ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA

ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICAPROF. DOC. TOMAS FERNANDEZ GOMEZ.AGUILAR VIVEROS JUAN CARLOS.

INDICE

INTRODUCCION.....5PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA..6 HIPOTESIS.6OBJETIVOS GENERAL Y ESPECFICO7JUSTIFICACION AMBIENTAL..7CAPITULO 1 EL SOL...9GEOMETRIA SOLAR111.3 RADIACION SOLAR.131.4 INSOLACION NORMAL DIRECTA EN LA DIFERENTES REGIONES DE MEXICO161.5 ENERGIA SOLAR.181.5.1 APROVECHAMIENTO DE LA ENERGIA SOLAR.181.6 HISTORIA DE LOS COLECTORES SOLARES...19

CAPITULO 2

SISTEMAS FOTOVOLTAICOS22

2.1 TECNOLOGIA FOTOVOLTAICA25

CAPITULO 3ELEMENTOS DE UNA ISF..273.1 CELULA SOLAR CARACTERISTICAS273.1.1 PARAMETROS FUNDAMENTALES DE UNA CELULA SOLAR283.2 PANELSOLAR293.2.1 TIPOS DE PANELES SOLARES303.2.2 POTENCIA DE PANELES SOLARES..313.2.3 AGRUPAMIENTO Y CONEXIN DE PANELES323.3 EL REGULADOR343.4 ACUMULADORES (BATERIAS)363.4.1 TIPOS DE BATERIAS...40 3.5 EL INVERSOR423.5.1 CARACTERISTICAS DE UN INVERSOR443.5.2 INVERSORES EN ISF CONECTADAS A LA RED463.5.3 PARAMETROS DE UN INVERSOR..47

CAPITULO 4DISEO DE UNA ISF494.1 METODO DE DIMENSIONADO.50 4.2 METODO PARA EL DIMENSIONADO DE UNA ISFA.524.2.1 ESTIMACION DE CONSUMO4.2.3 CALCULO DEL ANGULO DE INCLINACION DE LOS MODULOS.554.2.4 DIMENSIONADO DEL PANEL SOLAR564.2.5 DIMENSIONADO DE LA BATERIA604.2.6 DIMENSIONADO DEL REGULADOR614.2.7 DIMENSIONADO DEL INVERSOR63

DELIMITACION TEMPORAL...65

DEFINICION DEL OBJETO DE ESTUDIO..65

IMPACTO AMBIENTAL.65

IMPACTO SOCIAL..65

IMPACTO ECONOMICO..66

METODOLOGIA..66

CONCLUSION.66

REFERENCIAS67

INTRODUCCIONEl siguiente proyecto trata sobre la implementacin de un sistema de generacin de energa elctrica por medio de radiacin solar.Actualmente se estn utilizando energas fsiles lo cual lleva a la contaminacin del medio ambiente y sus altos costos impactan en las personas de escasos recursos, as como en la actualidad existen lugares de Mxico en los cuales no tienen este servicio.Lo que se pretende hacer es dar a conocer este tipo de tecnologa que se est usando en otros pases y ponerla en prctica en Mxico, principalmente en el estado de Sonora el cual tiene la mayor radiacin solar en el ao, adems que debido a su tipo de suelo se presta para este proyecto.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMAEn aos recientes hemos sido testigos de la sobre explotacin de los principales fuentes energticas. Esto debido al uso excesivo de los combustibles fsiles, as como la reducida explotacin de fuentes de energa alternativa.Lo que esta propuesta pretende utilizar la radiacin solar como medio de energa para este proyecto, ya que en Mxico existen zonas demasiado soleadas y esto favorece a la implementacin de paneles solares. Esta es una forma de contrarrestar la sobreexplotacin y produccin de energa elctrica convencional y a su vez como consecuencia disminuir el impacto ambiental provocado hacia el planeta.En el aspecto econmico tendr tambin un importante aporte, ya que se desarrollara un producto que sea lo ms accesible posible para la sociedad y evitar el pago de cuotas excesivas de luz elctrica.

HIPOTESISSe propone la utilizacin de energa a partir de la radiacin del sol.Se disminuirn costos energticos (luz elctrica) en los hogares y pequeos negocios donde se utilice este servicio.Se pretende elaborar un diseo en el cual se produzca energa limpia.

OBJETIVO GENERALGenerar electricidad a partir de la radiacin solar, parte de la cual ser para autoconsumo de la instalacin completa. Los excedentes se exportaran a la red elctrica. Reducir la dependencia a los combustibles fsiles en Mxico. Entendiendo como tal, las centrales cuya energa generada es controlable en todo momento.

OBJETIVOS ESPECIFICOSEconmico, al obtener un ingreso por la venta de la energa elctrica generada. Energtico, al reducirse el consumo de energas fsiles en el pas, utilizando energas renovables (energa solar). Medio ambiental, reduccin de emisiones de CO2 que contaminan a nuestro planeta.

JUSTIFICACIONSe ha escogido implementar este proyecto para crear una fuente de energa alternativa, la cual debe ser accesible a todo pblico, de fcil manejo y competitiva con otros productos parecidos en el mercado.Esta planta proporcionara mltiples beneficios en los hogares o pequeas empresa donde se utiliza, ya que eliminara la dependencia hacia un contrato de luz y a su vez las cuotas de esta. Reducir el calentamiento global, ya que ser utilizada toda esa energa solar perdida y poco aprovechada de esta manera se reducirn los flujos entrpicos o energas perdidas en el planeta.De esta manera se utilizaran todos los conocimientos terico-prcticos adquiridos a lo largo de la carrera de ingeniera mecnica y de otra forma ms personal ayuda al desarrollo de nuevas tecnologas.

CAPITULO 11.1 EL SOL.El Sol es, por tanto, la principal fuente de energa para todos los procesos que tienen lugar en nuestro planeta. Localizado a una distancia media de 150 millones de kilmetros, tiene un radio de 109 veces el de la Tierra y est formado por gas a muy alta temperatura.

En su ncleo se producen continuamente reacciones atmicas de fusin nuclear que convierten el hidrgeno en helio. Este proceso libera gran cantidad de energa que sale hasta la superficie visible del Sol (fotosfera), y escapa en forma de rayos solares al espacio exterior.Se calcula que en el interior del Sol se queman cada segundo unos 700 millones de toneladas de hidrgeno, de las que 4,3 millones se transforman en energa. Una parte importante de esta energa se emite a travs de los rayos solares al resto de planetas, lunas, asteroides y cometas que componen nuestro sistema solar. Ms concretamente, hasta la tierra llega una cantidad de energa solar equivalente a 1,7x1014 kW, lo que representa la potencia correspondiente a 170 millones de reactores nucleares de 1.000 MW de potencia elctrica unitaria, o lo que es lo mismo, 10.000 veces el consumo energtico mundial.

Fig 1.1.- En el interior del Sol se queman cada segundo unos 700 millones de toneladas de hidrgeno. (Imagen cedida por la ESA)

Si tenemos en cuenta que las previsiones actuales apuntan a que, en los prximos 6.000 millones de aos, el Sol tan solo consumir el diez por ciento del hidrgeno que contiene en su interior, podemos asegurar que disponemos de una fuente de energa gratuita, asequible a todos (cualquier pas puede disponer de ella) y respetuosa con el medio ambiente, por un periodo de tiempo prcticamente ilimitado.1.2 GEOMETRIA SOLAR

Como es sabido, el movimiento terrestre se compone de una traslacin alrededor del Sol y un giro sobre su eje1. En el movimiento de traslacin la Tierra se desplaza alrededor del Sol siguiendo una elipse de baja excentricidad en la que el Sol ocupa uno de los focos. La duracin de este movimiento define un ao. Este movimiento est contenido en el llamado plano de la eclptica (Figura 2.1).Debido a la baja excentricidad de la elipse, la distancia entre Sol y Tierra durante el movimiento de traslacin es variable. Una ecuacin simple para describir este distancia est recogida en [31] (ecuacin

Siendo dn el nmero de da del ao (siendo dn = 1 el 1 de Enero) y r0 es la distancia promedio en este trayecto, denominada unidad astronmica, r0 = 1,496 x 108 km = 1UA.La correccin debida a la excentricidad de la elipse se calcula con la ecuacin 2.2:

En el movimiento de giro la Tierra rota sobre si misma alrededor de su eje polar, perpendicular al plano ecuatorial terrestre. Entre el eje polar y el plano de la eclptica hay un ngulo constante de 23,45.

Sin embargo, el ngulo entre el plano ecuatorial y la linea que une Tierra y Sol es variable a lo largo del ao.

Este ngulo variable es la causa de las estaciones, de que el Sol aparezca ms alto en los mediodas veraniegos y los das invernales sean ms cortos que los de verano. Utilizando la ecuacin 2.1 puede comprobarse sin embargo, que la distancia entre Sol y Tierra es mayor en el verano que en el invierno del hemisferio Norte.

As, el efecto debido a la inclinacin de los rayos solares es mucho ms apreciable en la meteorologa que la distancia entre el Sol y la Tierra.

Este ngulo se denomina declinacin y puede ser calculado de forma aproximada con la ecuacin 2.3 (en grados) y representado en la figura 2.2 [31].

En esta ecuacin se supone que la declinacin permanece constante a lo largo de un mismo da. Asimismo, el criterio de signos supone considerar positivos los ngulos situados al norte del ecuador terrestre.

Otros autores han perfeccionado las ecuaciones anteriores. Son destacables las aportaciones de Spencer, Michalsky y Strous [77, 101, 102]. Como ejemplo, se detalla a continuacin la propuesta de Spencer (con el resultado en radianes):

1.3 LA RADIACIN SOLARCualquier persona que quiera aprovechar la energa solar debe ser capaz, en primer lugar, de responder a la pregunta de qu cantidad de energa llegar al lugar donde prev realizar la captacin; o sea, qu irradiancia solar recibir por unidad de superficie. Para ello, habr que empezar por saber qu es y cmo se comporta la radiacin solar, as como cunta energa es posible captar en funcin de la regin del mundo en la que nos encontremos.

Como punto de partida debemos tener en cuenta que la luz es una de las formas que adopta la energa para trasladarse de un lugar a otro. En el caso del Sol, los rayos solares se propagan a travs del espacio en forma de ondas electromagnticas de energa. Este fenmeno fsico, ms conocido como radiacin solar, es el responsable de que nuestro planeta reciba un aporte energtico continuo de aproximadamente 1.367 W/m2.

Un valor que recibe el nombre de constante solar y que, al cabo de un ao, equivaldra a 20 veces la energa almacenada en todas las reservas de combustibles fsiles del mundo (petrleo, carbn).Sin embargo, no toda la radiacin que llega hasta la Tierra sobrepasa las capas altas de la atmsfera.Debido a los procesos que sufren los rayos solares cuando entran en contacto con los diferentes gases que componen la atmsfera, una tercera parte de la energa solar interceptada por la Tierra vuelve al espacio exterior, mientras que las dos terceras partes restantes penetran hasta la superficie terrestre. Este hecho se debe a que las proporciones de vapor de agua, metano, ozono y dixido de carbono (CO2) actan como una barrera protectora.Una capa de proteccin que, entre otras cosas, permite que no se produzcan cambios de temperatura demasiado extremos en la superficie terrestre, as como que exista agua lquida desde hace miles de millones de aos.

A la prdida de aporte energtico que se produce en las capas superiores de la atmsfera hay que aadir otras variables que influyen en la cantidad de radiacin solar que llega hasta un punto determinado del planeta. Como es de imaginar, no todas las superficies reciben la misma cantidad de energa. As, mientras los polos son los que menor radiacin reciben, los trpicos son los que estn expuestos a una mayor radiacin de los rayos solares. Esto tiene su explicacin en el grado de inclinacin de nuestro planeta con respecto al Sol (23,5).

La intensidad de radiacin no ser igual cuando los rayos solares estn perpendiculares a la superficie irradiada que cuando el ngulo de incidencia sea ms oblicuo, tal y como ocurre en los polos.

La declinacin del Sol, pues, es la razn de que los mayores valores de radiacin no se produzcan en el ecuador sino en latitudes por encima y por debajo de los trpicos de Cncer y Capricornio.

En estas zonas es donde los rayos solares son ms perpendiculares y atraviesan una capa atmosfrica ms fina hasta llegar a su destino.

Pero para establecer, con exactitud, la cantidad de energa que se puede aprovechar en un sitio concreto, tambin habr que tener en cuenta otros aspectos como la hora del da, la estacin del ao y muy especialmente las condiciones atmosfricas.

1.4 Insolacin Normal Directa diferentes regiones de Mxico En la ciudad de Guadalajara, Jalisco, la Insolacin Normal Directa (DNI) es de 4.9 kWh/mpor da (valor bueno), promedio anual segn centros cientficos europeos. La UNAM, dan un valor un poco ms alto para Guadalajara, de 5.6 kWh/m2 por da.

La Insolacin Normal Directa es 50% ms alta en otras regiones de Mxico como por ejemplo en el estado de Sonora donde alcanzamos 7 a 8 kWh/m por da (dependiendo la poca del ao) en promedio anual, igual en los estados de Baja California, Chihuahua, norte de Durango, Coahuila, norte de Zacatecas, el oeste de San Luis Potos, el suroeste de Oaxaca, el este de Jalisco, el norte de Guanajuato y el sur de Puebla. Regiones con Insolacin Normal Directa entre 6 y 7 kWh/m por da (valor muy bueno): Sinaloa, Nayarit, Durango, sur de Zacatecas, Aguascalientes, Guerrero, una parte de Michoacn, una parte de Jalisco, Colima, Quertaro, el este de Hidalgo. Los estados de la Costa Caribe tienen un aire ms hmedo y la Insolacin Normal directa est entre 3 y 4.5 kWh/m por da. En el Distrito Federal, la contaminacin del automvil y de la industria es tan alta que impide que pasen una parte de los rayos solares; la Insolacin Normal Directa del D.F. es slo de 3.5kWh/m por da. En la siguiente tabla se presentan algunos datos sobre los irradiacin global media en algunos estados de la repblica mexicana, datos en kw h/m-dia.Tabla de la irradiacin global media en la Republica Mexicana. Fuente http://www.conae.gob.mx/wb/CONAE/CONA_1433_irradiacion_en_la_re: autor Brbara Anglica Rodrguez

1.5 ENERGIA SOLARLa energa solar es la energa obtenida mediante la captacin de la luz y el calor emitidos por el Sol. La mayora de las fuentes de energa usadas por nosotros proceden directa o indirectamente del Sol, por lo cual podemos afirmar que el Sol es imprescindible para que haya vida y progreso en la Tierra. El recurso solar disponible es enorme, y para darnos una idea de que tan grande puede llegar a ser; la energa solar que recibe la tierra en un ao es equivalente a ms de diez mil veces al consumo energtico en todo el mundo. Por esta razn es importante empezar a explotar lo ms que se pueda este recurso natural inagotable para satisfacer las necesidades elctricas del pas. 1.5.1 Aprovechamiento de la energa solar La energa del Sol que llega a nuestro planeta es inmensa y esta se puede manifestar de distintas maneras. Existen diferentes formas en que se puede aprovechar la energa solar para obtener electricidad. Esta clasificacin la podemos hacer por tecnologas y por su uso ms general. Aqu se presentan las formas de energa solar ms importantes para la generacin de electricidad: Energa Solar Fotovoltaica Energa Solar Trmica

1.6 HISTORIA DE LOS COLECTORES SOLARES

La primera referencia histrica que se puede encontrar al uso de la energa solar se encuentra en la antigua Grecia con Arqumedes. Durante la batalla de Siracusa en el siglo III a.C. que enfrent a los romanos y los griegos, algunos escritos relatan como Arqumedes utiliz unos espejos hexagonales hechos de bronce para reflejar los rayos solares concentrndolos en la flota romana con el objetivo de destruirla.

Espejos de Arqumedes en SiracusaMuchos siglos ms tarde, Leonardo da Vinci tambin pens en el uso del sol. En el ao 1515 comenz un de sus muchos proyectos, aunque este sera uno de los que nunca llegara a acabar. Su idea era construir un concentrador de 6 kilmetros de dimetro a base de espejos cncavos para la produccin de vapor y calor industrial.

A mediados del siglo XVIII, Georges-Louis Leclerc, conde de Buffon, fascinado por los relatos de la guerra de Siracusa y los espejos de Arqumedes, sigui investigando en ese mismo campo. Para comenzar, utiliz 24 cristales de gafas con los que se percat de que fcilmente poda conseguir un fuego a 20 metros de distancia encendiendo un combustible mezcla de brea y polvo de carbn.

Entonces decidi construir un aparato ms ambicioso en el que uni 168 piezas de cristal 15 de lado, desplazando su objetivo a 50 metros consiguiendo de nuevo su objetivo. Tras ello, creo su concentrador de energa solar definitivo con 360 piezas de cristal de 20 centmetros. Experimentando con ello se percat de que si concentraba 120 de los cristales en un combustible a 6 metros de distancia, este arda inmediatamente. A esa misma distancia, con 45 espejos poda fundir una tinaja de arcilla y con 117 cristales poda fundir una viruta de plata.

II: Mecanismo con 168 piezas de cristal diseado por BuffonPero si hay alguien que realmente fue importante para el avance de la energa solar, ese fue Augustin Mouchot, desarrollando en el ao 1868 los primeros sensores solares. Tras ello, seran muchos los que seguiran sus pasos, siendo especialmente destacables John Ericsson, que en 1870 dise un colector parablico que se ha seguido usando durante ms de 100 aos, y Aubrey Eneas, quien fund la rpimera empresa de energa solar en 1900, The Solar Motor Co.Pero ninguno de todos los personajes de la historia de la energa solar fue tan ambicioso como Frank Schuman. Schuman fund en 1911 su empresa Sun Power Co, creando su primera planta solar en Tancony, Estados Unidos, en 1911, generando un total de 20kW. Tras ello, abri su siguiente planta solar en Maadi, Egipto, en 1912, consiguiendo generar 88kW.

III: Reflector parablico de Maadi

Pero su ambicin no tena lmites, por lo que luch por conseguir una planta solar capaz de generar toda la energa consumida por el mundo entero. Para ello, plante construir en el Sahara 52.600 kilmetros cuadrados de colectores solares para producir 198MW, lo que hubiera sido el equivalente al consumo de energa mundial en 1909.Schuman lleg a conseguir una subvencin de 200.000 dlares para comenzar con su proyecto, pero el comienzo de la primera guerra mundial cambi todo. Sus planes fueron paralizados automticamente y todos los trabajadores de la planta solar de Maadi regresaron a Alemania para combatir del lado de Alemania. Schuman muri durante el transcurso de la guerra, y al final de ella, con la derrota de Alemania y la prdida de todas las colonias africanas, el proyecto cay en el olvido.

Capitulo 2SISTEMAS FOTOVOLTAICOSLa energa solar fotovoltaica se basa en la captacin de energa solar para transformarla en energa elctrica sin ciclos termodinmicos ni reacciones qumicas, y nicamente por medio del efecto fotovoltaico. El efecto fotovoltaico es un fenmeno fsico a travs del cual ciertos dispositivos fabricados con semiconductores son capaces de convertir la luz del sol en electricidad sin ningn proceso intermedio. A la unidad donde se realiza dicho fenmeno se le llama celda fotovoltaica. La conversin fotovoltaica se basa en el efecto fotoelctrico, es decir, en la conversin de la energa lumnica proveniente del sol en energa elctrica. La energa solar se transmite por el espacio en forma de fotones de luz. Estos fotones atraviesan la atmsfera terrestre perdiendo parte de su energa por los impactos con la misma. Los materiales semiconductores, para su utilizacin en celdas fotovoltaicas, han de ser producidos en purezas muy altas, normalmente con estructura cristalina. Estos cristales se cortan en rebanadas muy finas (del orden de micras) y se dopan unas con elementos qumicos para producir huecos atmicos, material tipo "p" (en el caso del Si con Boro) y otras con otros elementos para producir electrones mviles, material tipo "n", (con Fsforo tambin en el caso del Si). La unin de una segmento tipo "n" con un segmento tipo "p" cada una con un conductor elctrico metlico, forman as una clula fotoelctrica, la cual bajo la incidencia de fotones, crea una corriente de electrones corriente elctrica continua a travs del circuito elctrico al que estn conectados los dos conductores de la celda.

Cuando fotones de un determinado rango de energa chocan con tomos de ciertos materiales semiconductores (el Silicio es el ms representativo) les ceden su energa produciendo un desplazamiento de electrones que es en definitiva una corriente elctrica.

Mientras las celdas solares permanecen expuestas a la luz, este proceso de liberacin de electrones continua y, por consecuencia el proceso de generacin de electricidad.

Un panel solar puede producir energa limpia por un periodo de 20 aos o ms. El desgaste se debe, principalmente, a la exposicin al medio ambiente.

Un panel solar montado apropiadamente constituir una fuente de energa limpia, silenciosa y confiable por muchos aos.

Actualmente existen dos formas de utilizacin de la energa fotovoltaica:

Autoconsumo - La instalacin es un elemento no conectado a la red pblica y sirve para abastecer a una vivienda aislada utilizndose la produccin elctrica para el autoconsumo. El usuario accede a su propia energa de manera independiente con sus propias bateras acumuladoras para perodos en los que el sol se oculta.

Integracin en la red elctrica- La instalacin solar se conecta a la red elctrica pblica permitiendo esta conexin el intercambio de energa con la red elctrica con la aportacin de excesos a la misma y su utilizacin en perodos de menor produccin. Durante los prximos aos se espera un gran aumento a nivel mundial en el uso de este tipo de tecnologa por sus demostradas ventajas a todos los niveles, lo cual atraer mltiples beneficios, tanto econmicos como para el medio ambiente.

2.1 TECNOLOGIA FOTOVOLTAICA

El fenmeno fotovoltaico fue descubierto en 1839 por el cientfico francs, Henri Becquerel. Las primeras celdas solares de selenio fueron desarrolladas en 1880, sin embargo, no fue sino hasta 1950 que se desarrollaron las celdas de silicio monocristalino que actualmente dominan la industria fotovoltaica.

Las primeras celdas de este tipo tenan una eficiencia de conversin de solo 1%; ya para 1954 se haba logrado incrementar la eficiencia al 6% en condiciones normales de operacin, mientras en el laboratorio se lograron eficiencias cercanas a 15%. Desde entonces hasta nuestros das la eficiencia en las clulas no ha mejorado notablemente.

La produccin elctrica est basada en el fenmeno fsico denominado "efecto fotovoltaico", que bsicamente consiste en convertir la luz solar en energa elctrica por medio de unos dispositivos semiconductores denominados clulas fotovoltaicas.

Estas clulas estn elaboradas a base de silicio puro (uno de los elementos ms abundantes en la naturaleza, componente principal de la arena) con adicin de impurezas de ciertos elementos qumicos (boro y fsforo), y son capaces de generar cada de ellas una corriente de 2 a 4 Amperios, a un voltaje de 0,46 a 0,48 Voltios, utilizando como fuente de energa la radiacin luminosa.

Las clulas se montan en serie sobre mdulos fotovoltaicos o mdulos solares para conseguir un voltaje adecuado. Parte de la radiacin incidente se pierde por reflexin (rebota) y otra parte por transmisin (atraviesa la clula).

El resto es capaz de hacer saltar electrones de una capa a la otra creando una corriente proporcional a la radiacin incidente. La capa antirreflejo aumenta la eficacia de la clula. Generalmente, una clula fotovoltaica tiene un grosor que vara entre los 0,25 y los 0,35mm y una forma generalmente cuadrada, con una superficie aproximadamente igual a 100 mm2.

Los materiales para la fabricacin de los mdulos fotovoltaicos solares son: -Silicio Monocristalino: de rendimiento energtico hasta 15 - 17%. -Silicio Poli-cristalino: de rendimiento energtico hasta 12 - 14 % -Silicio Amorfo: con rendimiento energtico menor del 10 %; -Otros materiales: Arseniuro de galio, diseleniuro de indio y cobre, telurio de cadmio. Actualmente, el material ms utilizado es el silicio monocristalino que tiene prestaciones y duracin en el tiempo superiores a cualquier otro material utilizado para el mismo fin.

CAPITULO 3Elementos de una ISFDe manera general, una instalacin solar fotovoltaica (ISF) se ajusta a un esquema como el mostrado en la Fig. 1.8. A lo largo de esta unidad detallaremos el funcionamiento de cada uno de estos elementos.

3.1 La clula solar: caractersticas bsicasEl elemento principal de cualquier instalacin de energa solar es el generador, que recibe el nombre de clula solar. Se caracteriza por convertir directamente en electricidad los fotones provenientes de la luz del sol.

Su funcionamiento se basa en el efecto fotovoltaico. Una clula solar se comporta como un diodo: la parte expuesta a la radiacin solar es la N, y la parte situada en la zona de oscuridad, la P. Los terminales de conexin de la clula se hallan sobre cada una de estas partes del diodo: la cara correspondiente a la zona P se encuentra metalizada por completo (no tiene que recibir luz), mientras que en la zona N el metalizado tiene forma de peine, a fi n de que la radiacin solar llegue al semiconductor (Fig.1.9).

3.1.1 Parmetros fundamentales de la clula solar Corriente de iluminacin (IL): la corriente generada cuando incide la radiacin solar sobre la clula. Corriente de oscuridad: es debida a la recombinacin de los pares electrn hueco que se produce en el interior del semiconductor.

Tensin de circuito abierto (VOC): la mxima tensin que se obtiene en los extremos de la clula solar, que se da cuando no est conectada a ninguna carga. Es una caracterstica del material con el que est construida la clula. Corriente de cortocircuito (ISC): mximo valor de corriente que puede circular por la clula solar.

Se da cuando sus terminales estn cortocircuitados.Cuando la clula solar es conectada a una carga, los valores de tensin e intensidad varan. Existirn dos de ellos para los cuales la potencia entregada sea mxima: Vm (tensin mxima) e Im (intensidad mxima), que siempre sern menores que VOC e ISC. En funcin de estos valores, la potencia mxima que puede entregar la clula solar ser:Pm = V m I m

Esto nos permite definir un parmetro de la clula solar que recibe el nombre de factor de forma (FF) y que se calcula mediante la frmula:

As pues, el factor de forma es el cociente entre la mxima potencia que puede entregar la clula a la carga y el producto de la tensin de circuito abierto y la corriente de corto circuito. En las clulas solares ms habituales, los valores tpicos de FF son 0,7 o 0,8.

3.2 El panel solarUn panel solar o mdulo fotovoltaico est formado por un conjunto de clulas, conectadas elctricamente, encapsuladas, y montadas sobre una estructura de soporte o marco. Proporciona en su salida de conexin una tensin continua, y se disea para valores concretos de tensin (6 V, 12 V, 24 V...), que definirn la tensin a la que va a trabajar el sistema fotovoltaico.En la Fig.1.13 se destacan las principales caractersticas de todo panel solar y puede verse un esquema tpico de su construccin.

3.2.1 TIPOS DE PANELES SOLARESLos tipos de paneles solares vienen dados por la tecnologa de fabricacin de las clulas, y son fundamentalmente: Silicio cristalino (monocristalino y multicristalino). Silicio amorfo.En la Tabla 1.1 podemos observar las diferencias que existen entre ellos.

3.2.2 Potencia de la clula solarLa potencia que proporciona una clula de tamao estndar (digamos de 10 3 10 cm) es muy pequea (en torno a 1 o 2 W), por lo que generalmente ser necesario tener que asociar varias de ellas con el fin de proporcionar la potencia necesaria al sistema fotovoltaico de la instalacin. Es de este hecho de donde surge el concepto de panel solar o mdulo fotovoltaico, cuyos elementos y caractersticas acabamos de ver. Segn la conexin elctrica que hagamos de las clulas, nos podemos encontrar con diferentes posibilidades: La conexin en serie de las clulas permitir aumentar la tensin final en los extremos de la clula equivalente. La conexin en paralelo permitir aumentar la intensidad total del conjunto.

3.2.3 Agrupamiento y conexin de panelesDependiendo de la instalacin que estemos desarrollando, y de la aplicacin para la que se ha diseado, existe la posibilidad de utilizar un solo panel o un conjunto de paneles que se montarn agrupados sobre un determinado soporte y conectados entre s elctricamente.En aplicaciones de poca potencia, es posible hasta la utilizacin de paneles solares flexibles, que permitirn aplicaciones como alimentar un equipo de comunicaciones, recargar la batera de un telfono, etc.

Cuando necesitamos una potencia elevada que no se puede obtener con un nico mdulo fotovoltaico, se recurre a la conexin en grupo de varios paneles solares.La conexin de los mdulos fotovoltaicos se realiza por la parte posterior de los mismos, en una caja de conexiones preparada para tal fi n (Fig.1.17). Esta caja de conexin contiene los diodos de proteccin (diodos de bypass), que solo dejarn pasar la corriente en un sentido, y se opondrn a la circulacin de la misma en el sentido contrario. Tienen varias misiones: Impedir que las bateras de la instalacin se descarguen a travs de los paneles. Evitar que se invierta el flujo de corriente entre bloques interconectados en paralelo cuando en alguno de ellos se produce una sombra. Proteger individualmente cada panel de posibles daos ocasionados por sombras parciales que se produzcan por circunstancias especiales.

3.3 El reguladorPara un correcto funcionamiento de la instalacin, hay que instalar un sistema de regulacin de carga en la unin entre los paneles solares y las bateras. Este elemento recibe el nombre de regulador y tiene como misin evitar situaciones de carga y sobre descarga de la batera, con el fin de alargar su vida til.El regulador trabaja por tanto en las dos zonas. En la parte relacionada con la carga, su misin es la de garantizar una carga suficiente al acumulador y evitar las situaciones de sobrecarga, y en la parte de descarga se ocupar de asegurar el suministro elctrico diario suficiente y evitar la descarga excesiva de la batera (Fig. 1.18).

Dado que los mdulos solares tienen una tensin nominal mayor que la de la batera, si no existiera regulador se podran producir sobrecargas.

El motivo de que esta tensin nominal de los paneles sea as se debe fundamentalmente a dos razones: Atenuar posibles disminuciones de tensin por el aumento de la temperatura. Asegurar la carga correcta de la batera. Para ello la tensin VOC del panel deber ser mayor que la tensin nominal de la batera.El dimensionado de la instalacin solar se realiza de manera que se asegure el suministro de energa en las peores condiciones de luminosidad del sol. Por ello se toman como referencia los valores de irradiacin en invierno. Esto puede provocar que en verano la energa aportada por los mdulos solares sea en ocasiones casi el doble de los clculos estimados, por lo que, si no se conecta el regulador entre los paneles y las bateras, el exceso de corriente podra llegar incluso a hacer hervir el electrolito de los acumuladores, con el riesgo que ello conlleva.En la Tabla 1.2 se recogen posibles clasificaciones de los tipos de reguladores.Los fabricantes nos proporcionarn los valores de trabajo del regulador sobre una hoja de caractersticas. En estas hojas aparecern: Caractersticas fsicas del regulador: peso, dimensiones, material empleado en su construccin, etc. Caractersticas elctricas. Normas de seguridad que cumple.Tambin hay que considerar otro tipo de aspectos, como pueden ser medidas de seguridad, etc.

El regulador debe proteger tanto la instalacin como a las personas que lo manejen, por lo que deber llevar sistemas que proporcionen las medidas de seguridad adecuadas para cada uno de los casos. Los fabricantes nos proporcionan tambin este tipo de informacin.3.4 Acumuladores. Tipos de bateras

La llegada de la energa solar a los mdulos fotovoltaicos no se produce de manera uniforme, sino que presenta variaciones por diferentes motivos.

Algunas de estas variaciones son predecibles, como la duracin de la noche o las estaciones del ao, pero existen otras muchas causas que pueden producir alteraciones de manera aleatoria en la energa recibida, como puede ocurrir con un aumento de la nubosidad en un determinado instante.Este hecho hace necesario utilizar algn sistema de almacenamiento de energa para aquellos momentos en que la radiacin recibida sobre el generador fotovoltaico no sea capaz de hacer que la instalacin funcione en los valores diseados. Para ello se utilizarn las bateras o acumuladores.Las bateras son dispositivos capaces de transformar la energa qumica en elctrica. El funcionamiento en una instalacin fotovoltaica ser el siguiente:Energa elctrica Energa qumica Energa elctrica(Generacin) (Almacenamiento) (Consumo)

Las bateras son recargadas desde la electricidad producida por los paneles solares, a travs de un regulador de carga, y pueden entregar su energa a la salida de la instalacin, donde ser consumida.Tres son las misiones que tienen las bateras en las instalaciones fotovoltaicas: Almacenar energa durante un determinado nmero de das. Proporcionar una potencia instantnea elevada. Fijar la tensin de trabajo de la instalacin.Uno de los parmetros ms importantes que tener en cuenta a la hora de elegir un acumulador es la capacidad. Se define como la cantidad de electricidad que puede lograrse en una descarga completa del acumulador partiendo de un estado de carga total del mismo. Se mide en amperios hora (Ah), y se calcula como el producto de la intensidad de descarga del acumulador durante el tiempo en el que est actuando: C = t I.

Adems de la capacidad, debemos considerar otros parmetros en los acumuladores que vamos a utilizar en las instalaciones fotovoltaicas: Eficiencia de carga: relacin entre la energa empleada para recargar la batera y la energa realmente almacenada. Interesa que sea un valor lo ms alto posible (prximo al 100 %, lo que indicara que toda la energa utilizada para la recarga es factible de ser empleada en la salida de la instalacin). Si la eficiencia es baja, ser necesario aumentar el nmero de paneles solares para obtener los resultados deseados. Autodescarga: proceso mediante el cual el acumulador, sin estar en uso, tiende a descargarse. Profundidad de descarga: cantidad de energa, en tanto por ciento, que se obtiene de la batera durante una determinada descarga, partiendo del acumulador totalmente cargado.

Est relacionada con la duracin o vida til del acumulador. Si los ciclos de descargas son cortos (en torno al 20 %, por ejemplo), la duracin del acumulador ser mayor que si se le somete a descargas profundas (por ejemplo, del 80 %).Adems de los parmetros elctricos, las caractersticas que seran deseables para las bateras a utilizar en las instalaciones solares son: Buena resistencia al ciclado (proceso de cargadescarga). Bajo mantenimiento. Buen funcionamiento con corrientes pequeas. Amplia reserva de electrolito. Depsito para materiales desprendidos. Vasos transparentes.Existen diferentes tecnologas en la fabricacin de bateras, si bien unas son ms adecuadas que otras para utilizarlas en las instalaciones solares.

3.4.1 Tipos de baterasLas bateras se clasifican en funcin de la tecnologa de fabricacin y de los electrolitos utilizados. En la Tabla 1.3 podemos comparar los principales tipos de bateras que hay en el mercado a travs de sus caractersticas bsicas.

Las bateras ms utilizadas en las instalaciones solares son las de plomo cido, por las caractersticas que presentan. Dentro de este tipo de bateras nos podemos encontrar diferentes modelos. Vamos a compararlos y analizar cul es el ms adecuado.La siguiente tabla nos muestra diferentes modelos de bateras de plomo cido que se utilizan en la prctica (dependiendo de la aplicacin de la instalacin), con las ventajas e inconvenientes que pueden presentar.

Si la instalacin solar es de pequea dimensin, o de muy difcil mantenimiento, deberemos elegir bateras de gel, vigilando que no se produzcan ciclos de descargas profundos. Un ejemplo puede ser una instalacin solar que alimenta un pequeo repetidor en lo alto de un monte.A la hora de elegir los acumuladores, es importante tener en cuenta el efecto de la temperatura sobre los mismos.

La capacidad aumenta a medida que sube la temperatura, y al revs, disminuye cuando baja la temperatura del lugar donde se encuentra ubicado. Si prevemos la posibilidad de que existan temperaturas por debajo de 0 C en el lugar de la instalacin, deberemos elegir un acumulador de capacidad mayor que la calculada en el dimensionado de la instalacin, con el fin de que no haya problemas en su funcionamiento.La construccin del acumulador se realiza conectando vasos individuales hasta obtener las condiciones de tensin y capacidad requeridas en la instalacin que estamos realizando, en el caso de la utilizacin de bateras tubulares estacionarias. En las bateras monoblock, deberemos elegir aquella que sea acorde con la tensin de trabajo de la instalacin y la potencia que se va a consumir en la misma.3.5 El inversorEl inversor se encarga de convertir la corriente continua de la instalacin en corriente alterna, igual a la utilizada en la red elctrica: 220 V de valor eficaz y una frecuencia de 50 Hz.Es un elemento imprescindible en las instalaciones conectadas a red, y estar presente en la mayora de instalaciones autnomas, sobre todo en aquellas destinadas a la electrificacin de viviendas. Un esquema de este tipo de instalaciones es el representado en la Fig. 1.21.

En el caso de una instalacin conectada a red, el esquema que se seguira es el representado en la Fig. 1.22.

Como vemos, la principal diferencia entre las dos instalaciones es que en las autnomas se cuenta con los acumuladores para almacenar la energa y los reguladores de carga de los mismos, mientras que en las instalaciones conectadas a la red, la energa no se almacena, sino que se pone a disposicin de los usuarios a travs de la red elctrica segn se produce. En este tipo de instalaciones existirn equipos de medida, tanto de la energa que se vende a la red elctrica como del propio consumo de la instalacin productora.3.5.1 CARATERISTICAS DE UN INVERSOR

Las caractersticas deseables para un inversor DCAC las podemos resumir de la siguiente manera: Alta eficiencia: debe funcionar bien para un amplio rango de potencias. Bajo consumo en vaco, es decir, cuando no hay cargas conectadas. Alta fiabilidad: resistencia a los picos de arranque. Proteccin contra cortocircuitos. Seguridad. Buena regulacin de la tensin y frecuencia de salida, que como ya hemos comentado debe ser compatible con la red elctrica.Algunos inversores funcionan tambin como reguladores de carga de las bateras. En este caso no sera necesario incluir el regulador en la instalacin.

Un ejemplo de una conexin de este tipo lo vemos en la Fig. 1.23

Podemos observar el cableado, y los colores estndares utilizados en las conexiones. As, en la parte de continua, para el polo positivo utilizaremos cable de color rojo, y para el negativo, cable de color negro. En la parte de alterna, tendremos tres conductores: El de color amarillo verde para la conexin a tierra. El de color azul para el neutro de la instalacin. El de color marrn para la fase.En el Caso Prctico 9, sobre la tabla de datos de un modelo comercial, vamos a analizar qu parmetros debemos tener en cuenta a la hora de seleccionar un inversor para nuestra instalacin.Como hemos visto en el ejemplo, el fabricante nos da la descripcin del tipo de onda que genera el equipo. Lo normal es utilizar inversores que den a la salida una onda senoidal, como en este caso, aunque los hay tambin de onda cuadrada. Estos ltimos no pueden ser utilizados en las instalaciones conectadas a red.El fabricante del inversor nos da tambin informacin sobre la posible variacin que puede tener la frecuencia de salida (en el caso del ejemplo, nos indica que es de 0,01 % sobre el valor nominal). En los inversores de instalaciones autnomas este factor puede no ser demasiado importante, pero en los inversores de instalaciones conectadas a la red es un parmetro que debe tenerse muy en cuenta; existe una normativa al respecto que fija cul es el valor mximo permitido de esta posible variacin, en especial los valores indicados en el pliego de condiciones tcnicas para instalaciones conectadas a red, del IDAE.

3.5.2 Inversores en instalaciones conectadas a redComo comentbamos antes, este equipo electrnico es el elemento central de una instalacin fotovoltaica conectada a la red elctrica. Adems de realizar la conversin de continua a alterna, el inversor debe sincronizar la onda elctrica generada con la de la corriente elctrica de la red, para que su compatibilidad sea total.

El inversor dispone de funciones de proteccin, para garantizar tanto la calidad de la electricidad vertida a la red como la seguridad de la propia instalacin y de las personas.3.5.3 PARAMETROS DE UN INVERSORLos parmetros que determinan las caractersticas y prestaciones de un inversor son los siguientes: Potencia: determinar la potencia mxima que podr suministrar a la red elctrica en condiciones ptimas. La gama de potencias en el mercado es enorme; sin embargo, para los sistemas domsticos existen desde 50 W (miniinversor situado en cada placa) o 400 W (para pequeos campos fotovoltaicos) hasta potencias de varios kilovatios. Muchos modelos estn pensados para poderlos conectar en paralelo, a fin de permitir el crecimiento de la potencia total de la instalacin. Fases: normalmente, los inversores cuya potencia es inferior a 5 kW son monofsicos. Los mayores de 15 kW suelen ser trifsicos. Muchos modelos monofsicos pueden acoplarse entre s para generar corriente trifsica. Rendimiento energtico: debera ser alto en toda la gama de potencias a las que se trabajar. Los modelos actualmente en el mercado tienen un rendimiento medio situado en torno al 90 %. El rendimiento del inversor es mayor cuanto ms prximos estamos a su potencia nominal y, con el fin de optimizar el balance energtico, es primordial hacer coincidir la potencia pico del campo fotovoltaico y la potencia nominal del inversor. Si queremos tener un funcionamiento ptimo de la instalacin, la potencia de pico del campo fotovoltaico nunca debe ser menor que la potencia nominal del inversor.

Protecciones: el inversor debera incorporar algunas protecciones generales, que como mnimo, seran las siguientes: Interruptor automtico: dispositivo de corte automtico, sobre el cual actuarn los rels de mnima y mxima tensin que controlarn la fase de la red de distribucin sobre la que est conectado el inversor. El rearme del sistema de conmutacin y, por tanto, de la conexin con la red de baja tensin de la instalacin fotovoltaica, ser tambin automtico una vez restablecido el servicio normal en la red. Funcionamiento en isla: el inversor debe contar con un dispositivo para evitar la posibilidad de funcionamiento cuando ha fallado el suministro elctrico o su tensin ha descendido por debajo de un determinado umbral.

Limitador de la tensin mxima y mnima. Limitador de la frecuencia mxima y mnima. El margen indicado sera del 2 %. Proteccin contra contactos directos. Proteccin contra sobrecarga. Proteccin contra cortocircuito. Bajos niveles de emisin e inmunidad de armnicos.Es deseable que el estado de funcionamiento del inversor quede reflejado en indicadores luminosos o en una pantalla (funcionamiento anmalo o averas, detencin de produccin por avera en la red, etc.). Tambin sera conveniente que el inversor ofreciera la posibilidad de ser monitorizado desde un ordenador. Si en la instalacin se incluyen determinados sensores, puede aportar datos de radiacin, generacin solar, energa transformada a corriente alterna, eficiencia, etc.CAPITULO 4Diseo de un SFVPor diseo de un sistema fotovoltaico autnomo se entiende un concepto muy amplio que abarcara a todas las tareas y especificaciones que se han de realizar y tener en cuenta para que un sistema fotovoltaico funcione satisfactoriamente, con la mayor fiabilidad y al menor coste posible. En este sentido existirn una gran multitud de factores que afectarn a este diseo como son entre otros el consumo o perfil de consumo de las cargas que vaya a alimentar la instalacin fotovoltaica y la radiacin solar del lugar donde se ubicar la instalacin, principalmente.

El concepto de dimensionado sera un concepto menos amplio y estara incluido entre las tareas del diseo. Se entiende por dimensionado de un sistema fotovoltaico el clculo del tamao ptimo de la instalacin. La tarea fundamental del dimensionado de un sistema fotovoltaico autnomo con la estructura presentada en la figura 2 consistir principalmente en la determinacin del tamao ptimo tanto del generador fotovoltaico como de la batera o conjunto de bateras que formen el sistema. Puesto que estos dos elementos son los ms importantes del sistema fotovoltaico autnomo se deber prestar especial atencin a su dimensionado.

En una fase posterior, y sin restarle importancia, habr que dimensionar tambin los otros elementos que tambin participan de la instalacin como son el inversor, el regulador de carga y el cableado.4.1 Mtodos de dimensionadoExisten gran variedad de mtodos de dimensionado de sistemas fotovoltaicos autnomos. Esta diversidad abarca desde mtodos muy complicados y que necesitan de un programa informtico para ejecutarse hasta mtodos mucho ms simples, que con prcticamente una calculadora de mano permiten realizar el dimensionado. La filosofa de dimensionado de un sistema fotovoltaico autnomo es bastante diferente de la de un sistema fotovoltaico conectado a red. En ste ltimo, el criterio que se suele emplear para el diseo y dimensionado es el de conseguir que a lo largo de un ao el rendimiento del sistema sea lo ms elevado posible o que la aportacin energtica anual del sistema sea mxima. Puesto que est conectado a la red elctrica, los posibles fallos del sistema no son tan cruciales como en un sistema fotovoltaico autnomo. Por el contrario, el criterio que se sigue en el dimensionado de un sistema fotovoltaico autnomo no es tanto el producir la mxima energa sino que aparece el concepto de fiabilidad. El dimensionado en este caso se hace atendiendo ms a la fiabilidad del sistema, entendiendo por fiabilidad el asegurar el buen funcionamiento del mismo procurando que los fallos en el sistema sean mnimos. En este caso, el sistema deber disearse y dimensionarse de forma que la probabilidad de fallo sea lo ms baja posible, dentro de unos mrgenes que se establecen segn el tipo de sistema. Una primera clasificacin de mtodos de dimensionado sera aquella que los clasificara segn si el mtodo presenta alguna informacin sobre la fiabilidad del sistema o no. Los mtodos que presentan ese tipo de informacin son muy preciosos, pero a su vez suelen tener otros condicionantes que los hacen ms complicados de ejecutar, sobre todo si no se cuenta con un programa informtico que los simule.

Por otro lado, existen tambin diferentes mtodos propuesto por diferentes autores, que aunque no dan informacin sobre la fiabilidad, si sirven como una buena aproximacin, al menos en una primera fase del diseo que permita establecer una idea de la estructura del sistema fotovoltaico al menos grosso modo. En este captulo se ha pretendido presentar un mtodo que sea comprensible por su sencillez y a la vez que sirva como primera aproximacin en el dimensionamiento de un sistema fotovoltaico. Se pretende con este mtodo que cualquier usuario pueda realizar un dimensionado de un sistema fotovoltaico autnomo sin tener que contar con complicados clculos que le llevaran a usar algn tipo de programa informtico.

4.2 Mtodo para el dimensionado de sistemas fotovoltaicos autnomosComo se ha comentado anteriormente, de la gran multitud de mtodos de dimensionado de sistemas fotovoltaicos que existen, se presenta para este curso uno muy sencillo, pero que a pesar de su sencillez proporciona muy buenos resultados, sobre todo muy tiles para una primera fase de diseo de una determinada instalacin.

Los pasos a seguir en el dimensionado que se propone son las siguientes: Paso 1. Estimacin del consumo Paso 2. Clculo del ngulo ptimo de inclinacin de los paneles Paso 3. Dimensionado del generador fotovoltaico Paso 4. Dimensionado del sistema de acumulacin Paso 5. Dimensionado del regulador Paso 6. Dimensionado del inversor Paso 7. Dimensionado del cableado

4.2.1 Estimacin del consumoLa demanda de energa impone muchas de las caractersticas de la instalacin, por lo que en la planificacin de las necesidades se debe anotar todo lo relacionado con los diferentes aparatos elctricos que sern la carga del sistema. Se deber calcular la energa que el usuario necesitar diariamente. Para ello se deber determinar la potencia de todos los aparatos de que constar la instalacin, individualmente, junto con el tiempo medio de uso de cada uno de ellos. En caso de duda, tanto la potencia como el tiempo medio de uso se debern redondear hacia arriba. Conocidos todos los aparatos, potencias y tiempos de uso la expresin para calcular la energa de consumo, distinguiendo entre los aparatos de corriente alterna y continua ser:

Siendo: EAC: Energa consumida en AC (Wh) EDC: Energa consumida en DC (Wh) Pi: Potencia Nominal (W) tdi: Tiempo diario de uso (h)

Para calcular el consumo total, se tendrn en cuenta los rendimientos de las etapas existentes aplicando la siguiente expresin:

Dnde:ET: Energa real requerida por el sistema (consumo) (Wh) BAT: Rendimiento de la batera INV: Rendimiento del inversor La energa real requerida ET, refleja la energa que el sistema demanda en su conjunto en un da, y es un dato importante a la hora de dimensionar el generador fotovoltaico. 4.2.3 Clculo del ngulo ptimo de inclinacin de los mdulosPara el clculo del ngulo ptimo de inclinacin de los mdulos fotovoltaicos de la instalacin es necesario conocer como dato de partida, al menos la radiacin solar incidente en el lugar (valores medios mensuales). Estos datos suelen referirse a superficie horizontal, por lo que por los diferentes mtodos existentes se han de calcular a diferentes inclinaciones. Se asume que para buscar el ptimo de posicin de los mdulos, stos estarn orientados al sur, y slo habr que calcular la radiacin incidente a diferentes inclinaciones. A modo de resumen se presentan las siguientes ecuaciones que pueden servir para realizar los clculos de radiacin solar incidente a diferentes inclinaciones:

Ecuaciones.

4.2.4 Dimensionado del Generador FotovoltaicoUna vez que la demanda energtica de la carga es conocida, se est en condiciones de dimensionar el generador fotovoltaico. El nmero total de mdulos fotovoltaicos que se deben instalar se puede calcular a partir de la siguiente expresin: NT = ET / (PpGmPG) (16)Siendo: ET: Energa real requerida (Wh) Pp: Potencia Pico del Mdulo (W / kW / m2) Gm: Radiacin Global sobre una superficie inclinada un ngulo (kWh /m2) PG: Factor Global de Prdidas (suele variar entre 0.65 y 0.9) Conociendo el nmero de total de paneles que forman el generador fotovoltaico y la tensin nominal de la batera, que coincide con la tensin nominal de la instalacin, se puede determinar si es necesario agrupar los mdulos en serie y en paralelo. El nmero de mdulos que habr que conectar en serie, se calcula as: Ns = VBat / Vm (17)

Donde: Ns: nmero de mdulos en serie por rama VBat: tensin nominal de la batera (V) Vm: tensin nominal de los mdulos (V) Y el nmero de ramas en paralelo a conectar para suministra la potencia necesaria, viene dado por: Np = NT / Ns (18) Siendo Np el nmero de mdulos a conectar en ramas paralelo. Los valores de NT, Ns y Np se redondean por exceso, excepto si se aproximan mucho a las cifras por defecto, de manera que se asegure el suministro de potencia que demanda la instalacin. El ngulo de inclinacin de los paneles se calcul anteriormente con el mtodo del mes crtico.Tras estos clculos estara dimensionado el generador fotovoltaico tanto en nmero de mdulos como en la inclinacin de los mismos.

4.2.5. Dimensionado del Sistema de Acumulacin (Batera)Para definir el tamao del acumulador, se debern tener en cuenta los siguientes parmetros: Mxima Profundidad de Descarga: es el nivel mximo de descarga que se le permite a la batera antes de la desconexin del regulador, para proteger la duracin de la misma. En bateras estacionarias de plomo-cido un valor adecuado de este parmetro es de 0.7 Das de Autonoma: es el nmero de das consecutivos que en ausencia de sol, el sistema de acumulacin es capaz de atender el consumo, sin sobrepasar la profundidad mxima de descarga de la batera. Los das de autonoma posibles, dependen entre otros factores del ipo de instalacin y de las condiciones climticas del lugar. La capacidad de las bateras es la cantidad de energa que debe ser capaz de almacenar, para asegurar los das de autonoma. Las expresiones que se utilizan para hallar la capacidad de la misma, tanto en Wh (vatios hora) como en Ah (amperios hora) son: Cn (Wh) = ET N /Pd Cn (Ah) (19.a)Cn (Wh) / Vbat (19.b)

Siendo: Cn: capacidad nominal de la batera (Wh Ah) ET: Energa real requerida (Wh) Pd: Mxima Profundidad de descarga de la batera VBat: tensin nominal de la batera (V) Es importante sealar que los periodos de autonoma cortos, alargan la vida de las bateras y dan al sistema mayor fiabilidad. La batera se elegir de forma que se aproxime al valor de capacidad nominal Cn calculado. Igualmente se tender a elegir la batera redondeando el valor Cn por exceso para obtener mejor margen de seguridad. 4.2.6 Dimensionado del ReguladorEl regulador es el elemento que controla las cargas y descargas de la batera, permitiendo el proceso de carga de la misma desde el generador fotovoltaico y el proceso de descarga a travs de los elementos de consumo elctrico del sistema global. A la hora de dimensionar un regulador, el objetivo principal es obtener la corriente mxima que va a circular por la instalacin. Por lo tanto, se habr de calcular la corriente que produce el generador, la corriente que consume la carga, y la mxima de estas dos corrientes ser la que deba soportar el regulador en funcionamiento. La corriente de corte a la que debe actuar el regulador ser fijada en el propio dispositivo, pero ha de soportar la mxima posible que la instalacin pueda producir.La intensidad de corriente que produce el generador es la suma de las intensidades que producen los mdulos funcionando a pleno rendimiento: IG = IR NR IR = Pp m / Vm (20.a) y (20.b)Siendo IG: Corriente producida por el generador (A) IR: Corriente producida por cada rama en paralelo del generador (A) NR: Nmero de ramas en paralelo del generador Pp: Potencia Pico del mdulo fotovoltaico (W) m: Rendimiento del mdulo Vm: Tensin nominal de los mdulos (V)

La intensidad que consume la carga se determina teniendo en cuenta todos los consumos al mismo tiempo: IC = PDC / Vbat + PAC /220 (21) Dnde: IC: Corriente que consume la carga (A) PDC: Potencia de las cargas en DC (W) Vbat: Tensin nominal de la batera (V) PAC: Potencia de las cargas en AC (W) De estas dos corrientes, la mxima de ambas ser la que el regulador deber soportar, y ser la que se utilice para su eleccin. IR = max (IG, IC) (23)4.2.7 Dimensionado del InversorLas caractersticas de funcionamiento que definen un inversor o convertidor DC AC son: Potencia Nominal (kW) Tensin Nominal de Entrada (V) Tensin Nominal de Salida (V) Frecuencia de operacin (HZ) Rendimiento (%) La tensin de entrada en el inversor de una instalacin fotovoltaica no ser siempre constante, por lo que el inversor debe ser capaz de transformar distintas tensiones continuas dentro de un determinado rango. Ese rango suele ser de un 15 %. El valor de la tensin nominal es un dato de referencia dentro del intervalo de actuacin que sirve par identificar el tipo de convertidor. A la hora de dimensionar el inversor se tendr en cuenta la potencia que demanda la carga AC, de forma que se elegir un inversor cuya potencia nominal sea algo superior a la mxima demandada por la carga. Sin embargo, se debe evitar el sobredimensionamiento del inversor para tratar de hacerlo trabajar en la zona donde presenta mejores eficiencias. Se puede resumir la potencia del inversor con esta expresin: Pinv PAC (24)

DELIMITACION TEMPORALEl estudio se llevara durante un tiempo aproximado de 9 meses, se utilizaran 5 meses para la elaboracin de la planta y 4 meses para la instalacin y evaluacin del funcionamiento de esta.

DEFINICION DEL OBJETO DE ESTUDIOSe estudiara el desarrollo, produccin y utilizacin de un instalacin solar fotovoltaica autnoma.IMPACTO AMBIENTALLos impactos generados por los paneles solares o fotovoltaicos en los sectores en donde se ha instalado no producen ningn tipo de contaminacin hablemos de una energa limpia y no daa al ambiente.IMPACTO SOCIALDeterminar el impacto social con esta tecnologa, implica identificar las consecuencias directas e indirectas generadas en los ncleos familiares como en la sociedad mexicana que podran verse beneficiados por este acceso a la electricidad a travs de un aumento de la poblacin laboral.Un poblador sin acceso a la electricidad que se encuentra limitado por los ciclos de la dia y la noche con esta tecnologa se posibilita la prolongacin de hora de iluminacin generando a si aumento de produccin para tener mayor tiempo disponible con iluminacin adecuada.

IMPACTO ECONOMICOCon la manera de cuantificar mejor los impactos de los sistemas de generacin de energa en el norte del pas se tomaran en consideracin los siguientes puntos.

Precio del sistema de generacin de energa termo solar en el norte del pas.

Costo nivelado por este tipo de energa.

Comparacin del costo nivelado v/s costo de energa elctrica residencial.

Financiamiento estatal para la implementacin de este tipo de energa.

METODOLOGIA A UTILIZAR

La metodologa utilizada para el desarrollo de este documento es de tipo tanto cuantitativa como cualitativa, ya que pretende analizar la viabilidad de una planta termo solar para evitar la contaminacin al ambiente con el uso de energas fsiles.Emplea mtodos de recoleccin de datos para ver las ventajas y desventajas as como los beneficios para utilizar este tipo de energa.

CONCLUSIONLa produccin de energa fotovoltaica se realiza de manera limpia, directa y elegante por ende esta tiende a proyectarse como una de las mejores alternativas a nivel mundial para obtener energa elctrica.Sabiendo que la generacin de energa fotovoltaica trae consigo un sinnmero de ventajas creemos que todos los pases deberan implementar este nuevo sistema ya que gracias a ello se contribuye con la naturaleza y este es adems muy rentable en cuanto a lo econmico.Finalmente en nuestro medio se podra implementar este sistema tratando de incentivar a profesionales y a estudiantes que se dirijan hacia este campo ya que a la larga ser uno de las tecnologas ms comunes y necesarias a ser utilizadas.

REFERENCIASENERGA SOLAR Fotovoltaica. OSCAR PERPIN LAMIGUEIRO.http://manuelberaun.files.wordpress.com/2011/12/dimensionado-de-sfv-autonomos.pdfhttp://estadisticas.cne.gob.sv/docs/estudios/Sistemas_solares_sobre_techo.pdfComponentes de una instalacin solar fotovoltaica.Diaz, T.; Carmona, G. MC GRAW HILL

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