Material fotovoltaico.pdf

CORPORACIN DE DESARROLLO TECNOLGICO

CMARA CHILENA DE LA CONSTRUCCIN

Curso de Sistemas Solares

Fotovoltaicos

Conectados a Red

08, 09, 11 y 12 de noviembre de 2011

Profesor:

- Srta. Tatiana Abarza Heller

Proyecto apoyado por:

Curso de sistemas solares fotovoltaicos conectados a la red

SolarSchule Berlin

Bienvenidos!Nov. 2011, Curso de Sistemas Solares Fotovoltaicos T.Abarza: [email protected]

Bienvenidos!

1.1 Principios bsicos- Historia de la FV- Ejemplos de sistemas FV- Introduccin: radiacin solar

1.2 Clulas solares- Funcionamiento y estructura- Materiales y tecnologas para la produccin- Eficiencia- Factores que influyen en el rendimiento

1.3 Paneles solares- Caractersticas- Propiedades elctricas y fsicasp y- Efectos de sombreamiento- Conexin de clulas y paneles solares- Ejemplos para generadores solares

Nov. 2011, Curso de Sistemas Solares Fotovoltaicos T.Abarza: [email protected]

j p p g- Certificados y garantias de paneles

2.1 Inversores- Principios bsicos- Caractersticas de inversores- Diferentes tipos de inversores- Funciones opcionales- Diferentes conceptos de inversores- Criterios para el dimensionado

2.2 Aspectos de seguridad- Toma de conexin a tierra- Proteccin contra rayos- Dispositivos de proteccin- Conexin a la red


3.1 Clculo de dimensionado- Para la instalacin de un sistema FV en el techo de un

edificio tpico en Chile

3 2 A li i d b i t3.2 Anlisis de sombreamiento- Ejemplo para un anlisis de sombreamiento en el sitio de

la instalacin del sistema FV

3.3 Introduccin- Puesta en marcha de una planta FV

M it- Monitoreo- Mantenimiento


4.1 Medicin neta (net metering)- Definicin y parmetros- Ejemplos para el uso

4.2 Gestin de la carga- Ejemplos para el aprovechamiento tcnico de la energa

solar, adaptando el sistema a perfiles tpicos de carga


Asociacin Federal DGS

Fundada en 1975 3.000 socios, 340 empresas asociadas

Representacin nacional (alemana) de la International Solar Energy Society, ISES

Revista especializada SONNENENERGIES i d l i i B d b d E b Socia de la asociacin Bundesverband Erneuerbare Energien (BEE)

DGS representa a las energas renovables en la Federacin Alemana de Asociaciones Tcnico-Cientficas, DVT.Otros Socios de la DVT son: DIN, VDI, VDE, VBI ...

Desde noviembre de 2005, la sociedad para la calidad de instalaciones solares Gtegemeinschaft Solarenergieanlagen e.V. ha sido incorporada g g poficialmente a la lista de smbolos de calidad del RAL e. V. Un pedido segn RAL GZ 966 garantiza la entrega de una instalacin solar que cumple con los mtodos recomendados en el sector y en forma jurdico vinculante


recomendados en el sector y, en forma jurdico-vinculante, las reglas tcnicas reconocidas.

DGS - Berlin Brandenburg e.V.

Asociacin nacional

Desde 1992, oficina en Berln con 20 empleados Proyectos internacionales: proyecto de la lancha solar

Turqua SolarSchool Taiwn Italia EtiopaTurqua, SolarSchool Taiwn, Italia, Etiopa, Academia China de Ciencias Colaboracin en diversos gremios y grupos de trabajo: normalizacin DKE-VDE, VDI, EEG, asesoramiento en materia de fondos solares

Gua Instalaciones

Compendio y obra de consulta del sector fotovoltaico Fundamientos de la generacin fotovoltaica y componentes Instalacin, montaje, planificacin

solares...

fotovoltaicas, j , p

Documentacin de capacitacin para formacin y perfeccionamiento

Gua Instalaciones

trmicas

Tambin disponible en ingls e italiano

trmicas solares


reas de trabajo de la DGS

Serviciosindependientes

Dictmenes de rentabilidad Dictmenes tcnicos y consultora Apoyo para planificacionesp Apoyo para planificaciones Aceptacin de instalaciones Pronsticos de rentabilidad Monitoreo de instalaciones,

mantenimiento Desarrollo de proyectos Asesoramiento energtico Especialista DGS en fotovoltaica / trmica solar (4 / 3 das) Asesor (tcnico) solar fotovoltaica / solartermia (4 das) Seminarios de un da: p. ej. simulacin de instalaciones Capacitacin sobre energa renovables en todo el mundo

Escuela solar

Capacitacin sobre energa renovables en todo el mundo

www.dgs-berlin.de


1.1 Principios bsicos- Historia de la FV

Ej l d i t FV- Ejemplos de sistemas FV- Introduccin: radiacin solar

1 2 Cl l l1.2 Clulas solares- Funcionamiento y estructura- Materiales y tecnologas para la produccin- Eficiencia- Factores que influyen en el rendimiento

1.3 Paneles solares- Caractersticas- Propiedades elctricas y fsicas- Efectos de sombreamiento- Conexin de clulas y paneles solares- Ejemplos para generadores solares


- Certificados y garantas de paneles

Fotovoltaica - Historia y desarollo

La historia de la energa fotovoltaica comenz en el ao 1839, cuando el fsico f Al d Ed d B lfrancs Alexandre-Edmond Becquerel observ como primer cientfico el efecto fotovoltaico. Al irradiar dos electrodos de platino q e estaban en na sol cin fl aplatino, que estaban en una solucin, flua una corriente de electricidad. El efecto era muy pequeo y no tena importancia en ese tiempo pero no fue olvidadoese tiempo, pero no fue olvidado.

La primera persona que proporcion una explicacin para el efecto fotovoltaico y la naturaleza cuntica de la luz fue Albert Einstein, en su famosa obra de 1904. Por mucho tiempo este efecto permaneca un fenmeno fsico

l interesante sin implicaciones prcticas.

Una clula fotovoltaica utilizable recin pudo ser fabricada despus del desarollo de la tecnologa


p gde los semiconductores.

Fotovoltaica - las primeras clulas

La primera clula de silicio fue fabricada en l l b t i B lllos laboratorios Bell en Murray Hill, EE.UU, en 1954 por Chapin, Fuller y Pearson.

En aquel entonces Adolf Goetzberger (directorEn aquel entonces Adolf Goetzberger (director del instituto Fraunhofer ISE de 1981 hasta 1993 y presidente honorfico de la DGS) acompa el desarollo en los laboratorios Belldesarollo en los laboratorios Bell.

La clula ya tena un coeficiente de rendimiento del 6% el cual pudo serrendimiento del 6%, el cual pudo ser aumentado rpidamente al 10%. Poco tiempo despus tambin un laboratorio j d f b i l l d ili i


japons pudo fabricar clulas de silicio.

La 1ra aplicacin solar aeroespacial

El cuarto satlite "Vanguard I" despeg en marzo del 1958 cmodespeg en marzo del 1958 cmo minisatlite accionado por energa solar. Con un peso de 1,5 kg y un dimetro de slo 16 cm pareca unadimetro de slo 16 cm pareca una mosca comparado con el Sputnik de ms de 80 kg - sin embargo una de ndole pertinazndole pertinaz. Vanguard I vivi 6 aos y piaba continuamente en la frequencia

fpreferencial de las dos naciones aeroespaciales de 108 MHz.Cada uno de los 6 paneles empleados estaba conformado por una clula con un coeficiente de rendimiento de 10,4 %. Los paneles abastecan una


, pbatera de mercurio.







Sistemas fotovoltaicos

Instalaciones fotovoltaicas

Instalaciones de conexin a redInstalaciones aisladas

instalacionescon baterassin bateras conexin directa a

aplicaciones de t

instalacionesmixtas

con baterassin bateras

con turbina

conexin directa a red pblica

mediante redaparatos

aplicacionespequeas

elica

con sistema de cogeneracin

domstica conexina red pblica

con circuito de corriente alterna

sin circuito de

con grupo Diesel


sin circuito de corriente alterna

Ejemplos para aplicaciones Instalaciones aisladas


Ejemplos para aplicaciones

Espumador solar


Cargador Lmpara solar

Esquema de una instalacin aislada


Ejemplos para instalaciones

Instalaciones con conexin directa a la red pblica


Sistema fotovoltaico conectado a red

(1) Generador fotovoltaico : ( )paneles solares conectados en serie en paralelo y sistema de montaje

(2) Caja de distribucin CC (con dispositivos de proteccin)

(3) Cableado CC(3) Cableado CC(4) Interruptor principal CC(5) inversor(6) C bl d CA(6) Cableado CA(7) armario distribuidor con

distribucin del circuito l i d d delctrico, contadores de entrada

y salida de energa y conexin a la red domstica







- Certificados y garantias de paneles

El sol: fuente energtica

Constante solar:

G0 = 1.367 +/- 2 W/m

Debido a la elipse sol-tierra, la irradiacin flucta un poco a travs del ao:a travs del ao:

G = 1.325 hasta 1.420 W/m

2011 va a ser un ao con una constante solar alta.


Irradiacin solar global

Irradiacin anual en superficie horizontal p

en kWh/m


Irradiacin en Chile y Alemania

Irradiacin global en AlemaniaIrradiacin global en Chile

clasificacin por regiones


Irradiacin en Chile

kWh/m*da

Kilmetros


Fluctuacin de la irradiacin solar

2003 2009: +9,8% sobre el promedio de largo plazo


Fuente: DGS, DWD, FU BerlinIrradiacin global en Berln de 1961 hasta 2009

rbita de la tierra alrededor del sol

Hemisferio norte: primaveraHemisferio sur: otoo

Hemisferio norte: veranoHemisferio sur: invierno

Hemisferio norte: inviernoHemisferio sur: verano

rbita de la tierra

Hemisferio norte: otoo


Hemisferio norte: otooHemisferio sur: primavera

Carrera del sol a lo largo de las estaciones

Altura del sol al medioda en el transcurso del ao (52S)

Solsticio de verano

Equinoccio

Solsticio de inviernoOS

E

N


E

Geometra solar

Acimut del sols Acimut del sol s Altura del sol Acimut del sol Inclinacin del mdulo

Generador FV

8Sur 180Este -90

Oeste +90Norte 0


Esquema: Interaccin con componentes atmosfricos

G Radiacin global [kWh/(m*d)]

Gdif Radiacin difusa[kWh/(m*d)]

Gdir Radiacin directa[kWh/(m*d)]


Influencia de la nubosidad en la radiacin global

Irradiacin [W/m]



Irradiacin de un da sin nubes en Sevilla (37N), Espaa

]a c

i n

[ W/ m

I rr a

d ia

Irradiacin global Irradiacin difusa Irradiacin directa


Irradiacin global horizontal

Irradiacin difusa horizontal

Irradiacin directa normal


Irradiacin de un da con nubes en Sevilla (37N), Espaa

]a c

i n

[ W/ m

I rr a

d ia

Irradiacin global Irradiacin difusa Irradiacin directa


Irradiacin global horizontal

Irradiacin difusa horizontal

Irradiacin directa normal

Altura solar y valor de la masa de aire AM

Altura del sol al medioda en Berln en el transcurso del ao

(Espacio)

Norte | Sur


Altura solar y valor de la masa de aire AM

Altura del sol al medioda en diferentes ciudades en el mundoen el transcurso del ao

altura solar equivalentea Puerto Montt

altura solar equivalentea Choapa

l l i laltura solar equivalentea Santiago


Espectro solar extraterrestre y en la tierra

Espectro solar extraterrstre (AM = 0) y con una altura solar de 41,8 (AM = 1,5)


Variaciones en el espectro solar

Con tiempo nublado:

Desplazamiento Nubosidad subephacia el azul

En el amanecer yAM sube

En el amanecer y en el atardecer:

Desplazamiento haciaDesplazamiento hacia el rojo


Irradiacin en superficies inclinadas

norteoeste este sursur

n e n

i n

c li n

a ci

ng u

l o d

e

Valores de la irradiacin global anual [kWh/m] en una superficie inclinada, l l d S d (33S i il S ti 1754 kWh/ )

ngulo del acimut en


calculados para Sydney (33S; similar a Santiago: 1754 kWh/m).

Irradiacin en superficies inclinadas

Santiago (3325S,7033W): 1754 kWh/m*a (Meteonorm V. 6.1)

Calama (2227S,6855W): 2436 kWh/m*a (Meteonorm V. 6.1)


Potencia reflectora del suelo

Tipo de suelo Albedo Tipo de suelo Albedo

Hierba (julio/ agosto) 0,25 Asfalto 0,15

Csped 0,18...0,23 Bosques 0,05...0,18

Hierba seca 0,28...0,32 Brezal/ arena 0,10...0,25

Campo sin cultivar 0,26 Superficie de agua ( s >45) 0,05Suelo 0,17 Superficie de agua ( s >30) 0,08Grava 0,18 Superficie de agua ( s >20) 0,12Hormign limpio 0,30 Superficie de agua ( s >10) 0,22Hormign descompuesto 0,20 Capa de nieve fresca 0,80...0,90Hormign descompuesto 0,20 Capa de nieve fresca 0,80...0,90

Cemento limpio 0,55 Capa de nieve vieja 0,45...0,70


Valores de Albedo tpicos en funcin del tipo de suelo

Mtodos de medida de la radiacin solar

Piranmetro [Kipp&Zonen]

S f t lt iSensores fotovoltaicos[Sensol de la empresa IKS] Medidor de radiacin solar

[MacSolar de la empresa Solarc]


]

Seminario - Da 1





Nov. 2011, Curso de Sistemas Solares Fotovoltaicos T. Abarza: [email protected]

- Certificados y garantias de paneles

Fotovoltaica - raz de la palabra

SOLSOLFotovoltaica corriente del SOLSOL

FotoFotogriego: luz

VoltVoltunidad SI de la corriente elctrica(Alessandro Volta, fsico italiano, 1745 1827)


Silicio: estructura del cristal

Silicio: estructura del cristal y conduccin intrnseca

electrn de valencia

hueco enlace

electrn

tomo de silicio


Estructura cristalina de semiconductores tipo p y tipo n


Zona de carga de espacio en una unin tipo pn

Distribucin de electrones y huecos en una unin tipo pn


Construccin y funcin de una clula fotovoltaica

c separacin de cargas e energa del fotn no usadad recombinacin f reflexin y sombreado debido a contactos frontales

luz solar luz solar

electrodo

silicio con dopaje tipo n

negativo

dopaje tipo n

silicio con

capa lmiteelectrodo positivo


silicio con dopaje tipo p

positivo

Seminario - Da 1







Visin general sobre clulas solares

Tipos de clulas

Clulas cristalinas

Clulas de silicioClulas de silicio

Clulas de capa fina

Clulas de silicio

Clulas de estructura nano

Clulas CIS deClulas de silicio policristalinas

Clulas EFG

Clulas de silicio monocristalinas

Clulas de silicioestndar - dopaje p

Clulas de silicio de capa fina (micromorfas)

Clulas de silicio amorfas

Clulas CIS de estructura nano

Clulas polimricas

Clulas de contacto posterior

p j p

Clulas de altorendimiento - dopaje n

p ( )

Clulas CIS Cu(In,Ga)Se2Clulas de materia

colorante

Clulas de

Clulas de contacto posterior

Clulas esferas

Clulas CIS de franjasClulas CIS de esferasClulas CuInS2

Clulas de telururo de Clulas de contacto

Clulas de contacto

Clulas esferas

Clulas de franjas(sliver cells)

cadmio (CdTe)

Clulas concentradoras


Clulas hibrdas (HIT)

Visin general sobre clulas solares

Diferentes clulas

Diferentes clulas de capa fina:

de silicio cristalinas

CIS (arriba)

silicio amorfo (centro)

CdTe (abajo)


Clulas de silicio monocristalinas

Eficiencia: 15 -18%Forma: redonda, semi-cuadrada, cuadradaForma: redonda, semi cuadrada, cuadradaTamao en cm x cm: d=10; 12,5; 15; mayormente (10x10) cm (12,5x12,5) cm Grosor: de 0,14 hasta 0,3 mmEstructura: homognea C l l h t


Color: azul oscuro hasta negro

Clulas de silicio policristalinas

Obleas (wafer) .. ... con AR ... con AR y contactos

Eficiencia: 13 -16%F d d i d d d dForma: redonda, semi-cuadrada, cuadradaTamao : d=10; 12,5; 15; 20 cm; mayormente (12,5x12,5); (15,6x15,6); (20x20) cmGrosor: de 0,14 bis 0,3 mmEstructura: de flor de escarcha


Estructura: de flor de escarchaColor: azul (con AR), gris plata (sin AR)

Clulas de banda de silicioProceso de cadena Ribbon

Eficiencia: 13 -14%Forma: rectangular gTamao : 8 x 15 cmGrosor: aprox. 0,3 mmEstructura: ligeramente homognea,

desigualdesigual Color: azul oscuroFabricantes: Sovello, Evergreen Solar


Tratamiento antireflejante

La capa de grosor determina el

verde: 11,8% dorado: 12,0%

comportamiento del fenmeno de reflexin y el colory e co o

sin AR: 13,2%marrn: 12,5% violeta: 13,2%


Clulas de capa fina

Comparacin del grosor de las clulas, el consumo de material y el gasto de energa para l d d l l d l d f ( d ) l l l (d h )

Grosor en m Material semiconductoren kg/kWp

Consumo de energa primariaen MWh/kWp


la produccin de clulas de silicio de capa fina (izquierda) y clulas cristalinas (derecha)

Clulas de silicio amorfas

luz

vidrio

silicio cristalino amorfo

capa del reflector

contacto posterior

Eficiencia del panel: 4 hasta 6 %


Eficiencia del panel: 4 hasta 6 %

Pila de clulas amorfas

clulas de triple uninFabricante: UniSolar (USA)Eficiencia del panel:Eficiencia del panel:

5 hasta 7 %

Sensibilidad de una clula amorfauna clula amorfa

de triple unin y de sus clulas

individualesindividuales superpuestas


Clulas de cobre, indio y selenio (CIS)

luzluz

contactocontacto

vidriovidrio

Eficiencia del panel: 9 hasta 12%



Nuevas tecnologas para clulas de cobre, indio y selenio

Clulas de cobre-indio-bisulfuroSulfurcell, Berln

Clulas CIS de franjasOdersun AG Frankfurt (Oder)Odersun AG, Frankfurt (Oder)

Clulas de esferas CISScheutenSolar, Pases Bajos

Clulas CIS de folios metlicosDaystar, USA y GlobalSolar, USA y D Clulas CIS de estructura nano

l


NanoSolar, USA y D

Clulas de telururo de cadmio (CdTe)

luz

vidrio

contacto



Sistemas de focalizacin de luz solar

Clulas de material semiconductor III-V

Principio de la tecnologa de concentracin de Isofoton

lente primario

l l l

clula solar

paneles con clulas concentradorasIsofoton, Espaa

lente secundario


Eficiencia del panel: hasta 28%

Nuevos conceptos: clulas de materia colorante

radiacin

vidrio

con materia colorante

colorante rojo

electrolito

platina

vidrio

j

Primer panel comercial de una produccin de pequea envergadura


STA, Australia

Nuevos conceptos: clulas orgnicas

luzluz

nodo

polmero

- suministrador de electrones

fullerenos (molculas esfricas de carbono)

- capturador de electrones

ctodomezcla de polmeros y fullerenos

Aplicaciones comerciales de clulas solares orgnicas ejemplo: Konarka


solares orgnicas, ejemplo: Konarka

Seminario - Da 1







Comparacin de clulas solares


Comparacin de clulas solaresMaterial de las clulas solares Eficiencia de la clula

(laboratorio)Eficiencia de la clula

(produccin)Eficiencia del panel

(fabricacin en serie)

Pilas de clulas (semiconductores II-IV) con concentradores

42,8 % * 36,0 % 28,0 %con concentradores

Clulas de contacto posterior (mono-Si) 25,0 % 22,4 % 20,0 %

Clulas de contacto posterior (poli Si) 18,5 % 17,5 % 16,6 %

Clulas de silicio monocristalino 22,7 % 18,8 % 16,0 %

Clulas hbridas de silicio (HIT) 23,0 % 20,0 % 17,4 %

Clulas de silicio polycristalinas 20,3 % 17,1 % 16,0 %

Clulas de silicio de franjas 19,7 % 14,0 % 13,1 %

Clulas CIS 19,9 % 14,0 % 12,3 %

Clulas CdTe 16,5 % 11,0 % 11,0 %

Clulas de silicio microcristalinas 15,2 % 13,0 % 7,6 %

l lClulas CIS nano 14,0 % 12,0 % 10,0 %

Clulas de silicio amorfo ** 13,2 % 10,5 % 7,5 %

Clulas de silicio micromorfo ** 13,0 % 12,5 % 11,2 %

Clulas de materia colorante 12,0 % 7 % 5 % ***Clulas de materia colorante 12,0 % 7 % 5 %

Clulas orgnicas 6,5 % - -

Clulas polimricas 7,9 % 5 % 1,7 %

* En estado estabilizado ** Medido bajo insolacin concentrada *** produccin de pequea envergadura


En estado estabilizado Medido bajo insolacin concentrada produccin de pequea envergadura

[fuentes: Fraunhofer ISE, Uni Stuttgart, NREL, 26th IEEE PVSC]

Comparacin de clulas solares

Instalacin FV de 1 kWp de diferentes tecnologas: policristalino monocristalino CIS silicio amorfo CdTepolicristalino, monocristalino, CIS, silicio amorfo, CdTe (de izquierda a derecha)


Seminario - Da 1







Factores que influyen en el rendimiento

inclinacin y

tolerancia en la potenciatecnologa de

las clulas

sitio de la instalacin FV

modo de montaje de los paneles

eficiencia del

condiciones climticas

orientacinlas clulas

sombreadoeficiencia del

inversor

ensuciamientoconcepto del

inversor

sitio de

ensuciamiento de los paneles

sitio de instalacin del

inversor

frecuencia de lid d d l

dimensionamiento

frecuencia de fallos

perdidas por cableado otras perdidas CC

calidad de la instalacin

envejecimiento de los t

envejecimiento de los componentes


mantenimientootras perdidas CC componentes

p


Ejemplo para Santiago

Eid l = 1754 kWh

Sombreamiento

Ensuciamiento

Eideal = 1754 kWh

Eideal = 1710 kWh

Eideal = 1676 kWh

Potencia reflectora del suelo

Desviacin espectral de AM 1,5

Eideal = 1609 kWh

Eideal = 1585 kWh

Disminucin del rendimiento del panel a causa de desviacin de STC

Prdidas por desajuste (mismatch) y por tolerancia respecto a valores nominales Eideal = 1558 kWh

Eideal = 1464 kWh

Prdidas por cableado CC

Prdidas en el seguidor PMP y por no alcanzar el rango PMP

Eideal = 1454 kWh

Eideal = 1432 kWh

Prdidas por cableado AC

Prdidas de conversin en el inversor Eideal = 1361 kWh

Ereal = 1354 kWh



Ratio de produccin PR ejemplo para un clculo








Curvas caractersticas corriente-tensin y tensin-potencia de una clula de silicio

Curva caracterstica corriente-tensin (linea azul) y tensin-potencia (linea roja) d l d 36 l l ide un panel estndar con 36 clulas en serie


Caractersticas especficas de clulas solares

Parmetro Smbolo Unidad Descripcin

Potencia PMP PPMP Wp Potencia mxima bajo condiciones estndar de prueba (STC)

Rendimiento % Relacin entre la potencia elctricad id l i di i i id tproducida y la irradiacin incidente

Factor de forma FF % Medida para la calidad elctrica

Tensin PMP U V Tensin de la clula en el punto de mximaTensin PMP UPMP V Tensin de la clula en el punto de mximapotencia (PMP)

Tensin en circuito abierto

UCA V Tensin entre polos de la clula concircuito abierto (conexiones abiertas)circuito abierto circuito abierto (conexiones abiertas)

Corriente PMP IPMP A Corriente de la clula en el punto de mximapotencia (PMP)

Corriente de cortocircuito

ICC A Corriente que suministra una clula cuandoambas conexiones estn conectadas directamente








Propiedades elctricas y fsicas de clulas solares

Dependencia de UOC e ISC de la irradiacin

I di i [W/ ]


Irradiacin [W/m]


Factor de forma de clulas solares

l a e

n A

e d e

l a c

lu l

C or r

i en t

e


Tensin de la clula en V


Conexin de paneles en serie

t e [

A ]C o

r ri e

n t

Utotal = U1 + U2 + U3 + ... + UnI I I I constante


Itotal = I1 = I2 = I3 = constante


Conexin de paneles en paralelo

C or r

i en t

e [ A

]C

Itotal = I1 + I2 + I3 + ... + InU U U U constante


Utotal = U1 = U2 = U3 = constante


Dependencia de las curvas caractersticas de paneles de la irradiacin

[ A]

C or r

i en t

e [



Curvas caractersticas de paneles en diferentes temperaturas

E = 1000 W/m

A ]C o

r ri e

n te

[ A



Potencia de los paneles en diferentes temperaturas

E = 1000 W/m[ A

]C o

r ri e

n te

[



Depencia de paneles de silicio cristalino de la temperatura



Comparacin: corriente en una clula de silicio cristalina y una amorfa

Irradiacin: 1000 W / mTemperatura: 28C


Superficie de la clula: 5 cm x 5 cmp


n te

[ A]

C or r

i en

Tensin del panel [V]


Tensin del panel [V]


u lo

e rn o

de l

m d

uo

r el a

t i vo

e xt e

e r e

n di m

i en t

oG

r ad o

de

Irradiacin en W/m

triple amorfo CdTe CIS


oblea cristalina - mdulo estndar oblea cristalina - mdulo mejorado


Sensibilidad espectral en distintos tipos de clulas solares



c ir c

u it o

en

%

Clulas amorfas tandem (a-Si/a-Ge)

Clulas micromorfas (a-Si/-Si)

Clulas microcristalinas (CSG) r ri e

n te

c or t

o c

( )

CdTe

CIGS

Clulas policristalinas (poli c-Si) a ti v

a d e

l a c

o rClulas policristalinas (poli c-Si)

C. corroidas por cido (Sg poli c-Si)

Clulas monocristalinas (mono c-Si)

e sv i

a ci

n r e

l aG

d e


Espectro visibleIrradiacin directa

Espectro visibleIrradiacin difusa

Disminucin de la produccin energtica en funcin del tipo de montaje

Diferencia de temperatura entre el ambiente y el panel solar

Incremento de temperatura Disminucin energtica


Incremento de temperatura Disminucin energtica







Efecto del punto caliente (hot spot) por calentamiento excesivo en las clulas

Efecto del punto caliente: l t i t i

Solucin: diodos de derivacin

calentamiento excesivo en las clulas que puedellegar a daarlas

Z36Z1 Z2 Z17 Z20Z19Z18 Z35

Z36Z1 Z2 Z17 Z20Z19Z18 Z35Wrme Z36Z1 Z2 Z17 Z20Z19Z18 Z35

Z36Z1 Z2 Z17 Z20Z19Z18 Z35


Efectos de sombreamiento - con y sin diodos de derivacin

Panel con dos diodos de derivacin ( bypass)

y

derivacin (bypass )


Efectos de sombreamiento - con y sin diodos de derivacin

Panel con tres diodos de derivacin ( bypass)

y

derivacin (bypass )


Efectos de sombreamiento - comparacin de paneles de capa fina y cristalinosp p y

Comparacin del tipo de comportamiento de paneles de silicio de capa fina y cristalinos

Planificacin de una instalacin

de capa fina y cristalinos

Planificacin de una instalacin FV considerando una situacin

de sombreamiento de paneles de capa fina


p p

Efectos de sombreamiento - transversal y longitudinal


Efectos de sombreamiento - dependencia de la temperatura

Dependencia de la temperatura de paneles amorfosp

Baja sensibilidad de temperatura sobre todo en los paneles a-Si y CdTe

en paneles CdTeen paneles CIS

en paneles CdTe


Efectos de sombreamiento - dependencia de la irradiacin y de la temperatura

paneles CdTe (First Solar)

e n A

C

o rr i

e nt e

e


Tensin del panel en V

Efectos de sombreamiento - coeficiente de variacin con la temperatura

t en c

i an

%/ K

n ci a

%/ K

c i n

de

l a p

o td e

l m d

u lo

e n

hh

n d

e l a

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e nl m

du l

o e n

%

e nt e

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v ar i a

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r at u

r a d

hhh

ht e de

v ar i a

c i

mp e

r at u

r a d

e l

C oe f

i ci e

c on

l a t h

hh Irradiacin en W/m

Temperatura en C

Irradiacin en W/mTemperatura en C

C oe f

i ci e

n tc o

n l a

te m

Mdulo de silicio policristalinoMdulo de silicio tandem amorfo (a-Si)

h/


Efectos de sombreamiento - coeficiente de variacin con la temperatura

Paneles Paneles Paneles Paneles Paneles PanelesPanelesc-Si

Panelesa-Si

Panelesmicro-si

PanelesCIS

PanelesCdTe

PanelesCSG

Factor de forma 0,75 a 0,85 0,56 a 0,66 0,60 a 0,70 0,64 a 0,75 0,47 a 0,70 0,62

Coeficiente de variacin con la temperatura del mdulo en %/K

para la tensin de circuito abierto

-0,30 a -0,55 -0,28 a -0,50 -0,27 a -0,37 -0,26 a -0,5 -0,20 a -0,43 -0,47circuito abierto

Para la corrientecortocircuito

0,02 a 0,08 0,06 a 0,1 0,05 a 0,07 0,05 a 0,1 0,02 a 0,04 0,14

Para la potenciaPara la potenciaPMP (STC)

-0,37 a -0,52 -0,1 a -0,29 -0,24 a -0,43 -0,35 a -0,4 -0,25 a -0,36 -0,58





1.3 Paneles solares- caractersticas- Propiedades elctricas y fsicas- Efectos de sombreamiento- Conexin de clulas y paneles solares- Ejemplos para generadores solares



Conexin de clulas y paneles solares

(1) Soldadura de clulas(cadena de clulas): mayormente de 36 hasta 72 clulas en fila y varias filas en paralelofilas en paralelo



(2) Encapsulacin de las cadenas de clulas (entre el vidrio frontal y folio/vidrio posterior)

Material de interconexin en mdulos estndar: EVA (etileno acetato de vinilo)otros materiales de encapsulacin: PVB (sobre todo en paneles de capa fina), recina colada, polmeros termoplsticos, PTFE (Tefln), silicona

(3) Marco (opcional) Marco de aluminioSello

Vidrio EVA

Clulas

Lmina


Lmina


Control: medicin con flashermedicin de las caractersticas elctricas del panelelctricas del panel


Conexin de paneles solares de capa fina

Cadena de clulas: conexin de filas de clulas integrada en el proceso de laminacin

Capa de clula solar

Contacto TCO

Flujo de corriente

L i i d l l t

Contacto posterior de capa metlica

Substrato

Laminacin del panel mayormente con una segunda capa de vidrio o encapsulamiento en tefln (paneles sin vidrio son posibles)

i l t iconexin elctricamarco (opcional) mdulos fotovoltaicos en forma de lmina

impermeabilizante (con clulas amorfas)


Tipos de paneles solares

paneles especialesPaneles estndar

isin marco

con marco


Reflectividad de paneles solares

100% irradiacin solar 100% irradiacin solar 100% irradiacin solar

4% reflexin 1,5% reflexin4% reflexin 4% reflexin 1,5% reflexin4% reflexin

7% absorcin 4% reflexin 1% absorcin 1% absorcin4% reflexin 1,5% reflexin

85% transmitancia 96% transmitancia

Vidrio flotado Vidrio solar estndar

Vidrio antireflejo

91% transmitancia





1.3 Paneles solares- Caractersticas- Propiedades elctricas y fsicas- Efectos de sombreamiento- Conexin de clulas y paneles solares- ejemplos para generadores solares



Conexin en generadores solares

Generador FV = todos los paneles interconectados depaneles interconectados de una instalacin FV

Paneles conectados en serie f d ( t i )forman una cadena (string).

Varias cadenas iguales pueden ser interconectadas en Nmero de paneles interconectados en serieparalelo.

t e e

n A

r al e

l o

3 ICC

Co r

r ie n

t

e p a

ne l

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c ta d

o s e

n p

a r

I

2 ICC

N

me r

o d e

i nt e

r co n

e c

UCA 2 UCA 3 UCA

ICC


Tensin en V

Ejemplos para generadores solares

Opcin de diseo: paneles especiales semitransparentes

Estacin de tren Lehrter Bahnhof [paneles: Scheuten Solar]

Paneles semitransparentes de vidrio i l t (ASI) l i id d t i


aislante (ASI) en la universidad tcnica Trier-Birkenfeld.[paneles: RWESolar]


Paneles de vidrio doble

Paneles de vidrio y folio (monocristalino) con contactos negros y folio de tedlar y polyester negro como material para el lado posterior. Instalados en el techo de una iglesia bajo proteccin del patrimonio nacional en Riethnordhausen cerca de Erfurt [paneles:


bajo proteccin del patrimonio nacional en Riethnordhausen, cerca de Erfurt [paneles: Solarwatt]


Estructura de paneles de vidrio de aislacin

G]

Sello

o to :

So l

o n A

G[ F

Panel de vidrio de aislacin con lminas fotovoltaicas amorfas en el espacio entre los vidrios (y con lminas de id i d ili i f ) l l d ili i


vidrio con una capa de silicio amorfo) y clulas de silicio cristalinas


Paneles especiales para aplicaciones en la fachadaPaneles especiales para aplicaciones en la fachada



Ejemplos: Parques solares en Alemania

Parque solar en FinowParque solar en FinowPotencia instalada: 25 MWpPaneles: Suntech Power STP270

(orientacin sur, 30)( , )Electricidad generada: approx. 23,5 GWh/aConcepto del inversor: SMA, Sunny Central y Sunny Mini Central, I i Ni l lt t iInyeccin : Nivel alta tensin

Puesta en marcha: junio 2010

Parque solar en Tegel, BerlnPotencia instalada: 367 kWpPaneles: First Solar (orientacin sur, 30)Electricidad generada: approx. 350 MWh/aConcepto del inversor: SMA SMC 8000 TLConcepto del inversor: SMA, SMC 8000 TL, decentralInyeccin : Nivel media tensinPuesta en marcha: julio 2009



Parada de bus con paneles doblados de vidrio acrlico

S un o

v at i o

n ][ B

i l d:

n ]

Panel de vidrio doble en forma de arco (recina colada); se sostiene por

: S a

i nt

Go b

a i


ancla con tirante

[ Bi l d


Paneles especficos: tejas solaresPaneles especficos: tejas solares








Homologacin y certificados de paneles

IEC 61215: paneles de silicio cristalinosIEC 61646: paneles de capa fina

Test de potencia de un panel con un simulador solar a base de lmparas Xenon [Asociacin delmparas Xenon [Asociacin de inspeccin tcnica TV Rheinland]


Certificacin: test de paneles y clulas

Test para el grado de proteccin II (SKL II) Para la proteccin de personas contra electrocucin durante el tiempo

completo de duracin de los paneles

Estndards de seguridad y marca CE

completo de duracin de los paneles Aislacin doble reforzada

ley alemana de seguridad de productos (GPSG)el fabricante importador es responsable por daos causados por el producto

Directiva europea para baja tensin (EU-Niederspannungsrichtlinie)bli i i t l i d 75 1500 V t i i l CCobligacin para instalaciones de 75 a 1500 V tensin nominal CC

Estndards de seguridad para paneles FV (IEC 61730/ EN 61730)Base para el test de marca CE, contiene el test para la clase de proteccin II di isin de los paneles en t es clases de seg idaddivisin de los paneles en tres clases de seguridad:Clase A: aplicaciones en edificios (de acceso pblico);

sistemas > 50 V tensin continua 240 W panel: clase de proteccin elctrica IIpanel: clase de proteccin elctrica II

Clase B: aplicaciones de plantas solares (sin acceso pblico)construccin protegida, grado de proteccin 0

Clase C: aplicaciones de voltaje muy bajo (protective extra low voltage)


Clase C: aplicaciones de voltaje muy bajo (protective extra low voltage) < 50 V 240 W; panel: clase de proteccin elctrica III

Garantas de producto

Garanta de productopara las propiedades del producto aseguradas al cliente por un lapso depara las propiedades del producto aseguradas al cliente, por un lapso de tiempo de 2 aos (por ley), algunos fabricantes confieren una garanta de hasta 5 aos (voluntariamente)

Garanta de funcionamiento: mayormente 10 12 aos por el 90 % de la potencia y/ 20 hasta 25 aos por el 80 % de la potenciay/ 20 hasta 25 aos por el 80 % de la potencia

Atencin: la garanta se refiere a la potencia nominal a la potencia mnima?(ejemplo: con una tolerancia de la potencia de +/- 10 % y una precisin (eje p o co u a to e a c a de a pote c a de / 0 % y u a p ec s de medida de 4 %, los 80 % de Pmin corresponden slo al 69,2 % (valor de medicin) de Pnominal, es decir a un valor real de 72 hasta 66,5 %)

El deber de comprobacin lo tiene el comprador institutos de control reconocidos en Alemania: TV (hasta 400 por panel), Fraunhofer ISE (200 por panel)


Cumplimiento de los valores de potencia

[ %]

Gama de toleranciaD

e vi a

c i n

Ao

Tolerancia de la potencia de los paneles indicada por los fabricantes. Mediciones realizadas por la asociacin TV-Rheinland. Medicin de la potencia de 500 paneles particulares y 100 tipos de paneles diferentes. Aproximadamente el 40% de los paneles quedan por debajo de la gama negativa de tolerancia Deviaciones normalizadas respecto a la gama


debajo de la gama negativa de tolerancia. Deviaciones normalizadas respecto a la gama de tolerancia correspondiente al panel solar.

Estadsticas de mediciones de paneles


Estadsticas de mediciones de paneles


2.1 Inversores- Principios bsicos- Caractersticas de inversoresCaractersticas de inversores- Diferentes conceptos de inversores- Criterios para el dimensionado

2.2 Aspectos de seguridad- Puesta a tierra

Proteccin contra rayos- Proteccin contra rayos- Dispositivos de proteccin- Conexin a la red


Principios bsicos de inversores

Montaje de inversores en una azotea.Inversores transforman l i t tila corriente continua procedente del generador FV en corriente alternacorriente alterna - ajustando su frecuencia y tensin -para su entrada en lapara su entrada en la red pblica.Tambin son denominadosdenominados convertidores CC-AC.

En Chile: C e220 V, 50 Hz.En Alemania: 230 V, 50 Hz.


,

Fuente: DGS Berlin


Generador FV

Red AC

Dispositivo de proteccin con punto

de desconexin

Corriente continua Corriente alterna

r l in

u en t

e : D

GS

B er

Gestin del generador solarAdapatacin al nivel de tensinTransformacin en corriente conforme

Tareas del inversor

F


g(control PMP) a la red local


Caractersticas de tensin alterna y tensin continuaTensin Transcurso peridico de U e ICorriente (con desfase)

a scu so pe d co de U e

Cruce por cero regular

Arcos de luz que se originan en situacionesArcos de luz que se originan en situaciones de desconeccin se apagan

automticamente en el cruce por cero

Tensin Corriente

En el caso dado, desfase entre U e I

CorrienteSin cruces por cero

Arcos de luz no se apagan automticamente


Riesgo de arco voltaico!

Principios bsicos de inversoresInstalacin FVRed

trifsicaGenerador en la central elctrica


Inyeccin monofsica en paralelo a la red con proteccin contra funcionamiento en isla: SCA < = 4,6 kVA approx. 5 kWp


Inversor monofsico >> acometida monofsica

Fuente: DGS BerlinFuente: DGS Berlin



Acometida trifsica con inversores monofsicos

Con acoplamiento comunicativo:Con acoplamiento comunicativo:Mximo de la carga desequilibrada 4,6 kVA

Fuente: DGS Berlin

t ec h

n ik

A Gn t

e : S

MA

S ol a

r t


F ue n


Inversor trifsico >> acometida trifsica

Fuente: DGS Berlin



Principio:

Principio de inversores guiados por la redg

Caractersticas deVoltaje: Caractersticas de voltaje


Fuente: DGS Berlin


Principio:

Principio de inversores autoguiadosg

Caractersticas deVoltaje:

Caractersticas de voltaje


Fuente: DGS Berlin


Reduccin del transformador: Trafo de alta frecuencia (HF)

t e:

DG

S B e

r l in

Inversor sin transformador, acometida monofsica y trifsica

F ue n


Caractersticas de inversores

Inversores con transformador

Caractersticas Aislamiento galvnico de la tensin de entrada y de salidaCaractersticas Aislamiento galvnico de la tensin de entrada y de salida Mayormente: inversores centrales

V t j P ibl t i b j ( t ti t l ltVentajas Posible: tensin muy baja (protective extra low voltage;U < 120 V, evitando corrientes peligrosas que atraviesanel cuerpo)Influencia electromagntica minimizada Influencia electromagntica minimizada

Conexin equipotencial no es necesaria Toma a tierra fcil (por ejemplo para la instalacin de paneles de capa fina)paneles de capa fina)

Desventajas Prdidas del transformador Mayor peso y tamao Mayor peso y tamao



Inversores sin transformador

Caractersticas La tensin del generador FV tiene que ser superior alCaractersticas La tensin del generador FV tiene que ser superior alvalor de la tensin de la red, cmo alternativa es posibleutilizar elevadores CC/CC

V t j Alt di i t l t t t iVentajas Alto rendimiento, por lo tanto mayor potencia Menor peso y tamao Con respecto a inversores de ramal: reduccin de la instalacin CCinstalacin CC

Desventajas Utilizacin de dispositivos de proteccin adicionales: disyuntor por corriente residual integrado en el inversordisyuntor por corriente residual integrado en el inversor(residual-current device = RCD)

Proteccin de piezas conductoras de voltaje Instalacin asegurando un grado de proteccin IIg g p Mayor influencia electromagntica Toma a tierra slamente posible en algunas topologas de conexin de inversores (inadecuado para la instalacin de


( ppaneles de capa fina)





Criterios para el dimensionado

Ubicacin: BerlnFrecuencia y energa para unFrecuencia y energa para un sistema FV orientado hacia el sur con un ngulo de inclinacin de 30

Frecuencia Fraccin de la energa correspondiente al promedio aritmtico por horaF i d l di tFraccin de la energa correspondiente a valores instantneos

Ubi i C lif i (EE UU )Ubicacin: California (EE.UU.)Frecuencia y energa para un sistema FV orientado hacia el sur

l d l dcon un ngulo de inclinacin de 30



El rendimiento promedio anual depende del sitio de instalacin

Re n

d im

i en t

o %

R

R di i t

Potencia relativa P/Pn en %

%100%50%30%20%10%5 2,048,01,013,006,003,0 +++++=EuroRendimiento europeo:

Rendimiento para California/ E.E.U.U. (sin termino medio relativo a la tensin)


p %100%75%50%30%20%10 05,053,021,012,005,004,0 +++++=CEC



El rendimiento del inversor depende de la tensin.


La normativa alemana (VDEW) indica que el valor promedio para 10 minutos de la potencia del inversor tiene que ser reducido:

NMinmax S,S 1110En el caso de una instalacin en un espacio que conduzca a un calentamiento d l i l d i d l t i d f t t


del inversor, la reduccin de la potencia puede efectuarse antes.





Diferentes conceptos de inversores

Inversor de ramal

Generador FV

Ejemplo:

Sunny Boy SWR 2100 TL Sin transformadorSin transformadorPn DC = 2 kWUMPP = 125 600 V295 x 434 x 214 mm25 kg

Instalacin FV de 1 MW enInstalacin FV de 1 MW en la academia de formacn

Mont Cenis en Herne:inversor de ramal

instalado en el techo


instalado en el techo.


Concepto de subgeneradores

Subgenerador FV 1

Subgenerador FV 2

Subgenerador FV 3



Concepto para muy baja tensin de seguridad (clase de proteccin III)

o r F

VG

e ne r

a do

CP I Aparato conectado con conductor de puesta a tierra

CP II Aislamiento de proteccin (aislamiento doble o reforzado)

Clases de proteccin:


CP III Baja tensin de seguridad (max. CA: 50 V, max. CC: 120 V


Concepto para tensiones altas

Generador FV



Concepto con varios inversores (concepto master/ slave)

Generador FV

Instalacin FV de 1 MW - Neue Messe, Munich(2003: ampliacin de 1,2 MW)



Concepto con regulador multi-PMP



Micro-inversores (sobretodo en EE.UU)

microinversor

Karl-Philipp-Moritz-Haus,Berlin-Kreuzberg. Instalacin FV integrada en la fachada.

Con microinversores.



Conceptos de conexin en situaciones de sombreamiento

Sit i d b i t Si i d b iSituacin de sombreamiento. Curvas en una interconexin en fila

Situacin de sombreamiento. Curvas en una interconexin en paralelo. Sombreamiento de dos

l d d l ( t i )


ramales de mdulos (strings).


Corriente de retorno en el caso de un fallo

La tensin en un ramal de paneles disminuyeLa tensin en un ramal de paneles disminuye por ejemplo en el caso de un corto circuito.

La suma de la corriente de los dems ramales de paneles fluye al ramal con el defecto.

d or

F V

p y

Ge n

e ra d

La corriente de retorno no debe sobrepasar el lmite mximo de la corriente admisible (norma

alemana: VDE 0298 parte 4).En el caso de una extralimitacin fusibles tienen

que ser instalados.qGeneralmente se instalan fusibles a partir de

cuatro ramales de paneles.



Seguridad de servicio gracias a sistemas de respaldo (back-up)

Autosuficiencia en la electricidaden la electricidad

Control de la carga enControl de la carga en sistemas de autoconsumo







Lugar ideal: cubierto

Sitio de instalacin del inversor

Lugar ideal: cubierto fresco y seco libre de polvo protegido contra los efectos de vapores

Instalacin al aire libre: mnimo grado de proteccin: IP 54 protegido contra irradiacin directa y Inversor con pantalla; instalado en un stano protegido contra irradiacin directa y

contra lluvia

Considerar accesibilidad!

[imgen: Sputnik]

Indicaciones para el dimensionado:Cuanto ms fresco sea el lugar de instalacin mayor ser la potencia posibleinstalacin mayor ser la potencia posible del generador.Cuanto ms caluroso el lugar de instalacin, ms pequea debera ser la

t i l id i t l d In e so con sistema de ef ige acin OptiCool


potencia elegida para ser instalada. Inversor con sistema de refrigeracin OptiCool [imgen: SMA]


La potencia del inversor depende de la potencia que el generador pueda suministrar.

La potencia del generador depende del tipo de clula, de la temperatura y de la irradiacin.

l d b d d d

Valor instantneo Promedio aritmtico por hora

Da soleado Da con nubosidad variada

m

/ m

i ac i

n e

n W

/ m

d ia c

i n

e n W

/

I rr a

d i

I rr a

d


Hora Hora


Ubicacin: BerlnFrecuencia y energa para unFrecuencia y energa para un sistema FV orientado hacia el sur con un ngulo de inclinacin de 30

Frecuencia Fraccin de la energa correspondiente al promedio aritmtico por horaF i d l di tFraccin de la energa correspondiente a valores instantneos

Ubi i C lif i (EE UU )Ubicacin: California (EE.UU.)Frecuencia y energa para un sistema FV orientado hacia el sur

l d l dcon un ngulo de inclinacin de 30



Ajuste del rango de tensinLmite de corriente del

Lmite de potencia del inversor Pinv max

Lmite de corriente del inversor

Punto de trabajo nominal del inversor

Iinv max

nominal del inversor

Co r

r ie n

t e

Rango UPMP del inversor

UPMP min UPMP max

Tensin mxima del inversor

Tensin de desconexin del

inversor

TensinUinv min Uinv max


g PMP

Rango de trabajo del inversor

del inversor


Inversorsobredimensionado

Dimensionado de la potencia del inversorsobredimensionado

n e

n %

%

Inversorminimizado

l

l a i r

r ad i

a ci

n

l in

v er s

o r e

n en el

dimensionado

Distribucin de la energa de irradiacin anual

fi i

E ne r

g a

d e l

d im

i en

t o d

e l

en una superficie con un ngulo de inclinacin de 30 en Munich

Re n

30 en Munich (valores promedio de 5 minutos)

Irradiacin en W/m


Rango de trabajo: 0,8 x PPV < PWR AC < 1,2 x PPV Recomendacin: PWR AC = 1,1 x PPV


Dimensionado de la tensin del inversor

Determinacin del nmero mnimo de paneles en un ramal con respecto a una

max,max

inv

UU

n =

Determinacin del nmero mnimo de paneles en un ramal, con respecto a una temperatura de -10C

)10( CpanelLU

Determinacin de la tensin de circuito abierto con respecto a una temperatura de -10C.Para CA en [%/K] CA en [mv/K])CA [ ] CA [ ])

)()10( 100351 STCCACACpanelCA UKU

= CASTCCACpanelCA KUU = 35)()10(

Valo de o ientacin pa a paneles mono polic istalinosValor de orientacin para paneles mono- y policristalinos:

)()10( 13,1 STCCACpanelCA UU =

En el caso de lugares montaosos zonas climticas fras se deberia considerar temperaturas ms bajas, por ejemplo -25C.



Dimensionado de la tensin del inversor

Determinacin del nmero mximo de paneles en un ramal con respecto a unaDeterminacin del nmero mximo de paneles en un ramal, con respecto a una temperatura de +70C

min)(min

invPMPUn =Por ejemplo:

)70(min

CpanelPMPU +

KKKPMP%%% 45,011,034,0 ==

Determinacin de la tensin PMP del panel con respecto a una temperatura de +70C.Para CA en [%/K] CA en [mv/K])CA [ ] CA [ ])

)()70( 100451 STCPMPPMPCpanelPMP UKU

=+ PMPSTCPMPCpanelPMP KUU +=+ 45)()70(

V l d i t i l li i t li

En el caso de una integracin en la fachada se deberia considerar temperaturas ms altas,

Valor de orientacin para paneles mono- y policristalinos:

)()70( 8,0 STCPMPCpanelPMP UU =+


g p ,por ejemplo +100C.


Dimensionado de la corriente

La corriente mxima de la instalacin FV tiene que ser menor que la mxima corrienteLa corriente mxima de la instalacin FV tiene que ser menor que la mxima corriente de entrada para el inversor

invinvramal I

III

n max,max,251

=ramalPMPramal II ,max, 25,1

Dimensionado de la potenciaDeterminacin de la tensin PMP y de la corriente PMP, con respecto a una temperatura de +10C (temperatura media anual)

)()10( 100

151 STCPMPPMPpanelCramalPMP UKnU

=+

)()10( 100151 STCPMPPMPramalCGenPMP IKnI

=+ )()10( 100 STCPMPramalCGenPMP +

max,)10()10()10( invCramalPMPramalPMPCGenPMP PIUP = +++



Dimensionado del cableado CA

Mximo para las prdidas de cableado: 1%Mximo para las prdidas de cableado: 1%Mxima cada de tensin: 3%Considerando sistemas trifsicos, suposicin: inyeccin simtrica

IL2 IL3nCAnWL

PWL UIL

A01,0

2 ,1, =

CAWL IL22

nCAnWL

PWL UIL

A01,0

3 ,3, =

nCAWL ILP23

WLnCAWL

PWL AILP 1,

2= WLnCAWL

PWL AP 3, =

Valores caractersticos Smbolo Unidad

La go simple del cableado CA L MLargo simple del cableado CA L M

Prdida del cableado CA P W

Seccin transversal del cableado CA A mm

Conductividad elctrica (cobre = 56, aluminio = 34) m/ (*mm)

En el caso de una inyeccin asimtrica es necesario calcular las corrientes de cada ramal

( , ) / ( )

Corriente nominal CA del inversor I A

Tensin nominal de la red (monofsica: 230 V, trifsica 400 V) U V


y(L1, L2, L3, N), considerando el mximo de la carga desequilibrada de 4,6 kVA.


Ayudas para el dimensionado



Control del dimensionado


2.1 Inversores- Principios bsicos- Caractersticas de inversoresCaractersticas de inversores- Diferentes conceptos de inversores- Funciones opcionales- Criterios para el dimensionado- Criterios para el dimensionado

2.2 Aspectos de seguridadPuesta a tierra- Puesta a tierra

- Proteccin contra rayos- Dispositivos de proteccin

Conexin a la red- Conexin a la red


Puesta a tierra

Objetivo: Limitacin de la tensin (relativa a tierra) que las masas metlicasLimitacin de la tensin (relativa a tierra) que las masas metlicas

puedan presentar Aseguracin del funcionamiento de las protecciones Reduccin del riesgo de paso de corriente al usuario por un fallo Reduccin del riesgo de paso de corriente al usuario por un fallo

del aislamiento de conductores activos en las instalaciones elctricas.


2.1 Inversores- Principios bsicos- Caractersticas de inversores- Diferentes conceptos de inversores- Funciones opcionales- Criterios para el dimensionado

2.2 Aspectos de seguridad- Puesta a tierra- Proteccin contra rayos- Dispositivos de proteccin- Conexin a la red


Proteccin contra rayos

Porqu es necesario instalar una proteccin contra rayos?

Impacto directo de un rayo en un panel FV

Daos por sobretensin causados por un impacto indirecto de un rayo



Respecto a un edificio situado en una regin urbana la probabilidad de que caiga un rayo es de uno cadala probabilidad de que caiga un rayo es de uno cada 1000 aos. Esta probabilidad aumenta a un impacto cada 30 aos en el caso de una casa de campo aislada

l i d t ien la cima de una montaa en una regin propensa a tormentas.

Si dicha casa de campo se sita en un lugar no muy expuesto, en una regin rural con tormentas normales, la probabilidad baja de nuevo a un impacto cada 500 aosnuevo a un impacto cada 500 aos.

En condiciones normales la ubicacin de una instalacin fotovoltaica no aumenta el peligro de impacto de rayos de un edificiono aumenta el peligro de impacto de rayos de un edificio.

La construccin de una instalacin FV en un edificio ya existente no obliga a ningn dispositivo adicional de proteccin contra rayos


obliga a ningn dispositivo adicional de proteccin contra rayos.


En el caso de que exista un pararrayos en el edificio, el generador FV debe iren el edificio, el generador FV debe ir conectado con dicho pararrayos. Esta proteccin contra rayos debe hacerse de acuerdo a la normativa vigentede acuerdo a la normativa vigente.

Cuando el generador FV est ubicado en la cubierta de edificios, en un lugar a la intemperie sin edificios colindantes, se deben emplear

dispositivos adecuados para la proteccin contra los rayos. En el caso de que no exista ningn pararrayos, el

generador FV debe estar conectado a tierra, agenerador FV debe estar conectado a tierra, a excepcin de:- Empleo de mdulos de la clase de proteccin II - Por separacin galvnica y empleo de baja tensin- Por separacin galvnica y empleo de baja tensin

Se recomienda el empleo de varistores en el lado CCde la caja de conexiones del generador FV. Se recomiendan las


protecciones contra sobretensiones tambin en el lado CA.


Normativa alemana para la proteccin contra rayos y sobretensiones



Recomendaciones de empresas aseguradoras para sistemas FV > 10 kW

Sistema exterior de proteccin contra los relmpagos:Clase de proteccin contra rayos III conforme a DIN EN 62305 (VDE 0185-305); intervalo de control: 5 aos

Sistema interior de proteccin contra los relmpagos (proteccin contra sobretensin): conexin equipotencial(proteccin contra sobretensin): conexin equipotencial necesaria



En zonas abiertas, las instalaciones FV suelen llevar su propio elemento de proteccin de rayos. Por ejemplo, las instalaciones FV situadas p y j psobre la cubierta de un edificio en una zona con un alto riesgo de impacto de rayos deben proveerse de un pararrayos, ya que el generador FV - como parte sobresaliente del edificio - es un lugar ms

La instalacin de proteccin contra rayos d d l i

generador FV como parte sobresaliente del edificio es un lugar ms propenso para el impacto del rayo.

comprende todas las actuaciones para una adecuada captacin y derivacin de los rayos. a g

o s

Se compone de un dispositivo de captacin, de un cable de cobre de una seccin mnima de 16mm y de una toma u a

l de

r el

mp

ya tierra.

e nt e

: N

A SA

e cu e

n ci a

an u


F ueF r

e

.


Eleccin de las medidas para la proteccin contra rayos y sobretensin



Para minimizar el acoplamiento inductivo de sobretensiones en el cableado CC es aconsejable situar los cables del polo positivo y negativo lo ms cerca posible:

rea grande para acoplamiento de

rea pequea para acoplamiento de sobretensiones

a op a o dsobretensiones



Sistema interior de proteccin contra rayos (surge protectice devices - SPD)

Inversor Inversor

Generador FVGenerador FV

Puente de Puente de

Dispositivo de proteccin contra

Varistores

cortocircuito cortocircuito

proteccin contra sobretensin

explosor

Parrarayos tipo 1: Conexin Y de dos varistores y un explosor

Parrarayos tipo 2: Conexin de un dispositivo de cortocircuito y un varistor

Dispositivo de proteccin contra sobretensin


Conexin Y de dos varistores y un explosor Conexin de un dispositivo de cortocircuito y un varistor


Medidas de proteccin para instalaciones FV montadas en techos,sin sistema de proteccincontra rayos

Recomendacin:eco e dac Parrarayos tipo 2:



Sistema exterior de proteccin contra rayos

Procedimiento de la esfera rodante

Procedimiento de abertura de mallas

Procedimiento de ngulo de proteccin



Determinacin del radio de la esfera del rayo y del ngulo de proteccin



Schutzklasse

I II III IV

Sistema exterior de proteccin contra rayos:Procedimiento de la esfera rodante

Abstand der Radius der Blitzkugel in m

Fangstangen 20 30 45 60

in m Eindringtiefe in m g

2 0,03 0,02 0,01 0,01

5 0,16 0,1 0,07 0,05

10 0,64 0,42 0,28 0,21

15 1,46 0,95 0,63 0,47

20 2,68 1,72 1,13 0,84

25 4,39 2,73 1,77 1,32

p Profundidad2

30 6,77 4,02 2,57 1,91

35 10,32 5,63 3,54 2,61

p Profundidadr Radio de la esfera del relmpagod Distancia entre dos barras parrarayos

(abertura de mallas)

22

2

= drrp



Sistema exterior de proteccin contra rayos:Procedimiento de ngulo de proteccin



Medidas de proteccin para instalaciones FV montadas en techos,con sistema de proteccincontra rayos

considerando laco s de a do adistancia de separacin



Clculo de la distancia de separacin

( )cncncci k

lklklkks +++= ...2211m

i k



Clculo de la distancia de separacin



Variantes para la proteccin contra rayos y sobretensin



Puesta a tierra del sistema de montaje Distancia de separacin no considerada

Desfavorable (causa sombreamiento) Mejor (barras pararrayos detrs de los paneles)


2.1 Inversores- Principios bsicos- Caractersticas de inversores- Diferentes conceptos de inversores- Funciones opcionales- Criterios para el dimensionado



Esquema para generadores solares


Esquema para generadores solares

Generador FV Caja de conexin

Diodos de bloqueoDiodos de bloqueoseccionador

InversorFusibles

Inversor

Cableado principal CC

Fusibles

seccionador


Dispositivos de proteccin

I t t

Desconexin automtica

disyuntor por corriente diferencial (residual current device)

Interruptor automtico (miniature circuit breaker)

Interruptor principal CC

automtica del inversor Contador solar

Generador FV

Contador Conexin de

acometida

Consumidor Casilla del

medidormedidor

Caja de n te :

DG

S B e

r l in


Caja de acometida F u

e n2.1 Inversores- Principios bsicos- Caractersticas de inversores- Diferentes conceptos de inversores- Funciones opcionales- Criterios para el dimensionado



Conexin a la red

Conexin directa a media tensin

c hn i

k A G

t e:

S MA

S ol a

r te


F ue n

t

Conexin a la red

Integracin de sistemas FV de gran envergadura

Transformador sumergido Interruptor automtico de vaco

Transformador seco

Transformador sumergido en aceite

Interruptor automtico de vaco

Cableado hacia la subestacin

interruptor de potencia de SF6

t e:

DG

S B e

r l in


F ue n

t

Conexin a la red

Regulacin de la frecuencia en la red (reglamentario en Alemania)

Inje in de poten ia a ti a en sit a in de f e en ia alta (> 50 2 H )Injeccin de potencia activa en situacin de frecuencia alta (> 50,2 Hz)Desconexin en situacin de frecuencia baja (< 47,5 Hz)

Fluctuaciones de frecuencia:frecuencia: La frecuencia debe mantenerse entre 47 5 y 51 5 Hz para47,5 y 51,5 Hz para el funcionamiento adecuado del i FVsistema FV.


Conexin a la red

Suministro de potencia reactiva (reglamentario en Alemania)


Conexin a la red

Apoyo dinmico de la red (reglamentario en Alemania)inyeccin de corriente reactiva FRT Fault Ride Through


Conexin a la red

Regulacin de la frecuencia en la red

Alta tensin (ejemplo: 110 kV)

Media tensin (ejemplo: 20 kV)p i

a

Instalacin de distribucin para

media tensin

Apoyo dinmico de la redcontrol interno del inversor

en conexin a la redinyeccin de corriente reactiva

FRT Fault Ride Through

e la b

o ra c

i n

p ro p

Apoyo esttico de la red

a rt e

c hn i

k A G

, e

suministro de potencia reactiva

reduccin de la potencia activa (dependiente de la frecuencia)

Centro de control del operador de la red u e

n te :

SM

A S o

l

Gestin de seguridad

reduccin de la potencia

100/ 60/ 30/ 0 %

operador de la red F


100/ 60/ 30/ 0 %

Conexin a la red

Dispositivo radioguiado para reducir la potenciaReglamentario en Alemania para instalaciones >100 kW)

Pantalla grfica del inversor

Inversor

Registrador de datos (datalogger)

Receptores electrnicos de telemando

Comunicacin Flujo de energa

Inversor

( gg )

Red de electricidad Contador

Inversor

Seccionador d


Red de electricidad Contador de carga

Conexin a la red

Conexin a la red de instalaciones FV de gran envergaduraModo indirecto con transformador de baja tensin

i k A

GS M

A S o

l ar t

e ch n

i


F ue n

t e:

S

Conexin a la red

Con

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