CURSO ENERGA SOLAR FOTOVOLTAICA I

Expositor: Dr Romn H. Buitrago E-mail: rbuitre@intec.unl.edu.ar

ASADES XXXV Rosario Septiembre 2012

SISTEMAS FOTOVOLTAICOS: Se denomina as a un conjunto de equipos que generan energa elctrica en forma directa a partir de la energa solar. Esta integrado principalmente por Mdulos Fotovoltaicos, sus estructuras de soporte, convertidores CC/CC o controladores de carga de bateras, circuitos elctricos de distribucin, luminarias, motores, bombas, tableros, electrodomsticos, etc.

SISTEMAS FOTOVOLTAICOS INDEPENDIENTES O AUTNOMOS

Son aquellos en los que la nica fuente de energa son los mdulos fotovoltaicos. El esquema de conexin mas simple es conectar los mdulos directamente a la carga:

Mdulos Carga

Ejemplos simples son cargadores de bateras, juguetes y uso importante Bombeo de Agua. No hay acumulacin de energa elctrica propiamente, en el caso de Bombeo de Agua, esta se acumula como energa potencial.

El siguiente caso es cuando la carga tiene requerimientos de valores constante de la tensin de alimentacin. Como la salida de los mdulos es fluctuante dependiendo de la intensidad de la radiacin, de su temperatura, conexiones, etc, se intercala un equipo denominado Convertidor CC/CC. Por que recibe una tensin variable de CC y da como salida una tensin constante predeterminada de CC.

Mdulos Conv. cc/cc Carga

Los sistemas fotovoltaicos ms comunes son los que utilizan algn sistema de almacenamiento de carga para los momentos en que los mdulos no generan energa. El sistema ms utilizado es la batera qumica. Mientras hay luz solar los paneles alimentan la carga y las bateras, cuando no hay luz, las bateras alimentan las cargas. Todo este proceso es controlado por el convertidor cc/cc.

El siguiente caso es cuando la carga tiene requerimientos de valores constante de la tensin de alimentacin. Como la salida de los mdulos es fluctuante dependiendo de la intensidad de la radiacin, de su temperatura, conexiones, etc, se intercala un equipo denominado Convertidor CC/CC. Por que recibe una tensin variable de CC y da como salida una tensin constante predeterminada de CC.

Mdulos Conv. cc/cc Carga

Los sistemas fotovoltaicos ms comunes son los que utilizan algn sistema de almacenamiento de carga para los momentos en que los mdulos no generan energa. El sistema ms utilizado es la batera qumica. Mientras hay luz solar los paneles alimentan la carga y las bateras, cuando no hay luz, las bateras alimentan las cargas. Todo este proceso es controlado por el convertidor cc/cc.

SISTEMAS CON ALMACENAMIENTO DE ENERGA:

MPPT: Maximun Power Point Tracking

REGULADOR DE CARGA CON SEGUIDOR DE POTENCIA MXIMA DE MDULOS:

DIAGRAMA EN BLOQUE DE UN REGULADOR DE CARGA DE BATERIAS

Seguidor Punto Max Potencia (MPPT)

Convertidor Tipo CC/ CC

Control de tensin de carga de Las Baterias

Conmutador Consumo Baterias Vm, Im Carga

A las Bateras

SELECCIN DEL CONVERSOR CC/CC

Estado de carga de una Batera

DEMANDA EN CORRIENTE ALTERNA

CC/CA

SISTEMAS FOTOVOLTAICOS HIBRIDOS

SISTEMA FOTOVOLTAICO CONECTADO A LA RED DE DISTRIBUCIN DE ENERGA ELCTRICA

DISEO Y DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO

No hay un mtodo establecido, existen numerosos criterios y normas, a las que hay que sumar aspectos particulares de el caso que se desea electrificar, sus funciones, sus habitantes , edades, hbitos, problemas climatolgicos, geogrficos, etc.

En este curso trataremos de discutir los aspectos formales bsicos, dejando al estudiante profundizar en forma individual cada uno de los elementos que componen el sistema fotovoltaico.

1) DETERMINACIN DE LA CURVA DE DEMANDA DE ENERGA ELCTRICA (Carga):

El primer punto a considerar es que en la estimacin del consumo energtico deben prevalecer los criterios de uso racional y eficiente de la energa.

Equivalencias: 165 lt = 6 ft3 y 225 lt = 8,3 ft3

INVIERNO - Das de semana Porcentaje de uso horario Total Da

Ambiente Artefacto Cantidad Consumo

unit. Consumo

total 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Cocina-Comedor Lamparas 3 15 45 0 1 0,5 0,2 0,2 0,5 1 1 0,5 0,5 0,3 252

Heladera 1 250 250 0,1 0,1 0,1 0,3 0,3 0,3 0,1 0,2 0,6 0,3 0,3 0,1 0,1 0,1 0,3 0,5 0,3 0,6 0,4 0,3 0,3 1425

Electrodomsticos 1 800 800 0,1 0,1 0,1 240

Televisor 1 150 150 1 1 1 1 1 1 1 1050

Lavarropas 1 250 250 1 250

Living-Comedor Lamparas 4 15 60 1 60

Equipo Audio 1 120 120 1 1 1 360

0 0

Bao Lamparas 2 15 30 0,5 1 0,5 60

0 0

Dormitorio 1 Lmparas 2 15 30 0,2 0,1 1 39

Ventilador techo 1 70 70 0

0 0

Dormitorio 2 Lmparas 2 15 30 0,2 0,2 1 42

Ventilador 1 70 70 0

0 0

Galera Lamparas 2 15 30 1 1 1 1 1 150

Otros Bomba de agua 3/4 1 560 560 0,5 280

0 25 0 25 0 25 407 98 75 25 50 387 232 334 145 145 25 225 148 320 745 318 338 119

P(W) 745

Wh/da 4208

CASO VIVIENDA FAMILIAR TIPO: Dos adultos, dos nios, Superficie casa 100 m2 Consumo Invierno

0 100 200 300 400 500 600 700 800

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Wh

Hora

Curva de carga

Series1

DEMANDA EE PARA UN DA DE UNA CASA FAMILIA TIPO

0

200

400

600

800

1000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Wh

Hora

Curva de carga

Series1

Invierno

Verano

Hora Consumo (kWh) Potencia (KW) Artefactos considerados

1 0,165 0,366 iluminacin exterior - heladera - carga celulares

2 0,135 0,336

iluminacin exterior - heladera

3 0,135 0,336

4 0,135 0,336

5 0,135 0,336

6 0,135 0,336

7 0,557 1,544 iluminacin habitaciones, bao, cocina y

comedor. TV, cafetera, heladera 8 0,244 1,544

9 0,3715 1,4

iluminacin habitaciones y lavadero - lavarropas ,aspiradora, lustraspiradora, equipo de msica y

heladera 10 0,589 1,4

11 0,174 1,4

12 0,1795 0,954 iluminacin cocina y comedor - multiprocesadora,TV, heladera 13 0,235 0,954

14 0,199 0,954

15 0,249 0,631 Iluminacin comedor, habitaciones y bao, TV,

DVD, equipo de msica, heladera 16 0,2725 0,631

17 0,2725 0,631

18 0,641 1,369 iluminacin cocina , comedor y lavadero - plancha, heladera

19 0,259 1,49

iluminacin comedor, cocina ,bao y exterior - secador de pelo - notebook, heladera 20 0,259 1,49

21 0,344 1,49

22 0,3515 1,09 iluminacin de cocina, comedor y exterior -multiprocesadora, bomba centrifuga, heladera

23 0,469 1,45 iluminacin de bao, cocina, comedor , dormitorio nios y exterior -cafetera- heladera

24 0,419 0,695 Iluminacin cocina, comedor, dormitorio padres,

bao, exterior - TV - notebook - equipo de msica, heladera

Hora Consumo (kWh) Potencia (KW) Artefactos considerados

1 0,419 0,695 Iluminacin cocina, comedor, dormitorio padres,

bao, exterior - TV - notebook - equipo de msica, heladera

2 0,165 0,366 iluminacin exterior - heladera - carga celulares

3 0,135 0,336

iluminacin exterior - heladera

4 0,135 0,336

5 0,135 0,336

6 0,135 0,336

7 0,135 0,336

9 0,557 1,544 Iluminacin habitaciones, bao, cocina y

comedor. TV, cafetera, heladera 10 0,274 1,544

11 0,3715 1,4 iluminacin habitaciones y lavadero - lavarropas ,aspiradora, lustraspiradora, equipo de msica y

heladera 12 0,589 1,4

13 0,174 1,4

14 0,1795 0,954

iluminacin cocina y comedor - multiprocesadora,TV, heladera 15 0,235 0,954

16 0,199 0,954

17 0,249 0,631 Iluminacin comedor, habitaciones y bao, TV,

DVD, equipo de msica, heladera 18 0,2725 0,631

19 0,2725 0,631

20 0,641 1,369 iluminacin cocina , comedor y lavadero - plancha, heladera

21 0,259 1,49 iluminacin comedor, cocina ,bao y exterior -

secador de pelo - notebook, heladera 22 0,344 1,49

23 0,3515 1,09 iluminacin de cocina, comedor y exterior -multiprocesadora, bomba centrifuga, heladera

24 0,469 1,45 iluminacin de bao, cocina, comedor , dormitorio nios y exterior -cafetera- heladera

CONSUMOS LUNES-VIERNES FIN DE SEMANA

Dias del mes de Junio (Invierno)

Diagrama de carga para invierno

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Horas del da (hs)

Poten

cia (k

W)

Das laborales

Fines de semana

DEMANDA DIARIA VIVIENDA FAMILIAR

CONSUMO DIARIO MEDIDO DE UNA VIVIENDA TIPO

Da hbil

Da finde

ADOPCIN DE LA CAPACIDAD EN Amp-hora DE LAS BATERIAS:

http:/eosweb.larc.nasa.gov/sse/

Equivalent Number Of NO-SUN Or BLACK Days (days)

Lat -32

Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Lon -61 3 day 2.20 2.68 2.28 2.43 2.55 2.24 2.55 2.67 2.22 2.28 2.28 2.73 7 day 2.59 4.16 4.08 4.74 4.75 3.65 3.77 4.57 4.58 3.21 3.20 2.34

14 day 2.94 5.24 6.79 5.94 5.66 5.54 4.29 7.30 4.70 4.40 3.60 3.57

21 day 4.43 5.87 7.13 6.87 5.66 6.23 5.83 7.47 4.63 3.99 4.23 5.21 Month 3.47 5.63 6.33 4.76 4.01 5.58 4.72 8.41 6.29 5.49 4.54 6.02

SELECCIN Y DIMENSIONAMIENTO DEL CONJUNTO DE MDULOS

A) Seleccin : criterios I-V, tecnologa, econmicos, estticos, etc B) Dimensionamiento: Determinar el nmero necesario de mdulos criterio perodo menor insolacin (Sistemas Autnomos), mayor generacin anual de energa (Centrales fotovoltaicas)

C) Mtodos: 1) Horas equivalentes de sol 2) Eficiencia corregida 3) Medicin propia de la generacin 4) Mtodos de inteligencia artificial

ANTES DE DESARROLLAR ESTOS MTODOS NECESITAMOS SABER CALCULAR LA RADIACIN SOLAR SOBRE UNA SUPERFICIE INCLINADA

VAMOS A OTRO POWER POINT

MTODO DE HORAS EQUIVALENTES DE SOL

##Requiere conocer la radiacin solar global incidente sobre el plano seleccionado de instalacin de los mdulos fotovoltaicos. ##Haber adoptado ya el tipo y potencia de los mdulos ##La energa a generar por un mdulo se estima por el producto de la potencia de este por el nmero de horas equivalentes de Radiacin de 1000 W/m2

Area rad

Rad

iaci

n (W

/m2)

Horas

1000 Teq

Aeq

MTODO DE HORAS EQUIVALENTES DE SOL

http:/eosweb.larc.nasa.gov/sse/

EJEMPLO DE APLICACIN: SUPONGAMOS QUE LA RADIACIN DIARIA PROMEDIO PARA EL MES DE MENOR RADIACIN SEA 4,57 KWh/M2.DA LAS HORAS EQUIVALENTES PARA UNA RADIACION DE 1000 W/M2 SON 4,57 HORAS. LUEGO SI EL PANEL ELEGIDO ES DE 80 Wp ESTE GENERAR EN UN DA: ENERGIA = 80 W X 4,57 h/DIA = 365,6 Wh/DIA SI LA DEMANDA ERA DE 3500 Wh/DA , SE NECESITAN N DE MDULOS = 3500 Wh/DA / 365,6 Wh/DA = 9,57 MOD SE ADOPTAN 10 MDULOS

METODO DE LA EFICIENCIA CORREGIDA

En general la informacin sobre Radiacin Solar se da en las siguientes Unidades: Kwh/m2 da Kwh/ m2ao A veces la Unidad de Energa Kwh se reemplaza por Joules Multiplicando estos valores de la radiacin por la eficiencia corregida (Medida experimentalmente o estimada), se obtiene la energa generada por los mdulos ya sea por da o ao por metro cuadrado. Luego se adopta un tamao de mdulos, dividiendo la superficie necesaria para generar la energa demandada por la de un mdulo se determina el nmero de mdulos necesarios.

METODO DE EFICIENCIA CORREGIDA

Eficiencia Nominal 12%

Medidas realizadas sobre un Mdulo Monocristalino de 50W

EJERCICIO DE APLICACIN: SUPONGAMOS QUE LOS MDULOS ELEGIDOS TENGAN UNA SUPERFICIE DE 1,8 M2 Y QUE SU EFICIENCIA NORMAL ES DE 15%. LA RADIACIN EN EL MES DE MENOR RADIACIN ES DE 4,57 KWh/M2.DA, Y LA DEMANDA ENERGTICA ES DE 3600 Wh/DA. LUEGO SI CORREGIMOS LA EFICIENCIA DE LOS MDULOS PARA INVIERNO EN 1,5%, ESTOS PRESENTARAN UNA EFICIENCIA CORREGIDA DE 13,5 %. LA ENERGA GENERADA POR M2 SER: 4,57 KWh x 0,135= = 0,62 KWh/M2 EL N DE M2 NECESARIOS SON 3600 Wh/0,62 KWh/M2=5,8 M2 FINALMENTE EL N DE MODULOS NECESARIOS SON AREA TOTAL/ SUPERFICIE DE UN MODULO= 5,8 M2/ 1,8 M2= 3,2 SE ADOPTAN 4 MODULOS.

PARA DESARROLLAR LOS DOS METODOS FALTANTES VAMOS AL P.P. DE REDES NEURONALES

Slide Number 1CURSO ENERGA SOLAR FOTOVOLTAICA ISISTEMAS FOTOVOLTAICOS:Se denomina as a un conjunto de equipos que generan energa elctrica en forma directa a partir de la energa solar. Esta integrado principalmente por Mdulos Fotovoltaicos, sus estructuras de soporte, convertidores CC/CC o controladores de carga de bateras, circuitos elctricos de distribucin, luminarias, motores, bombas, tableros, electrodomsticos, etc.SISTEMAS FOTOVOLTAICOS INDEPENDIENTES O AUTNOMOSSlide Number 5Slide Number 6Slide Number 7Slide Number 8Slide Number 9Slide Number 10Slide Number 11Slide Number 12Slide Number 13Slide Number 14Slide Number 15Slide Number 16Slide Number 17Slide Number 18Slide Number 19Slide Number 20Slide Number 21Slide Number 22Slide Number 23Slide Number 24Slide Number 25Slide Number 26Slide Number 27Slide Number 28Slide Number 29Slide Number 30Slide Number 31Slide Number 32Slide Number 33Slide Number 34Slide Number 35Slide Number 36Slide Number 37Slide Number 38Slide Number 39Slide Number 40Slide Number 41Slide Number 42Slide Number 43Slide Number 44Slide Number 45Slide Number 46Slide Number 47Slide Number 48Slide Number 49Slide Number 50Slide Number 51Slide Number 52Slide Number 53Slide Number 54Slide Number 55Slide Number 56Slide Number 57Slide Number 58