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LA BIBLIA DE LOS PANELES SOLARES
ADRIAN EUGENIO MARTINEZ RANCO
ANDRES ORTIZ GUERRERO
LA PRESENTACIÓN Y DISPOSICIÓN EN CONJUNTO DE LA BIBLIA DE LOS PANELES SOLARES SON PROPIEDAD DE LOS AUTORES. NINGUNA PARTE DE ESTA OBRA PUEDE SER REPRODUCIDA O TRANSMITIDA, MEDIANTE NINGÚN SISTEMA O MÉTODO, ELECTRÓNICO O MECANICO (INCLUYENDO EL FOTOCOPIADO, LA GRABACIÓNO CUALQUIER SISTEMA DE RECUPERACIÓN Y ALMACENAMIENTO DE INFORMACION), SIN CONSENTIMIENTO DE LOS AUTORES. DERECHOS RESERVADOS:
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ISBN:
HECHO EN MÉXICO 2017
LA BIBLIA DE PANELES SOLARES
AUTORES:
ADRIAN EUGENIO MARTINEZ FRANCO
ANDRES ORTIZ GUERRERO
Agradecimientos a: Ing. Roberto Yáñez Torres propietario de la marca INVERCOM Por la Colaboración y las facilidades brindadas para utilizar su Marca, Logo, Imágenes e información técnica de los equipos de la marca INVERCOM.
INVERCOM (Fabricante de Inversores Electrónicos en México)
BWESOLAR (Diseño y Comercialización de Sistemas Fotovoltaicos). A nuestras familias por su apoyo y compresión.
INTRODUCCIÓN Capítulo 1. Conceptos básicos generales 9 1.1 Funcionamiento Del Panel 10 1.1.2 Tipos de paneles fotovoltaicos 12 1.2. Conceptos eléctricos Básicos. 15 1.2.1. Materia 16 1.2.2 Corriente Eléctrica 17 1.2.3 Voltaje 18 1.2.4 Resistencia Eléctrica 19 1.2.5 Circuito eléctrico. 20 1.2.6 Ley De Ohm 23 1.2.7 Potencia eléctrica 25 1.2.8 Tipos De Corriente eléctrica. 28 1.2.9 Corriente Continúa o Directa 28 1.2.10 Corriente Alterna 29 Capítulo 2. Aplicación de los paneles 30 2.1. Ventajas de los paneles solares 31 2.2. Desventajas que poseen los paneles solares 31 Capítulo 3. Inclinación Y Orientación Del Panel Solar. 32 3.1Radiación Solar. 32 3.2 Irradiación Solar. 33 3.3 Insolación. 33 3.4 Horas solares pico (HSP) 33 3.5 Inclinación del panel solar 35 13.6 Sombras Y Reflejos 37 3.7 Temperatura del panel 38. 3.8 Funcionamiento de los sistemas fotovoltaicos 39 Capítulo 4 Módulos fotovoltaicos. 40 4.1 Características técnicas de los módulos fotovoltaicos. 41 Capítulo 5. Tipos de conexión de Paneles. 42 5.1 Conexión de Paneles en Paralelo 42 5.2 Conexión De Paneles En Serie. 43 5.3 Conexión mixta 44 5.4 Caja de Conexiones del panel solar. 46 5.5 Conexión física de 2 paneles en Paralelo.
Capítulo 6 Tipos de sistemas fotovoltaicos 47 6.1 Sistema autónomo o aislado. 47 6.2 El controlador de carga solar 48 6.3 Baterías. 49 6.4 Tipos de conexiones de Baterías 51 6.4.1 Baterías en conexión serie 51 6.4.2 Baterías en conexión paralelo. 52 6.4.3 Baterías en conexión mixta (serie-paralelo). 53 Capítulo 7. El Inversor 53 7.1 características técnicas del inversor 54 7.2 I inversor de interconexión a la red eléctrica 55 Capítulo 8. Cables Eléctricos. 56 8.1 tabla de calibres de cables 56 8.2 Sistema de interconexión a la red eléctrica. 57 Capítulo 9. Dimensionamiento 58 Capítulo 10. Casos Prácticos Dimensionamiento 59 10.1 Caso 1. Casa habitación 59 10.2. Caso 2. El motor eléctrico 62 10.3 Caso 3: LA Empresa INVERCOM 66 Capítulo 11. Proceso para Instalación y Puesta en Operación de un Sistema Fotovoltaico. 68 Capítulo 12. Mantenimiento de los Sistemas Solares Fotovoltaicos. 74
12.1. Tipos de conectores para instalación de sistemas fotovoltaicos. 76 Conclusiones 77 GLOSARIO TÉCNICO 78
PRÓLOGO
Desde la década de los 60´s, las llamadas energías alternativas se han desarrollado
como una opción cada vez más importante y competitiva con relación a las llamadas
fuentes convencionales de energía. A partir de la década de los 70´s, cuando se dio
la llamada crisis mundial del petróleo, el interés por el desarrollo de las energías
renovables creció, en aplicaciones para casas, edificios y la industria. En forma aún
limitada para el uso dentro del llamado esquema de generación distribuida.
Existen muchas publicaciones relacionadas con la generación de energía en los
llamados parques o granjas de energía fotovoltaica desde el punto de vista de los
componentes y su utilidad. En este libro, se presenta un enfoque que abarca todo lo
relacionado con los principios de producción de energía eléctrica a partir de la energía
fotovoltaica, con una descripción de sus componentes, sus criterios de selección y
aplicación, pero haciendo énfasis en todo lo relacionado con las instalaciones
eléctricas que usan estas tecnologías en sus distintas variantes de aplicación,
particularmente, en baja tensión, y apegado a los criterios de las normas técnicas para
instalaciones eléctricas.
El propósito de este libro es llevar de la mano de una forma sencilla y practica a todos
los interesados en conocerla y aplicar esta tecnología. .
INTRODUCCIÓN
El desarrollo tecnológico requiere en gran medida de fuentes energéticas,
buscando métodos para poder generar energías eficientes, limpias y
renovables para el cuidado ambiental y las soluciones para este fin han
venido de la propia naturaleza.
El fuego, el carbón, el petróleo han transformado la forma de vida del
mundo. Esta gran evolución de la sociedad descubre recursos que
podrían ser utilizados a su favor. En el inicio de este dominio, el hombre
sólo atendía necesidades básicas. Más tarde, se desarrollaron nuevas
técnicas como la máquina de vapor, que fue un descubrimiento que marco
la llamada revolución industrial. Después se dio otro gran salto con el
descubrimiento del motor de combustión y con el uso de nuevas fuentes
de energía que se usan hasta la fecha, como es el caso del petróleo.
La era de emplear combustibles fósiles ha terminado, y la necesidad ha
impulsado la búsqueda, desarrollo y mejoramiento de tecnologías
alternativas en la generación de energía. La energía solar es la que se
emplea libremente y que proporciona el sol, para que a través de
dispositivos llamados paneles solares fotovoltaicos se puede llevar a una
aplicación práctica. La energía solar es una de las energías renovables,
también llamadas alternativas, que más se han desarrollado en estos
tiempos y con un gran futuro en innovaciones de desarrollo y aplicaciones.
Los paneles solares al captar la energía solar y transformarla en
electricidad abastecen las necesidades energéticas de viviendas,
empresas, escuelas, hospitales, barcos, aviones y en todo lugar donde s
e requiera energía eléctrica
El conocimiento de esta tecnología nos permite saber su funcionamiento,
el método apropiado y correcto para realizar una instalación eficiente y los
cálculos implicados para el diseño correcto de estos sistemas. De manera
que las necesidades de nuevas fuentes energéticas, y es donde los
paneles fotovoltaicos abre un gran mercado potencial económico para
todos aquellos interesados en conocerla.
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Capítulo 1.Conceptos básicos generales
La función que realizan los paneles fotovoltaicos es el captar la energía del sol (solar), y convertirla en energía utilizable (eléctrica). Podemos emplearla en un sin fin de aplicaciones donde tradicionalmente se utilizaban energías de origen fósil, viviendas, aviones, escuelas, comercios, oficinas, vehículos, entre otros.
Siempre manteniendo su fácil proceso de instalación para, suministrar energía eléctrica a donde se requiera.
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1.1 Funcionamiento del Panel
Para realizar la conversión de la energía solar en energía eléctrica los paneles solares poseen una estructura única, la cual los hace funcionar, y a continuación la veremos, así como los diversos tipos de paneles. Cuanto mayor sea la cantidad de paneles solares instalados más energía captaran del Sol por lo que más electricidad podrá generar.
La energía captada por los paneles solares también llamados módulos fotovoltaicos recibe el nombre de Energía Solar. La luz solar está compuesta por partículas energéticas llamadas fotones, los cuales transmiten su energía a los electrones del material semiconductor provocando su movimiento o circulación de electrones, lo cual se conoce como corriente eléctrica, generada por el panel solar, de esta forma se realiza la transformación de energía solar a energía eléctrica.
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Un módulo fotovoltaico está formado por celdas solares. Una celda solar es una pequeña placa que suele estar hecha de silicio cristalino del tipo “P” (positivo) y tipo “N” (negativo), que por su composición puede realizar la conversión de la luz solar, en electricidad, al igual que las plantas convierten la luz del Sol en su alimento. Entonces, un panel solar en realidad es una estructura compuesta de pequeñas celdas de silicio y estas son las encargadas de realizar la transformación energética. Una celda solar convierte una pequeña cantidad de la energía del Sol en electricidad por lo que, un panel solar convierte mucha más energía que una sola celda solar.
La unión de varias celdas solares conforma un panel solar (fotovoltaico)
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Estructura del panel solar o modulo fotovoltaico.
1.1.2 Tipos de paneles fotovoltaicos Un panel solar está formado por pequeñas celdas de silicio que produce un voltaje de 0.5 voltios, este es un voltaje muy pequeño y de gran dificultad para trabajar, así que para incrementarlo se requiere el conectar las pequeñas celdas en forma de serie, para poder así aumentar su voltaje al requerido para aplicaciones prácticas, las celdas se fabrican de diferentes tipos de silicio cristalino.
Monocristalino Policristalino Amorfo
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Paneles Monocristalino. Estos paneles son de silicio mono cristalino puro. En estos paneles, el silicio se encuentra en una única estructura de red cristalina continua prácticamente sin defectos ni impurezas. La ventaja principal que se encuentra en los paneles mono cristalinas es su alta eficiencia, que comúnmente es de alrededor del 15% hasta el 22%. La desventaja presente en paneles monocristalinos es que se requiere un complicado proceso de fabricación para producir silicio mono- cristalino, lo que se traduce en costos ligeramente superiores a los de otras tecnologías.
Paneles Policristalino. Los paneles policristalinos son producidos utilizando silicio monocristalino. En el proceso de fabricación, el silicio fundido se cuela en lingotes, que posteriormente se cortan en obleas muy delgadas y se ensamblan en células completas.
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Los paneles policristalinos son más baratos de producir que los paneles mono-cristalinos debido a que se requiere un proceso de fabricación más simple. Sin embargo, estas son un poco menos eficientes que los paneles fotovoltaicos mono cristalinos, con una eficiencia de alrededor del 12%.
Panel Amorfo. La diferencia más notable entre estas células y las anteriores es que en lugar de la estructura cristalina, las células de silicio amorfo están compuestas de átomos de silicio, en una capa homogénea delgada. Lo que conduce a células más delgadas, conocidas también como tecnología fotovoltaica de película delgada.
La mayor ventaja de estas células es que el silicio amorfo puede ser depositado sobre una amplia gama de objetos tanto rígidos como flexibles. Su desventaja es la baja eficiencia, que es del orden de 6%.