generador fotovoltaico (v 01)

Centro Tecnolgico Nuevos Horizontes

Curso Energa Fotovoltaica

Aspectos tcnicos y aplicaciones

Caracterizacin de celdas y generadores fotovoltaicos

Reinhold Schmidt


Introduccin

Sistema fotovoltaicoFuente energtica

Electricidad, energa til

Electrificacin ruralBombeo

Red elctrica


Como funcionan,

Que caractersticas elctricas tienen .........??????


Historia y orgen

1 Descubrimiento del efecto fotovoltaico en celda de Selen, Fsico francs Henri Becquerel

1905 Trabajos tericos, Einstein, etc.

1954 Primera celda industrial, si-mono

1950-60 Primeras aplicaciones extraterrestres, satlites, si-mono

> 1973 Inicio de aplicaciones terrestres, Desarrollo tecnolgico: - materiales - celdas - fabricacin, etc.

2010 aprox. 35 GW instalado


Efecto fotovoltaico:

Generacin directa de un voltaje elctrico en la celda mediante la absorcin de radiacin solar


- Los materiales adecuados para aprovechar este efecto fotovoltaico son los semiconductores

- A la fecha, silicio es el material mas utilizado para celdas solares

Silicio

Efecto fotovoltaico


Enlace covalente

Los tomos comparten uno o ms electrones en unnuevo orbital

Se unen a travs de sus electrones en el ltimo orbital

Ejemplos: gases, no-metales, semiconductores ( Si )


Silicio - semiconductor

Activacin trmica:

T = 0 K: conductividad elctrica = 0

T > 0 K: conductividad elctrica > 0

o:

Activacin ptica:

conductividad elctrica > 0, electrones libres


Funcionamiento celda solar


Esquema celda solar fotovoltaica

Funcionamiento principal:

Absorcin de fotones

Generacin de portadores de carga

Separacin de portad. de carga

Electricidad

Celda = semiconductor , diodo


Dotacin ( impurificacin ) del silicio

Dotacin con fsforo ( 5 valencias )

aumento de la cantidad de electrones, silicio tipo n

Dotacin con boro ( 3 valencias )

aumento de la cantidad de portadores de carga positiva ( huecos ) Silicio tipo p

B P


Union pn

Excedentes electronesExcedentes huecos

Regin de carga espacial, potencial


V

Isc

Circuito elctrico equivalente ideal de la celda solar

Corriente, I

Voltaje, V

Curva IV


4. El generador solar

Celda solar

Panel

GeneradorPanel

El generador solar


El generador solar fotovoltaico

Produce electricidad de corriente continua, de alta confiabilidad, garanta > 20 aos

Potencia elctrica depende de la intensidad de radiacin solar

Cantidad de energa elctrica disponible es limitada

Potencia peak


Silicio monocristalino Silicio policristalino

Ejemplos de paneles fotov

oltaicos:

Materiales Tecnologas de celdas Fabricantes


Tecnologas de celdas fotovoltaicas

- Actualmente existe una gran variedad de diferentes mtodos de fabricacin de celdas y materiales

- Sin embargo, la gran mayora de paneles fv. en el mercado son fabricados por Si mono y poli

Estructura cristalina Estructura amorfa



Capacidad fotovoltaica instalada, mundial

0

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

30.000

35.000

40.000

1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012

MW

p



Tecnologas de celdas fotovoltaicas, 2010

80%

4%

13%

3%

Si cristalinoa-SiCdTeOtros, CIS, CPV, etc.



Silicio cristalino Celdas de capa fina Otros

Si mono cristalino Silicio amorfo, a-Si Celdas fv de concentracin

Si poli - multicristalino Teleruro de cadmio, CdTe Celdas orgnicas

Silicio en lminas cintas Cobre Indio Selenio, CIS Celdas flexibles

Cobre, Indio, Galio y Selenio, CIGS etc.

Celdas multiunin


Celdas fotovoltaicas monocristalino

Material de base:

- Se cortan planchas, lminas wafer de un lingote monocristalino- Espesor del wafer entre 0.2 0.3 mm- Perdidas por proceso de corte- Wafer normalmente dopado tipo p- Varios procesos de fabricacin: Capa n, con juntura pn Contactos elctricos Capa de proteccin SiO2 y vidrio Marco hermtico

Celda final


Material de base:

Silicio fundido se asienta en molde ( durante proceso de solidificacin se forma la estructura policristalina )- Se cortan planchas, lminas wafer del molde- Espesor del wafer entre 0.2 0.3 mm- Perdidas por proceso de corte- Wafer normalmente dopado tipo p- Varios procesos de fabricacin: Capa n, con juntura pn Contactos elctricos Capa de proteccin SiO2 y vidrio Marco hermtico

Celda final

Celdas fotovoltaicas policristalino


Celdas fotovoltaicas de capa delgada

Ejemplo: Si amorfo:

Material de base:

- Se deposita silicio sobre un sustrato de vidrio otra material- Deposicin de capas delgadas de Si, tipo n y tipo p espesor de aprox 0.5 um- Ahorro significativo de material - Contactos elctricos- Capa de proteccin SiO2 y vidrio- Marco hermtico


Ejemplo de paneles fotovo

ltaicos:

Instalacin en La Tirana, 600 Wp

Resumen:

- Funcionamiento de la celda fotovoltaica- Tecnologas- Caractersticas elctricas ( V, I, Pel, Eel, temp. )


Caractersticas elctricas del generador fotovoltaico

Entrada:

- Irradiancia S en W/m2

- Radiacin global Gdia en kWh/m2da

- Temperatura ambiental, Tamb

Salida:

- Voltaje V en Volt, V- Corriente I en Ampere, A- Potencia elctrica Pel en Watt, W- Energa electrica Eel en Watthoras, Wh

Potencia peak en Watt, PpTemperatura de la celda, Tcelda


Relacin corriente voltaje de la celda fotovoltaica

Voc : Voltaje circuito abiertoIsc : Corriente de cortocircuitoMPP: Punto de mxima potencia, Vm, ImT: Temperatura de la celda

Especificaciones del fabricante:

Pp: Potencia mxima peak con: S = 1000 W/m2 T = 25 C celda Espectro solar AM 1.5


Efecto de temperatura de la celda

Debido a la absorcin de la radiacin solar en el panel, la temperatura de la celda ( interior )sube:

Aprox. para paneles de silicio cristalino:

Tcelda Tamb + 27 c con I = 1000 Watt/m2

Voltaje = ?

Corriente = ?

Potencia = ?


Efecto de temperatura de la celda

Los fabricantes entregan coeficientes de temperatura para voltaje, corriente y potencia:

Valores aprox.:

Voltaje: CT = - 0.35 % / KCorriente: CT = 0.03 % / KPotencia: CT = - 0.50 % / K


Curva IVMdulo 80 Wp, 36 celdas

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Voltaje en Volt

Cor

rient

e en

A25 C 55 C

Potencia elctricaMdulo 80 Wp, 36 celdas

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Voltaje en Volt

Pote

ncia

en

Wat

t

25 C 55 C

Ejemplo:

Mdulo de 80 Wp


Datos medidos: Potencia elctrica vs. Intensidad de radiacin solar

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000Intensidad de la radiacin solar (W/m2)

Pot

enci

a ge

nera

dor s

olar

(W

)

Soga Pampa del Tamarugal

Ppeak = 1760 W

32 paneles 8s * 4p, 55 Wp

Pel.max = 1380 W


Relacin radiacin solar y potencia elctrica

Generador solar

Pel. en WS en W/m2

S en W/m2

Pel. en W

1000

Pp

( Tcelda = 25 C ! )

PpeakPel. = S 1000 W/m2


Relacin radiacin solar y potencia elctrica

En realidad : Tcelda = 40 60 C Factor de correcin, FCp

Ejemplos......

PpeakPel. = FCp S 1000 W/m2

Valores FCp : 0,8 0,9


Relacin radiacin solar y energa elctrica

Ejemplos......

PpeakPel. = FCp S 1000 W/m2

Valores FCp : 0,8 0,9

General: Eel. = Pel. t

PpeakEel da. = FCp Gd 1000 W/m2


Diodos de by-pass


Diodos de by-pass

Proteccin de las celdas en caso de sombras ( parciales )

I1 I2

I1

I2

I2

+

-

I1

Diodos de by-pass

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