Curso de Sistemas Fotovoltaicos SAECSA ENERGIA SOLAR

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SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS

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SAECSA ENERGIA SOLAR

ALTERNATIVAS DE ENERGA

Energa SolarEnerga obtenida por la luz del Sol

Energa ElicaEnerga obtenida del Viento

Energa con MotogeneradoresEnerga obtenida por Plantas Diesel

TEMARIO DE SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS1.- INTRODUCCIN La Energa Solar Aplicaciones Caractersticas y Ventajas Justificacin de su uso Disponibilidad de Energa a Escala Mundial y Nacional 2.- CONFIGURACIN BSICA DE UN SSTEMA FOTOVOLTAICO Descripcin General de los elementos y operacin de un sistema fotovoltaico 3.- CONCEPTOS DE ELECTRICIDAD Analoga entre un sistema elctrico y un sistema hidraulico Conceptos de Potencia y Energa 4.- MDULOS SOLARES Celda Solar Estructura de una celda solar Principio de operacin de una celda solar Conexin serie de celdas solares en un mdulo solar Fabricacin de una celda Trminos empleados en sistemas fotovoltaicos (celda, mdulo, panel y arreglo) Conexiones serie y paralelo Parametros de un mdulo solar

TEMARIO DE SISTEMAS SOLARES FOTOVOLTAICOS5.- EL RECURSO SOLAR Conceptos Bsicos Las horas pico Conceptos de radiacin directa, difusa y global Trayectoria Solar vs. Latitud del Lugar Mapas de Insolacin Tipos de captadores solares 6.- SSTEMA FOTOVOLTAICO Descripcin de un sistema fotovoltaico Dimensionamiento de un sistema7.- MANTENIMIENTO DE LOS SISTEMAS Mantenimiento Preventivo Mantenimiento Correctivo

CAPITULO 1 INTRODUCCIN

La energa Solar

Es la energa proporcionada por el Sol, el cual es un conjunto de radiaciones electromagnticas similares a las ondas de radio, pero de mayor frecuencia. El Sol no emite calor sino radiacin. El efecto de esta radiacin es el calentamiento de los cuerpos donde la misma incide.

Aplicaciones: Luminarias Fotovoltaicas

Luminarias Fotovoltaicas. Para alumbrado Pblico en zonas rurales

Aplicaciones: Repetidor de Microondas de Telfonos

Repetidor de Microondas alimentado por un sistema hbrido solar-diesel. Cuenta con un arreglo solar de 4.0 Kw, banco de bateras de 1060 A-H a 48 volts. El Sistema es supervisado por medio de un control de carga CCX 48/100/50 con seal de arranque a la planta diesel.

Aplicaciones: Comunidades Rurales

Para pequeas comunidades rurales, utilizando pequeos sistemas fotovoltaicos solares, para aplicaciones en aparatos domesticos.

Aplicaciones: Sistemas Hibridos Fotovoltaico-Elico

Sistemas combinados de obtencin de energa: - Energa Solar - Energa del Viento

Aplicaciones: Sistemas de Bombeo de Agua

Sistemas de Bombeo de Agua. Para el bombeo de agua en pozos, para aplicacin en suministro de agua y sistemas de riego rural.

Aplicaciones: Sistemas de Proteccin Catdica

Sistemas de Proteccin Catdica. Para la proteccin de ductos de distribucin de Petrleos Mexicanos. Los sistemas se instalan en plataformas elevadas que permite protegerlo del vandalismo.

Aplicaciones: Sistemas Solares para casetas de telefonos

Sistemas Fotovoltaicos para las casetas telefnicas. Para utilizarse en casetas telefnicas de emergencia en carreteras y regiones rurales, donde resultara muy costoso llevar cableado elctrico a estos lugares.

Aplicaciones: Plantas Solares para Telesecundaria via satelite

Plantas Solares para Telesecundaria. Para Sistemas receptoras por va satlite, en escuelas de las regiones rurales donde no hay energa elctrica.

Aplicaciones: Plataformas Marinas

Sistemas Fotovoltaicos para las Plataformas Marinas de Pemex. Para abastecimiento de energia en los Sistemas de Rehabilitacin, e Iluminacin de Helipuertos.

Aplicaciones para C.F.E.

1.- Telecomunicaciones 2.- Seales de Aviso 3.- Interruptores de Seccionalizacin Remotos en Lneas de Transmisin 4.- Proteccin Catdica 5.- Monitoreo Remoto 6.- Iluminacin Exterior 7.- Electrificacin Rural

Otras aplicaciones:1.- APLICACIONES PROFESIONALES Repetidores de Radiocomunicacin Estaciones Meteorolgicas Gasoductos, oleoductos, plataformas marinas. Sealizacin de cruces de ferrocarriles con carreteras Sealizacin de Emergencia en carreteras Sealizacin martima de Boyas, muelles, etc. 2.- APLICACIONES SOCIALES Y COMUNITARIAS Centros de Salud en comunidades rurales Plantas Potabilizadoras de agua Bombeo de agua Escuelas apoyadas con televisin Radiotelefona rural Iluminacin en reas pblicas 3.- INDUSTRIA AGROPECUARIA Refrigeracin de productos pesqueros Riego en invernaderos Iluminacin y Bombeo de agua en granjas avcolas 4.- USO DOMESTICO Suministro de electricidad en casas-habitacin.

Caractersticas y Ventajas:CARACTERSTICAS El Sol es la fuente de Energa Sin partes mviles, sin calor Sin procesos de desgaste Unidades Modulares de Pequea Potencia VENTAJAS - No requiere de Combustible - No contamina - No requiere mantenimiento - Operacin Silenciosa - Vida til mayor de 20 aos - Amortizacin Largo Plazo - Crecimiento a las necesidades sin obsolecer - Fcil transportacin - Rpida instalacin

Justificacin de su uso

Su costo (inversin + operacin) es menor a extender una lnea de red elctrica. Por cada km de lnea elctrica se instala un sistema solar de 3 kWh/da

Su costo contra generadores diesel o gasolina es menor en mantenimiento y combustibles vs.

Disponibilidad de Energa Solar a Escala Mundial

4.5 x 1013 kwh

x

10%

=

4.5 x 1012 kwh

150 km Energa captada

eficiencia

Consumo elctrico mundial en 1978

22,500 km2

0.05% Desiertos Mundiales

Disponibilidad de Energa Solar a Escala Nacional

4.5 x 1011 kwh

x

10%

=

4.5 x 1010 kwh

15 km Energa captada

eficiencia

Consumo elctrico nacional en 1978

225 km2

0.02% Desiertos Nacionales

CAPITULO 2CONFIGURACIN BSICA DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO

Configuracin Bsica de un Sistema Fotovoltaico

Mdulo Solar

Carga C.D.

Control de carga Inversor C.D./C.A

Banco de Bateras

Carga C.A.

Configuracin Bsica de un Sistema FotovoltaicoMdulos Solares Conjunto de celdas solares que generan la corriente elctrica a un voltaje dado, cuando son expuestos a la luz del sol. Banco de Bateras Conjunto de celdas electroqumicas que recibe y almacena la energa proporcionada por los mdulos solares, y fija el voltaje de operacin en forma relativamente estable. Control de Carga Mantiene a las Bateras y los equipos alimentados dentro de un rango de voltaje permitido. - Evita que se descarguen las bateras hasta un mnimo, interrumpiendo el suministro en las cargas, - Evita que se sobrecarguen las bateras limitando o interrumpiendo la corriente generada por los mdulos solares. Cargas Son los equpos a alimentar, y se conectan al control de carga, los equipos que empleen corriente alterna necesitan de un inversor CD/CA.

CAPITULO 3 CONCEPTOS DE ELECTRICIDAD

Analoga Hidrulica-Elctrica

Suministro de agua

Generacin de energa.

Amp-hora (A-H) Volumen Presin Flujo

Voltaje (V)

Corriente

Conceptos de Electricidad

PARAMETRO:CORRIENTE VOLTAJE POTENCIA ENERGIA

UNIDAD:AMPERES VOLTS WATTS WATTS-HORA

SIMBOLO:I V W W-H

ECUACIONES BSICAS:E=WxT W=VxI Energa = Potencia x Tiempo Potencia = Voltaje x Corriente

CAPITULO 4 MODULOS SOLARES

Celda SolarLa celda solar Es una oblea de Silicio cristalino menor a medio milmetro de espesor obtenida a partir de un lingote de silicio ultrapuro, y tiene propiedades de efecto fotovoltaico.Efecto Fotovoltaico Es la aparicin de un voltaje en las terminales de un material cuando es expuesto a la luz.

Estructura de una Celda Solar

Es una oblea de silicio contaminada con pequeas cantidades de fosforo y boro para crear en su superficie frontal un campo elctrico interno. Se deposita por impresin en ambas caras un enrejado de plata y/o alumnio que se utilizan como electrodos para extraer la corriente elctrica generada en el interior de la celda. La celda tiene un recubrimiento antirreflejante para hacerla ms oscura y atrape ms luz.

Principio de operacin de una Celda Solar

El 80% de la luz absorbida se convierte en calor, el 20% restante se transfiere la energa a los electrones de los atomos de silicio en forma anloga a una bola de billar cuando choca con otra. Los electrones son liberados del atomo y pueden moverse en la oblea. El campo elctrico atrae los electrones a la superficie de la celda y se acumularn ah dando por resultado un voltaje medible exteriormente (efecto fotovoltaico). Los electrones no pueden regresar a la oblea por el mismo camino gracias al campo elctrico. Cuando se establezca un circuito externo entre la cara superior e inferior de la celda, los electrones fluirn por el mismo y regresar a su posicin original (corriente fotovoltaica).

Conexin serie de celdas solares en un mdulo solar

Las celdas solares se interconectan en serie para elevar su voltaje, ya que por s mismas entregan un voltaje demasiado pequeo de 0.5 volts. El agrupamiento de celdas solares, interconectadas entre s se le denomina como Mdulo Solar.

Fabricacin de un mdulo solar

Conexin serie de celdas solares en un mdulo solar

Mdulo Solar marca SHELL antes SIEMENS modelo SP75 / SP70. Este mdulo solar esta formado por 36 celdas solares interconectadas entre s, en serie, y laminadas entre hojas de plstico y vidrio protegida dentro de un marco de aluminio.

Trminos empleados en sistemas fotovoltaicos

Celda Solar Es una oblea de silicio cristalino que posee propiedades de efecto fotovoltaico. Mdulo Solar Es el agrupamiento de celdas solares, interconectadas entre s, usualmente en serie, y laminadas entre hojas de plstico y vidrio con un marco de aluminio.

Panel Solar Es el agrupamiento de Mdulos solares, que son interconectados en serie, para obtener voltajes de salida ms altos.Arreglo Solar Es el agrupamiento de Paneles solares, que son interconectados en paralelo, para obtener corrientes de salida ms altas.

Tipos de conexin serie y paralelo

Conexin serie de mdulos solares Cuando una conjunto de mdulos solares son interconectados en serie, se sumaran los voltajes generados entre cada mdulo, y la corriente permanecer constante.

Conexin paralelo de mdulos solaresCuando un conjunto de mdulos solares son interconectados en paralelo, se sumarn las corrientes generadas entre cada mdulo, y el voltaje permanecer constante.

Parmetros de un Mdulo SolarCaractersticas Elctricas Tpicas: Corriente de Corto Circuito (Icc): Corriente de Circuito Abierto (Voc): Corriente a la Carga (Iop): Voltaje a la Carga (Vop): Caractersticas Mecnicas: (Insolacin Pico) 3.2 amp. 19.4 volts 2.9 amp. 16.3 Volts (25 C) 14.4 Volts (47C)

Dimensiones: Espesor: Peso:Construccin:

33 x 130 cm 3.5 cm 4.5 Kg.

Frente: Vidrio Templado Antirreflejante Marco: Aluminio Anodizado reforzado Posterior: Pelcula Tedlar/Polister/Tedlar (impermeable) Cajas de conexin hermticas con sello de goma para pasar cable

CAPITULO 5 EL RECURSO SOLAR

Conceptos BsicosLa luz solarEs un conjunto de radiaciones electromagnticas similares a las ondas de radio pero de mayor frecuencia. La radiacin solar Es originada por las reacciones nucleares que ocurren en los materiales que forman el Sol. El Sol no emite calor sino radiacin. El efecto de esta radiacin es el calentamiento de los cuerpos donde la misma incide. Unidades de medicin La radiacin solar es una forma de energa que se mide en unidades de energa: - El valor instantneo se mide en Kw / m2 - El valor acumulado se mide en Kw H / m2

En un da despejado con el sol en incidencia perpendicular (medio da) la potencia solar es de:

Mxima radiacin solar = 1 Kw / m2

Potencia Solar Horas Pico

Insolacin Diaria de un da del verano en el desierto de Sonora (arriba izquierda). Insolacin Diaria de un da de invierno en la Sierra de Puebla (arriba derecha).

Conceptos de Radiacin Directa, Difusa y Global.

Radiacin Directa Es aquella que recibe una superficie directamente del Sol, sin desviarse de su trayectoria. Radiacin Difusa Es aquella que recibe una superficie por refraccin y reflexin de la luz del Sol en su paso por la atmsfera. Radiacin Global Es la energa solar total recibida por una superficie dada por la suma de la radiacin directa y radiacin difusa.

Trayectoria Solar vs. Latitud del Lugar

Posicin del Sol al amanecer, medioda y atardecer en Latitudes del Meridiano Norte al principio de cada estacin.

Mapa de Insolacin Global en primavera

Mapa de Insolacin con inclinacin y horas pico

Aspectos importantesOrientar el mdulo hacia el sur

Es importante: Conocer la trayectoria del Sol para evitar sombreados, ya que el sistema no operara eficientemente. Instalar los mdulos orientados hacia el Sur para aprovechar al mximo el recurso solar. Llevar la instalacin elctrica, respetando las polaridades de los equipos, para evitar daos en el sistema. Utilizar las herramientas, equipos y materiales adecuados para la instalacin del sistema.

Tipos de Captadores

Hay 2 tipos de captadores solares: 1.- Captadores Fijos. 2.- Captadores con seguimiento solar.

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Angulo Variable a lo largo del ao Angulo Polar Variable a lo largo del Da Angulo Polar y Azimutal Variable

CAPITULO 6 SISTEMA FOTOVOLTAICO

Descripcin de un sistema fotovoltaico

Formulas para clculo del dimensionamiento de un sistemaClculo de Arreglo Solar:

Donde: Im M .- No. de mdulos solares. Ec.- Energa consumida por todas las cargas (watts.hora/da) Fs .- Factor de sobredimensionamiento (tipico se sobredimensiona de 10% a 20%, e.d. Fs = 1.1 a 1.2). Im .- Corriente del mdulo solar a mxima insolacin (amp) Vm .- Voltaje promedio de operacin del mdulo solar conectado al banco de bateras (tipico Vm=14.3 V). Hp .- Insolacin de la localidad expresadas en horas-pico. Ninv .- Eficiencia del inversor CD/CA (tpico de 0.8 a 0.9). Nbat .- Eficiencia de la carga de batera (tpico de 0.87 a 0.9)

M

Ec x Fs (# mdulos) x Vm x HP x bat x inv

Clculo del Banco de Bateras:

CB

Donde: CB .- Capacidad del Banco de Bateras (amp-hora) Ec .- Energa consumida diariamente por los equipos alimentados (watts-hora) Au .- Autonomia deseada en el banco de bateras (das) VB .- Voltaje nominal de operacin del banco de bateras Fu .- Fraccin de capacidad total de batera (0.5 en baterias de placa delgada y 0.8 de placa gruesa) Fi .- Factor de incremento de capacidad de batera respecto a su valor nominal (1.05 en bateras de placa delgada y 1.35 de placa gruesa).

VB

S x Au ( A h) x Fu x Fi x inv

CAPITULO 7 MANTENIMIENTO DE LOS SISTEMAS

Mantenimiento Preventivo

- Comprobar cada 3 meses el nivel del electrolito. - Limpiar superficie de mdulos con trapo seco. Puede usarse hmedo, pero solo en el amanecer o atardecer para evitar descargas elctricas, cada 3 meses o ms segn la experiencia. - Revisar terminales de mdulos y conexiones a la intemperie cada 6 meses. - Limpiar y engrasar terminales de bateras anualmente. Revisin visual cada 3 meses. - Comprobar corriente del arreglo, de las bateras y de la carga cada vez que se inspeccione el sistema. Cada 3 a 6 meses. - Comprobar conexiones de tierra del arreglo y del sistema cada 6 meses. - Comprobar funcionamiento de controladores, alarmas, etc. - Comprobar densidad del electrlito en cada celda del banco de bateras (Pb-cido). - Sustituir bateras cuando comiencen a perder eficiencia, no esperar a que fallen.

Mantenimiento Correctivo

- Sustituir mdulos rotos o daados de sus terminales por unos equivalentes. - Sustituir cables daados o con efectos de corrosin ambiental. - Sustituir elementos de soporte mecnico con efectos de corrosin ambiental. - Sustituir celdas de bateras daadas (visualmente) o que no retengan la carga (baja densidad del electrlito).

FIN DEL CURSO