MODULO
MODULOS SOLARES FOTOVOLTAICOS
AUTOR
ING
ANTONIO FAVIO OSPINO MARTINEZ
CANAL
YOUTUBE: ANTONIO OSPINO
TABLA
DE CONTENIDO DEL MODULO
1. GENERALIDADES DE LOS MODULOS SOLARES FOTOVOLTAICOS
1.3. UBICACIÓN DE MODULOS SOLARES.
1.5. TIPOS DE MODULOS SOLARES DE ACUERDO AL TIPO DE CELDA
1.6. TIPOS DE MODULOS SEGÚN LA RIGIDEZ DE CELDA
1.7. RENDIMIENTO DE MODULOS SOLARES
1.8. DATOS TECNICOS DE LOS MODULOS SOLARES.
1.9. ANALISIS DE GRAFICOS DE LOS MODULO SOLARES.
1.12. POTENCIAS COMERCIALES DE MODULOS SOLARES RIGIDOS
1.13. CONECTORES PARA MODULOS SOLARES
1.14. SUJETADORES Y ESTRUCTURAS PARA MODULOS SOLARES
1.15. FACTORES A TENER EN CUENTA EN EL MONTAJE DE MODULOS SOLARES
1.15.1. UBICACIÓN DE LA REGIÓN CON RESPECTO AL ECUADOR
1.16. CALCULO DE CAPACIDAD ENERGETICA Y POTENCIA DE MODULOS
FOTOVOLTAICOS
1.
GENERALIDADES DE LOS MODULOS SOLARES
FOTOVOLTAICOS
1.1.
HISTORIA
El efecto fotovoltaico o
generación de voltaje por la acción de la luz, fue descubierto en el año de
1838 por el Frances Alexandre Becquerel, cuando estaba haciendo experimentos
con una pila electrolítica empleando electrodos de platino y descubrió que la
corriente eléctrica subía en uno de sus electrodos cuando exponía el mismo al
sol.
Mas tarde en el año de
1873, el inglés Willoughby Smith descubre el mismo efecto con el material
llamado Selenio. A los pocos años, en 1877, los ingleses William Adams y su
estudiante Richard Day crean la primera celda operativa con Selenio.
La posibilidad de una
aplicación práctica del fenómeno no llegó hasta 1953 cuando Gerald Pearson de
Bell Laboratories, mientras experimentaba con las aplicaciones en la
electrónica del silicio, fabricó casi accidentalmente una célula fotovoltaica
basada en este material que resultaba mucho más eficiente que cualquiera hecha
de selenio. A partir de este descubrimiento, otros dos científicos también de
Bell, Daryl Chaplin y Calvin Fuller perfeccionaron este invento y produjeron
células solares de silicio capaces de proporcionar suficiente energía eléctrica
como para que pudiesen obtener aplicaciones prácticas de ellas. De esta manera
empezaba la carrera de las placas fotovoltaicas como fuentes proveedoras de
energía eléctrica.
1.2.
PARAMETROS ASTRONOMICOS A TENER EN CUENTA
EN LA INSTALACION DE SISTEMAS DE GENERACION FOTOVOLTAICOS.
Algunos de estos
conceptos son muy importantes a la hora de hacer cálculos e instalación de
sistemas solares fotovoltaicos.
Debido a este movimiento
la radiación o energia que nos llega del sol es variable durante el año.
Radiación ( I ) : Es la
cantidad de energía en función a una superficie o área de incidencia. Sus
unidades comunes son Watt – Hr / Mts Cuadrados. Podemos identificar tres tipos
de radiaciones: La radiación directa, la radiación indirecta y la radiación
reflejada o Albedo:
El valor de radiación
depende del sitio de análisis y de la hora del día:
Irradiancia ( E ) : Es la
cantidad de potencia en función a una superficie o área de incidencia. Sus
unidades comunes son Watt / Mts Cuadrados. Este valor, como sucede con el de
radiación, es variable de acuerdo a la hora del día siendo mayor al mediodía y
también depende del sitio del planeta a cual se hace referencia.
1.3.
UBICACIÓN DE MODULOS SOLARES.
Para la ubicación de módulos
solares tenga en cuenta:
Por tanto:
·
Su mano derecha apunta hacia Este.
·
Su mano izquierda hacia el oeste.
·
Su nariz apunta hacia el norte.
·
Su espalda apunta hacia el Sur
Puede tomar una brújula
que apunte hacia el sur
Veamos la comprobación:
Ahora, en el caso que
vivas en la latitud sur:
Por tanto:
·
Su mano derecha apunta hacia Este.
·
Su mano izquierda hacia el oeste.
·
Su nariz apunta hacia el norte.
·
Su espalda apunta hacia el Sur
Puede tomar una brújula
que apunte hacia el norte
Ver video:
|
ORIENTACION
BASICA DE MODULOS SOLARES FOTOVOLTAICOS |
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1.4.
PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO DEL EFECTO
FOTOVOLTAICO APLICADO A SISTEMAS DE GENERACION ELECTRICA CON LUZ SOLAR
El sol emite fotones de
energía con diferentes longitudes de onda que llegan al planeta. La celda está
compuesta por un sanduche de placas de material semiconductor, la capa que esta
expuesta expuesta al sol esta “dopada” con más electrones y la capa inferior
esta “dopada” con menos electrones, al estilo de un capacitor. Mediante esta
diferencia de cantidad de electrones se crea un diferencial de potencial o
voltaje que permite la circulación ordenada de corriente del lado con mayor
cantidad d electrones ( N ) al lado con menor cantidad de electrones ( P ).
A la capa que se expone a
la luz, se le adiciona elemento como fosforo cuyo átomo posee más electrones
que los átomos de silicio que componen la celda; en la capa inferior se le
adiciona elemento como el Boro, cuyos átomos poseen menos electrones que el
átomo de silicio, con lo que se obtiene una especia de pila de silicio.
Cuando los fotones del
sol incide ser el panel, la mayoría son absorbidos por el material de la celda
y otros se reflejan, los fotones que son absorbidos por las celdas, golpean a
los electrones de lo átomos de silicio haciendo que salten de sus órbitas y,
canalizados por el la rejilla de cobre que está en la celda, se crea un flujo
de electrones hacia el lado P de la celda, creando corriente.
Antes de entrar en
detalle, tengamos en cuenta las siguientes definiciones:
En cuanto a la estructura
del módulo fotovoltaico se tiene::
1.5.
TIPOS DE MODULOS SOLARES DE ACUERDO AL
TIPO DE CELDA
Se conocen tres tipos de
célula o celda, entre ellas las Monocristalinas, policristalinas y capa fina o
de película delgada.
1.6.
TIPOS DE MODULOS SEGÚN LA RIGIDEZ DE CELDA
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1.7.
RENDIMIENTO DE MODULOS SOLARES
Por el momento, los módulos solares poseen eficiencias menores del 30%,
aunque hay prototipos con rendimiento en laboratorio mayores; la tecnología va
evolucionado y en un futuro próximo los tendremos disponibles. Por el momento
en la parte comercial se tiene:
Los datos anteriores son
dados bajo condiciones de laboratorio.
1.8.
DATOS TECNICOS DE LOS MODULOS SOLARES.
Los datos técnicos de los módulos nos permiten ver
su rendimiento, condiciones de operación, características como tamaño, peso,
etc, necesarios para hacer una buena selección de acuerdo al diseño del
sistema.
A continuación, veremos los
datos más importantes de una placa de datos:
Entre los cuales se
tiene:
• Voc:
Tensión máxima del módulo en circuito abierto o sin carga bajo condiciones STC.
• Corriente
del módulo en corto circuito Isc : Es la corriente del módulo en corto circuito
bajo condiciones STC.
• Area
superficial solar Ac: Es él área que expone el módulo al sol.
• STC:
Condiciones estandar para medición: Temp de célula a 25 grados celsius, E de
1000 watt/Mts cuad y masa de aire espectral AM de 1.5; la masa de aire cuantifica la
reducción en la potencia de la luz a medida que pasa a través de la atmósfera y
es absorbido por el aire y el polvo.
• Tensión
a potencia máxima Vmp: Es la tensión que dará el módulo cuando trabaja a la
potencia pico o máxima bajo carga y condiciones STC. Se usa para calculo y para
verificación de rangos de voltajes en inversores de tipo on grid.
• Corriente
a máxima potencia o Imp: Es la corriente
que dará el panel cuando trabaja a la potencia pico o máxima bajo carga y
condiciones STC. Se usa para cálculos de reguladores, cableados, fusibles de
protección.
• Potencia
Nominal Pico o de referencia Wp o Pmax: Es la potencia obtenida bajo
condiciones STC y por la cual se consigue el panel en el comercio. Se usa para
cálculos de paneles o bancos de paneles.
• Eficiencia
de conversión de energía radiante a STC del módulo y de la célula: Es el valor
de eficiencia en conversión de energía radiante del sol y la potencia eléctrica
de salida del panel ( Pmax ), a una irradiancia ( E ) bajo condiciones STC. Su
valor esta entre el 12 y el 22% y depende del tipo de módulo o célula. Se puede
obtener con las siguientes fómulas:
ηSTC= [ P max / ( ESTC * Ac )] * 100%
ηSTC=
[ P max / ( 1000 * Ac ) ]* 100%
• Eficiencia
de entrega de energía en condiciones reales: Es el valor de eficiencia en
relación a la potencia real entregada por el módulo en condiciones reales,
comparada con la potencia nominal Pmax, obtenida bajo condiciones STC. Su valor
varía desde el 100% hasta el 60% y depende del sitio geográfico y condiciones
ambientales principalmente la temperatura.
ηRC=
P RC / P max
Donde:
PRC
: Potencia de salida real del módulo en watts bajo las condiciones de reales
ambientales a una irradiancia en 1000 watt/mts cuad a la temperatura y
condiciones de masa espectral del sitio.
• Energia
captada diaria o de entrega del panel: Es el valor de energia en Watts-Hr, que
es transferida por el panel al sistema:
E
= HSP * N * Wp * PR = HSP * N * Wp * ηRC = HSP * N * PRC
Donde:
N: Es el número de
paneles del arreglo.
• Factor
de llenado o forma: Es la relación entre la potencia máxima que puede entregar
el módulo y el resultado del producto Voc * Isc.
FF
= [ Pmax / ( Voc * Isc ) ]* 100%
OBS: El factor de forma
es adimensional y su valor es menor que 1, los módulos son más eficientes a
medida que su FF se acerca a 100%
• Coeficiente
de temperatura para Voc: Es la relación que me permite calcular la variación de
tensión Voc o el porcentaje de variación
de Voc por cada grado Celsius que se incremente la temperatura del panel. Sus
unidades son ( V/ºC ) o ( %Voc/ºC )
• Coeficiente
de temperatura Isc: Es la relación que me permite calcular la variación de
corriente Isc o el porcentaje de variación de corriente Isc por cada grado
Celsius que se incremente la temperatura del panel. Sus unidades son ( mA/ºC )
o ( %Isc/ºC )
• Coeficiente
de temperatura Pmax: Es la relación que me permite calcular la variación de
potencia Pmax o el porcentaje de variación de Pmax por cada grado Celsius que
se incremente la temperatura del panel. Sus unidades son ( %/ºK ) o ( %Pmax/ºC
)
• Coeficiente
de temperatura Vmp: Es la relación que me permite calcular la variación de tensión
Vmp o el porcentaje de variación de Vmp por cada grado Celsius que se
incremente la temperatura del panel. Sus unidades son ( mV/ºC ) o ( %Vmp/ºC ).
• Coeficiente
de temperatura Imp: Es la relación que me permite calcular la variación de corriente
Imp o el porcentaje de variación de Imp por cada grado Celsius que se
incremente la temperatura del panel. Sus unidades son ( mA/ºC ) o ( %Imp/ºC ).
Las fórmulas para las
variaciones de los parámetros establecidos son:
Variación
de la Pmax en % = Coeficiente de temperatura %Pmax/ºC * Δ temperatura Celda
Variación
del Voc en % = Coeficiente de temperatura %Voc/ºC * Δ temperatura Celda
Variación
del Vmp en % = Coeficiente de temperatura %Vmp/ºC * Δ temperatura Celda
Variación
del Isc en % = Coeficiente de temperatura %Isc/ºC * Δ temperatura Celda
Variación
del Imp en % = Coeficiente de temperatura %Imp/ºC * Δ temperatura Celda
Donde:
Δ
temperatura Celda = temperatura celda – 25ºC
Si se desea hallar los
valores finales de los parámetros afectados por las temperaturas, las fórmulas
son:
Valor
Pmax corregido = [ ( 100% + variación de la Pmax en %)/100% ] * Pmax a STC
Valor
Voc corregido = [ ( 100% + variación de la Voc en %)/100% ] * Voc a STC
Valor
Vmp corregido = [ ( 100% + variación de la Vmp en %)/100% ] * Vmp a STC
Valor
Isc corregido = [ ( 100% + variación de la Isc en %)/100% ] * Isc a STC
Valor
Imp corregido = [ ( 100% + variación de la Imp en %)/100% ] * Imp a STC
Veamos ahora algunos
ejemplos:
Ver videos:
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AFECTACION
DE LOS PARAMETROS DE PANELES POR TEMPERATURA DE LA CELDA |
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VERIFICACION
DE LOS DATOS TECNICOS DE PLACA EN MODULOS SOLARES |
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1.9.
ANALISIS DE GRAFICOS DE LOS MODULO
SOLARES.
Con el análisis de los gráficos
dados por el fabricante, no solo se comprueban los datos de la placa de módulo
sino que también se pueden analizar otros que nos indican el rendimiento del
mismo bajo otras condiciones.
Por lo general hay dos
graficos principales; en el gráfico que relaciona a la potencia versus tensión,
se obtienen los valores de Pmax y Vmp; mientras que en el gráfico de la
corriente versus tensión, se obtiene cuatro datos, que son: Isc ( con valor de tensión
igual a cero ), Voc ( Con corriente igual a cero ) con el valor obtenido de
Vmp, se obtiene el valor de Imp.
Las anteriores graficas
se pueden unir en una sala y de allí se obtienen todos los valores y los
comprobamos en la tabla de datos del módulo:
Otro grafico muy
importante relaciona al comportamiento de tensión y corriente de módulos, de
acuerdo a la temperatura de la celda fotovoltaica:
Del gráfico se deduce:
·
A medida que aumenta la temperatura del módulo,
se disminuye su tensión de salida y por consiguiente su Voc y Vmp.
·
A medida que aumenta la temperatura del módulo,
se aumenta su Isc y por consiguiente su Imp.
·
A medida que se aumenta la temperatura del
módulo, se disminuye su Pmax.
Veamos los siguientes
ejemplos bajo tres distintas condiciones de temperatura:
Ver videos:
|
ANALISIS
DE GRAFICOS DE UN MODULO SOLAR |
1.10.
CALCULO DE LAS VARIACIONES DE LAS
CORRIENTES, TENSIONES Y POTENCIAS DE ACUERDO A LA VARIACION DE LA TEMPERATURA
MEDIDA DE LA CELDA.
Es muy importante
encontrar esta variación porque estos cambios afectan el rendimiento del panel
en sitio, lo cual afecta el tamaño final del arreglo de paneles; para ello se
va a hacer uso de los coeficientes de temperatura del panel solar. En esta
situación, se posee un modulo físico , ubicado en el sitio del proyecto y con
la medida de la máxima temperatura de celda , medida con un termómetro, se
desea saber los valores ajustados de la potencia, tensiones y corrientes del
mismo.
Los anteriores
coeficientes expresan el cambio en función de la temperatura de la celda, para
el caso anterior se tiene:
Variación
de la Pm en % = Coeficiente
temperatura %Pm/ºC * Δ Temperatura
Variación
del Voc en % = Coeficiente
temperatura %Voc/ºC * Δ Temperatura
Variación
del Vmp en % = Coeficiente
temperatura %Vmp/ºC * Δ Temperatura
Variación
de la Isc en % = Coeficiente
temperatura %Isc/ºC * Δ Temperatura
Variación
de la Imp en % = Coeficiente
temperatura %Imp/ºC * Δ Temperatura
Donde :
Δ
Temperatura = Temperatura de celda medida – Temperatura celda a STC
Δ
Temperatura = Temperatura de celda medida – 25ºC
Ahora, si se desea
calcular el valor final de cualquiera de las variables, use las siguientes
fórmulas:
Valor Pmax corregido = [ ( 100% + Variación de la Pm en %
)/100%] * Pmax a STC
Valor Voc corregido = [ ( 100% + Variación del Voc en %
)/100%] * Voc a STC
Valor Vmp corregido = [ ( 100% + Variación del Vmp en %
)/100%] * Vmp a STC
Valor Isc corregido = [ ( 100% + Variación de la Isc en %
)/100%] * Isc a STC
Valor Imp corregido = [ ( 100% + Variación de la Imp en %
)/100%] * Imp a STC
Analicemos el siguiente ejemplo, se desea saber la potencia final, Voc,
Vmp, Isc y el Imp de un módulo de 150 Watts, cuya temperatura de celda es de
65º Celsius
Lo primero que se halla es el Δ Temperatura:
Δ Temperatura =
Temperatura de celda – 25ºC
Δ Temperatura =
65º – 25ºC = 40º C
De acuerdo con la tabla
de datos se establecen los coeficientes de temperatura para cada variable:
Coeficiente temperatura %Isc/ºC = - 0.04%/ºC
Coeficiente temperatura %Voc/ºC = - 0.38%/ºC
Coeficiente temperatura %Pm/ºC = - 0.47%/ºC
Coeficiente temperatura %Imp/ºC = 0.04%/ºC
Coeficiente temperatura %Vmp/ºC = - 0.38%/ºC
Con los valores anteriores ahora se remplazan en las fórmulas principales:
Ver video:
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1.11.
CALCULO DE LAS VARIACIONES DE LAS
CORRIENTES, TENSIONES Y POTENCIAS DE ACUERDO A LAS CONDICIONES DE TEMPERTURA
AMBIENTE E IRRADIANCIA DEL SITIO.
Es esta situación, se
desea averiguar los valores de potencia, corrientes, y tensiones de un módulo o
arreglo de los mismos conociendo los valores de temperatura ambiente del sitio
e irradiancia máxima en el sitio de proyecto.
Lo primero que se hace es
hallar la temperatura que tendría la celda TCelda bajo unas
condiciones de irradiancia ESitio y una temperatura TAmbiente
del sitio, con la fórmula:
TCelda
= TAmbiente + ( Temp Nominal
de Operacion de Célula a NOCT – Temp Ambiente Prueba NOCT ) * ( E Sitio / E NOCT )
En la ficha técnica del
módulo, se encuentran los valores de E NOCT , Temp Ambiente
Prueba NOCT y Temp Nominal de Operacion de Célula a NOCT :
Reemplazando los valores
en la fórmula:
TCelda
= TAmbiente + ( Temp Nominal de Operacion de Célula a NOCT – Temp
Ambiente Prueba NOCT ) * ( E Sitio
/ E NOCT )
TCelda = 35ºC + ( 45º C – 20ºC ) * ( 1200 Watts / Mts Cuad / 800 Watt / Mts
Cuad)
TCelda
= 72,5ºC
Ahora se calculan ahora
las variaciones de tensiones, corrientes y potencias con las fórmulas:
Donde:
En la ficha técnica del
módulo, se encuentra el valor de la Temperatura Celda a STC
Reemplazando en la
fórmula:
En la ficha técnica del
módulo, se encuentran los Coeficientes de temperatura para el valor de la Pmax, Voc ( que se usa para
el Vmp ) e Isc ( que se usa también para el Imp ):
Sabiendo que Δ
Temperatura = 47,5º C y los coeficientes de temperatura, se calculan las Variaciones en porcentaje de
Pmax, Voc, Vmp, Isc e Imp, reemplazando en las fórmulas:
Con los valores de las
Variaciones en porcentajes y los valores de Pmax, Voc, Vmp, Isc e Imp en
condiciones STC ( obtenidos en la ficha técnica ), se calculan ahora los
valores finales de las tensiones, corrientes y potencia corregidos con las
formulas
Para finalizar se hace
una comparación de los parámetros para ambas situaciones:
Ahora si analizamos la
eficiencia de operación del módulo en sitio:
Ver video:
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CALCULO PARAMETROS DE
MODULOS SOLARES DE ACUERDO A CONDICIONES DE TEMPERATURA E IRRADIANCIA EN
SITIO |
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1.12.
POTENCIAS COMERCIALES DE MODULOS SOLARES
RIGIDOS
Los hay desde los 20 watts hasta 700 watt, de muchos tipos, fabricantes,
etc.
1.13.
CONECTORES PARA MODULOS SOLARES
Estos poseen conexiones
MC4 para uso en intemperie, vienen para uso individual o grupal, dependiendo
del arreglo de los módulos.
En el caso que se tengan módulos
en paralelo y para ahorrar cables se puede emplear estos conectores:
También vienen con
fusible como en el siguiente caso:
1.14.
SUJETADORES Y ESTRUCTURAS PARA MODULOS
SOLARES
Cuando se haba de sujetadores,
se están mencionando todos aquellos dispositivos, que permiten la sujeción del módulo
o módulos a la estructura; los hay de diversas formas y funciones:
Se tienen sujetadores
para techo en los cuales se pueden soportar no solo los módulos, sino también
ángulos o estructuras:
Se tienen los sujetadores
m{as comunes o soportes tipo Z:
Los sujetadores laterales
se usan para sujetar el módulo y tienen como base una estructura con ángulos,
tal como se muestra:
Y los soportes tipo omega
que sujetan dos diferentes módulos:
En relación con las
estructuras, se hacen con ángulo en aluminio, los cuales se soportan en bases
cimentadas con bases de concreto para sitios como techos vaciados o en terreno
plano, tal como se observa:
También se pueden usar
contrapeso en concreto, como se observa a continuación:
También se pueden hacer bases enterradas en concreto tal como se observa:
Con estructuras sujetas
con pernos de anclaje a otras estructuras, tal como se observa:
También se pueden hacer
montajes en postes o mástiles, tal como se observa:
Para las estructuras de
usan rieles o perfiles de aluminio, hay gran cantidad de formas, pero aquí se muestran
los más comunes:
1.15.
FACTORES A TENER EN CUENTA EN EL MONTAJE
DE MODULOS SOLARES
1.15.1.
UBICACIÓN DE LA REGIÓN CON RESPECTO AL
ECUADOR
Veamos la situación de la latitud nuestra ya sea en un mapa o GPS, para la
costa norte Colombiana está entre latitud norte 7 grados a latitud norte 11
grados, es importante ubicar la latitud norte del sito donde será instalado el
panel, para el caso tomamos Sincelejo – Sucre ( Colombia ), que esta en latitud
norte 9 grados 18 minutos , tal como se muestra:
Para nuestro caso el ángulo de inclinación del panel con respecto al suelo
es de 9 a 10 grados.
Debe tener en cuenta la posición del sol en la mañana y en la tarde para
ver la proyección de sombras que puedan afectar el panel.
Se sugiere hacer una estructura para soportar los módulos sobre todo en
techo, con distancia que permitan la circulación de aire para su enfriamiento.
Las anteriores recomendaciones se hacen porque la
eficiencia de los módulos se ve muy afectada por la temperatura que tienen los
mismos; en nuestra situación geográfica, los módulos tienden a calentarse mucho
y por ello hay que mejorar su disipación de calor para mejorar su rendimiento:
1.15.2.
ANALISIS DE DISTRIBUCION DE GRUPOS,
ARREGLOS O CONJUNTOS DE MODULOS SERIE, PARALELOS Y MIXTOS
Debido a la necesidad de
grandes potencias se hace necesario la conformación de uniones o trabajo de
varios módulos con el fin de incrementar la tensión y corriente de los mismos
con el fin de dar solución a los requerimientos exigidos.
Debido a que estos
generar tensiones y corriente de tipo DC, entonces también obedecen las mismas
reglas de las fuentes de tensión configuradas en serie y paralelo.
Recodemos que para los sistemas de módulos en
serie, el terminal positivo de un módulo, se conecta con el terminal negativo
del otro módulo y así sucesivamente haciendo una cadena, donde la corriente que
entra y sale de un módulo, es la misma en todo el sistema.
Con relación a las
tensiones del sistema de módulos en serie,
Con relación a las corrientes del sistema de módulos
en serie:
Con relación a la
potencia del sistema de modulos en serie:
Recordemos que, para los
sistemas de módulos en paralelo, los terminales positivos de los módulos, se
conecta entre si y los terminales negativos se conectan entre sí, de modo que
la corriente del sistema es la suma de las corrientes de cada módulo.
Con relación a las tensiones
del sistema de módulos en paralelo:
Con relación a las
corrientes del sistema de módulos en paralelo:
Con respecto a la
potencia de módulos en paralelo:
Analicemos el siguiente
caso, en relación con los sistemas mixtos:
Para el análisis de
arreglos mixtos, hay que partir de algunos datos técnicos del módulo tales
como:
Como segundo paso, debe
Identificar el ramal o panel de módulos en serie que, en paralelo con otros,
conforman al grupo.
Identificar las
características de potencia, tensión y corrientes de dicho panel o ramal del conjunto.
Tenga en cuenta que, como los módulos están en serie en este ramal, la potencia
total del ramal es la suma de las potencias individuales de cada módulo
involucrado; la tensión total es la suma de las tensiones individuales de cada
modulo y la corriente del ramal es la corriente de uno de ellos.
Wp Ramal = Wp Modulo
1 +…+ Wp Modulo N
Isc
Ramal = Isc Modulo 1 = Isc Modulo 2
Imp
Ramal = Imp Modulo 1 = Imp Modulo 2
Voc
Ramal = Voc Modulo 1 +… + Voc Modulo N
Vmp
Ramal = Voc Modulo 1 +….+ Voc Modulo N
Teniendo en cuenta que el
resto de los paneles o ramales estan en paralelo, defina las condiciones de
potencia, tensión y corriente de todo el sistema.
Tenga en cuenta que, como
los ramales están en paralelo, la potencia total del grupo de ramales o paneles
es la suma de las potencias individuales de cada ramal o panel; la tensión
total del grupo de ramales, es la tensión de uno de ellos y la corriente total
del grupo es la suma de las corrientes de cada ramal o panel.
Wp Grupo= Wp Ramal 1 +…+ Wp Ramal
M
Isc Grupo = Isc Ramal 1 +…+ Isc Ramal M
Imp
Grupo = Imp Ramal 1 +…+ Imp Ramal 2
Voc
Grupo = Voc Ramal 1 = Voc Ramal M
Vmp
Grupo = Vmp Ramal 1 = Vmp Ramal M
Hay otra forma de obtener
los valores de los parámetros del grupo de módulos y es analizando la
distribución de los mismos. Al igual que el método anterior, hay que partir de
algunos datos técnicos del módulo tales como:
El objetivo es hallar la
distribución del grupo de módulos:
Identifique el ramal o panel
de módulos en serie que, en paralelo con otros, conforman al sistema. Cuente
cuantos módulos en conexión serie están involucrados en dicho panel o ramal; la
cantidad de ellos representa el valor del coeficiente X de S.
Ahora identifique el
número de ramales o paneles de módulos que, en paralelo con otros, conforman al
conjunto, grupo o arreglo de modulos. Cuente cuantos ramales o paneles en
conexión paralelo están involucrados en dicho sistema. la cantidad de ellos
representa el valor del coeficiente Y de P
Para un sistema de grupo
de módulos con N cantidad de módulos y distribución “ X S Y P “, use las
siguientes fórmulas:
N
= X * Y
Wp
Grupo = X * Y * Wp Modulo = N * Wp
Modulo
Voc
Grupo = X * Voc Modulo
Vmp
Grupoo = X * Vmp Modulo
Isc
Grupo = Y * Isc Modulo
Imp
Grupo = Y * Imp Modulo
Para el caso que se esté
trabajando, aquí se tienen los valores:
Ver video:
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ANALISIS DE DISTRIBUCION DE MODULOS SOLARES
EN GRUPOS, CONJUNTOS O ARREGLOS |
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1.16.
CALCULO DE CAPACIDAD ENERGETICA Y POTENCIA
DE MODULOS FOTOVOLTAICOS
Los módulos solares se
encargarán de retornar esa energía que sale de las baterías a las cargas, por
tanto, el insumo de este proceso es conocer el valor de la energía entregada
por las baterías al sistema.
El objetivo ahora es
hallar la energía ( Watts – Hr ) por día que deben entregar o proporcionar los
módulos a las baterías para cargarlas
Si se conoce el valor de
la energía que las baterías o entregan al sistema en el día:
Se aplica la fórmula:
ENERGIA
A PROVEER POR PANELES = ENERGIA ENTREGADA POR BATERIAS
AL SISTEMA ( WATTS – HR ) *
FACTORES DE CORRECCION
Si se conoce el valor de
la capacidad total de energía de las baterías así como el porcentaje de
descarga profunda que se entregan al sistema
en el día:
Se aplica la fórmula:
ENERGIA
A PROVEER POR PANELES = ( CAPACIDAD TOTAL ENERGIA DEL
BANCO DE BATERIAS )* ( % DESCARGA PROFUNDA / 100% )* FACTORES DE CORRECCION
Para ambos casos:
Veamos
ahora los factores de corrección:
·
FACTOR DE VARIABILIDAD DE LUMINOSIDAD O INTENSIDAD
SOLAR ( FLS ): Se relaciona con un factor de seguridad que se adiciona para compensar la
falta de luminosidad solar por fenómenos naturales como nubes, lluvias, que
reducen la captación de energía, como recomendación se da a este factor una
adición de un 5% a 40%. Para sitios desérticos un 5%, sitios soleados con
escasas lluvias un valor del 10%, sitios con temporadas de lluvias un valor del
20% y sitios con alta cantidad de lluvias de un 30% a 40% para nuestro caso tomaremos un 20%, por tanto
el FLS queda:
·
FLS = [ 1 + ( % SEGURIDAD POR FALTA DE LUMINOSIDAD /
100 % )] = [ 1 + ( 20%/100%)] = 1,2
ENERGIA A PROVEER POR MODULOS = ( 12460 Watts - Hr) * FLS
ENERGIA A PROVER POR MÓDULOS = ( 12460 Watts - Hr) * 1,2
·
FACTOR DE PERDIDAS ELECTRICAS POR EMPALMES Y CAIDAS DE
TENSION ( FPE ): Se relaciona con un factor de
seguridad que se adiciona para compensar las pérdidas en empalmes, conexiones,
longitudes de cable, entre los módulos solares y el regulador; como
recomendación se da a un porcentaje de pérdidas de un 3% a 5%, para nuestro caso
tomaremos unas pérdidas estimadas en un 5% y la ecuación FPE queda:
FPE = [ 1 + ( % PORCENTAJE DE
PERDIDAS / 100 % )] = [ 1 + ( 5%/100%)] = 1,05
ENERGIA A PROVEER POR MODULOS = ( 12460 Watts - Hr) * FLS * FPE
ENERGIA A PROVER POR MÓDULOS = ( 12460 Watts - Hr) * 1,2 *
1,05
Por
tanto:
Ya
conocemos el valor de la energía en Watts – Hr que deben suministrar los
módulos a las baterías por día para cargarlas,; ahora deseamos conocer el valor
de la potencia total en Watts de ese conjunto de módulos para poder seleccionar
el módulo base y los posible arreglos. Para ello hay que calcular el HSP u
horas solar pico del sitio.
Se
busca los valores de irradiación I, del sitio en el año, dado por los
institutos de meteorología de cada país, para el caso tomemos el siguiente
ejemplo, donde se identifican el mes de mayor Irradiación y el mes de menor
Irradiación:
Para
efectos de cálculo tomaremos el menor valor de la tabla, que para el caso
corresponde al mes de noviembre con aproximadamente I= 3700 Watt-Hr/Mts Cuad,
pero también tendremos en cuenta el mes de mayor producción ( Febrero con I =
5000 Watt-Hr/Mts Cuad ) para verificación de nuestro proceso mas adelante.
Ahora
se calcula el valor del HSP con la fórmula:
Hsp = Valor de radiación minima anual ( I ) / E en stc
Donde
E = 1000 Watt/Mts cuad
Hsp = ( 3700 Watt-Hr/Mts Cuad ) / 1000 Watt/Mts cuad
HSP = 3,7 Hrs
Recordemos
que:
ENERGIA A PROVEER POR PANELES = HSP * ( N * Wp ) * ( ηRC
/ 100% )
Donde:
N:
Cantidad de módulos solares
Wp:
Potencia nominal del Módulo en watts
HPS:
Hora solar pico
ηRC :
Eficiencia operación del modulo en sitio.
Despejando
( Wp*N ), que es la potencia total del arreglo de paneles del sistema:
(Wp * N) = (ENERGIA
A PROVEER POR PANELES )/ (HSP *( ηRC / 100%)
Para
nuestro caso el sitio posee temperatura ambiente promedio anual de 34º Celsius,
entonces, de la tabla obtenemos el valor del ηRC del 80%:
Donde
Wp es la potencia unitaria de un panel y N el numero de paneles del arreglo,
con un ηRC del 75%, la
potencia total del arreglo requerida es:
Por tanto:
Wp*N = [ 15700 Watt-Hr/Dia ] / ( 3,7 Hrs * 0,8 )
Wp* N = 5304 Watt
Se redondea este valor a 5400 Watts
Como
modo de comprobación, podemos calcular la energía que dará esta cantidad de
módulos y, con base en los valores máximos y mínimos de radiación anual ( I )
Usando
las fórmulas:
Ver
video:
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CALCULO CAPACIDAD DE
MODULOS O PANELES SOLARES EN SISTEMAS FOTOVOLTAICOS AISLADOS |
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