GUIA DE TRABAJO:

PARAMETROS FUNDAMENTALES DE

LAS CELDAS SOLARES. Independientemente del material constituyente, todos los módulos poseen una serie de parámetros que debes conocer para garantizar un correcto montaje y mantenimiento de la instalación de ESFV: • Tensión en circuito abierto.(Vca) • Intensidad de cortocircuito.(Icc) • Punto de máxima Potencia (PMP). • Potencia máxima. (Wp). • Tensión de pico. (Vp). • Intensidad de pico.(Ip). • Rendimiento.

ACTIVIDAD

PRACTICA:

MEDICIÓN DE

VARIABLES

ELECTRICAS

Medición de Variables Eléctricas

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ACTIVIDAD PRÁCTICA

Guía de Trabajo: PARAMETROS FUNDAMENTALES DE LAS CELDAS SOLARES

Actividad práctica: Medición de Variables Eléctricas

Finalidad

1. Analizar los parámetros fundamentales de un modulo fotovoltaico.

Objetivos

1. Verificar si un módulo fotovoltaico funciona correctamente. 2. Medir el valor de la intensidad de cortocircuito del módulo solar. 3. Medir el valor de la tensión de circuito abierto del módulo solar. 4. Verificar condiciones de radiación estándar.

Marco teórico

Parámetros fundamentales de las celdas solares

Para diseñar apropiadamente una celda solar es necesario especificar los parámetros de la estructura de la celda solar, de manera tal que se maximice la eficiencia, teniendo en cuenta una serie de limitantes. A su vez, dichas limitantes estarán dadas por los objetivos específicos de uso que tendrá el dispositivo, lo que se define por el ambiente de trabajo en que se producen. Las celdas solares producidas a nivel industrial tienen como objetivo esencial aumentar la eficiencia reduciendo el costo de las mismas, mientras que aquellas que se producen a nivel de laboratorio, donde la investigación se concentra en los problemas físicos fundamentales, la atención se concentra en fabricar celdas de alta eficiencia, sin importar demasiado su costo. Otro ejemplo importante son las celdas de uso espacial, que se producen teniendo en cuenta su peso, considerado el factor crítico en estos casos.

El límite de eficiencia teórica para la conversión fotovoltaica supera el 90%, pero para llegar a estos valores, se deben hacer muchas consideraciones físicas, difíciles o imposibles de cumplir desde el punto de vista práctico, dadas las presentes tecnologías y niveles de comprensión del dispositivo físico. Para celdas solares de silicio operando bajo un sol de potencia luminosa, una eficiencia más realista estaría en el orden de 26 al 28 %. La eficiencia máxima medida para una celda solar de silicio en estos momentos es de 24.7 %, bajo el espectro solar AM1.5G. Para las celdas solares en base a CdTe, CIS y GaAs, las eficiencias récord alcanzadas son 16 %, 18.2 % y 25.1 %, respectivamente.

La diferencia entre las altas eficiencias teóricas y las eficiencias medidas para celdas solares terrestres se debe principalmente a dos factores. El primero es que las predicciones de máxima eficiencia teórica asumen que la energía de cada fotón es óptimamente usada, lo que significa la no existencia de fotones no absorbidos y que cada fotón se absorbe en un material cuyo ancho de banda prohibida es igual a la energía del fotón. En teoría, es posible obtener este resultado modelando una estructura de infinitos materiales de diferentes anchos de banda prohibida, cada uno absorbiendo solamente los fotones que corresponden con el valor exacto de su ancho de banda prohibida. El segundo factor proviene de asumir una alta razón de concentración luminosa. Considerando que los efectos de la temperatura y la resistencia no son dominantes en una celda solar con concentración luminosa, el incremento de la

intensidad de la luz incrementa proporcionalmente la corriente de corto circuito. Al mismo

Medición de Variables Eléctricas

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ACTIVIDAD PRÁCTICA

tiempo, debido a que el voltaje de circuito abierto depende de esta última, el Voc se incrementará logarítmicamente con los niveles de iluminación, hasta llegar a un valor de saturación proporcional a Eg/q. Además, como el factor de llenado (FF) máximo se incrementa con el Voc, el máximo valor posible de FF también se incrementa con la concentración. Los valores extras de Voc y FF que se incrementan con la concentración permiten a los sistemas concentrados alcanzar altas eficiencias (principalmente a costa de un incremento importante en la corriente de corto circuito). Los principios fundamentales para diseñar celdas solares de alta eficiencia son:

Incrementar la cantidad de luz colectada por la celda que produce pares de

portadores.

Incrementar la colección de portadores fotos generadas por la juntura p-n.

Minimizar la corriente oscura en inversa

Extraer la corriente de la celda sin pérdidas por resistencia.

Materiales

1. Módulo didáctico de trabajo

2. Modulo fotovoltaico kyocera 135W 3. Modulo fotovoltaico kyocera 65W 4. Modulo fotovoltaico sun electronics 120w 5. Cables de conexión 6. Brújula 7. Inclinometro

Instrumentos de Medición

1. Multímetro digital extraíble (Fluke serie 233) 2. Solarimetro (Radiómetro Digital RD402 (2000W/m2) 3. Pinza de corriente fluke i1010 AC/DC 1000A DC 600 AC i1010

Procedimiento Orienta el módulo hacia el Sol. Mediante un aparato adecuado para la medición de la radiación solar, situado en la misma orientación e inclinación que el módulo fotovoltaico, posiciona el módulo fotovoltaico para obtener el nivel de radiación solar máximo. Durante las medidas posteriores es conveniente no modificar la orientación del modulo, ni sombrearlo con la presencia de personas entre la fuente luminosa y el modulo. Conecta el amperímetro a la salida del módulo FV (atención a la escala y sentido de la

corriente). Realiza la medición de la corriente de cortocircuito (Icc) anotando el resultado en la tabla 1. ¿Se corresponde la Icc medida con la indicada en el módulo, o en las hojas de características suministradas por el fabricante? Justifica tu respuesta. Conecta el voltímetro a la salida del módulo FV (atención a la escala y polaridad de la tensión. Realiza la medición de la tensión de circuito abierto (Vca) anotando el resultado en la tabla 1. ¿Se corresponde la Vca medida con la indicada en el módulo, o en las hojas de características suministradas por el fabricante? Justifica tu respuesta.

Medición de Variables Eléctricas

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ACTIVIDAD PRÁCTICA

Realiza la medición de la radiación solar. Anota el resultado en la tabla 1. Es conveniente realizar la medida de la radiación solar al mismo tiempo que las medidas de la corriente de cortocircuito y tensión en circuito abierto.

MODULOS A UTILIZAR PARAMETROS A MEDIR MEDIDAS FABRICANTE

Modulo fotovoltaico kyocera 135W

Icc (A)

Vca (V)

Radiación solar (W/m2)

Modulo fotovoltaico kyocera 65W

Icc (A)

Vca (V)

Radiación solar (W/m2)

Modulo fotovoltaico sun electronics 120w

Icc (A)

Vca (V)

Radiación solar (W/m2)

Informe Cada estudiante presenta los resultados, datos, graficas, análisis y problemas Presentados durante la práctica.

Conclusiones

Cada estudiante presenta apreciaciones y análisis general del trabajo realizado.

Bibliografía

Enlaces que sirven como guía al estudiante.

http://www.fluke.com/fluke/coes/products/pinzas-amperimetricas.htm http://www.kyocerasolar.com/residential-solutions/solar-panels/current-products.htm