Módulo y Generador - oscarperpinan.github.iooscarperpinan.github.io/esf/ModuloyGenerador.pdf ·...

Módulo yGenerador

Oscar PerpiñánLamigueirohttp://

oscarperpinan.github.io

MóduloFotovoltaico

GeneradorFotovoltaico

Ejemplos degeneradoresfotovoltaicos

Módulo y GeneradorEnergía Solar Fotovoltaica

Oscar Perpiñán Lamigueirohttp://oscarperpinan.github.io

1 / 46

http://oscarperpinan.github.io




Módulo Fotovoltaico

Generador Fotovoltaico

Ejemplos de generadores fotovoltaicos

Módulo FotovoltaicoIntroducciónModelado de un móduloPunto Caliente



Módulo yGenerador



MóduloFotovoltaicoIntroducción

Modelado de un módulo

Punto Caliente




I Las características eléctricas de una célula no sonsuficientes para alimentar las cargas convencionales.

I Es necesario realizar agrupaciones en serie yparalelo para entregar tensión y corrienteadecuadas.

I Un módulo fotovoltaico es una asociación decélulas a las que protege de la intemperie, las aislaeléctricamente del exterior dando rigidez mecánicaal conjunto.

I Existen multitud de módulos diferentes, tanto por suconfiguración eléctrica como por sus característicasestructurales y estéticas.

4 / 46




Módulo yGenerador





Punto Caliente



Estructura de un módulo fotovoltaico

I La asociación de células es encapsulada en dos capasde EVA (etileno-vinilo-acetato), entre una láminafrontal de vidrio y una capa posterior de unpolímero termoplástico (frecuentemente se emplea eltedlar).

I Este conjunto es enmarcado en una estructura dealuminio anodizado con el objetivo de aumentar laresistencia mecánica del conjunto y facilitar el anclajedel módulo a las estructuras de soporte.

5 / 46




Módulo yGenerador





Punto Caliente



El vidrio frontal

I Debe tener y mantener una alta transmisividad en labanda espectral en la que trabajan las células solares.

I Debe tener buena resistencia al impacto y a laabrasión.

I Su superficie debe ser de forma que combine unbuen comportamiento antireflexivo con la ausenciade bordes o desniveles que faciliten la acumulaciónde suciedad o dificulten la limpieza de ésta mediantela acción combinada del viento y la lluvia.

I Frecuentemente se emplea vidrio templado con bajocontenido en hierro con algún tipo de tratamientoantireflexivo.

6 / 46




Módulo yGenerador





Punto Caliente



EVA

I El encapsulante a base de EVA, combinado con untratamiento en vacío y las capas frontal y posterior,evita la entrada de humedad en el módulo, señaladacomo la causa principal de la degradación a largoplazo de módulos fotovoltaicos.

I Además, esta combinación permite obtener altosniveles de aislamiento eléctrico.

7 / 46




Módulo yGenerador





Punto Caliente



Configuración eléctrica

I Una configuración eléctrica muy común hasta haceunos años empleaba 36 células en serie para obtenermódulos con potencias comprendidas en el rango50 Wp − 100 Wp con tensiones en MPP cercanas a los15 V en funcionamiento.

I Estos módulos eran particularmente adecuados parasu acoplamiento con baterías de tensión nominal12 V en los sistemas de electrificación rural.

I Con el protagonismo abrumador de los sistemasfotovoltaicos de conexión a red, esta configuraciónha perdido importancia. Ahora son frecuentes losmódulos de potencia superior a los 200 Wp ytensiones en el rango 30 V − 50 V.

8 / 46




Módulo yGenerador





Punto Caliente



Norma Internacional IEC 61215

I Para los módulos compuestos por células de siliciocristalino es de aplicación la norma internacionalIEC-61215 «Crystalline Silicon TerrestrialPhotovoltaic (PV) Modules - Design Qualificationand Type Approval».

I Esta norma internacional recoge los requisitos dediseño y construcción de módulos fotovoltaicosterrestres apropiados para su operación en períodosprolongados de tiempo bajo los efectos climáticos.

I Detalla un procedimiento de pruebas a los que sedebe someter el módulo que desee contar con lacertificación asociada a esta normativa

9 / 46




Módulo yGenerador





Punto Caliente



Suposiciones del modelo

I Los efectos de la resistencia paralelo sondespreciables

I La corriente fotogenerada (IL) es igual a la corrientede cortocircuito

I En cualquier condición de operaciónexp(V+I·Rs

Vt) � 1

I = Isc · (1 − exp(V − Voc + I · Rs

Vt)

11 / 46




Módulo yGenerador





Punto Caliente



Efecto de la radiación y la temperatura

I La corriente de cortocircuito dependeexclusivamente y de forma lineal de la irradiancia.

Isc = Gef ·I∗scG∗

I La tensión de circuito abierto dependeexclusivamente de la temperatura de célula, ydecrece linealmente con ella.

Voc(Tc) = V∗oc + (Tc − T∗

c ) ·dVoc

dTc

12 / 46




Módulo yGenerador





Punto Caliente



Temperatura de operación de célula

I La temperatura de operación de la célula dependede la temperatura y la irradiación

Tc = Ta + G · NOCT − 20800

I Como consecuencia, la eficiencia decrece a razón de0,5% por grado centigrado.

I La resistencia serie es independiente de lascondiciones de operación.

13 / 46




Módulo yGenerador





Punto Caliente



TONC

I Temperatura que alcanza una célula cuando sumódulo trabaja en las siguientes condiciones:I Irradiancia: G = 800 W m−2

I Espectro: el correspondiente a AM = 1.5.I Incidencia normalI Temperatura ambiente: Ta = 20 ◦C.I Velocidad de viento: vv = 1 m s−1.

14 / 46




Módulo yGenerador





Punto Caliente



Punto caliente

Ir

− C1

IC1

C2 C3

C4

IC4

C5 C6+

16 / 46




Módulo yGenerador





Punto Caliente



Punto caliente

Tensión Modulo (V)

Tens

ión

Cél

ula(

V)

−3

−2

−1

0

0 1 2 3

V1

V4

17 / 46




Módulo yGenerador





Punto Caliente



Punto caliente

Tensión Modulo (V)

Pot

enci

a C

élul

a (W

)

−4

−3

−2

−1

0

0 1 2 3

P1

P4

18 / 46




Módulo yGenerador





Punto Caliente



Diodo de paso

Ir

− C1

IC1

C2 C3

C4

IC4

C5 C6+

D1ID1D2ID2

19 / 46




Módulo yGenerador





Punto Caliente



Curvas I-V con diodo de paso

Tensión (V)

Cor

rient

e (A

)

5

10

0 1 2 3

Ir

I1

I4

I11

Id2

20 / 46




Módulo yGenerador





Punto Caliente



Tensión con diodo de paso

Tensión Modulo (V)

Tens

ión

Cél

ula(

V)

−1.5

−1.0

−0.5

0.0

0.5

0 1 2 3

V1

V4

VD1

VD2

21 / 46




Módulo yGenerador





Punto Caliente



Curvas Potencia con diodo de paso

Tensión Modulo (V)

Pot

enci

a C

élul

a (W

)

−2

−1

0

1

2

0 1 2 3

P1

P4

PD1

PD2

22 / 46




Módulo yGenerador





Punto Caliente



Curva Módulo con Diodos de Paso

Tensión Módulo (V)

Pot

enci

a M

ódul

o (W

)

−10

0

10

20

0 1 2 3

23 / 46




Módulo yGenerador





Punto Caliente



Diodos de paso

−C1 C12 C13 C24 C25 C36

+

D1

D2

24 / 46





Generador FotovoltaicoDefiniciónPérdidas por dispersión


Módulo yGenerador



MóduloFotovoltaico

GeneradorFotovoltaicoDefinición

Pérdidas por dispersión



I Un generador fotovoltaico es unaasociación eléctrica de módulosfotovoltaicos para adaptarse a lascondiciones de funcionamiento deuna aplicación determinada.

I Se compone de un total deNT = Np · Ns módulos, siendo Np elnúmero de ramas (módulos enparalelo), y Ns el número demódulos en cada serie.

27 / 46




Módulo yGenerador



MóduloFotovoltaico




Ramas y series

I El número de ramas, Np, define lacorriente total del generador

Isc,g = Np · Isc,m

I El número de modulos en serie, Ns,define la tensión del generador.

Voc,g = Ns · Voc,m

I La potencia del generador es(idealmente):

Pg = NT · Pm = (Ns · Vmpp,m)(Np · Impp,m)

28 / 46




Módulo yGenerador



MóduloFotovoltaico




Ejemplo de cálculo

Calcular el comportamiento eléctrico de un generadorfotovoltaico constituido por 40 módulos, asociados en 4ramas, bajo la suposición de factor de forma constante.

I Las condiciones de operación de este generador son:Gef = 700 W/m2 y Ta = 34°C.

I De las fichas técnicas del módulo se extrae lasiguiente información: I∗sc = 3 A, V∗

oc = 19, 8 V,I∗mpp = 2, 8 A y V∗

mpp = 15.7 V.I Cada módulo está constituido por 33 células

asociadas en serie. La TONC del módulo es de 43°C.

29 / 46





Generador FotovoltaicoDefiniciónPérdidas por dispersión


Módulo yGenerador



MóduloFotovoltaico





Definición del problema

Los parámetros eléctricos de un módulo FV presentandispersión: la producción energética será menor que laideal.

31 / 46




Módulo yGenerador



MóduloFotovoltaico




Distribución de valores de corriente y tensión

La corriente de máxima potencia de un conjunto demódulos puede caracterizarse por una distribución tipoWeibull

f (Impp) = αβ−αIα−1mpp exp

[−

(Impp

β

)α]siendo α el factor de forma y β el factor de escala de ladistribución. La eficiencia de conexión serie es:

ηcs =Irmpp

Impp

siendo Irmpp la corriente de la rama, y Impp la media de las

corrientes del grupo de módulos.

32 / 46




Módulo yGenerador



MóduloFotovoltaico




Eficiencia de conexión

I A partir de la distribución y la definición deeficiencia de conexión serie puede deducirse que éstase calcula mediante

ηcs = N− 1α

siendo N el número de módulos en la serie. Portanto, la eficiencia disminuye si aumenta N.Asimismo, la eficiencia aumenta con α.

I Por otra parte, puede demostrarse que la tensión deun grupo de módulos puede modelarse medianteuna función gaussiana y que la dispersión devalores de tensión es suficientemente baja parapoder considerar que la eficiencia de conexión deramas en paralelo es igual a 1.

33 / 46




Módulo yGenerador



MóduloFotovoltaico




Clasificación de módulos

I La dispersión de un conjunto depende inversamentedel valor de α, así que un método para reducir laspérdidas por dispersión consiste en realizarclasificaciones de los módulos atendiendo a susvalores reales de corriente.

I En sistemas de cierta entidad, puede ser convenienterealizar una clasificación en tres categorías y crearcada rama con módulos de una misma categoría.

I Este método puede suponer reducciones del 2-3% enlas pérdidas globales del sistema.

34 / 46




Módulo yGenerador



MóduloFotovoltaico





Problema

I Las clasificaciones se realizan en base a las médidasrealizadas por los fabricantes con«flash».

I La indeterminación asociada a este método enrelación a las medidas a sol real son del mismorango que la separación entre categorías.

35 / 46




Módulo yGenerador



MóduloFotovoltaico



37 / 46




Módulo yGenerador



MóduloFotovoltaico



38 / 46




Módulo yGenerador



MóduloFotovoltaico



39 / 46




Módulo yGenerador



MóduloFotovoltaico



40 / 46




Módulo yGenerador



MóduloFotovoltaico



41 / 46




Módulo yGenerador



MóduloFotovoltaico



42 / 46




Módulo yGenerador



MóduloFotovoltaico



43 / 46




Módulo yGenerador



MóduloFotovoltaico



44 / 46




Módulo yGenerador



MóduloFotovoltaico



45 / 46




Módulo yGenerador



MóduloFotovoltaico



46 / 46




Módulo y Generador - oscarperpinan.github.iooscarperpinan.github.io/esf/ModuloyGenerador.pdf ·...

Documents

Transcript of Módulo y Generador - oscarperpinan.github.iooscarperpinan.github.io/esf/ModuloyGenerador.pdf ·...