2. presentacion energia solar fotovoltaico - prof. juan casas.pdf

8/10/2019 2. Presentacion Energia Solar Fotovoltaico - Prof. Juan Casas.pdf

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Prop. Intelectual Juan Casas Q.




Diámetro1.392.000 km(~1,4 × 109 m)

Diámetro relativo(dS /dT)

109

Superficie 6,09 × 1018 m2

Volumen 1,41 × 1027 m3

Masa 1,9891 × 1030 kg

Densidad 1411 kg/m3

Gravedad en lasuperficie

274 m/s2 (27,9 g)

Temperatura de lasuperficie

6000 ºK

Temperatura de lacorona

5 × 106 K

Temperatura del núcleo ~1,36 × 107 K

Luminosidad (LS) 3,827 × 1026 W




Núcleo: 30% radio total15% volumen

40% masa

90% energía

T = 107º K

Fusión Nuclear

Zona Radiativa:Las partículas que transportan la

energía (fotones) intentan

escapar al exterior en un viaje

que puede durar unos 100.000

años debido a que éstos fotonesson absorbidos continuamente y

reemitidos en otra dirección

distinta a la que tenían




Fotosfera: Capa delgada, de unos

300 Km, que es la parte del Sol

que nosotros vemos, la

superficie. Desde aquí se irradia

luz y calor al espacio.

Zona Convectiva:En ésta zona se produce el

fenómeno de la convección, es

decir, columnas de gas caliente

ascienden hasta la superficie, se

enfrían y vuelven a descender.

Corona: Atmósfera del sol; capade gran extensión, temperaturas

altas y de bajísima densidad.

formada por gases enrarecidos y

gigantescos campos magnéticos

que varían su forma de hora en

hora




Componentes químicos Símbolo %

Hidrógeno H 92,1

Helio He 7,8

Oxígeno O 0,061

Carbono C 0,03Nitrógeno N 0,0084

Neón Ne 0,0076

Hierro Fe 0,0037

Silicio Si 0,0031

Magnesio Mg 0,0024Azufre S 0,0015

Otros 0,0015




Neutrón

Neutrón

Protón




(Hidrogeno) (Deutério) (Helio-3)

1H1 + 1H

2→ 2He3

(Helio-3) (Helio-3) (Helio-4) (Hidrogeno)

2He3 + 2He3→ 2He4 + 2 1H

1

26,2 x 106 eV por Kg de protones consumidos

6,25 x 1018 eV = 1 joule




Velocidad de Propagación:

300 000 km/s




2 · arc cos [-tg(Φ) · tg(δs)]

15 º

Calcular la insolación máxima el día 1 de Marzo en la ciudad de

Santiago de Chile (70°39′01″W, 33°26′16″S)

23.45º sen [360*(284+J)/364]



Energía Solar

AplicacionesActivas

Energía SolarFotovoltaica

Sector Rural

Turismo

Energía SolarTérmica

AbastecimientoT > 60º

AplicacionesPasivas

Arquitectura

Bioclimática

Ventilación eIluminación

natural




CondensadoresParabólicos

• Producen T > 400º C

• Condensadores de California con

producción de 354 MW

•Con esta energía se abastece a 350

mil personas con un equivalente al

consumo de 2.3 millones debarriles de petróleo




Abastecimiento por distritos; Suecia. 10.000 m²




Laelectricidad

es un

fenómeno físico originado

por cargas eléctricas estáticas

o en movimiento y por su

interacción.

Se define como un flujo de

electrones





p s



Intensidad : Es un flujo de cargas eléctrica en untiempo determinado y se mide en Amperes

La carga eléctrica se mide en Coulomb

Si la Intensidad es constante: Corriente Continua

Si la Intensidad es Variable dentro de un ciclodefinido: Corriente Alterna




Es unidireccionalNo varia en función deltiempo

No tiene frecuenciaPolaridad: (+) y (-)

Es cíclica (función

sinusoidal)Varia en función deltiempoTiene frecuenciaPolaridad: Fase y Neutro




1. Una fuente de Fuerza Electromotriz

, que genera una

diferencia de potencial

2. Un flujo de cargas

, que se produce producto de la diferencia de potencial generada

3. Existencia de una resistencia conectada al circuito, quesea capaz de transformar la energía eléctrica en energía útil




I

V R

Georg Simon Ohm

Alessandro Volta

Andre Ampere




La ley Ohm la podemos analizar en

un circuito simple, endonde la ampolleta actúa como resistencia

consumiendo energía

al sistema




Serie:

V ab) = V ac) + V cb)

Como la corriente que circula por R1 y R2 es I, entonces:

V ac) = R1 * I

V cb) = R2 * I

V ab) = (R1 + R2) * I

R ab) = R1 + R2

Aumenta el Voltajey el Amperaje se

mantiene constante




Paralelo:

V ab) = V1 = V2

I = I1 + I2

I1 = V ab)/R1

I2 = V ab)/R2

Como sabemos de la ley de OHM:

V ab) = I * R ab)

1/R ab) = 1/R1 + 1/R2

El Amperaje varia yel Voltaje se

mantiene Constante




Transferencia de energía por medio de ondas

electromagnéticas.

La radiación es un proceso de transmisión de ondas

o partículas (fotones) a través del espacio o de algún

medio.




1. Todos los objetos emiten energía radiante, cualquiera seasu temperatura, por ejemplo el Sol, la Tierra, laatmósfera, los Polos, las personas

2. Los objetos con mayor temperatura radian más energíatotal por unidad de área que los objetos más fríos.

3. Los cuerpos con mayor temperatura emiten un máximode radiación en longitudes de ondas ( λ) más cortas.

4. Los objetos que son buenos absorbedores de radiaciónson también buenos emisores




Las ondas

electromagnéticas

conducen energía,

este vector

representa la

transferencia de

energía a objetos

que se ponen en

contacto con lasondas

electromagnéticas




La magnitud del vector de Poynting representa la tasa de flujo

de energía en una onda electromagnética través de unasuperficie perpendicular al flujo

Su dirección es a lo largo del desplazamiento de la onda

Dimensionalmente se mide en:




La potencia de la radiación solar que se recibe en uninstante determinado sobre un metro cuadrado desuperficie se conoce como irradiancia I) y se expresa

en W/m2

Para una distancia media Tierra-Sol el valor de la Irradiancia en un plano exterior a la atmósfera y perpendicular a los rayos del sol, se conoce comoconstante solar S)




Atmósfera

Gases, nubes,partículas

sólidasen suspensión

1000 W/m2




Una de las capas de la

tierra que evita que toda laradiación llegue a la tierra,haciendo de filtro de lasonda electromagnéticas





Resonancia de Schumman

7,8 Hertz Coincidencia, Ficción o

Realidad?



La Resonancia de la Tierra (Resonancia Schumann) ha sido de 7.8 Hz pormiles de años. Desde 1980 se ha elevado hasta 12 Hz. Esto significa que 16horas equivalen ahora a un día de 24 horas

Consecuencias en los seres humanos?

1. Migrañas, dolores de cabeza, cansancio.2. Sensaciones eléctricas en los miembros y la columna vertebral3. Calambres en el sistema muscular4. Síntomas parecidos a la gripe5. Sueños intensos




Los gases de laatmósfera sonabsorbedoresselectivos deradiación solar, esdecir queabsorben gran

cantidad paraalgunas longitudesde onda

Del gráfico se veque los gases dela atmósferaabsorben enmenor proporción

la longitud deondacorrespondiente alespectro visible




Directa: Radiaciónproveniente del sol sincambiar de dirección,esta se mide mediante elpirheliometro

Difusa: Es aquella que tieneque cambiar su direcciónpor reflexión y dispersión, el

instrumento que nospermite medir este tipo deradiación es el pinanometro




Condiciones

Climatológicas

Irradiancia

Watt/m2

Componente

Difusa (%)

Cielo Claro 750-1000 10 - 20

Parcial- Nublado 200 – 500 20 – 90

Completo. Cubierto 50 – 150 90 - 100




Celdas fotovoltaicas : silicio policristalino de alta eficiencia de conversión,rendimiento estable, contactos eléctricos optimizados.

Frente: cristal templado y texturizado de bajo contenido de hierro para la optimización

de la transmisión de la luz

Material de encapsulación: EVA, polimerizado de alta temperatura,con estabilizador UV y baja permeabilidad al agua y a la humedad.

Parte posterior: película de Tedlar (hojas de PVF-PE-PVF) para garantizar la máxima protección contra los agentes atmosféricos.

Marco: en aluminio anodizado y pretroquelado para una instalación fácil y rápida.

Caja de conexión: resistente al polvo y al agua. Dotada de diodos de by-pass




Primeras observaciones

principios del siglo XIX

1. Efecto Fotoemisivo

2. Efecto Fotoconductivo

3. Efecto Fotovoltaico

1954 : Creación de la primera

célula Solar




Estructura de Bandas y Materiales semiconductores




La Energía de Gap,

es la Energía

necesaria

para que losElectrones puedan

pasar la banda

prohibida y pasar

a la de conducción;

Estableciéndose asíUn flujo de electrones

(corriente Elec..)




Intensidad de Cortocircuito:(en ausencia de cargas externas, máx. corriente que puede obtenerse de unacélula fotovoltaica)

Tensión en Circuito Abierto:(máxima tensión que puede obtenerse sin estar conectado a ningúnconsumo y la intensidad es nula)

Potencia Máxima:(producto de la intensidad máxima y el voltaje máximo)




Se define como el cociente de

potencia máxima que se puede

entregar a una carga entre el

Producto de la tensión de circuito

abierto y la intensidad de cortocircuito

Este Factor varia entre 0.7 y 0.8




Análisis de la variación

de la intensidad de corriente

con respecto a la variación

de irradiancia; se puede ver del

Gráfico que son directamenteproporcionales

Análisis de la variación

Del Factor de Forma con

respecto a la temperatura,se describen además los

fenomenos asociados

Para voltaje e intensidad de

Corriente de cortocircuitoProp. Intelectual Juan Casas Q.



Se refiere al proceso de cálculo y selección

de los distintos componentes eléctricos ainstalar y su sistema que constituye unainstalación fotovoltaica




Existen a lo menos 3 tipos de instalaciones genéricasfotovoltaicas:

1.-Instalaciones autónomas sin conexión a la red

2.-Instalaciones autónomas o

semi-autónomas, con conexión a la red

3.-Instalaciones conectadas a las red, no autónomas




Panel Fotovoltaico

Regulador de Carga

Batería

Inversor




Se desea electrificar, medianteenergía solar fotovoltaica una casa

ubicada en la Serena, Latitud 29,9ºSur, de la cual se tiene lossiguientes datos de consumos

totales y de radiación disponible…




Kwh./m2 x Día

Inclinación de Paneles : 30º




Si se emplean paneles fotovoltaicos de 75Wp depotencia unitaria ¿Cuántos paneles será necesarioinstalar para garantizar las necesidades diarias deconsumo en las condiciones mas desfavorables?

¿Cuál es la capacidad mínima de Ah que deberántener las baterías para garantizar una autonomía de

6 días si se acepta una profundidad de descargamáxima del 50% y la tensión de trabajo de lainstalación es de 12V ?

Determine la capacidad del (o los) regulador (es) autilizar?

Determine la capacidad del inversor de corrientecontinua a alterna a utiliza r




El controlador de carga regula el

estado de carga entre límites

preestablecidos. El voltaje de las

baterías se mide y se toma como

factor principal para estimar el estadode carga, además algunos

controladores miden la temperatura

de la batería lo que ayuda a

incrementar la vida útil de su banco de

baterías, existen algunos que inclusodesconectan la carga cuando la batería

esta por descargarse (desconexión por

bajo voltaje LVD).




• Conexión en serie para Baterías

• Conexión en paralelo en Baterías




Conexión

múltiples

baterías usando

baterías de 2 V

(Serie y Paralelo)

• Conexión de múltiplesbaterías pero con una

regulación de voltaje




Un inversor es un circuito

utilizado para convertircorriente continua en corrientealterna. Los inversores sonutilizados en una gran variedadde aplicaciones, desde pequeñasfuentes de alimentación para

computadoras, hastaaplicaciones industriales paramanejar alta potencia. Losinversores también sonutilizados para convertir lacorriente continua generada por

los paneles solares fotovoltaicos,en corriente alterna y de estamanera poder ser inyectados enla red eléctrica o usados eninstalaciones eléctricas aisladas.





Los conductores necesarios tendrán la sección adecuada para reducirlas caídas de tensión y los calentamientos.Concretamente, para cualquier condición de trabajo, los conductores

deberán tener unos valores de sección tales que la caída de tensiónen ellos sea inferior a las indicadas a continuación:

- Caídas de tensión máxima entre generador FV y regulador: 3 %- Caídas de tensión máxima entre regulador y batería: 1 %- Caídas de tensión máxima entre inversor y batería: 1 %- Caídas de tensión máxima entre inversor /regulador y cargas: 3 %



P i d d I t l t l J

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