Taller Energia Solar Fotovoltaica

7/29/2019 Taller Energia Solar Fotovoltaica

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TALLERFUNDAMENTOS Y APLICACIN DE LA

ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA

UWE SCHNABLDirector Divisin Tecnolgica, ECOPRISMA

Topocalma, diciembre 2009


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TEMARIO

Parte Terica: 5 horas

CAPITULO I.FUNCIONAMIENTO DE LAS CELDAS FOTOVOLTAICAS

1. Sistemas interconectados a la red2. Sistemas aislados3. Instalacin y orientacin

CAPITULO II.

ELEMENTOS DE UN EQUIPO FOTOVOLTAICO

1. La placa que genera

2. El regulador de carga3. Cmo almacenar la energa

4. El inversor de voltaje

Parte prctica: 3 horas

CAPITULO III.

COMO Y DONDE UTILIZAR LA ENERGA GANADA

1. Usuarios domsticos y sus caractersticas2.

Clculos de consumo energtico domiciliario

3. Dimensionamiento del o los paneles requeridos

4. Ejemplos prcticos: iluminacin con tecnologa LED,Focos con sensor de movimiento,

Cargar bateras de cerco elctrico


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Conceptos generales

Estamos en el nico lugar adentro de nuestro sistema planetario que permite la vidapor situacin climtica. Los prximos planetas, que son Venus y Marte, uno se

sobrecalienta y el otro est permanentemente bajo cero. Vivimos en un ecosistemacerrado y hecho especialmente para nosotros. Tenemos una atmsfera que nosprotege, pero la tratamos mal. Estamos calentndola con gases dainos, como el CO2y el metano. En concreto el CO2 proviene del uso de combustibles fsiles y con esoponemos el peligro nuestra atmsfera.Somos cmodos, preferimos calentar nuestra agua con gas, carbn, petrleo o lea,generar electricidad en centrales de carbn, petrleo, nuclear o centraleshidroelctricas, las cuales a su vez son mucho ms amigables para el medio ambienteque los antes nombrados. Pero igual son cuestionadas por inundar terrenos valiosos ycortar franjas de miles de kilmetros de bosque nativo. Por otro lado tenemos el sol,que nos abastece con energa en una abundancia que es difcil imaginarse. Nos llega10.000 veces la energa que necesitamos, s! sol nos enva en 20 minutos la cantidadde energa que todos los seres humanos demandan en un ao completo. Entonces escasi un crimen no usarla. De parte de nuestro padre sol nos llegan 1,36 KW/hora porm2 en una altura de 100 km. Eso es, donde termina nuestra atmsfera. Adentro desta hay muchos factores como nubes, polvo, aerosoles, ozono, polvo y lluvia. Todosstos funcionan como filtros para la energa solar y al final nos llega 1 KW por hora encada metro cuadrado de la superficie del planeta. Y esto nos llega regalado.

1 KW/ m2 da = constante solar

La constante solar es la base de todos los clculos de rendimiento y eficiencia deequipos solares. Las unidades para medir energa son Kcal y KW/h. La conversin deestas dos unidades es la siguiente:

1 KW/h = 860 Kcal

La Universidad Santa Mara hizo un registro de laenerga solar en todo Chile, el resumen est ordenadopor regiones.

Lo que falta es aprovechar esta energa y usarla ennuestras casas.

Lo malo en este contexto es, que detrs de esta energano hay grandes empresas que la vendan y ningngobierno puede cobrar impuestos sobre el uso de laenerga solar.


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La energa fotovoltaica

Celdas fotovoltaicas son aquellas que transforman luz solar en energa elctrica. O sea,se transforman fotones de luz en electrones elctricos.Cmo lo hacen? El material base es el silicio. Esto existe en grandes cantidades en la

naturaleza, porque est en toda la materia rocosa de la tierra. El proceso requieremucha temperatura para hacer lquida lar arena, luego se purifica el silicio, y seproducen capas delgaditas que van a ser ensambladas a celdas. Las celdas (Figura 1)se unen con conductores para al final montar los mdulos (Figura 2). Cuando stosson muchos, se llama generador solar (Figura 7). Existen 3 terminaciones del silicio:

Amorfo (8-10% rendimiento)Monocristalino (15-16% rendimiento)Policristalino (14% rendimiento)

Similitud entre un sistema fotovoltaico y uno hidrulico

Pozo con aguailimitada (sol)

Bomba (Panel

Solar)

Carga

Descarga

Tanque deAcumulacin (batera)

Vlvula deRetencin (diodo)

18.0V14,5V

(BATERIA DE12V)


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Componentes

1. Panel fotovoltaico: capta la energa solar y la transforma en corriente continua(Volts=V; Amperes = A).2. Regulador de carga: frena y regula el voltaje generado en el panel segn la batera

a usar.3. Batera: almacena la energa en Amper-Hora (Ah).4. Cables: transportan la energa.5. Inversor: transforma la corriente contina (de 12 o 24 V) en corriente alterna(220V).

La energa elctrica que se produce, siempre es de corriente continua y se puede usardirecto para alimentar consumidores de la misma caracterstica o se gua a travs deconductores (cables) y un regulador de carga, hacia el punto de almacenamiento, quese llama batera (Diagrama 1).

+Panel regulador de carga batera

con diodo de proteccinDiagrama 1: configuracin de generacin y almacenaje de la energa solarfotovoltaica

Cargar batera

Los Fabricantes recomiendan cargar la Batera con un Vcarga = 1,2 Vbat y unacorriente Icarga = CA / 10.

Descargar batera

Los fabricantes recomiendan descargar la batera a razn de

Idescarga = CA / 10 para que dure 10 horas.

En la noche, el panel solar tiene menor voltaje (0V) que la batera que ha recibidocarga (entre 10,5 y 14.5V).

Es necesario colocar una vlvula de retencin entre el panel y la batera para evitar

que la corriente se devuelva al panel.Esta vlvula electrnica se llama DIODO:


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Desde ah se conecta un artefacto para convertir ese tipo de energa en energadomstica. ste se llama inversor de voltaje (Figuras 4 y 5).

En Chile todava no hay marco regulatorio para que las compaas de electricidadcompren la energa producida en menor escala, porque eso sera la solucin, producir yvender, sin almacenar, porque stos son costos adicionales, se requiere espacios,manutencin, etctera. En stas condiciones, las casas necesitaran un inversor quereconoce y se ajuste a la frecuencia de la red y, por supuesto, un medidor paracontabilizar la energa entregada.

Y se quedan conectados con su empalme y medidor para el consumo domstico.Entonces esta versin de generar y vender, que se llama on grid no sirve en nuestropas! En Chile hay que usar la otra versin que se llama off grid o funcin aislada.No tiene conexin con la red elctrica. Se usa en zonas remotas, o en artefactos queusan muy poca energa, que no se justifica alimentarlos va cables, como por ejemplolos telfonos SOS al lado de las autopistas.

Ahora, adentro de la casa igual se puede hacer modificaciones para usar energafotovoltaica producida en el propio techo, por ejemplo en iluminacin! (Figuras 4 y 5).Ya existen ampolletas que trabajan con 12 Voltios, hay algunas que son del tipo ahorrocon tubos y otras basadas en LED (Figuras 10 y 11). Hay que separar el circuito de

iluminacin, sacarlo del tablero, poner otro tablero con fusible al lado y alimentarlodesde la batera. O bien, poner un inversor de voltaje y cambiar los 12 Volts de labatera, a 220 V de corriente alterna que se usa en la red de la compaa.Otros aplicaciones que se pueden realizar, sera la alimentacin del notebook, cargarcelulares, comprar pilas recargables para relojes, juguetes de nios, radios y otros yrecargarlas con un cargador solar. No solamente sale ms barato, incluso al cortoplazo. Con la compra de tres Duracell puede adquirir una recargable del mismo tamaoy la puede recargar hasta 800 veces, y adicional disminuye la carga txica en losbasurales. Como ustedes pueden ver, no hay lmites con el uso de la energa solar.

El clculo del consumo es primordial para saber cuntos paneles, bateras y quetamao es el regulador de carga, que deben usar. Para facilitar esta trabajo, por favorllenar la hoja adjunta.


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Si tenemos hecho esta tarea nos vamos a encontrar con una infinidad en tipos depaneles, con diferentes voltajes, amperajes, tamaos, etctera. Tenemos que elegir elmodelo que nos da un cierto margen para el uso en invierno, y una marca que da lagaranta y confianza de tener respaldo, cuando decidamos aumentar la cantidad demdulos. Es decir tener disponibilidad del mismo producto. Despus de la compra de

los artculos, los vamos a instalar, y en eso hay que elegir el dimetro correcto en loscables, porque acurdense, el sistema fotovoltaico trabaja con 12 o 24 Volt, por endelas corrientes son mucho ms altas y por eso requieren cables ms gruesos.Hay que elegir muy bien el techo con su inclinacin, su orientacin hacia el norte, laproyeccin de las sombras no hay que olvidar, porque en invierno las sombras sonmucho ms largas que en verano y una sombra afecta mucho el rendimiento de unpanel fotovoltaico.

Inclinacin del panel = latitud + 15 (invierno)Latitud + 10 (verano)

Valor nominal placa = rendimiento mximo a 25C con la orientacin ptimahacia el sol = wattpeak (Wp)

A mayor temperatura disminuye el rendimiento, porque el calor afecta el flujo deelectrones y aumenta la resistencia interna.

Invierno: 20-30% Wp otoo-primavera: 50% Wp

Verano: 90% Wp

Figura 1: Celda fotovoltaica monocristalina


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Figura 2: Panel fotovoltaico a) amorfo 17,5 V 10 W; b) monocristalino de130 W.


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Se puede instalar en el techo usando un marco de fijacin, o en el piso, o, tambin enun mstil cuando son uno o dos placas. Pero siempre hay que fijarlos bien porque elviento es fuerte y con una fijacin dbil se vuela la inversin.Ahora la batera tambin hay que elegirla segn tamao y lugar, porque hay baterasque no son aptas para ser instalados en el interior de la casa. Son ms baratos pero

requieren una proteccin tipo techo o caseta, y esto tiene a la vez un costo. Ademsestn expuestas de ser robadas, porque son caras.

Ley de Ohm:

Potencia = Tensin x Corriente

P = V x I

Watt = Volt x Amperes

W = V x A

Arreglos: 1. En serie2. En paralelo

SERIE

_

+

PARALELO

En SERIE se suman los voltios y se mantienen los AmperesEn PARALELO se suman los Amperes y se mantienen los Voltios


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Figura 3: Instalacin de un panel 130 Watts al sur de Melipilla condos bateras de 100 Ah y un inversor de 1000 Watts

Figura 4: Instalacin de un panel de 50 Watts en Yumbel con una batera de70 Ah y un inversor de 1200 Watts.

Figura 5: Estacin Espacial ISS tomada desde un satlite.


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Figura 6: Generadores fotovoltaicos a) Sobre un techo: Estacin de

bomberos, ciudad Freising (Alemania) 234 paneles de 120 Wp, total 28.000Watt peak; b) a campo abierto (Alemania)

Figura 7: Instalacin de tres paneles 75 Watts para un invernadero enPortezuelo


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Figura 8: Trabajo actual, cuatro paneles de 106 Watts cada uno, km.8camino a Pinto.

Figura 9: diodos LED de 80 y 120 de salida del haz de luz.

Figura 10: Ejemplos de iluminacin LED domstica: a) bao; b) cocina c)

patio.


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CLCULO DE PANELES

Paso 1: Determinar el Consumo en Watts diario.

Paso 2: Incorporar la Ineficiencia del Sistema (5% / 10%)

Paso 3: Determinar el Nmero de Paneles requerido con frmula simplificada:

CLCULO DE BATERAS

Paso 1: Energa Necesaria del Sistema en Amperes:

Ah del Sistema = Watts diarios del Consumo / Voltaje de Batera

Paso 2: Calcular Nro. de Bateras Requeridas segn los das de Autonoma requeridos:

Nro. Bateras = Nro. das * Ah del Sistema / Capacidad Amperes de la Batera

EJEMPLO:

Paso 1: Energa del Sistema en Amperes (supuesto: 1200 Watts)

- Ah del Sistema = 1200 Watts / 12 Volts = 100 Ah.

Paso 2: Calculo del Nro. de Bateras Requeridas (supuesto: 3 das de autonoma ybateras de 120 Ah)

Nro. de Bateras = 3 * 100 Ah / 120 Ah = 2,5 Bateras (-> 3)


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SOLAR FOTOVOLTAICA

Evaluacin del consumo elctrico

watt watt funcion Wh Wh ahorro /5

A CONSUMIDORES I UNIDADES incandescenahorro horas al da incandes ahorro LED

1 entrada casa 0,5

2 living 3

3 comedor 2

4 dormitorio 1 1

5 dormitorio 2 1

6 bao 1 3

7 bao 2 3

8 cocina 5

9 teraza

10 patio 1

11 garage - bodega 0,5

B CONSUMIDORES AUNIDADES Watt horas al suma1 TV 200 4

2 Eqipo msica 20 6

3 Juguera 150 0,1

4 Lavadora 170 1

5 Celular 4 2

6 Computador 270 3

7 Notebook 70

8 Radio 8 6

9 Video 20 2

10 Micronda 800 0,1

11 HerVidor 1700 0,1

12 Aspiradora 1200 0,1

13 Refrigerador 160 8

14 bomba agua 500 3

TOTAL por da

TOTAL por mes

CONSUMO ILUMINACION AHORRO+ ARTEFACTOS KWh/mes

CONSUMO ILUMINACION LED + ARTEFACTOS $/MES

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