2. fotovoltaico 27.05.2014
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E n e r g í a s r e n o v a b l e s e n
l a e
d
i f i c a c i ó n
Sistemas de conversión de la energía solar
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E n e r g í a s r e n o v a b l e s e n
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i f i c a c i ó n
Fotovoltaico:
principiosdimensionamiento& evaluaciones
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Fotoconductividad
Efecto fotoeléctrico: energía fotones
bombardea un electrón (energia dibreak-out).
Los fotoelectrones abandonan lasuperficie, que adquiere una carga +.
Estado temporal.
La diferencia de energía entre lascapas permite emisión de rayos X o deulteriores electrones que vienen de lascapas externas.
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Longitud de onda y
frecuenciapara la radiación electromagnética
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Densidad de electrones en el silicio en
función de la temperatura: a) Región de yonización de las impurezas;
b) Área de exhaustión;
c) Campo intrínseco.
Tensión de un modulo c-Si en función dela temperatura de ejercicio.
Factores que influencian la eficiencia de los fotoconductores
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Caracteristicas de los materiales fotoconductores
Foto-conductores y respectivo grupo
de pertenencia
Dependencia de la movilidad de latemperatura en un semiconductorAsGaAl: influencia de impurezas yvibraciones en los resultadosexperimentales
impurezasvibraciones
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Celda solar p-n.
En su forma más simple, la célula solar consiste enun semiconductor tipo n y tipo p, ambos hechosdel mismo material (homojunction)
o materiales diferentes (heterounión).
Estructura de la banda y capas dopadas por losdos lados con signo opuesto con respecto al nivelde Fermi Band-gap de los
principales semiconductores
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Dimensionamiento de las instalaciones fotovoltáicas
Datos solares
Análisis de la superficie disponibleAnálisis de la demanda energética
Productividad
Verificación conexiones de un campo conel inverter
Verificación del dimensionamiento
Inversión y payback-time
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Inversión y payback-time
Incentivos:
Financiación en capital (hasta 75%)
Feed in tariff (tarifas de incentivación)
Detracciones fiscales
Energy Payback Time:
Unidad demedida
SILICIOMONOCRISTALINO
SILICIOMULTICRISTALINO
SILICIO AMORFO
ENERGIA GRIS kWh/Wp 5-8 3,5-7 2,5-4
TIEMPO DE RECUPERACIÓNENERGÉTICA
años 3,9-6,6 2,9-5,8 2,1-3,3
FACTOR DE REEMBOLSOENERGÉTICO - 3,7-6,4 4,3-8,6 7,5-12,6
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Productividad
Energía promedio anual kWh/m2
Potencia (kWp)x nº horas/día eq. Prom. x 365 x pérdidas
Pérdidas Reflexión 3,1%Baja radiación y sombra 3,3%Mismatching tiras 5,7%Temperatura 7,6%Tableros en continua 1,2%
Inverter cc/ac 4%Filtros 2%
Ej.: p=0,35%/oC
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Instalación
fotovoltaica
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BIPV
La energía captada (continua) se transforma en alternada y se subeal voltaje nominal de red para permitir el correcto funcionamientode los aparatos utilizadores.
Un sistema Building Integrated Photovoltaics (BIPV) completo incluye:
Los modulos fotovoltaicos (thin-film o cristallino, transparente,semi-transparente o opaco);
Un regulador de carga para controlar la potencia de entrada ysalida de la bateria (stand alone;
Sistema de almacenamiento de energia, usualmente sistemas deintercambio con la red o con unas baterias stand alone;
Equipos de conversión de energia que incluyen el inverter paraconvertir la corriente continua en alternada compatible con lared;
Alimentadores de emergencia (ej.: generadores diesel)opcionales para stand alone;
Soporte adecuado y de instalacion de los componentes,cableado y desconexion segura.
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Stand Alone y Grid Connected
Stand-alone: energia para
uso interno.Acumulación surplus parauso en horas nocturnas oen la madrugada.
Grid-connected:energia para usointerno +imisión en red.Condición de
interscambio conla empresade energía.
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Sistema de equilibrio (BOS)
BOS: sistema que permite la utilización de la energía.
Incluye:
Estructuras y sub-estructuras
Cableado
Inverter
Acumuladores
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Generador fotovoltaico
Celda, modulo y panel
Conexión en serie y en paralelo Modulo con película delgada tandem a-Si/c-Si
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Claudio Varini Doctor Arquitecto
Building Integrated
Photovoltaics con tejasintegradas a laarquitectura;
tejas metálicas conthin film,
Ancho de bandade captación muy
cercano al valoróptimo (1,44 eV) y
alto coeficiente deabsorción.
Características:
buena eficiencia y bajo costo.
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Claudio Varini Doctor Arquitecto
Mayor rendimiento por:
•Mayor sensibilidad a la luz difusa,
•Mejor tolerancia a la sombra,
•Menor sensibilidad a las temperaturas(a 70oc -9% frente a -23% del silicio cristalino)
•Adaptabilidad a diseños con diferenteslongitudes e inclinaciones
•Fácil mantenimiento (superficie transitable)
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Generadores
fotovoltaicos
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Tres generaciones de fotovoltaico
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Estimativo del mercado en el corto plazo
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Fotovoltaico por
concentración
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F
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Fotovoltaico por concentración
Tecnología de baja concentración
Tecnología de media concentraciónTecnología de alta concentración
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Concentrador fotovoltaico
Componentes Concentratore fotovoltaico (CPV): Concentrador optico Receptores Soporte Sistema di seguimiento
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Lentes Fresnel
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Concentradores con reflectores
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Baja concentración para construcciones
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Concentradores lineales para generación de energía
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Ventajas y desventajas de los concentradores fotovoltaicos
Ventajas:
Materiales poco costosos ( reflectores y lentes en plástico, vanos metálicos.
Captación de mayor cantidad de energía con menores superficies fotovoltaicas.
Reducción de la superficie de captación.
Incremento de la eficiencia de las celdas utilizzadas.
Desventajas:
Influencia del costo de las ópticas
Necesidad de seguimiento axial para concentradores con ratio ≥5x.
Necesidad de seguimiento bi-axial para concentradores con ratio ≥5x .
Incremento de los costos en función de la complejidad del sistema.
Concentración de la sola radiaación directa a costa de la global
20% aprox. de la radiación es difusa.
Alta sensibilidad a la nubosidad.
Posible pérdida debida a radiaciones que no llegan a impactar la celda (≅10÷20%para concentración unifocal, ≅10% para concentración lineal).
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Campo de
aplicación
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S l d thl
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Solar decathlon
I t f it tó i
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Interfaz arquitectónica
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Zara Koln
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Zara , Koln
Houten fire station
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Houten fire station
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Stillwell Avenue Terminal New York
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Stillwell Avenue Terminal, New York
Stazione Alta Velocitá Firenze
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Stazione Alta Velocitá, Firenze
Bed Zed Croydon
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Bed Zed, Croydon
Heliotrop Freiburg
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Heliotrop, Freiburg
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Company building Tobias Grau, Rellingen
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Company building Tobias Grau, Rellingen
Solar Ark Sanyo, Gifu
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Solar Ark Sanyo, Gifu
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