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Módulo yGenerador
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MóduloFotovoltaico
GeneradorFotovoltaico
Ejemplos degeneradoresfotovoltaicos
Módulo y GeneradorEnergía Solar Fotovoltaica
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Módulo Fotovoltaico
Generador Fotovoltaico
Ejemplos de generadores fotovoltaicos
Módulo FotovoltaicoIntroducciónModelado de un móduloPunto Caliente
Generador Fotovoltaico
Ejemplos de generadores fotovoltaicos
Módulo yGenerador
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MóduloFotovoltaicoIntroducción
Modelado de un módulo
Punto Caliente
GeneradorFotovoltaico
Ejemplos degeneradoresfotovoltaicos
Módulo Fotovoltaico
I Las características eléctricas de una célula no sonsuficientes para alimentar las cargas convencionales.
I Es necesario realizar agrupaciones en serie yparalelo para entregar tensión y corrienteadecuadas.
I Un módulo fotovoltaico es una asociación decélulas a las que protege de la intemperie, las aislaeléctricamente del exterior dando rigidez mecánicaal conjunto.
I Existen multitud de módulos diferentes, tanto por suconfiguración eléctrica como por sus característicasestructurales y estéticas.
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Modelado de un módulo
Punto Caliente
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Módulo Fotovoltaico
I Las características eléctricas de una célula no sonsuficientes para alimentar las cargas convencionales.
I Es necesario realizar agrupaciones en serie yparalelo para entregar tensión y corrienteadecuadas.
I Un módulo fotovoltaico es una asociación decélulas a las que protege de la intemperie, las aislaeléctricamente del exterior dando rigidez mecánicaal conjunto.
I Existen multitud de módulos diferentes, tanto por suconfiguración eléctrica como por sus característicasestructurales y estéticas.
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Módulo Fotovoltaico
I Las características eléctricas de una célula no sonsuficientes para alimentar las cargas convencionales.
I Es necesario realizar agrupaciones en serie yparalelo para entregar tensión y corrienteadecuadas.
I Un módulo fotovoltaico es una asociación decélulas a las que protege de la intemperie, las aislaeléctricamente del exterior dando rigidez mecánicaal conjunto.
I Existen multitud de módulos diferentes, tanto por suconfiguración eléctrica como por sus característicasestructurales y estéticas.
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Módulo Fotovoltaico
I Las características eléctricas de una célula no sonsuficientes para alimentar las cargas convencionales.
I Es necesario realizar agrupaciones en serie yparalelo para entregar tensión y corrienteadecuadas.
I Un módulo fotovoltaico es una asociación decélulas a las que protege de la intemperie, las aislaeléctricamente del exterior dando rigidez mecánicaal conjunto.
I Existen multitud de módulos diferentes, tanto por suconfiguración eléctrica como por sus característicasestructurales y estéticas.
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Modelado de un módulo
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Estructura de un módulo fotovoltaico
I La asociación de células es encapsulada en dos capasde EVA (etileno-vinilo-acetato), entre una láminafrontal de vidrio y una capa posterior de unpolímero termoplástico (frecuentemente se emplea eltedlar).
I Este conjunto es enmarcado en una estructura dealuminio anodizado con el objetivo de aumentar laresistencia mecánica del conjunto y facilitar el anclajedel módulo a las estructuras de soporte.
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Ejemplos degeneradoresfotovoltaicos
El vidrio frontal
I Debe tener y mantener una alta transmisividad en labanda espectral en la que trabajan las células solares.
I Debe tener buena resistencia al impacto y a laabrasión.
I Su superficie debe ser de forma que combine unbuen comportamiento antireflexivo con la ausenciade bordes o desniveles que faciliten la acumulaciónde suciedad o dificulten la limpieza de ésta mediantela acción combinada del viento y la lluvia.
I Frecuentemente se emplea vidrio templado con bajocontenido en hierro con algún tipo de tratamientoantireflexivo.
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El vidrio frontal
I Debe tener y mantener una alta transmisividad en labanda espectral en la que trabajan las células solares.
I Debe tener buena resistencia al impacto y a laabrasión.
I Su superficie debe ser de forma que combine unbuen comportamiento antireflexivo con la ausenciade bordes o desniveles que faciliten la acumulaciónde suciedad o dificulten la limpieza de ésta mediantela acción combinada del viento y la lluvia.
I Frecuentemente se emplea vidrio templado con bajocontenido en hierro con algún tipo de tratamientoantireflexivo.
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El vidrio frontal
I Debe tener y mantener una alta transmisividad en labanda espectral en la que trabajan las células solares.
I Debe tener buena resistencia al impacto y a laabrasión.
I Su superficie debe ser de forma que combine unbuen comportamiento antireflexivo con la ausenciade bordes o desniveles que faciliten la acumulaciónde suciedad o dificulten la limpieza de ésta mediantela acción combinada del viento y la lluvia.
I Frecuentemente se emplea vidrio templado con bajocontenido en hierro con algún tipo de tratamientoantireflexivo.
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El vidrio frontal
I Debe tener y mantener una alta transmisividad en labanda espectral en la que trabajan las células solares.
I Debe tener buena resistencia al impacto y a laabrasión.
I Su superficie debe ser de forma que combine unbuen comportamiento antireflexivo con la ausenciade bordes o desniveles que faciliten la acumulaciónde suciedad o dificulten la limpieza de ésta mediantela acción combinada del viento y la lluvia.
I Frecuentemente se emplea vidrio templado con bajocontenido en hierro con algún tipo de tratamientoantireflexivo.
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EVA
I El encapsulante a base de EVA, combinado con untratamiento en vacío y las capas frontal y posterior,evita la entrada de humedad en el módulo, señaladacomo la causa principal de la degradación a largoplazo de módulos fotovoltaicos.
I Además, esta combinación permite obtener altosniveles de aislamiento eléctrico.
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Configuración eléctrica
I Una configuración eléctrica muy común hasta haceunos años empleaba 36 células en serie para obtenermódulos con potencias comprendidas en el rango50 Wp − 100 Wp con tensiones en MPP cercanas a los15 V en funcionamiento.
I Estos módulos eran particularmente adecuados parasu acoplamiento con baterías de tensión nominal12 V en los sistemas de electrificación rural.
I Con el protagonismo abrumador de los sistemasfotovoltaicos de conexión a red, esta configuraciónha perdido importancia. Ahora son frecuentes losmódulos de potencia superior a los 200 Wp ytensiones en el rango 30 V − 50 V.
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Norma Internacional IEC 61215
I Para los módulos compuestos por células de siliciocristalino es de aplicación la norma internacionalIEC-61215 «Crystalline Silicon TerrestrialPhotovoltaic (PV) Modules - Design Qualificationand Type Approval».
I Esta norma internacional recoge los requisitos dediseño y construcción de módulos fotovoltaicosterrestres apropiados para su operación en períodosprolongados de tiempo bajo los efectos climáticos.
I Detalla un procedimiento de pruebas a los que sedebe someter el módulo que desee contar con lacertificación asociada a esta normativa
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Ejemplos de generadores fotovoltaicos
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Suposiciones del modelo
I Los efectos de la resistencia paralelo sondespreciables
I La corriente fotogenerada (IL) es igual a la corrientede cortocircuito
I En cualquier condición de operaciónexp(V+I·Rs
Vt) � 1
I = Isc · (1 − exp(V − Voc + I · Rs
Vt)
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Suposiciones del modelo
I Los efectos de la resistencia paralelo sondespreciables
I La corriente fotogenerada (IL) es igual a la corrientede cortocircuito
I En cualquier condición de operaciónexp(V+I·Rs
Vt) � 1
I = Isc · (1 − exp(V − Voc + I · Rs
Vt)
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Suposiciones del modelo
I Los efectos de la resistencia paralelo sondespreciables
I La corriente fotogenerada (IL) es igual a la corrientede cortocircuito
I En cualquier condición de operaciónexp(V+I·Rs
Vt) � 1
I = Isc · (1 − exp(V − Voc + I · Rs
Vt)
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Efecto de la radiación y la temperatura
I La corriente de cortocircuito dependeexclusivamente y de forma lineal de la irradiancia.
Isc = Gef ·I∗scG∗
I La tensión de circuito abierto dependeexclusivamente de la temperatura de célula, ydecrece linealmente con ella.
Voc(Tc) = V∗oc + (Tc − T∗
c ) ·dVoc
dTc
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Temperatura de operación de célula
I La temperatura de operación de la célula dependede la temperatura y la irradiación
Tc = Ta + G · NOCT − 20800
I Como consecuencia, la eficiencia decrece a razón de0,5% por grado centigrado.
I La resistencia serie es independiente de lascondiciones de operación.
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TONC
I Temperatura que alcanza una célula cuando sumódulo trabaja en las siguientes condiciones:I Irradiancia: G = 800 W m−2
I Espectro: el correspondiente a AM = 1.5.I Incidencia normalI Temperatura ambiente: Ta = 20 ◦C.I Velocidad de viento: vv = 1 m s−1.
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Punto caliente
Ir
− C1
IC1
C2 C3
C4
IC4
C5 C6+
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Punto caliente
Tensión Modulo (V)
Tens
ión
Cél
ula(
V)
−3
−2
−1
0
0 1 2 3
V1
V4
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Punto caliente
Tensión Modulo (V)
Pot
enci
a C
élul
a (W
)
−4
−3
−2
−1
0
0 1 2 3
P1
P4
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Diodo de paso
Ir
− C1
IC1
C2 C3
C4
IC4
C5 C6+
D1ID1D2ID2
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Curvas I-V con diodo de paso
Tensión (V)
Cor
rient
e (A
)
5
10
0 1 2 3
Ir
I1
I4
I11
Id2
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Punto Caliente
GeneradorFotovoltaico
Ejemplos degeneradoresfotovoltaicos
Tensión con diodo de paso
Tensión Modulo (V)
Tens
ión
Cél
ula(
V)
−1.5
−1.0
−0.5
0.0
0.5
0 1 2 3
V1
V4
VD1
VD2
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Punto Caliente
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Ejemplos degeneradoresfotovoltaicos
Curvas Potencia con diodo de paso
Tensión Modulo (V)
Pot
enci
a C
élul
a (W
)
−2
−1
0
1
2
0 1 2 3
P1
P4
PD1
PD2
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Modelado de un módulo
Punto Caliente
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Curva Módulo con Diodos de Paso
Tensión Módulo (V)
Pot
enci
a M
ódul
o (W
)
−10
0
10
20
0 1 2 3
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Diodos de paso
−C1 C12 C13 C24 C25 C36
+
D1
D2
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Generador FotovoltaicoDefiniciónPérdidas por dispersión
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Generador Fotovoltaico
I Un generador fotovoltaico es unaasociación eléctrica de módulosfotovoltaicos para adaptarse a lascondiciones de funcionamiento deuna aplicación determinada.
I Se compone de un total deNT = Np · Ns módulos, siendo Np elnúmero de ramas (módulos enparalelo), y Ns el número demódulos en cada serie.
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Generador Fotovoltaico
I Un generador fotovoltaico es unaasociación eléctrica de módulosfotovoltaicos para adaptarse a lascondiciones de funcionamiento deuna aplicación determinada.
I Se compone de un total deNT = Np · Ns módulos, siendo Np elnúmero de ramas (módulos enparalelo), y Ns el número demódulos en cada serie.
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Ramas y series
I El número de ramas, Np, define lacorriente total del generador
Isc,g = Np · Isc,m
I El número de modulos en serie, Ns,define la tensión del generador.
Voc,g = Ns · Voc,m
I La potencia del generador es(idealmente):
Pg = NT · Pm = (Ns · Vmpp,m)(Np · Impp,m)
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Pérdidas por dispersión
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Ejemplo de cálculo
Calcular el comportamiento eléctrico de un generadorfotovoltaico constituido por 40 módulos, asociados en 4ramas, bajo la suposición de factor de forma constante.
I Las condiciones de operación de este generador son:Gef = 700 W/m2 y Ta = 34°C.
I De las fichas técnicas del módulo se extrae lasiguiente información: I∗sc = 3 A, V∗
oc = 19, 8 V,I∗mpp = 2, 8 A y V∗
mpp = 15.7 V.I Cada módulo está constituido por 33 células
asociadas en serie. La TONC del módulo es de 43°C.
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Generador FotovoltaicoDefiniciónPérdidas por dispersión
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Definición del problema
Los parámetros eléctricos de un módulo FV presentandispersión: la producción energética será menor que laideal.
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Distribución de valores de corriente y tensión
La corriente de máxima potencia de un conjunto demódulos puede caracterizarse por una distribución tipoWeibull
f (Impp) = αβ−αIα−1mpp exp
[−
(Impp
β
)α]siendo α el factor de forma y β el factor de escala de ladistribución. La eficiencia de conexión serie es:
ηcs =Irmpp
Impp
siendo Irmpp la corriente de la rama, y Impp la media de las
corrientes del grupo de módulos.
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Pérdidas por dispersión
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Eficiencia de conexión
I A partir de la distribución y la definición deeficiencia de conexión serie puede deducirse que éstase calcula mediante
ηcs = N− 1α
siendo N el número de módulos en la serie. Portanto, la eficiencia disminuye si aumenta N.Asimismo, la eficiencia aumenta con α.
I Por otra parte, puede demostrarse que la tensión deun grupo de módulos puede modelarse medianteuna función gaussiana y que la dispersión devalores de tensión es suficientemente baja parapoder considerar que la eficiencia de conexión deramas en paralelo es igual a 1.
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Clasificación de módulos
I La dispersión de un conjunto depende inversamentedel valor de α, así que un método para reducir laspérdidas por dispersión consiste en realizarclasificaciones de los módulos atendiendo a susvalores reales de corriente.
I En sistemas de cierta entidad, puede ser convenienterealizar una clasificación en tres categorías y crearcada rama con módulos de una misma categoría.
I Este método puede suponer reducciones del 2-3% enlas pérdidas globales del sistema.
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Pérdidas por dispersión
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Pérdidas por dispersión
Problema
I Las clasificaciones se realizan en base a las médidasrealizadas por los fabricantes con«flash».
I La indeterminación asociada a este método enrelación a las medidas a sol real son del mismorango que la separación entre categorías.
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