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CORPORACIN DE DESARROLLO TECNOLGICO
CMARA CHILENA DE LA CONSTRUCCIN
Curso de Sistemas Solares
Fotovoltaicos
Conectados a Red
08, 09, 11 y 12 de noviembre de 2011
Profesor:
- Srta. Tatiana Abarza Heller
Proyecto apoyado por:
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Curso de sistemas solares fotovoltaicos conectados a la red
SolarSchule Berlin
Bienvenidos!Nov. 2011, Curso de Sistemas Solares Fotovoltaicos T.Abarza: [email protected]
Bienvenidos!
1.1 Principios bsicos- Historia de la FV- Ejemplos de sistemas FV- Introduccin: radiacin solar
1.2 Clulas solares- Funcionamiento y estructura- Materiales y tecnologas para la produccin- Eficiencia- Factores que influyen en el rendimiento
1.3 Paneles solares- Caractersticas- Propiedades elctricas y fsicasp y- Efectos de sombreamiento- Conexin de clulas y paneles solares- Ejemplos para generadores solares
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j p p g- Certificados y garantias de paneles
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2.1 Inversores- Principios bsicos- Caractersticas de inversores- Diferentes tipos de inversores- Funciones opcionales- Diferentes conceptos de inversores- Criterios para el dimensionado
2.2 Aspectos de seguridad- Toma de conexin a tierra- Proteccin contra rayos- Dispositivos de proteccin- Conexin a la red
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3.1 Clculo de dimensionado- Para la instalacin de un sistema FV en el techo de un
edificio tpico en Chile
3 2 A li i d b i t3.2 Anlisis de sombreamiento- Ejemplo para un anlisis de sombreamiento en el sitio de
la instalacin del sistema FV
3.3 Introduccin- Puesta en marcha de una planta FV
M it- Monitoreo- Mantenimiento
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4.1 Medicin neta (net metering)- Definicin y parmetros- Ejemplos para el uso
4.2 Gestin de la carga- Ejemplos para el aprovechamiento tcnico de la energa
solar, adaptando el sistema a perfiles tpicos de carga
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Asociacin Federal DGS
Fundada en 1975 3.000 socios, 340 empresas asociadas
Representacin nacional (alemana) de la International Solar Energy Society, ISES
Revista especializada SONNENENERGIES i d l i i B d b d E b Socia de la asociacin Bundesverband Erneuerbare Energien (BEE)
DGS representa a las energas renovables en la Federacin Alemana de Asociaciones Tcnico-Cientficas, DVT.Otros Socios de la DVT son: DIN, VDI, VDE, VBI ...
Desde noviembre de 2005, la sociedad para la calidad de instalaciones solares Gtegemeinschaft Solarenergieanlagen e.V. ha sido incorporada g g poficialmente a la lista de smbolos de calidad del RAL e. V. Un pedido segn RAL GZ 966 garantiza la entrega de una instalacin solar que cumple con los mtodos recomendados en el sector y en forma jurdico vinculante
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recomendados en el sector y, en forma jurdico-vinculante, las reglas tcnicas reconocidas.
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DGS - Berlin Brandenburg e.V.
Asociacin nacional
Desde 1992, oficina en Berln con 20 empleados Proyectos internacionales: proyecto de la lancha solar
Turqua SolarSchool Taiwn Italia EtiopaTurqua, SolarSchool Taiwn, Italia, Etiopa, Academia China de Ciencias Colaboracin en diversos gremios y grupos de trabajo: normalizacin DKE-VDE, VDI, EEG, asesoramiento en materia de fondos solares
Gua Instalaciones
Compendio y obra de consulta del sector fotovoltaico Fundamientos de la generacin fotovoltaica y componentes Instalacin, montaje, planificacin
solares...
fotovoltaicas, j , p
Documentacin de capacitacin para formacin y perfeccionamiento
Gua Instalaciones
trmicas
Tambin disponible en ingls e italiano
trmicas solares
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reas de trabajo de la DGS
Serviciosindependientes
Dictmenes de rentabilidad Dictmenes tcnicos y consultora Apoyo para planificacionesp Apoyo para planificaciones Aceptacin de instalaciones Pronsticos de rentabilidad Monitoreo de instalaciones,
mantenimiento Desarrollo de proyectos Asesoramiento energtico Especialista DGS en fotovoltaica / trmica solar (4 / 3 das) Asesor (tcnico) solar fotovoltaica / solartermia (4 das) Seminarios de un da: p. ej. simulacin de instalaciones Capacitacin sobre energa renovables en todo el mundo
Escuela solar
Capacitacin sobre energa renovables en todo el mundo
www.dgs-berlin.de
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1.1 Principios bsicos- Historia de la FV
Ej l d i t FV- Ejemplos de sistemas FV- Introduccin: radiacin solar
1 2 Cl l l1.2 Clulas solares- Funcionamiento y estructura- Materiales y tecnologas para la produccin- Eficiencia- Factores que influyen en el rendimiento
1.3 Paneles solares- Caractersticas- Propiedades elctricas y fsicas- Efectos de sombreamiento- Conexin de clulas y paneles solares- Ejemplos para generadores solares
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- Certificados y garantas de paneles
Fotovoltaica - Historia y desarollo
La historia de la energa fotovoltaica comenz en el ao 1839, cuando el fsico f Al d Ed d B lfrancs Alexandre-Edmond Becquerel observ como primer cientfico el efecto fotovoltaico. Al irradiar dos electrodos de platino q e estaban en na sol cin fl aplatino, que estaban en una solucin, flua una corriente de electricidad. El efecto era muy pequeo y no tena importancia en ese tiempo pero no fue olvidadoese tiempo, pero no fue olvidado.
La primera persona que proporcion una explicacin para el efecto fotovoltaico y la naturaleza cuntica de la luz fue Albert Einstein, en su famosa obra de 1904. Por mucho tiempo este efecto permaneca un fenmeno fsico
l interesante sin implicaciones prcticas.
Una clula fotovoltaica utilizable recin pudo ser fabricada despus del desarollo de la tecnologa
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p gde los semiconductores.
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Fotovoltaica - las primeras clulas
La primera clula de silicio fue fabricada en l l b t i B lllos laboratorios Bell en Murray Hill, EE.UU, en 1954 por Chapin, Fuller y Pearson.
En aquel entonces Adolf Goetzberger (directorEn aquel entonces Adolf Goetzberger (director del instituto Fraunhofer ISE de 1981 hasta 1993 y presidente honorfico de la DGS) acompa el desarollo en los laboratorios Belldesarollo en los laboratorios Bell.
La clula ya tena un coeficiente de rendimiento del 6% el cual pudo serrendimiento del 6%, el cual pudo ser aumentado rpidamente al 10%. Poco tiempo despus tambin un laboratorio j d f b i l l d ili i
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japons pudo fabricar clulas de silicio.
La 1ra aplicacin solar aeroespacial
El cuarto satlite "Vanguard I" despeg en marzo del 1958 cmodespeg en marzo del 1958 cmo minisatlite accionado por energa solar. Con un peso de 1,5 kg y un dimetro de slo 16 cm pareca unadimetro de slo 16 cm pareca una mosca comparado con el Sputnik de ms de 80 kg - sin embargo una de ndole pertinazndole pertinaz. Vanguard I vivi 6 aos y piaba continuamente en la frequencia
fpreferencial de las dos naciones aeroespaciales de 108 MHz.Cada uno de los 6 paneles empleados estaba conformado por una clula con un coeficiente de rendimiento de 10,4 %. Los paneles abastecan una
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, pbatera de mercurio.
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1.1 Principios bsicos- Historia de la FV
Ej l d i t FV- Ejemplos de sistemas FV- Introduccin: radiacin solar
1 2 Cl l l1.2 Clulas solares- Funcionamiento y estructura- Materiales y tecnologas para la produccin- Eficiencia- Factores que influyen en el rendimiento
1.3 Paneles solares- Caractersticas- Propiedades elctricas y fsicas- Efectos de sombreamiento- Conexin de clulas y paneles solares- Ejemplos para generadores solares
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- Certificados y garantas de paneles
Sistemas fotovoltaicos
Instalaciones fotovoltaicas
Instalaciones de conexin a redInstalaciones aisladas
instalacionescon baterassin bateras conexin directa a
aplicaciones de t
instalacionesmixtas
con baterassin bateras
con turbina
conexin directa a red pblica
mediante redaparatos
aplicacionespequeas
elica
con sistema de cogeneracin
domstica conexina red pblica
con circuito de corriente alterna
sin circuito de
con grupo Diesel
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sin circuito de corriente alterna
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Ejemplos para aplicaciones Instalaciones aisladas
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Ejemplos para aplicaciones
Espumador solar
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Cargador Lmpara solar
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Esquema de una instalacin aislada
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Ejemplos para instalaciones
Instalaciones con conexin directa a la red pblica
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Sistema fotovoltaico conectado a red
(1) Generador fotovoltaico : ( )paneles solares conectados en serie en paralelo y sistema de montaje
(2) Caja de distribucin CC (con dispositivos de proteccin)
(3) Cableado CC(3) Cableado CC(4) Interruptor principal CC(5) inversor(6) C bl d CA(6) Cableado CA(7) armario distribuidor con
distribucin del circuito l i d d delctrico, contadores de entrada
y salida de energa y conexin a la red domstica
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1.1 Principios bsicos- Historia de la FV
Ej l d i t FV- Ejemplos de sistemas FV- Introduccin: radiacin solar
1 2 Cl l l1.2 Clulas solares- Funcionamiento y estructura- Materiales y tecnologas para la produccin- Eficiencia- Factores que influyen en el rendimiento
1.3 Paneles solares- Caractersticas- Propiedades elctricas y fsicas- Efectos de sombreamiento- Conexin de clulas y paneles solares- Ejemplos para generadores solares
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- Certificados y garantias de paneles
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El sol: fuente energtica
Constante solar:
G0 = 1.367 +/- 2 W/m
Debido a la elipse sol-tierra, la irradiacin flucta un poco a travs del ao:a travs del ao:
G = 1.325 hasta 1.420 W/m
2011 va a ser un ao con una constante solar alta.
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Irradiacin solar global
Irradiacin anual en superficie horizontal p
en kWh/m
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Irradiacin en Chile y Alemania
Irradiacin global en AlemaniaIrradiacin global en Chile
clasificacin por regiones
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Irradiacin en Chile
kWh/m*da
Kilmetros
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Fluctuacin de la irradiacin solar
2003 2009: +9,8% sobre el promedio de largo plazo
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Fuente: DGS, DWD, FU BerlinIrradiacin global en Berln de 1961 hasta 2009
rbita de la tierra alrededor del sol
Hemisferio norte: primaveraHemisferio sur: otoo
Hemisferio norte: veranoHemisferio sur: invierno
Hemisferio norte: inviernoHemisferio sur: verano
rbita de la tierra
Hemisferio norte: otoo
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Hemisferio norte: otooHemisferio sur: primavera
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Carrera del sol a lo largo de las estaciones
Altura del sol al medioda en el transcurso del ao (52S)
Solsticio de verano
Equinoccio
Solsticio de inviernoOS
E
N
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E
Geometra solar
Acimut del sols Acimut del sol s Altura del sol Acimut del sol Inclinacin del mdulo
Generador FV
8Sur 180Este -90
Oeste +90Norte 0
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Esquema: Interaccin con componentes atmosfricos
G Radiacin global [kWh/(m*d)]
Gdif Radiacin difusa[kWh/(m*d)]
Gdir Radiacin directa[kWh/(m*d)]
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Influencia de la nubosidad en la radiacin global
Irradiacin [W/m]
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Influencia de la nubosidad en la radiacin global
Irradiacin de un da sin nubes en Sevilla (37N), Espaa
]a c
i n
[ W/ m
I rr a
d ia
Irradiacin global Irradiacin difusa Irradiacin directa
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Irradiacin global horizontal
Irradiacin difusa horizontal
Irradiacin directa normal
Influencia de la nubosidad en la radiacin global
Irradiacin de un da con nubes en Sevilla (37N), Espaa
]a c
i n
[ W/ m
I rr a
d ia
Irradiacin global Irradiacin difusa Irradiacin directa
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Irradiacin global horizontal
Irradiacin difusa horizontal
Irradiacin directa normal
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Altura solar y valor de la masa de aire AM
Altura del sol al medioda en Berln en el transcurso del ao
(Espacio)
Norte | Sur
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Altura solar y valor de la masa de aire AM
Altura del sol al medioda en diferentes ciudades en el mundoen el transcurso del ao
altura solar equivalentea Puerto Montt
altura solar equivalentea Choapa
l l i laltura solar equivalentea Santiago
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Espectro solar extraterrestre y en la tierra
Espectro solar extraterrstre (AM = 0) y con una altura solar de 41,8 (AM = 1,5)
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Variaciones en el espectro solar
Con tiempo nublado:
Desplazamiento Nubosidad subephacia el azul
En el amanecer yAM sube
En el amanecer y en el atardecer:
Desplazamiento haciaDesplazamiento hacia el rojo
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Irradiacin en superficies inclinadas
norteoeste este sursur
n e n
i n
c li n
a ci
ng u
l o d
e
Valores de la irradiacin global anual [kWh/m] en una superficie inclinada, l l d S d (33S i il S ti 1754 kWh/ )
ngulo del acimut en
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calculados para Sydney (33S; similar a Santiago: 1754 kWh/m).
Irradiacin en superficies inclinadas
Santiago (3325S,7033W): 1754 kWh/m*a (Meteonorm V. 6.1)
Calama (2227S,6855W): 2436 kWh/m*a (Meteonorm V. 6.1)
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Potencia reflectora del suelo
Tipo de suelo Albedo Tipo de suelo Albedo
Hierba (julio/ agosto) 0,25 Asfalto 0,15
Csped 0,18...0,23 Bosques 0,05...0,18
Hierba seca 0,28...0,32 Brezal/ arena 0,10...0,25
Campo sin cultivar 0,26 Superficie de agua ( s >45) 0,05Suelo 0,17 Superficie de agua ( s >30) 0,08Grava 0,18 Superficie de agua ( s >20) 0,12Hormign limpio 0,30 Superficie de agua ( s >10) 0,22Hormign descompuesto 0,20 Capa de nieve fresca 0,80...0,90Hormign descompuesto 0,20 Capa de nieve fresca 0,80...0,90
Cemento limpio 0,55 Capa de nieve vieja 0,45...0,70
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Valores de Albedo tpicos en funcin del tipo de suelo
Mtodos de medida de la radiacin solar
Piranmetro [Kipp&Zonen]
S f t lt iSensores fotovoltaicos[Sensol de la empresa IKS] Medidor de radiacin solar
[MacSolar de la empresa Solarc]
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Seminario - Da 1
1.1 Principios bsicos- Historia de la FV
Ej l d i t FV- Ejemplos de sistemas FV- Introduccin: radiacin solar
1 2 Cl l l1.2 Clulas solares- Funcionamiento y estructura- Materiales y tecnologas para la produccin- Eficiencia- Factores que influyen en el rendimiento
1.3 Paneles solares- Caractersticas- Propiedades elctricas y fsicas- Efectos de sombreamiento- Conexin de clulas y paneles solares- Ejemplos para generadores solares
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- Certificados y garantias de paneles
Fotovoltaica - raz de la palabra
SOLSOLFotovoltaica corriente del SOLSOL
FotoFotogriego: luz
VoltVoltunidad SI de la corriente elctrica(Alessandro Volta, fsico italiano, 1745 1827)
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Silicio: estructura del cristal
Silicio: estructura del cristal y conduccin intrnseca
electrn de valencia
hueco enlace
electrn
tomo de silicio
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Estructura cristalina de semiconductores tipo p y tipo n
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Zona de carga de espacio en una unin tipo pn
Distribucin de electrones y huecos en una unin tipo pn
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Construccin y funcin de una clula fotovoltaica
c separacin de cargas e energa del fotn no usadad recombinacin f reflexin y sombreado debido a contactos frontales
luz solar luz solar
electrodo
silicio con dopaje tipo n
negativo
dopaje tipo n
silicio con
capa lmiteelectrodo positivo
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silicio con dopaje tipo p
positivo
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Seminario - Da 1
1.1 Principios bsicos- Historia de la FV
Ej l d i t FV- Ejemplos de sistemas FV- Introduccin: radiacin solar
1 2 Cl l l1.2 Clulas solares- Funcionamiento y estructura- Materiales y tecnologas para la produccin- Eficiencia- Factores que influyen en el rendimiento
1.3 Paneles solares- Caractersticas- Propiedades elctricas y fsicas- Efectos de sombreamiento- Conexin de clulas y paneles solares- Ejemplos para generadores solares
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- Certificados y garantas de paneles
Visin general sobre clulas solares
Tipos de clulas
Clulas cristalinas
Clulas de silicioClulas de silicio
Clulas de capa fina
Clulas de silicio
Clulas de estructura nano
Clulas CIS deClulas de silicio policristalinas
Clulas EFG
Clulas de silicio monocristalinas
Clulas de silicioestndar - dopaje p
Clulas de silicio de capa fina (micromorfas)
Clulas de silicio amorfas
Clulas CIS de estructura nano
Clulas polimricas
Clulas de contacto posterior
p j p
Clulas de altorendimiento - dopaje n
p ( )
Clulas CIS Cu(In,Ga)Se2Clulas de materia
colorante
Clulas de
Clulas de contacto posterior
Clulas esferas
Clulas CIS de franjasClulas CIS de esferasClulas CuInS2
Clulas de telururo de Clulas de contacto
Clulas de contacto
Clulas esferas
Clulas de franjas(sliver cells)
cadmio (CdTe)
Clulas concentradoras
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Clulas hibrdas (HIT)
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Visin general sobre clulas solares
Diferentes clulas
Diferentes clulas de capa fina:
de silicio cristalinas
CIS (arriba)
silicio amorfo (centro)
CdTe (abajo)
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Clulas de silicio monocristalinas
Eficiencia: 15 -18%Forma: redonda, semi-cuadrada, cuadradaForma: redonda, semi cuadrada, cuadradaTamao en cm x cm: d=10; 12,5; 15; mayormente (10x10) cm (12,5x12,5) cm Grosor: de 0,14 hasta 0,3 mmEstructura: homognea C l l h t
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Color: azul oscuro hasta negro
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Clulas de silicio policristalinas
Obleas (wafer) .. ... con AR ... con AR y contactos
Eficiencia: 13 -16%F d d i d d d dForma: redonda, semi-cuadrada, cuadradaTamao : d=10; 12,5; 15; 20 cm; mayormente (12,5x12,5); (15,6x15,6); (20x20) cmGrosor: de 0,14 bis 0,3 mmEstructura: de flor de escarcha
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Estructura: de flor de escarchaColor: azul (con AR), gris plata (sin AR)
Clulas de banda de silicioProceso de cadena Ribbon
Eficiencia: 13 -14%Forma: rectangular gTamao : 8 x 15 cmGrosor: aprox. 0,3 mmEstructura: ligeramente homognea,
desigualdesigual Color: azul oscuroFabricantes: Sovello, Evergreen Solar
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Tratamiento antireflejante
La capa de grosor determina el
verde: 11,8% dorado: 12,0%
comportamiento del fenmeno de reflexin y el colory e co o
sin AR: 13,2%marrn: 12,5% violeta: 13,2%
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Clulas de capa fina
Comparacin del grosor de las clulas, el consumo de material y el gasto de energa para l d d l l d l d f ( d ) l l l (d h )
Grosor en m Material semiconductoren kg/kWp
Consumo de energa primariaen MWh/kWp
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la produccin de clulas de silicio de capa fina (izquierda) y clulas cristalinas (derecha)
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Clulas de silicio amorfas
luz
vidrio
silicio cristalino amorfo
capa del reflector
contacto posterior
Eficiencia del panel: 4 hasta 6 %
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Eficiencia del panel: 4 hasta 6 %
Pila de clulas amorfas
clulas de triple uninFabricante: UniSolar (USA)Eficiencia del panel:Eficiencia del panel:
5 hasta 7 %
Sensibilidad de una clula amorfauna clula amorfa
de triple unin y de sus clulas
individualesindividuales superpuestas
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Clulas de cobre, indio y selenio (CIS)
luzluz
contactocontacto
vidriovidrio
Eficiencia del panel: 9 hasta 12%
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Eficiencia del panel: 9 hasta 12%
Nuevas tecnologas para clulas de cobre, indio y selenio
Clulas de cobre-indio-bisulfuroSulfurcell, Berln
Clulas CIS de franjasOdersun AG Frankfurt (Oder)Odersun AG, Frankfurt (Oder)
Clulas de esferas CISScheutenSolar, Pases Bajos
Clulas CIS de folios metlicosDaystar, USA y GlobalSolar, USA y D Clulas CIS de estructura nano
l
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NanoSolar, USA y D
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Clulas de telururo de cadmio (CdTe)
luz
vidrio
contacto
Eficiencia del panel: 9 hasta 11%
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Sistemas de focalizacin de luz solar
Clulas de material semiconductor III-V
Principio de la tecnologa de concentracin de Isofoton
lente primario
l l l
clula solar
paneles con clulas concentradorasIsofoton, Espaa
lente secundario
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Eficiencia del panel: hasta 28%
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Nuevos conceptos: clulas de materia colorante
radiacin
vidrio
con materia colorante
colorante rojo
electrolito
platina
vidrio
j
Primer panel comercial de una produccin de pequea envergadura
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STA, Australia
Nuevos conceptos: clulas orgnicas
luzluz
nodo
polmero
- suministrador de electrones
fullerenos (molculas esfricas de carbono)
- capturador de electrones
ctodomezcla de polmeros y fullerenos
Aplicaciones comerciales de clulas solares orgnicas ejemplo: Konarka
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solares orgnicas, ejemplo: Konarka
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Seminario - Da 1
1.1 Principios bsicos- Historia de la FV
Ej l d i t FV- Ejemplos de sistemas FV- Introduccin: radiacin solar
1 2 Cl l l1.2 Clulas solares- Funcionamiento y estructura- Materiales y tecnologas para la produccin- Eficiencia- Factores que influyen en el rendimiento
1.3 Paneles solares- Caractersticas- Propiedades elctricas y fsicas- Efectos de sombreamiento- Conexin de clulas y paneles solares- Ejemplos para generadores solares
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- Certificados y garantas de paneles
Comparacin de clulas solares
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Comparacin de clulas solaresMaterial de las clulas solares Eficiencia de la clula
(laboratorio)Eficiencia de la clula
(produccin)Eficiencia del panel
(fabricacin en serie)
Pilas de clulas (semiconductores II-IV) con concentradores
42,8 % * 36,0 % 28,0 %con concentradores
Clulas de contacto posterior (mono-Si) 25,0 % 22,4 % 20,0 %
Clulas de contacto posterior (poli Si) 18,5 % 17,5 % 16,6 %
Clulas de silicio monocristalino 22,7 % 18,8 % 16,0 %
Clulas hbridas de silicio (HIT) 23,0 % 20,0 % 17,4 %
Clulas de silicio polycristalinas 20,3 % 17,1 % 16,0 %
Clulas de silicio de franjas 19,7 % 14,0 % 13,1 %
Clulas CIS 19,9 % 14,0 % 12,3 %
Clulas CdTe 16,5 % 11,0 % 11,0 %
Clulas de silicio microcristalinas 15,2 % 13,0 % 7,6 %
l lClulas CIS nano 14,0 % 12,0 % 10,0 %
Clulas de silicio amorfo ** 13,2 % 10,5 % 7,5 %
Clulas de silicio micromorfo ** 13,0 % 12,5 % 11,2 %
Clulas de materia colorante 12,0 % 7 % 5 % ***Clulas de materia colorante 12,0 % 7 % 5 %
Clulas orgnicas 6,5 % - -
Clulas polimricas 7,9 % 5 % 1,7 %
* En estado estabilizado ** Medido bajo insolacin concentrada *** produccin de pequea envergadura
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En estado estabilizado Medido bajo insolacin concentrada produccin de pequea envergadura
[fuentes: Fraunhofer ISE, Uni Stuttgart, NREL, 26th IEEE PVSC]
Comparacin de clulas solares
Instalacin FV de 1 kWp de diferentes tecnologas: policristalino monocristalino CIS silicio amorfo CdTepolicristalino, monocristalino, CIS, silicio amorfo, CdTe (de izquierda a derecha)
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-
Seminario - Da 1
1.1 Principios bsicos- Historia de la FV
Ej l d i t FV- Ejemplos de sistemas FV- Introduccin: radiacin solar
1 2 Cl l l1.2 Clulas solares- Funcionamiento y estructura- Materiales y tecnologas para la produccin- Eficiencia- Factores que influyen en el rendimiento
1.3 Paneles solares- Caractersticas- Propiedades elctricas y fsicas- Efectos de sombreamiento- Conexin de clulas y paneles solares- Ejemplos para generadores solares
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- Certificados y garantas de paneles
Factores que influyen en el rendimiento
inclinacin y
tolerancia en la potenciatecnologa de
las clulas
sitio de la instalacin FV
modo de montaje de los paneles
eficiencia del
condiciones climticas
orientacinlas clulas
sombreadoeficiencia del
inversor
ensuciamientoconcepto del
inversor
sitio de
ensuciamiento de los paneles
sitio de instalacin del
inversor
frecuencia de lid d d l
dimensionamiento
frecuencia de fallos
perdidas por cableado otras perdidas CC
calidad de la instalacin
envejecimiento de los t
envejecimiento de los componentes
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mantenimientootras perdidas CC componentes
p
-
Factores que influyen en el rendimiento
Ejemplo para Santiago
Eid l = 1754 kWh
Sombreamiento
Ensuciamiento
Eideal = 1754 kWh
Eideal = 1710 kWh
Eideal = 1676 kWh
Potencia reflectora del suelo
Desviacin espectral de AM 1,5
Eideal = 1609 kWh
Eideal = 1585 kWh
Disminucin del rendimiento del panel a causa de desviacin de STC
Prdidas por desajuste (mismatch) y por tolerancia respecto a valores nominales Eideal = 1558 kWh
Eideal = 1464 kWh
Prdidas por cableado CC
Prdidas en el seguidor PMP y por no alcanzar el rango PMP
Eideal = 1454 kWh
Eideal = 1432 kWh
Prdidas por cableado AC
Prdidas de conversin en el inversor Eideal = 1361 kWh
Ereal = 1354 kWh
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Factores que influyen en el rendimiento
Ratio de produccin PR ejemplo para un clculo
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-
1.1 Principios bsicos- Historia de la FV
Ej l d i t FV- Ejemplos de sistemas FV- Introduccin: radiacin solar
1 2 Cl l l1.2 Clulas solares- Funcionamiento y estructura- Materiales y tecnologas para la produccin- Eficiencia- Factores que influyen en el rendimiento
1.3 Paneles solares- Caractersticas- Propiedades elctricas y fsicas- Efectos de sombreamiento- Conexin de clulas y paneles solares- Ejemplos para generadores solares
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- Certificados y garantas de paneles
Curvas caractersticas corriente-tensin y tensin-potencia de una clula de silicio
Curva caracterstica corriente-tensin (linea azul) y tensin-potencia (linea roja) d l d 36 l l ide un panel estndar con 36 clulas en serie
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-
Caractersticas especficas de clulas solares
Parmetro Smbolo Unidad Descripcin
Potencia PMP PPMP Wp Potencia mxima bajo condiciones estndar de prueba (STC)
Rendimiento % Relacin entre la potencia elctricad id l i di i i id tproducida y la irradiacin incidente
Factor de forma FF % Medida para la calidad elctrica
Tensin PMP U V Tensin de la clula en el punto de mximaTensin PMP UPMP V Tensin de la clula en el punto de mximapotencia (PMP)
Tensin en circuito abierto
UCA V Tensin entre polos de la clula concircuito abierto (conexiones abiertas)circuito abierto circuito abierto (conexiones abiertas)
Corriente PMP IPMP A Corriente de la clula en el punto de mximapotencia (PMP)
Corriente de cortocircuito
ICC A Corriente que suministra una clula cuandoambas conexiones estn conectadas directamente
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1.1 Principios bsicos- Historia de la FV
Ej l d i t FV- Ejemplos de sistemas FV- Introduccin: radiacin solar
1 2 Cl l l1.2 Clulas solares- Funcionamiento y estructura- Materiales y tecnologas para la produccin- Eficiencia- Factores que influyen en el rendimiento
1.3 Paneles solares- Caractersticas- Propiedades elctricas y fsicas- Efectos de sombreamiento- Conexin de clulas y paneles solares- Ejemplos para generadores solares
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- Certificados y garantas de paneles
-
Propiedades elctricas y fsicas de clulas solares
Dependencia de UOC e ISC de la irradiacin
I di i [W/ ]
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Irradiacin [W/m]
Propiedades elctricas y fsicas de clulas solares
Factor de forma de clulas solares
l a e
n A
e d e
l a c
lu l
C or r
i en t
e
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Tensin de la clula en V
-
Propiedades elctricas y fsicas de clulas solares
Conexin de paneles en serie
t e [
A ]C o
r ri e
n t
Utotal = U1 + U2 + U3 + ... + UnI I I I constante
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Itotal = I1 = I2 = I3 = constante
Propiedades elctricas y fsicas de clulas solares
Conexin de paneles en paralelo
C or r
i en t
e [ A
]C
Itotal = I1 + I2 + I3 + ... + InU U U U constante
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Utotal = U1 = U2 = U3 = constante
-
Propiedades elctricas y fsicas de clulas solares
Dependencia de las curvas caractersticas de paneles de la irradiacin
[ A]
C or r
i en t
e [
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Propiedades elctricas y fsicas de clulas solares
Curvas caractersticas de paneles en diferentes temperaturas
E = 1000 W/m
A ]C o
r ri e
n te
[ A
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-
Propiedades elctricas y fsicas de clulas solares
Potencia de los paneles en diferentes temperaturas
E = 1000 W/m[ A
]C o
r ri e
n te
[
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Propiedades elctricas y fsicas de clulas solares
Depencia de paneles de silicio cristalino de la temperatura
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-
Propiedades elctricas y fsicas de clulas solares
Comparacin: corriente en una clula de silicio cristalina y una amorfa
Irradiacin: 1000 W / mTemperatura: 28C
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Superficie de la clula: 5 cm x 5 cmp
Propiedades elctricas y fsicas de clulas solares
n te
[ A]
C or r
i en
Tensin del panel [V]
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Tensin del panel [V]
-
Propiedades elctricas y fsicas de clulas solares
u lo
e rn o
de l
m d
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t i vo
e xt e
e r e
n di m
i en t
oG
r ad o
de
Irradiacin en W/m
triple amorfo CdTe CIS
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oblea cristalina - mdulo estndar oblea cristalina - mdulo mejorado
Propiedades elctricas y fsicas de clulas solares
Sensibilidad espectral en distintos tipos de clulas solares
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-
Propiedades elctricas y fsicas de clulas solares
c ir c
u it o
en
%
Clulas amorfas tandem (a-Si/a-Ge)
Clulas micromorfas (a-Si/-Si)
Clulas microcristalinas (CSG) r ri e
n te
c or t
o c
( )
CdTe
CIGS
Clulas policristalinas (poli c-Si) a ti v
a d e
l a c
o rClulas policristalinas (poli c-Si)
C. corroidas por cido (Sg poli c-Si)
Clulas monocristalinas (mono c-Si)
e sv i
a ci
n r e
l aG
d e
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Espectro visibleIrradiacin directa
Espectro visibleIrradiacin difusa
Disminucin de la produccin energtica en funcin del tipo de montaje
Diferencia de temperatura entre el ambiente y el panel solar
Incremento de temperatura Disminucin energtica
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Incremento de temperatura Disminucin energtica
-
1.1 Principios bsicos- Historia de la FV
Ej l d i t FV- Ejemplos de sistemas FV- Introduccin: radiacin solar
1 2 Cl l l1.2 Clulas solares- Funcionamiento y estructura- Materiales y tecnologas para la produccin- Eficiencia- Factores que influyen en el rendimiento
1.3 Paneles solares- Caractersticas- Propiedades elctricas y fsicas- Efectos de sombreamiento- Conexin de clulas y paneles solares- Ejemplos para generadores solares
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- Certificados y garantas de paneles
Efecto del punto caliente (hot spot) por calentamiento excesivo en las clulas
Efecto del punto caliente: l t i t i
Solucin: diodos de derivacin
calentamiento excesivo en las clulas que puedellegar a daarlas
Z36Z1 Z2 Z17 Z20Z19Z18 Z35
Z36Z1 Z2 Z17 Z20Z19Z18 Z35Wrme Z36Z1 Z2 Z17 Z20Z19Z18 Z35
Z36Z1 Z2 Z17 Z20Z19Z18 Z35
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-
Efectos de sombreamiento - con y sin diodos de derivacin
Panel con dos diodos de derivacin ( bypass)
y
derivacin (bypass )
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Efectos de sombreamiento - con y sin diodos de derivacin
Panel con tres diodos de derivacin ( bypass)
y
derivacin (bypass )
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-
Efectos de sombreamiento - comparacin de paneles de capa fina y cristalinosp p y
Comparacin del tipo de comportamiento de paneles de silicio de capa fina y cristalinos
Planificacin de una instalacin
de capa fina y cristalinos
Planificacin de una instalacin FV considerando una situacin
de sombreamiento de paneles de capa fina
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p p
Efectos de sombreamiento - transversal y longitudinal
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-
Efectos de sombreamiento - dependencia de la temperatura
Dependencia de la temperatura de paneles amorfosp
Baja sensibilidad de temperatura sobre todo en los paneles a-Si y CdTe
en paneles CdTeen paneles CIS
en paneles CdTe
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Efectos de sombreamiento - dependencia de la irradiacin y de la temperatura
paneles CdTe (First Solar)
e n A
C
o rr i
e nt e
e
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Tensin del panel en V
-
Efectos de sombreamiento - coeficiente de variacin con la temperatura
t en c
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%/ K
n ci a
%/ K
c i n
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l a p
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u lo
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mp e
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C oe f
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c on
l a t h
hh Irradiacin en W/m
Temperatura en C
Irradiacin en W/mTemperatura en C
C oe f
i ci e
n tc o
n l a
te m
Mdulo de silicio policristalinoMdulo de silicio tandem amorfo (a-Si)
h/
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Efectos de sombreamiento - coeficiente de variacin con la temperatura
Paneles Paneles Paneles Paneles Paneles PanelesPanelesc-Si
Panelesa-Si
Panelesmicro-si
PanelesCIS
PanelesCdTe
PanelesCSG
Factor de forma 0,75 a 0,85 0,56 a 0,66 0,60 a 0,70 0,64 a 0,75 0,47 a 0,70 0,62
Coeficiente de variacin con la temperatura del mdulo en %/K
para la tensin de circuito abierto
-0,30 a -0,55 -0,28 a -0,50 -0,27 a -0,37 -0,26 a -0,5 -0,20 a -0,43 -0,47circuito abierto
Para la corrientecortocircuito
0,02 a 0,08 0,06 a 0,1 0,05 a 0,07 0,05 a 0,1 0,02 a 0,04 0,14
Para la potenciaPara la potenciaPMP (STC)
-0,37 a -0,52 -0,1 a -0,29 -0,24 a -0,43 -0,35 a -0,4 -0,25 a -0,36 -0,58
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-
1.1 Principios bsicos- Historia de la FV
Ej l d i t FV- Ejemplos de sistemas FV- Introduccin: radiacin solar
1 2 Cl l l1.2 Clulas solares- Funcionamiento y estructura- Materiales y tecnologas para la produccin- Eficiencia- Factores que influyen en el rendimiento
1.3 Paneles solares- caractersticas- Propiedades elctricas y fsicas- Efectos de sombreamiento- Conexin de clulas y paneles solares- Ejemplos para generadores solares
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- Certificados y garantas de paneles
Conexin de clulas y paneles solares
(1) Soldadura de clulas(cadena de clulas): mayormente de 36 hasta 72 clulas en fila y varias filas en paralelofilas en paralelo
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-
Conexin de clulas y paneles solares
(2) Encapsulacin de las cadenas de clulas (entre el vidrio frontal y folio/vidrio posterior)
Material de interconexin en mdulos estndar: EVA (etileno acetato de vinilo)otros materiales de encapsulacin: PVB (sobre todo en paneles de capa fina), recina colada, polmeros termoplsticos, PTFE (Tefln), silicona
(3) Marco (opcional) Marco de aluminioSello
Vidrio EVA
Clulas
Lmina
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Lmina
Conexin de clulas y paneles solares
Control: medicin con flashermedicin de las caractersticas elctricas del panelelctricas del panel
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-
Conexin de paneles solares de capa fina
Cadena de clulas: conexin de filas de clulas integrada en el proceso de laminacin
Capa de clula solar
Contacto TCO
Flujo de corriente
L i i d l l t
Contacto posterior de capa metlica
Substrato
Laminacin del panel mayormente con una segunda capa de vidrio o encapsulamiento en tefln (paneles sin vidrio son posibles)
i l t iconexin elctricamarco (opcional) mdulos fotovoltaicos en forma de lmina
impermeabilizante (con clulas amorfas)
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Tipos de paneles solares
paneles especialesPaneles estndar
isin marco
con marco
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-
Reflectividad de paneles solares
100% irradiacin solar 100% irradiacin solar 100% irradiacin solar
4% reflexin 1,5% reflexin4% reflexin 4% reflexin 1,5% reflexin4% reflexin
7% absorcin 4% reflexin 1% absorcin 1% absorcin4% reflexin 1,5% reflexin
85% transmitancia 96% transmitancia
Vidrio flotado Vidrio solar estndar
Vidrio antireflejo
91% transmitancia
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1.1 Principios bsicos- Historia de la FV
Ej l d i t FV- Ejemplos de sistemas FV- Introduccin: radiacin solar
1 2 Cl l l1.2 Clulas solares- Funcionamiento y estructura- Materiales y tecnologas para la produccin- Eficiencia- Factores que influyen en el rendimiento
1.3 Paneles solares- Caractersticas- Propiedades elctricas y fsicas- Efectos de sombreamiento- Conexin de clulas y paneles solares- ejemplos para generadores solares
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- Certificados y garantas de paneles
-
Conexin en generadores solares
Generador FV = todos los paneles interconectados depaneles interconectados de una instalacin FV
Paneles conectados en serie f d ( t i )forman una cadena (string).
Varias cadenas iguales pueden ser interconectadas en Nmero de paneles interconectados en serieparalelo.
t e e
n A
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3 ICC
Co r
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e p a
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I
2 ICC
N
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o d e
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r co n
e c
UCA 2 UCA 3 UCA
ICC
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Tensin en V
Ejemplos para generadores solares
Opcin de diseo: paneles especiales semitransparentes
Estacin de tren Lehrter Bahnhof [paneles: Scheuten Solar]
Paneles semitransparentes de vidrio i l t (ASI) l i id d t i
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aislante (ASI) en la universidad tcnica Trier-Birkenfeld.[paneles: RWESolar]
-
Ejemplos para generadores solares
Paneles de vidrio doble
Paneles de vidrio y folio (monocristalino) con contactos negros y folio de tedlar y polyester negro como material para el lado posterior. Instalados en el techo de una iglesia bajo proteccin del patrimonio nacional en Riethnordhausen cerca de Erfurt [paneles:
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bajo proteccin del patrimonio nacional en Riethnordhausen, cerca de Erfurt [paneles: Solarwatt]
Ejemplos para generadores solares
Estructura de paneles de vidrio de aislacin
G]
Sello
o to :
So l
o n A
G[ F
Panel de vidrio de aislacin con lminas fotovoltaicas amorfas en el espacio entre los vidrios (y con lminas de id i d ili i f ) l l d ili i
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vidrio con una capa de silicio amorfo) y clulas de silicio cristalinas
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Ejemplos para generadores solares
Paneles especiales para aplicaciones en la fachadaPaneles especiales para aplicaciones en la fachada
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Ejemplos para generadores solares
Ejemplos: Parques solares en Alemania
Parque solar en FinowParque solar en FinowPotencia instalada: 25 MWpPaneles: Suntech Power STP270
(orientacin sur, 30)( , )Electricidad generada: approx. 23,5 GWh/aConcepto del inversor: SMA, Sunny Central y Sunny Mini Central, I i Ni l lt t iInyeccin : Nivel alta tensin
Puesta en marcha: junio 2010
Parque solar en Tegel, BerlnPotencia instalada: 367 kWpPaneles: First Solar (orientacin sur, 30)Electricidad generada: approx. 350 MWh/aConcepto del inversor: SMA SMC 8000 TLConcepto del inversor: SMA, SMC 8000 TL, decentralInyeccin : Nivel media tensinPuesta en marcha: julio 2009
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-
Ejemplos para generadores solares
Parada de bus con paneles doblados de vidrio acrlico
S un o
v at i o
n ][ B
i l d:
n ]
Panel de vidrio doble en forma de arco (recina colada); se sostiene por
: S a
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ancla con tirante
[ Bi l d
Ejemplos para generadores solares
Paneles especficos: tejas solaresPaneles especficos: tejas solares
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1.1 Principios bsicos- Historia de la FV
Ej l d i t FV- Ejemplos de sistemas FV- Introduccin: radiacin solar
1 2 Cl l l1.2 Clulas solares- Funcionamiento y estructura- Materiales y tecnologas para la produccin- Eficiencia- Factores que influyen en el rendimiento
1.3 Paneles solares- Caractersticas- Propiedades elctricas y fsicas- Efectos de sombreamiento- Conexin de clulas y paneles solares- Ejemplos para generadores solares
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- Certificados y garantas de paneles
Homologacin y certificados de paneles
IEC 61215: paneles de silicio cristalinosIEC 61646: paneles de capa fina
Test de potencia de un panel con un simulador solar a base de lmparas Xenon [Asociacin delmparas Xenon [Asociacin de inspeccin tcnica TV Rheinland]
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Certificacin: test de paneles y clulas
Test para el grado de proteccin II (SKL II) Para la proteccin de personas contra electrocucin durante el tiempo
completo de duracin de los paneles
Estndards de seguridad y marca CE
completo de duracin de los paneles Aislacin doble reforzada
ley alemana de seguridad de productos (GPSG)el fabricante importador es responsable por daos causados por el producto
Directiva europea para baja tensin (EU-Niederspannungsrichtlinie)bli i i t l i d 75 1500 V t i i l CCobligacin para instalaciones de 75 a 1500 V tensin nominal CC
Estndards de seguridad para paneles FV (IEC 61730/ EN 61730)Base para el test de marca CE, contiene el test para la clase de proteccin II di isin de los paneles en t es clases de seg idaddivisin de los paneles en tres clases de seguridad:Clase A: aplicaciones en edificios (de acceso pblico);
sistemas > 50 V tensin continua 240 W panel: clase de proteccin elctrica IIpanel: clase de proteccin elctrica II
Clase B: aplicaciones de plantas solares (sin acceso pblico)construccin protegida, grado de proteccin 0
Clase C: aplicaciones de voltaje muy bajo (protective extra low voltage)
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Clase C: aplicaciones de voltaje muy bajo (protective extra low voltage) < 50 V 240 W; panel: clase de proteccin elctrica III
Garantas de producto
Garanta de productopara las propiedades del producto aseguradas al cliente por un lapso depara las propiedades del producto aseguradas al cliente, por un lapso de tiempo de 2 aos (por ley), algunos fabricantes confieren una garanta de hasta 5 aos (voluntariamente)
Garanta de funcionamiento: mayormente 10 12 aos por el 90 % de la potencia y/ 20 hasta 25 aos por el 80 % de la potenciay/ 20 hasta 25 aos por el 80 % de la potencia
Atencin: la garanta se refiere a la potencia nominal a la potencia mnima?(ejemplo: con una tolerancia de la potencia de +/- 10 % y una precisin (eje p o co u a to e a c a de a pote c a de / 0 % y u a p ec s de medida de 4 %, los 80 % de Pmin corresponden slo al 69,2 % (valor de medicin) de Pnominal, es decir a un valor real de 72 hasta 66,5 %)
El deber de comprobacin lo tiene el comprador institutos de control reconocidos en Alemania: TV (hasta 400 por panel), Fraunhofer ISE (200 por panel)
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Cumplimiento de los valores de potencia
[ %]
Gama de toleranciaD
e vi a
c i n
Ao
Tolerancia de la potencia de los paneles indicada por los fabricantes. Mediciones realizadas por la asociacin TV-Rheinland. Medicin de la potencia de 500 paneles particulares y 100 tipos de paneles diferentes. Aproximadamente el 40% de los paneles quedan por debajo de la gama negativa de tolerancia Deviaciones normalizadas respecto a la gama
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debajo de la gama negativa de tolerancia. Deviaciones normalizadas respecto a la gama de tolerancia correspondiente al panel solar.
Estadsticas de mediciones de paneles
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Estadsticas de mediciones de paneles
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2.1 Inversores- Principios bsicos- Caractersticas de inversoresCaractersticas de inversores- Diferentes conceptos de inversores- Criterios para el dimensionado
2.2 Aspectos de seguridad- Puesta a tierra
Proteccin contra rayos- Proteccin contra rayos- Dispositivos de proteccin- Conexin a la red
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Principios bsicos de inversores
Montaje de inversores en una azotea.Inversores transforman l i t tila corriente continua procedente del generador FV en corriente alternacorriente alterna - ajustando su frecuencia y tensin -para su entrada en lapara su entrada en la red pblica.Tambin son denominadosdenominados convertidores CC-AC.
En Chile: C e220 V, 50 Hz.En Alemania: 230 V, 50 Hz.
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,
Fuente: DGS Berlin
-
Principios bsicos de inversores
Generador FV
Red AC
Dispositivo de proteccin con punto
de desconexin
Corriente continua Corriente alterna
r l in
u en t
e : D
GS
B er
Gestin del generador solarAdapatacin al nivel de tensinTransformacin en corriente conforme
Tareas del inversor
F
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g(control PMP) a la red local
Principios bsicos de inversores
Caractersticas de tensin alterna y tensin continuaTensin Transcurso peridico de U e ICorriente (con desfase)
a scu so pe d co de U e
Cruce por cero regular
Arcos de luz que se originan en situacionesArcos de luz que se originan en situaciones de desconeccin se apagan
automticamente en el cruce por cero
Tensin Corriente
En el caso dado, desfase entre U e I
CorrienteSin cruces por cero
Arcos de luz no se apagan automticamente
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Riesgo de arco voltaico!
-
Principios bsicos de inversoresInstalacin FVRed
trifsicaGenerador en la central elctrica
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Inyeccin monofsica en paralelo a la red con proteccin contra funcionamiento en isla: SCA < = 4,6 kVA approx. 5 kWp
Principios bsicos de inversores
Inversor monofsico >> acometida monofsica
Fuente: DGS BerlinFuente: DGS Berlin
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-
Principios bsicos de inversores
Acometida trifsica con inversores monofsicos
Con acoplamiento comunicativo:Con acoplamiento comunicativo:Mximo de la carga desequilibrada 4,6 kVA
Fuente: DGS Berlin
t ec h
n ik
A Gn t
e : S
MA
S ol a
r t
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F ue n
Principios bsicos de inversores
Inversor trifsico >> acometida trifsica
Fuente: DGS Berlin
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Principios bsicos de inversores
Principio:
Principio de inversores guiados por la redg
Caractersticas deVoltaje: Caractersticas de voltaje
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Fuente: DGS Berlin
Principios bsicos de inversores
Principio:
Principio de inversores autoguiadosg
Caractersticas deVoltaje:
Caractersticas de voltaje
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Fuente: DGS Berlin
-
Principios bsicos de inversores
Reduccin del transformador: Trafo de alta frecuencia (HF)
t e:
DG
S B e
r l in
Inversor sin transformador, acometida monofsica y trifsica
F ue n
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Caractersticas de inversores
Inversores con transformador
Caractersticas Aislamiento galvnico de la tensin de entrada y de salidaCaractersticas Aislamiento galvnico de la tensin de entrada y de salida Mayormente: inversores centrales
V t j P ibl t i b j ( t ti t l ltVentajas Posible: tensin muy baja (protective extra low voltage;U < 120 V, evitando corrientes peligrosas que atraviesanel cuerpo)Influencia electromagntica minimizada Influencia electromagntica minimizada
Conexin equipotencial no es necesaria Toma a tierra fcil (por ejemplo para la instalacin de paneles de capa fina)paneles de capa fina)
Desventajas Prdidas del transformador Mayor peso y tamao Mayor peso y tamao
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-
Caractersticas de inversores
Inversores sin transformador
Caractersticas La tensin del generador FV tiene que ser superior alCaractersticas La tensin del generador FV tiene que ser superior alvalor de la tensin de la red, cmo alternativa es posibleutilizar elevadores CC/CC
V t j Alt di i t l t t t iVentajas Alto rendimiento, por lo tanto mayor potencia Menor peso y tamao Con respecto a inversores de ramal: reduccin de la instalacin CCinstalacin CC
Desventajas Utilizacin de dispositivos de proteccin adicionales: disyuntor por corriente residual integrado en el inversordisyuntor por corriente residual integrado en el inversor(residual-current device = RCD)
Proteccin de piezas conductoras de voltaje Instalacin asegurando un grado de proteccin IIg g p Mayor influencia electromagntica Toma a tierra slamente posible en algunas topologas de conexin de inversores (inadecuado para la instalacin de
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( ppaneles de capa fina)
2.1 Inversores- Principios bsicos- Caractersticas de inversoresCaractersticas de inversores- Diferentes conceptos de inversores- Criterios para el dimensionado
2.2 Aspectos de seguridad- Puesta a tierra
Proteccin contra rayos- Proteccin contra rayos- Dispositivos de proteccin- Conexin a la red
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-
Criterios para el dimensionado
Ubicacin: BerlnFrecuencia y energa para unFrecuencia y energa para un sistema FV orientado hacia el sur con un ngulo de inclinacin de 30
Frecuencia Fraccin de la energa correspondiente al promedio aritmtico por horaF i d l di tFraccin de la energa correspondiente a valores instantneos
Ubi i C lif i (EE UU )Ubicacin: California (EE.UU.)Frecuencia y energa para un sistema FV orientado hacia el sur
l d l dcon un ngulo de inclinacin de 30
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Caractersticas de inversores
El rendimiento promedio anual depende del sitio de instalacin
Re n
d im
i en t
o %
R
R di i t
Potencia relativa P/Pn en %
%100%50%30%20%10%5 2,048,01,013,006,003,0 +++++=EuroRendimiento europeo:
Rendimiento para California/ E.E.U.U. (sin termino medio relativo a la tensin)
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p %100%75%50%30%20%10 05,053,021,012,005,004,0 +++++=CEC
-
Caractersticas de inversores
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El rendimiento del inversor depende de la tensin.
Caractersticas de inversores
La normativa alemana (VDEW) indica que el valor promedio para 10 minutos de la potencia del inversor tiene que ser reducido:
NMinmax S,S 1110En el caso de una instalacin en un espacio que conduzca a un calentamiento d l i l d i d l t i d f t t
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del inversor, la reduccin de la potencia puede efectuarse antes.
-
2.1 Inversores- Principios bsicos- Caractersticas de inversoresCaractersticas de inversores- Diferentes conceptos de inversores- Criterios para el dimensionado
2.2 Aspectos de seguridad- Puesta a tierra
Proteccin contra rayos- Proteccin contra rayos- Dispositivos de proteccin- Conexin a la red
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Diferentes conceptos de inversores
Inversor de ramal
Generador FV
Ejemplo:
Sunny Boy SWR 2100 TL Sin transformadorSin transformadorPn DC = 2 kWUMPP = 125 600 V295 x 434 x 214 mm25 kg
Instalacin FV de 1 MW enInstalacin FV de 1 MW en la academia de formacn
Mont Cenis en Herne:inversor de ramal
instalado en el techo
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instalado en el techo.
-
Diferentes conceptos de inversores
Concepto de subgeneradores
Subgenerador FV 1
Subgenerador FV 2
Subgenerador FV 3
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Diferentes conceptos de inversores
Concepto para muy baja tensin de seguridad (clase de proteccin III)
o r F
VG
e ne r
a do
CP I Aparato conectado con conductor de puesta a tierra
CP II Aislamiento de proteccin (aislamiento doble o reforzado)
Clases de proteccin:
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CP III Baja tensin de seguridad (max. CA: 50 V, max. CC: 120 V
-
Diferentes conceptos de inversores
Concepto para tensiones altas
Generador FV
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Diferentes conceptos de inversores
Concepto con varios inversores (concepto master/ slave)
Generador FV
Instalacin FV de 1 MW - Neue Messe, Munich(2003: ampliacin de 1,2 MW)
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-
Diferentes conceptos de inversores
Concepto con regulador multi-PMP
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Diferentes conceptos de inversores
Micro-inversores (sobretodo en EE.UU)
microinversor
Karl-Philipp-Moritz-Haus,Berlin-Kreuzberg. Instalacin FV integrada en la fachada.
Con microinversores.
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-
Diferentes conceptos de inversores
Conceptos de conexin en situaciones de sombreamiento
Sit i d b i t Si i d b iSituacin de sombreamiento. Curvas en una interconexin en fila
Situacin de sombreamiento. Curvas en una interconexin en paralelo. Sombreamiento de dos
l d d l ( t i )
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ramales de mdulos (strings).
Diferentes conceptos de inversores
Corriente de retorno en el caso de un fallo
La tensin en un ramal de paneles disminuyeLa tensin en un ramal de paneles disminuye por ejemplo en el caso de un corto circuito.
La suma de la corriente de los dems ramales de paneles fluye al ramal con el defecto.
d or
F V
p y
Ge n
e ra d
La corriente de retorno no debe sobrepasar el lmite mximo de la corriente admisible (norma
alemana: VDE 0298 parte 4).En el caso de una extralimitacin fusibles tienen
que ser instalados.qGeneralmente se instalan fusibles a partir de
cuatro ramales de paneles.
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-
Diferentes conceptos de inversores
Seguridad de servicio gracias a sistemas de respaldo (back-up)
Autosuficiencia en la electricidaden la electricidad
Control de la carga enControl de la carga en sistemas de autoconsumo
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2.1 Inversores- Principios bsicos- Caractersticas de inversoresCaractersticas de inversores- Diferentes conceptos de inversores- Criterios para el dimensionado
2.2 Aspectos de seguridad- Puesta a tierra
Proteccin contra rayos- Proteccin contra rayos- Dispositivos de proteccin- Conexin a la red
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-
Criterios para el dimensionado
Lugar ideal: cubierto
Sitio de instalacin del inversor
Lugar ideal: cubierto fresco y seco libre de polvo protegido contra los efectos de vapores
Instalacin al aire libre: mnimo grado de proteccin: IP 54 protegido contra irradiacin directa y Inversor con pantalla; instalado en un stano protegido contra irradiacin directa y
contra lluvia
Considerar accesibilidad!
[imgen: Sputnik]
Indicaciones para el dimensionado:Cuanto ms fresco sea el lugar de instalacin mayor ser la potencia posibleinstalacin mayor ser la potencia posible del generador.Cuanto ms caluroso el lugar de instalacin, ms pequea debera ser la
t i l id i t l d In e so con sistema de ef ige acin OptiCool
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potencia elegida para ser instalada. Inversor con sistema de refrigeracin OptiCool [imgen: SMA]
Criterios para el dimensionado
La potencia del inversor depende de la potencia que el generador pueda suministrar.
La potencia del generador depende del tipo de clula, de la temperatura y de la irradiacin.
l d b d d d
Valor instantneo Promedio aritmtico por hora
Da soleado Da con nubosidad variada
m
/ m
i ac i
n e
n W
/ m
d ia c
i n
e n W
/
I rr a
d i
I rr a
d
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Hora Hora
-
Criterios para el dimensionado
Ubicacin: BerlnFrecuencia y energa para unFrecuencia y energa para un sistema FV orientado hacia el sur con un ngulo de inclinacin de 30
Frecuencia Fraccin de la energa correspondiente al promedio aritmtico por horaF i d l di tFraccin de la energa correspondiente a valores instantneos
Ubi i C lif i (EE UU )Ubicacin: California (EE.UU.)Frecuencia y energa para un sistema FV orientado hacia el sur
l d l dcon un ngulo de inclinacin de 30
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Criterios para el dimensionado
Ajuste del rango de tensinLmite de corriente del
Lmite de potencia del inversor Pinv max
Lmite de corriente del inversor
Punto de trabajo nominal del inversor
Iinv max
nominal del inversor
Co r
r ie n
t e
Rango UPMP del inversor
UPMP min UPMP max
Tensin mxima del inversor
Tensin de desconexin del
inversor
TensinUinv min Uinv max
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g PMP
Rango de trabajo del inversor
del inversor
-
Criterios para el dimensionado
Inversorsobredimensionado
Dimensionado de la potencia del inversorsobredimensionado
n e
n %
%
Inversorminimizado
l
l a i r
r ad i
a ci
n
l in
v er s
o r e
n en el
dimensionado
Distribucin de la energa de irradiacin anual
fi i
E ne r
g a
d e l
d im
i en
t o d
e l
en una superficie con un ngulo de inclinacin de 30 en Munich
Re n
30 en Munich (valores promedio de 5 minutos)
Irradiacin en W/m
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Rango de trabajo: 0,8 x PPV < PWR AC < 1,2 x PPV Recomendacin: PWR AC = 1,1 x PPV
Criterios para el dimensionado
Dimensionado de la tensin del inversor
Determinacin del nmero mnimo de paneles en un ramal con respecto a una
max,max
inv
UU
n =
Determinacin del nmero mnimo de paneles en un ramal, con respecto a una temperatura de -10C
)10( CpanelLU
Determinacin de la tensin de circuito abierto con respecto a una temperatura de -10C.Para CA en [%/K] CA en [mv/K])CA [ ] CA [ ])
)()10( 100351 STCCACACpanelCA UKU
= CASTCCACpanelCA KUU = 35)()10(
Valo de o ientacin pa a paneles mono polic istalinosValor de orientacin para paneles mono- y policristalinos:
)()10( 13,1 STCCACpanelCA UU =
En el caso de lugares montaosos zonas climticas fras se deberia considerar temperaturas ms bajas, por ejemplo -25C.
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-
Criterios para el dimensionado
Dimensionado de la tensin del inversor
Determinacin del nmero mximo de paneles en un ramal con respecto a unaDeterminacin del nmero mximo de paneles en un ramal, con respecto a una temperatura de +70C
min)(min
invPMPUn =Por ejemplo:
)70(min
CpanelPMPU +
KKKPMP%%% 45,011,034,0 ==
Determinacin de la tensin PMP del panel con respecto a una temperatura de +70C.Para CA en [%/K] CA en [mv/K])CA [ ] CA [ ])
)()70( 100451 STCPMPPMPCpanelPMP UKU
=+ PMPSTCPMPCpanelPMP KUU +=+ 45)()70(
V l d i t i l li i t li
En el caso de una integracin en la fachada se deberia considerar temperaturas ms altas,
Valor de orientacin para paneles mono- y policristalinos:
)()70( 8,0 STCPMPCpanelPMP UU =+
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g p ,por ejemplo +100C.
Criterios para el dimensionado
Dimensionado de la corriente
La corriente mxima de la instalacin FV tiene que ser menor que la mxima corrienteLa corriente mxima de la instalacin FV tiene que ser menor que la mxima corriente de entrada para el inversor
invinvramal I
III
n max,max,251
=ramalPMPramal II ,max, 25,1
Dimensionado de la potenciaDeterminacin de la tensin PMP y de la corriente PMP, con respecto a una temperatura de +10C (temperatura media anual)
)()10( 100
151 STCPMPPMPpanelCramalPMP UKnU
=+
)()10( 100151 STCPMPPMPramalCGenPMP IKnI
=+ )()10( 100 STCPMPramalCGenPMP +
max,)10()10()10( invCramalPMPramalPMPCGenPMP PIUP = +++
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-
Criterios para el dimensionado
Dimensionado del cableado CA
Mximo para las prdidas de cableado: 1%Mximo para las prdidas de cableado: 1%Mxima cada de tensin: 3%Considerando sistemas trifsicos, suposicin: inyeccin simtrica
IL2 IL3nCAnWL
PWL UIL
A01,0
2 ,1, =
CAWL IL22
nCAnWL
PWL UIL
A01,0
3 ,3, =
nCAWL ILP23
WLnCAWL
PWL AILP 1,
2= WLnCAWL
PWL AP 3, =
Valores caractersticos Smbolo Unidad
La go simple del cableado CA L MLargo simple del cableado CA L M
Prdida del cableado CA P W
Seccin transversal del cableado CA A mm
Conductividad elctrica (cobre = 56, aluminio = 34) m/ (*mm)
En el caso de una inyeccin asimtrica es necesario calcular las corrientes de cada ramal
( , ) / ( )
Corriente nominal CA del inversor I A
Tensin nominal de la red (monofsica: 230 V, trifsica 400 V) U V
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y(L1, L2, L3, N), considerando el mximo de la carga desequilibrada de 4,6 kVA.
Criterios para el dimensionado
Ayudas para el dimensionado
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-
Criterios para el dimensionado
Control del dimensionado
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2.1 Inversores- Principios bsicos- Caractersticas de inversoresCaractersticas de inversores- Diferentes conceptos de inversores- Funciones opcionales- Criterios para el dimensionado- Criterios para el dimensionado
2.2 Aspectos de seguridadPuesta a tierra- Puesta a tierra
- Proteccin contra rayos- Dispositivos de proteccin
Conexin a la red- Conexin a la red
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-
Puesta a tierra
Objetivo: Limitacin de la tensin (relativa a tierra) que las masas metlicasLimitacin de la tensin (relativa a tierra) que las masas metlicas
puedan presentar Aseguracin del funcionamiento de las protecciones Reduccin del riesgo de paso de corriente al usuario por un fallo Reduccin del riesgo de paso de corriente al usuario por un fallo
del aislamiento de conductores activos en las instalaciones elctricas.
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2.1 Inversores- Principios bsicos- Caractersticas de inversores- Diferentes conceptos de inversores- Funciones opcionales- Criterios para el dimensionado
2.2 Aspectos de seguridad- Puesta a tierra- Proteccin contra rayos- Dispositivos de proteccin- Conexin a la red
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Proteccin contra rayos
Porqu es necesario instalar una proteccin contra rayos?
Impacto directo de un rayo en un panel FV
Daos por sobretensin causados por un impacto indirecto de un rayo
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Proteccin contra rayos
Respecto a un edificio situado en una regin urbana la probabilidad de que caiga un rayo es de uno cadala probabilidad de que caiga un rayo es de uno cada 1000 aos. Esta probabilidad aumenta a un impacto cada 30 aos en el caso de una casa de campo aislada
l i d t ien la cima de una montaa en una regin propensa a tormentas.
Si dicha casa de campo se sita en un lugar no muy expuesto, en una regin rural con tormentas normales, la probabilidad baja de nuevo a un impacto cada 500 aosnuevo a un impacto cada 500 aos.
En condiciones normales la ubicacin de una instalacin fotovoltaica no aumenta el peligro de impacto de rayos de un edificiono aumenta el peligro de impacto de rayos de un edificio.
La construccin de una instalacin FV en un edificio ya existente no obliga a ningn dispositivo adicional de proteccin contra rayos
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obliga a ningn dispositivo adicional de proteccin contra rayos.
-
Proteccin contra rayos
En el caso de que exista un pararrayos en el edificio, el generador FV debe iren el edificio, el generador FV debe ir conectado con dicho pararrayos. Esta proteccin contra rayos debe hacerse de acuerdo a la normativa vigentede acuerdo a la normativa vigente.
Cuando el generador FV est ubicado en la cubierta de edificios, en un lugar a la intemperie sin edificios colindantes, se deben emplear
dispositivos adecuados para la proteccin contra los rayos. En el caso de que no exista ningn pararrayos, el
generador FV debe estar conectado a tierra, agenerador FV debe estar conectado a tierra, a excepcin de:- Empleo de mdulos de la clase de proteccin II - Por separacin galvnica y empleo de baja tensin- Por separacin galvnica y empleo de baja tensin
Se recomienda el empleo de varistores en el lado CCde la caja de conexiones del generador FV. Se recomiendan las
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protecciones contra sobretensiones tambin en el lado CA.
Proteccin contra rayos
Normativa alemana para la proteccin contra rayos y sobretensiones
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Proteccin contra rayos
Recomendaciones de empresas aseguradoras para sistemas FV > 10 kW
Sistema exterior de proteccin contra los relmpagos:Clase de proteccin contra rayos III conforme a DIN EN 62305 (VDE 0185-305); intervalo de control: 5 aos
Sistema interior de proteccin contra los relmpagos (proteccin contra sobretensin): conexin equipotencial(proteccin contra sobretensin): conexin equipotencial necesaria
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Proteccin contra rayos
En zonas abiertas, las instalaciones FV suelen llevar su propio elemento de proteccin de rayos. Por ejemplo, las instalaciones FV situadas p y j psobre la cubierta de un edificio en una zona con un alto riesgo de impacto de rayos deben proveerse de un pararrayos, ya que el generador FV - como parte sobresaliente del edificio - es un lugar ms
La instalacin de proteccin contra rayos d d l i
generador FV como parte sobresaliente del edificio es un lugar ms propenso para el impacto del rayo.
comprende todas las actuaciones para una adecuada captacin y derivacin de los rayos. a g
o s
Se compone de un dispositivo de captacin, de un cable de cobre de una seccin mnima de 16mm y de una toma u a
l de
r el
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ya tierra.
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F ueF r
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-
Proteccin contra rayos
Eleccin de las medidas para la proteccin contra rayos y sobretensin
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Proteccin contra rayos
Para minimizar el acoplamiento inductivo de sobretensiones en el cableado CC es aconsejable situar los cables del polo positivo y negativo lo ms cerca posible:
rea grande para acoplamiento de
rea pequea para acoplamiento de sobretensiones
a op a o dsobretensiones
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Proteccin contra rayos
Sistema interior de proteccin contra rayos (surge protectice devices - SPD)
Inversor Inversor
Generador FVGenerador FV
Puente de Puente de
Dispositivo de proteccin contra
Varistores
cortocircuito cortocircuito
proteccin contra sobretensin
explosor
Parrarayos tipo 1: Conexin Y de dos varistores y un explosor
Parrarayos tipo 2: Conexin de un dispositivo de cortocircuito y un varistor
Dispositivo de proteccin contra sobretensin
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Conexin Y de dos varistores y un explosor Conexin de un dispositivo de cortocircuito y un varistor
Proteccin contra rayos
Medidas de proteccin para instalaciones FV montadas en techos,sin sistema de proteccincontra rayos
Recomendacin:eco e dac Parrarayos tipo 2:
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Proteccin contra rayos
Sistema exterior de proteccin contra rayos
Procedimiento de la esfera rodante
Procedimiento de abertura de mallas
Procedimiento de ngulo de proteccin
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Proteccin contra rayos
Determinacin del radio de la esfera del rayo y del ngulo de proteccin
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Proteccin contra rayos
Schutzklasse
I II III IV
Sistema exterior de proteccin contra rayos:Procedimiento de la esfera rodante
Abstand der Radius der Blitzkugel in m
Fangstangen 20 30 45 60
in m Eindringtiefe in m g
2 0,03 0,02 0,01 0,01
5 0,16 0,1 0,07 0,05
10 0,64 0,42 0,28 0,21
15 1,46 0,95 0,63 0,47
20 2,68 1,72 1,13 0,84
25 4,39 2,73 1,77 1,32
p Profundidad2
30 6,77 4,02 2,57 1,91
35 10,32 5,63 3,54 2,61
p Profundidadr Radio de la esfera del relmpagod Distancia entre dos barras parrarayos
(abertura de mallas)
22
2
= drrp
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Proteccin contra rayos
Sistema exterior de proteccin contra rayos:Procedimiento de ngulo de proteccin
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-
Proteccin contra rayos
Medidas de proteccin para instalaciones FV montadas en techos,con sistema de proteccincontra rayos
considerando laco s de a do adistancia de separacin
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Proteccin contra rayos
Clculo de la distancia de separacin
( )cncncci k
lklklkks +++= ...2211m
i k
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Proteccin contra rayos
Clculo de la distancia de separacin
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Proteccin contra rayos
Variantes para la proteccin contra rayos y sobretensin
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Proteccin contra rayos
Puesta a tierra del sistema de montaje Distancia de separacin no considerada
Desfavorable (causa sombreamiento) Mejor (barras pararrayos detrs de los paneles)
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2.1 Inversores- Principios bsicos- Caractersticas de inversores- Diferentes conceptos de inversores- Funciones opcionales- Criterios para el dimensionado
2.2 Aspectos de seguridad- Toma de conexin a tierra- Proteccin contra rayos- Dispositivos de proteccin- Conexin a la red
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Esquema para generadores solares
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Esquema para generadores solares
Generador FV Caja de conexin
Diodos de bloqueoDiodos de bloqueoseccionador
InversorFusibles
Inversor
Cableado principal CC
Fusibles
seccionador
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Dispositivos de proteccin
I t t
Desconexin automtica
disyuntor por corriente diferencial (residual current device)
Interruptor automtico (miniature circuit breaker)
Interruptor principal CC
automtica del inversor Contador solar
Generador FV
Contador Conexin de
acometida
Consumidor Casilla del
medidormedidor
Caja de n te :
DG
S B e
r l in
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Caja de acometida F u
e n2.1 Inversores- Principios bsicos- Caractersticas de inversores- Diferentes conceptos de inversores- Funciones opcionales- Criterios para el dimensionado
2.2 Aspectos de seguridad- Toma de conexin a tierra- Proteccin contra rayos- Dispositivos de proteccin- Conexin a la red
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Conexin a la red
Conexin directa a media tensin
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t e:
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F ue n
t
Conexin a la red
Integracin de sistemas FV de gran envergadura
Transformador sumergido Interruptor automtico de vaco
Transformador seco
Transformador sumergido en aceite
Interruptor automtico de vaco
Cableado hacia la subestacin
interruptor de potencia de SF6
t e:
DG
S B e
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F ue n
t
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Conexin a la red
Regulacin de la frecuencia en la red (reglamentario en Alemania)
Inje in de poten ia a ti a en sit a in de f e en ia alta (> 50 2 H )Injeccin de potencia activa en situacin de frecuencia alta (> 50,2 Hz)Desconexin en situacin de frecuencia baja (< 47,5 Hz)
Fluctuaciones de frecuencia:frecuencia: La frecuencia debe mantenerse entre 47 5 y 51 5 Hz para47,5 y 51,5 Hz para el funcionamiento adecuado del i FVsistema FV.
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Conexin a la red
Suministro de potencia reactiva (reglamentario en Alemania)
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Conexin a la red
Apoyo dinmico de la red (reglamentario en Alemania)inyeccin de corriente reactiva FRT Fault Ride Through
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Conexin a la red
Regulacin de la frecuencia en la red
Alta tensin (ejemplo: 110 kV)
Media tensin (ejemplo: 20 kV)p i
a
Instalacin de distribucin para
media tensin
Apoyo dinmico de la redcontrol interno del inversor
en conexin a la redinyeccin de corriente reactiva
FRT Fault Ride Through
e la b
o ra c
i n
p ro p
Apoyo esttico de la red
a rt e
c hn i
k A G
, e
suministro de potencia reactiva
reduccin de la potencia activa (dependiente de la frecuencia)
Centro de control del operador de la red u e
n te :
SM
A S o
l
Gestin de seguridad
reduccin de la potencia
100/ 60/ 30/ 0 %
operador de la red F
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100/ 60/ 30/ 0 %
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Conexin a la red
Dispositivo radioguiado para reducir la potenciaReglamentario en Alemania para instalaciones >100 kW)
Pantalla grfica del inversor
Inversor
Registrador de datos (datalogger)
Receptores electrnicos de telemando
Comunicacin Flujo de energa
Inversor
( gg )
Red de electricidad Contador
Inversor
Seccionador d
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Red de electricidad Contador de carga
Conexin a la red
Conexin a la red de instalaciones FV de gran envergaduraModo indirecto con transformador de baja tensin
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Conexin a la red
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