Fórmulas fotovoltaica

1. Introducci Introduccióónn ••
Energ Energííaa
––Demanda creciente Demanda creciente
––Fuerte uso de combustibles f Fuerte uso de combustibles fóósiles: siles:
••
Recurso limitado Recurso limitado
••
Contaminaci Contaminacióónn
––ÆÆNecesidad de formas alternativas de Necesidad de formas alternativas de
obtener energ obtener energííaa

2. Introducci Introduccióónn ••
Energ Energíía Solar a Solar
––Ventajas Ventajas
••
Fuente inagotable de energ Fuente inagotable de energííaa
••
No contamina* No contamina*
––Desventajas Desventajas
••
Baja densidad de energ Baja densidad de energíía por unidad de superficie a por unidad de superficie
••
Potencial energ Potencial energéético depende de localidad tico depende de localidad
geogr geográáfica fica
••
Equipo necesario requiere fuerte inversi Equipo necesario requiere fuerte inversi óón inicial n inicial

3. Radiaci Radiacióón Solar n Solar ••
Irradiancia solar extraterrestre Irradiancia solar extraterrestre ≈≈1360 1360
[W/m [W/m
22
] (cuerpo negro a 5900 ] (cuerpo negro a 5900 °°C)C)
••
Interacci Interaccióón con la atm n con la atmóósfera terrestre: sfera terrestre:
––OO
33
––OO
22
––HH
22
OO
––COCO
22
••
Ventanas Ventanas

4. Radiaci Radiacióón Solar n Solar

5. Semiconductores Semiconductores ••
Atomos Atomos: Niveles de energ : Niveles de energíía discretos. a discretos.
••
SSóólidos: Estructura de bandas lidos: Estructura de bandas

6. Semiconductores Semiconductores ••
Semiconductores: Resistividad el Semiconductores: Resistividad elééctrica ctrica
entre 10 entre 10
--44
y 10 y 10
1010
[[ΩΩcm]cm]
••
MMáás utilizado: Silicio s utilizado: Silicio
SiSi
(14) (14)
(1s(1s
22
2s2s
22
2p2p
66
3s3s
22
3p3p
22
))

7. Semiconductores Semiconductores ••
Silicio Intr Silicio Intríínseco: estructura cristalina nseco: estructura cristalina

8. Semiconductores Semiconductores ••
Semiconductores dopados Semiconductores dopados
––Semiconductor tipo n Semiconductor tipo n

9. Semiconductores Semiconductores ••
Semiconductores dopados Semiconductores dopados
––Semiconductor tipo p Semiconductor tipo p

10. Semiconductores Semiconductores ••
Juntura n Juntura n--pp

11. Semiconductores Semiconductores ••
El El ddííodoodode juntura de juntura

12. Funcionamiento de la celda Funcionamiento de la celda
solar solar ••
Interacci Interaccióón de la luz con la materia n de la luz con la materia
––Energ Energíía de un fot a de un fotóón n
E=hE=hνν=hc/ =hc/λλ
––Choque fot Choque fotóón con electr n con electróón: si la energ n: si la energíía del a del
fotfotóón es mayor que el n es mayor que el EgEgdel material del material
semiconductor, el electr semiconductor, el electróón puede saltar de la n puede saltar de la
banda de valencia a la de conducci banda de valencia a la de conduccióón. n.

13. Funcionamiento de la celda Funcionamiento de la celda
solar solar ••
Interacci Interaccióón de la luz con la materia n de la luz con la materia

14. Funcionamiento de la celda Funcionamiento de la celda
solar solar ••
Caracter Caracteríística V stica V--I de la celda solar I de la celda solar
––C:cte C:cte
––R: Radiaci R: Radiacióón solar [W/m n solar [W/m
22
]]
––II
ss
: Corriente de saturaci : Corriente de saturacióón del diodo n del diodo
––q: carga del electr q: carga del electróón (1.6*10 n (1.6*10
--1919
C)C)
––k: k: CteCtede de Boltzmann Boltzmann
––T: Temperatura absoluta [ T: Temperatura absoluta [ººKK]]
1
qV
kT
s
ICRIe

=
⋅−⋅ −


15. Funcionamiento de la celda Funcionamiento de la celda
solar solar ••
Caracter Caracteríística V stica V--I de la celda solar I de la celda solar
––Corriente de cortocircuito ( Corriente de cortocircuito ( V=0V=0))
––Voltaje en circuito abierto ( Voltaje en circuito abierto ( I=0I=0))
sc
ICR
=
⋅
ln 1
oc
s
kT C R
V
qI
⋅ =
⋅−


16. Funcionamiento de la celda Funcionamiento de la celda
solar solar ••
Caracter Caracteríística V stica V--I de la celda solar I de la celda solar
1
qV
kT
s
ICRIe

=⋅−⋅ −

sc
ICR
=
⋅
ln 1
oc
s
kT C R
V
qI
⋅ =
⋅−


17. Funcionamiento de la celda Funcionamiento de la celda
solar solar ••
Circuito equivalente Circuito equivalente

18. Funcionamiento de la celda Funcionamiento de la celda
solar solar ••
Potencia Potencia peak peak((WpWp): m ): mááxima potencia que xima potencia que
puede suministrar el m puede suministrar el móódulo cuando se dulo cuando se
expone a condiciones de prueba expone a condiciones de prueba standard standard
(STC): (STC):
––1000 [W/m 1000 [W/m
22
] de Irradiancia solar ] de Irradiancia solar
––AM1.5 AM1.5
––2525ººCCde temperatura de temperatura

19. Funcionamiento de la celda Funcionamiento de la celda
solar solar ••
Factor de Llenado (FF): Cuociente entre la Factor de Llenado (FF): Cuociente entre la
mmááxima potencia y el producto xima potencia y el producto VV
ococ
II
scsc
..
mm
oc sc
VI
FF
VI
=

20. Funcionamiento de la celda Funcionamiento de la celda
solar solar ••
Eficiencia: Eficiencia:
Potenciaeléctricamáxima
Potenciasolarincidente
ε
=
100%
oc sc
VIFF
RA
ε
=×
⋅

21. Funcionamiento de la celda Funcionamiento de la celda
solar solar ••
Eficiencia en funci Eficiencia en funcióón del n del EgEg

22. Funcionamiento de la celda Funcionamiento de la celda
solar solar

23. Funcionamiento de la celda Funcionamiento de la celda
solar solar ••
Estructura b Estructura báásica de la celda solar sica de la celda solar

24. Funcionamiento de la celda Funcionamiento de la celda
solar solar ••
Tecnolog Tecnologííasas
––Silicio Silicio Monocristalino Monocristalino
––Silicio Policristalino Silicio Policristalino
––Silicio Amorfo Silicio Amorfo
––PelPelíícula Delgada ( cula Delgada (Thin ThinFilm) Film)

25. Sistemas Fotovoltaicos Sistemas Fotovoltaicos
AutAutóónomos nomos
Dentro de las principales componentes de Dentro de las principales componentes de
un sistema fotovoltaico se encuentran: un sistema fotovoltaico se encuentran: ••
Conjunto fotovoltaico Conjunto fotovoltaico
••
Bater Baterííaa
••
Regulador de carga Regulador de carga
••
Inversor Inversor
••
Cargas AC y DC Cargas AC y DC

27. Bater Baterííasas ¾¾
Asegurar suministro de energ Asegurar suministro de energíía durante a durante
las noches y en d las noches y en díías de poca insolaci as de poca insolacióónn
¾¾
Mantener el voltaje de operaci Mantener el voltaje de operacióón casi n casi
constante constante

28. Consideraciones de dise Consideraciones de diseññoo ¾¾
Profundidad de descarga: porcentaje de Profundidad de descarga: porcentaje de
capacidad nominal que se extrae de la capacidad nominal que se extrae de la
bater bateríía sin afectar su vida a sin afectar su vida úútil. til.
¾¾
Correcci Correccióón de temperatura: el rendimiento n de temperatura: el rendimiento
de la bater de la bateríía disminuye con la a disminuye con la
temperatura temperatura

29. ¾¾
Capacidad nominal: Es la m Capacidad nominal: Es la mááxima xima
cantidad de energ cantidad de energíía que puede extraerse a que puede extraerse
de una bater de una baterííaa
¾¾
Profundidad de descarga estacional: Profundidad de descarga estacional:
compensa el desperdicio de energ compensa el desperdicio de energíía y a y
reduce la demanda de corriente del reduce la demanda de corriente del
conjunto fotovoltaico conjunto fotovoltaico

30. Tipos de bater Tipos de baterííasas ¾¾
De ciclo poco profundo: Soportan De ciclo poco profundo: Soportan
descargas diarias de hasta un 25% de la descargas diarias de hasta un 25% de la
capacidad capacidad
¾¾
De ciclo profundo: Soportan descargas De ciclo profundo: Soportan descargas
diarias de hasta un 80% de la capacidad diarias de hasta un 80% de la capacidad

31. Bater Bateríías en los sistemas fotovoltaicos as en los sistemas fotovoltaicos ¾¾
Usualmente se usan bater Usualmente se usan bateríías de la familia as de la familia
de las de plomo de las de plomo--áácido. cido.
¾¾
Son recargables, f Son recargables, fááciles de mantener, ciles de mantener,
relativamente econ relativamente econóómicas y disponibles en micas y disponibles en
varios tama varios tamaññosos
¾¾
Las bater Las bateríías de electrolito l as de electrolito lííquido quido
producen gases explosivos de hidr producen gases explosivos de hidróógeno y geno y
oxigeno oxigeno

32. Conjunto fotovoltaico Conjunto fotovoltaico ¾¾
Consiste en uno o m Consiste en uno o máás paneles s paneles
conectados (en serie y/o paralelo) tal que conectados (en serie y/o paralelo) tal que
se obtenga la tensi se obtenga la tensióón y corriente deseadas n y corriente deseadas
¾¾
El panel consiste en un grupo El panel consiste en un grupo
encapsulado de celdas solares fabricadas encapsulado de celdas solares fabricadas
principalmente usando c principalmente usando céélulas de Silicio lulas de Silicio
mono y policristalinas mono y policristalinas

34. ¾¾
La potencia de salida de un m La potencia de salida de un móódulo dulo
fotovoltaico queda determinada por: fotovoltaico queda determinada por:
--Resistencia de la carga conectada al Resistencia de la carga conectada al
mmóódulo dulo
--Irradiancia solar Irradiancia solar
--Temperatura celular Temperatura celular
--Rendimiento de las c Rendimiento de las céélulas lulas

37. Reguladores de carga Reguladores de carga ¾¾
Protegen a las bater Protegen a las bateríías de sobrecargas o as de sobrecargas o
descargas excesivas descargas excesivas
¾¾
Protegen contra flujos inversos de Protegen contra flujos inversos de
corriente corriente
¾¾
ActActúúan de acuerdo al nivel de tensi an de acuerdo al nivel de tensióón que n que
detectan en las bater detectan en las baterííasas

38. Inversores Inversores ¾¾
Transforman la corriente continua en Transforman la corriente continua en
alterna alterna
¾¾
Los inversores comunes funcionan a 12, Los inversores comunes funcionan a 12,
24, 48 24, 48 óó120 V con salidas de 120 120 V con salidas de 120óó240 V 240 V
a 50 a 50 óó60 60 HzHz
¾¾
La forma de onda de salida depende de La forma de onda de salida depende de
varios puntos varios puntos

39. Procedimiento de dise Procedimiento de diseññoo ¾¾
CCáálculo de consumos: Determinar la lculo de consumos: Determinar la
carga total (AC y CC) conectada al sistema carga total (AC y CC) conectada al sistema
¾¾
Selecci Seleccióón de la tensi n de la tensióón del sistema n del sistema
¾¾
Determinaci Determinacióón del recurso solar n del recurso solar

40. ¾¾
Determinaci Determinacióón de la corriente y n de la corriente y áángulo de ngulo de
inclinaci inclinacióón del sistema fotovoltaico n del sistema fotovoltaico
¾¾
CCáálculo de la capacidad del sistema lculo de la capacidad del sistema
acumulador acumulador
¾¾
CCáálculo del conjunto fotovoltaico lculo del conjunto fotovoltaico