeungeneradorfotovol-taicose procedea realizarasociacionesdepanelessolaresconelndeobtenerlosvaloresrequeridosenlainstalacin.Explicacmohandeconectarseenlossiguientescasos:
a) Sisedeseaaumentarlatensindesalidadelge-neradorfotovoltaico.
b) Sise deseaaumentar lapotencia desalida delgenerador.
Describir el uncionamiento de las bateras
10. Lahojadecaractersticasdeunelectrodomsticodecorrientecontinuanosproporcionalossiguientesdatos:
Tensinnominal:12V
Consumo:480WElaparatovaaserconectadoaunabateracuyacapa-cidadesde400Ah.Cuntashoraspodrestarco-nectadoantesdequelabaterapierdatodasucarga?
11.Eligeunaconguracinparaunabateradeunsiste-masolar,cuyacapacidaddebeserde362Ah,conunatensindetrabajode12voltios,apartirdelosmodelosdadosacontinuacin.
Fig. 1.24. Bateras de GEL. Vasos de 2 V.
Describir el uncionamiento del regulador
12. Explicaculeslamisindelreguladorenunainstala-cinfotovoltaicaautnoma.
Describir el uncionamiento del inversor
13. Enumeralasprincipalescaractersticasdelosinverso-res,tantoenlasinstalacionesautnomascomoenlasinstalacionesconectadasared.Detodasellas,cu-lesseranlasmsimportantesaconsiderarenlosin-