Introduccion a generadores y tipos de instalaciones fotovoltaicas

introduccion descripcion y categorias de las instalaciones fotovoltaicas

1. GENERADORES E INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS.

2. Que es un generador eléctrico ?

3. Que consideramos como un generador fotovoltaico ?

4. El módulo fotovoltaico Un grupo de celdas, solares, asociadas eléctricamente entre sí y encapsuladas en un único bloque se llama módulo fotovoltaico , y constituye el elemento básico con que se construyen los generadores FV. El módulo más característico está constituido por entre 30 y 36 celdas , todas de igual tamaño y de iguales características I-V, conectadas en serie y encapsuladas entre una lámina de vidrio que cubre la cara posterior. El módulo presenta dos bornes de salida, positiva y negativa y a veces una intermedia para permitir la instalación de diodos de protección.

5. Tipos de Sistemas Fotovoltaicos Autónomos o Remotos Interactuando con la Red Eléctrica

6. Aplicaciones autónomas Producen electricidad sin ningún tipo de conexión con la red eléctrica, a fin de dotar de este tipo de energía al lugar donde se encuentran ubicadas. Pueden distinguirse dos bloques: Aplicaciones espaciales: sirven para proporcionar energía eléctrica a elementos colocados por el ser humano en el espacio, tales como satélites de comunicaciones, la Estación Espacial Internacional (ver cuadro al margen y Fig. 1.4), etc. La investigación en esta área propició el desarrollo de los equipos fotovoltaicos tal y como los conocemos en la actualidad.

7. • Aplicaciones terrestres Entre las que cabe destacar las profesionales: Telecomunicaciones: telefonía rural, vía radio; repetidores (de telefonía, televisión, etcétera). Electrificación de zonas rurales y aisladas: estas instalaciones, que se pueden rea- lizar en cualquier lugar, están pensadas para países y regiones en desarrollo y todas aquellas zonas en que no existe acceso a la red eléctrica comercial (en Eu- ropa hay cerca de un millón de personas sin acceso a esta red): viviendas aisla - das, de ocupación permanente o periódica, refugios de montaña, etc. En ciertos países, como Cuba o Brasil, se emplean en locales comunitarios (consultorios mé - dicos , escuelas) o para abastecer de electricidad a un determinado grupo de per- sonas (un pueblo, una aldea, etc.). Señalización: se aplica, por ejemplo, a señales de tráfico luminosas, formadas por diodos LED, alimentados por un panel solar y una batería. Alumbrado público: se utiliza en zonas en las que resulta complicado llevar una línea eléctrica convencional

8. Bombeo de agua: estas instalaciones están pensadas para lugares tales como granjas, ranchos, etc. Se pueden realizar en cualquier lugar. Su uso puede ser tanto para agua potable como para riego. Redes VSAT: redes privadas de comunicación (para una empresa, un organismo oficial, etc.) que actúan a través de satélite. La energía solar se utiliza para alimen - tar las estaciones de la red. Telemetría: permite realizar medidas sobre variables físicas y transmitir la informa- ción a una central (p. ej.: control de la pluviometría de la cuenca de un río). Otras aplicaciones: juguetes, alumbrado en jardines, divertimentos.

9. Aplicaciones de sistemas fotovoltaicos autónomos en Electrificación Rural

10. Telecomunicaciones y medición remota de señales .

11. Aplicaciones marinas y señalización

12. Sistemas conectados a la red CARGA Un “Sistema Conectado” implica que un sistema de potencia ; conformado por un generador independiente y su carga asociada, cuenta también con una acometida de la red eléctrica Cargas Generador FV Inversor Medidor Bidireccional Red Eléctrica

13. Tipos de sistemas conectados a la red Estaciones Centrales.- Son plantas de gran capacidad (de hasta varios MW) Operadas por la compañía suministradora. La interconexión con la red siempre es trifásica debido al rango de potencia. Generadores dispersos .- Son generadores de baja capacidad (1-10KW) instalados en inmuebles residenciales , comerciales o institucionales. Estaciones de apoyo a la red .- Son similares a una estación central, su objetivo es proporcionar alivio térmico a subestaciones yo líneas de distribución que se encuentren cerca del límite de su capacidad.

14. Generadores Dispersos

15. Estaciones Centrales y de apoyo a la red

16. INSTALACIONES CONECTADAS A RED

17. Características básicas Se vierte a la red toda la energía generada No hay almacenamiento voltaje generada depende tipo panel, configuración generador y temperatura Corriente generada depende superficie paneles y radiación incidente Transformación a corriente alterna

18. Tipos de aplicaciones Instalaciones campo abierto Instalaciones sobre cubierta

19. Componentes de las instalaciones en conexión a red Generador fotovoltaico: asociación eléctrica de varios paneles para obtener determinadas condiciones de corriente y voltaje. I G = N P x I PANEL V G = N S x V PANEL La potencia del generador, expresada en Wp , conocida la potencia nominal del panel P NOM,PANEL , se puede determinar mediante: P NOM,G = N S x N P x P NOM,PANEL = N PANELES x P NOM,PANEL

20. Estructura de soporte: Posiciona los paneles de forma fija, con una orientación y una inclinación optimas según la situación geográfica. Se realiza teniendo en cuenta: dimensiones y numero de paneles a agrupar. El pliego de condiciones técnicas de las instalaciones incluye un conjunto de requisitos.

21. Seguidores solares: Estructuras de soporte móviles. Diversos tipos de estructuras. Mejora en la recepción solar de entre un 25 y un 40% anual respecto a la posición fija. Aumento del coste de la instalación.

22. Inversor: Transforma la electricidad generada a alterna, en la voltaje y frecuencia requerida por la red. Régimen de trabajo esta determinado por la potencia instantánea entregada por generador fotovoltaico. Potencia nominal del inversor se dimensiona a un valor inferior a la potencia del generador fotovoltaico. Pérdidas de energía en el inversor: Pérdidas en vacio Pérdidas lineales con la corriente Pérdidas cuadráticas con la corriente (efecto Joule en elementos resistivos).

23. Esquema unifilar

24. Conexionado entre paneles Asociaciones serie-pararelo Pérdidas máximas inferiores a 1,5% Instalaciones de potencia superior Necesario conectar paneles entre sí Curva I-V I G =N p xI panel V G =N s xV panel

25. 4- INSTALACIONES AISLADAS

26. Características básicas Incluyen acumulador y controlador de carga asociado. Fundamental estimar la demanda energética

27. Configuración básica y otras alternativas Sistemas de bombeo de agua no usan acumuladores, la energía se almacena en un depósito de agua en altura.

28. Componentes de las instalaciones aisladas Generador fotovoltaico. El número de paneles depende del consumo proyectado de la instalación. Estructura de soporte. No es viable estructuras con seguimiento solar.

29. Acumulador de energía Desde el punto de vista de la fiabilidad, la batería es el elemento crítico de la instalación. Factor clave: coste y disponibilidad por posibles futuros recambios  Suele usarse las de Pb-ácido porque soportan relativamente bien condiciones adversas (regímenes operativos variables, descargas profundas y prolongadas, recargas insuficientes, temperaturas elevadas, etc.)

30. Fenómenos de las baterías en operación real Los procesos de almacenamiento y extracción de energía que constituyen la base de la operación de una batería están acompañados en la práctica por otra serie de fenómenos fisicoquímicos que afectan a su funcionamiento y pueden incluso determinar su tiempo de vida. Entre estos procesos están la gasificación , e stratificación, corrosión, sulfatación y precipitación. Efecto de la temperatura A altas T mayor movilidad de iones en electrolito  menor R int y mayor capacidad. A bajas T hay riesgo de congelamiento. Solución: uso de electrolitos con mayor densidad (≈ 1,28 g/cm 3 ).

31. Controlador de carga Formado básicamente por dos interruptores que actúan sobre las líneas generador-batería y batería-consumo, respectivamente. Detecta en qué estado se encuentra la batería, y por comparación con los umbrales de regulación previamente fijados, actúa sobre las líneas de carga o descarga de la misma. Parám . de diseño: V nom (debe ser igual a la V nom de la batería asociada), I max ,(> I gen ,> I cons_max ). Fabricante de baterías da los valores umbrales de desconexión recomendados.

32. Descripción operativa: sistema regulador-batería La regulación en carga suele hacerse con PWM. Al alcanzar la voltaje de carga el ancho de pulso se modula para obtener una voltaje constante. Considerar que la longitud y grosor del cable de interconexión entre batería y regulador introduce caídas de voltaje (recomendable que sean < 1% V nom , importante al definir los valores umbrales del regulador).

33. Inversor (DC  AC) - Cuando se requiera línea de consumo para alimentar equipos en alterna. INVERSORES DE ONDA SEMISINUSOIDAL + Dispositivos de coste inferior, aptos para cargas resistivas. + No aconsejables para consumos inductivos. + Baja eficiencia y elevado nivel de armónicos. + Sist. de baja potencia  Coste prima frente factores técnicos INVERSORES DE ONDA SINUSOIDAL PURA + De alta calidad. + Precio elevado: Entre 5-10 veces los semisinusoidales. + Sistemas más sofisticados. Incluyen sistemas adicionales de optimización, protección y monitorización. Diferencias Inversores inst. autónomas/inst. conectadas a red + Régimen de carga viene marcado por la potencia instantánea de consumo. En los conectados a red por la potencia que entrega el generador fotovoltaico. + Cuando consumo apagado  Inversor sólo consume las “pérdidas de vacio”.

34. - Opciones de integración del inversor en el sistema fotovoltaico: 1- Inversor conectado a la salida de consumo del controlador de carga + Opción óptima, de forma que el inversor es el que vigila y actúa frente a la descarga excesiva de batería. + Problema  Controladores de carga del mercado no son capaces de soportar los picos de arranque que si que aguantan los inversores. 2 - Inversor conectado directamente a la batería + Solución adoptada.  Se evita rotura del controlador. + Problema  Problemas de descarga excesiva de la batería.

35. Convertidores DC/DC Dos tipos con funciones bien diferentes: CONVERTIDORES QUE ADOPTAN EL VALOR DE voltaje CONTINUA DEL SISTEMA A LA voltaje PARTICULAR DEL EQUIPO + Cuando son diferentes + Exigencias básicas: Elevada eficiencia y buena fiabilidad a un coste razonable. “SEGUIDORES DEL PUNTO DE MÁXIMA POTENCIA (MPPT)” + Mayor interés, por su carácter particular de la tecnología fotovoltaica. + Función que se incluye en los inversores, tanto aislados como en conexión a red. + El seguidor es un convertidor DC/DC que modifica su voltaje de entrada, de forma que el punto de trabajo del generador coincida, o se aproxime lo más posible, al punto de máxima potencia, independientemente de la voltaje de salida. + Aspectos fundamentales a valorar: Precisión máxima en el seguimiento del punto de máx. potencia, eficiencia y fiabilidad elevadas, protecciones ante situaciones accidentales.