Curso Basíco de Fotovoltaica PDF

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Muy buen material para estudiar, repasar e investigar, gracias por los buenos comentarios. Feliz día......

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CURSO BÁSICO ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA

INDICE 1

INTRODUCCIÓN ...................................................................................................... 1-1

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CONCEPTOS GENERALES ......................................................................................... 2-2 2.1 Definición de Energía ............................................................................................... 2-2 2.1.1 Energía final y Energía primaria....................................................................2-3 2.2 Definición y tipología de Energías Renovables ........................................................2-5 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.4.1

Energía geotérmica .......................................................................................2-5 Energía hidráulica .........................................................................................2-6 Energía eólica................................................................................................2-8 Energía solar .................................................................................................2-9 Solar térmica................................................................................................2-9

2.2.4.2 Solar termoeléctrica ..................................................................................2-10 2.2.4.3 Solar fotovoltaica .......................................................................................2-10 2.2.5 Energía de la biomasa.................................................................................2-11 2.2.6 Energía del mar...........................................................................................2-12 2.3 Definición y tipología de Energías NO Renovables ...............................................2-13 2.3.1 Los Combustibles fósiles.............................................................................2-13 2.3.1.1 El Carbón....................................................................................................2-13 2.3.1.2 El Petróleo. ................................................................................................2-13 2.3.1.3 El Gas natural. ............................................................................................2-14 2.3.2 La Energía nuclear. .....................................................................................2-14 2.4 Panorama actual de las EERR ................................................................................2-15 2.4.1 Comparativa E. Renovables vs E. Convencionales .....................................2-18 2.5 Planes estratégicos Europeos ................................................................................2-20 2.6 Retos de las energías renovables: Almacenamiento. ............................................2-22 2.7 Situación actual de la Energía Solar Fotovoltaica en el Mundo, Europa y España2-26 2.8 Perspectivas de la Energía Solar Fotovoltaica para los próximos años. ...............2-33 3

LA ENERGÍA SOLAR. .............................................................................................. 3-36 3.1 Conceptos básicos ..................................................................................................3-36 3.2 Geometría solar .....................................................................................................3-38 3.3 La radiación solar...................................................................................................3-39 3.4 Datos de radiación solar ........................................................................................3-40

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ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA ........................................................................... 4-42 4.1 Principio de funcionamiento de un módulo fotovoltaico ......................................4-42 4.1.1 Introducción ...............................................................................................4-42 4.1.2 Efecto fotovoltaico .....................................................................................4-43 4.1.3 Formación de una célula fotovoltaica ........................................................4-46 4.1.4 Caracterización de una célula fotovoltaica ................................................4-47 4.2 Tipología células y módulos fotovoltaicas .............................................................4-49 4.3 Configuración de un captador fotovoltaico ...........................................................4-52 4.4 Características estandarizadas de un módulo solar ..............................................4-55 4.4.1 Potencia Pico (Wp) .....................................................................................4-56 4.4.2 Factor de Forma (FF)...................................................................................4-58 4.4.3 Eficiencia .....................................................................................................4-59 4.4.4 Efecto de la irradiación ...............................................................................4-59 4.4.5 Efecto de la temperatura............................................................................4-60 4.5 Diodos de protección .............................................................................................4-64 4.6 Identificación de las características de un panel solar ..........................................4-66 4.7 Generador FV. Asociación de paneles ...................................................................4-67

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INVERSORES FOTOVOLTAICOS............................................................................... 5-70 5.1 Introducción ...........................................................................................................5-70 5.1.1 La forma de Onda .......................................................................................5-70 5.1.2 Parámetros de los inversores .....................................................................5-72 5.2 Inversores autónomos ...........................................................................................5-73 5.2.1 Características de los inversores Autónomos ............................................5-74 5.3 Inversores de conexión a red .................................................................................5-79 5.3.1 Características de los inversores de conexión a red ..................................5-80 5.3.2 Tipos de Inversores de conexión a red.......................................................5-86 5.3.2.1 5.3.2.2

Inversor de Módulo Fotovoltaico ..............................................................5-86 Inversor Modular .......................................................................................5-87

5.3.2.3 5.3.2.4 5.3.2.5

Centrales Modulares .................................................................................5-87 Centrales con Inversor Centralizado .........................................................5-89 Grandes Centrales .....................................................................................5-90

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INSTALACIONES DE AUTOCONSUMO ..................................................................... 6-91

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INSTALACIONES AISLADAS .................................................................................... 7-94 7.1 Aspectos clave de un sistema aislado ....................................................................7-94

7.2 Tipos de instalaciones aisladas ..............................................................................7-97 7.2.1 Sistemas aislados sin acumulación .............................................................7-97 7.2.1.1 Configuración directa ................................................................................7-97 7.2.2 Sistemas aislados con acumulación............................................................7-98 7.2.2.1 Acumulación. Consumo en CC...................................................................7-98 7.2.2.2 Acumulación. Consumo en CC a distinto voltaje.......................................7-99 7.2.2.3 Acumulación. Consumo en CA.................................................................7-100 7.2.3 Sistemas con apoyo ..................................................................................7-100 7.2.3.1 Acumulación + Sistema de apoyo convencional .....................................7-100 7.2.3.2 Acumulación + Sistema de apoyo EERR ..................................................7-101 7.3 El regulador de carga ...........................................................................................7-102 7.3.1 Función .....................................................................................................7-102 7.3.2 Tipos de reguladores de carga solar .........................................................7-103 7.3.2.1 Reguladores solares PWM:......................................................................7-103 7.3.2.2 Reguladores MPPT:..................................................................................7-103 7.4 La batería solar ....................................................................................................7-104 7.4.1 Composición de una batería.....................................................................7-105 7.4.2 Características de las baterías solares ......................................................7-105 8

TERMINOLOGÍA .................................................................................................. 8-111

Curso Básico Energía Solar Fotovoltaica

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INTRODUCCIÓN

En Monsolar creemos que hay que trabajar por un modelo energético sostenible, y apostamos por una revolución energética basada en el ahorro, la eficiencia y las energías renovables como solución real al problema del cambio climático. Creemos que un sistema energético eficiente y renovable es técnicamente posible y presenta múltiples beneficios para la sociedad desde el punto de vista social, económico y ambiental. Creemos que una forma de actuar responsable es la base del compromiso para construir una sociedad sostenible y un futuro mejor, basado en la solidaridad intergeneracional que permita no derivar los problemas de dependencia energética, contaminación ambiental, residuos radiactivos y riesgos nucleares a las futuras generaciones. Creemos que ya no podemos mirar hacia otro lado e ignorar lo que, por efecto de nuestro actual modelo energético, está ocurriendo en las últimas décadas en nuestro planeta. Creemos que el poder político y económico actual fomenta un sistema de crecimiento insostenible, desequilibrado, injusto y contaminante. No existe una voluntad real de cambio. Creemos que es importante que cada uno de nosotros, como habitantes de este planeta, seamos conscientes de que podemos cambiar el futuro y transformarlo en un lugar más justo, habitable y respetuoso con el Medio Ambiente. En Monsolar.com trabajamos para ser el cambio que queremos en el mundo. Y queremos que nos acompañes en el camino.

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CONCEPTOS GENERALES

2.1 Definición de Energía Definimos energía como la capacidad que tiene la materia de transformarse para producir trabajo en forma de movimiento, luz, calor, etc. Las Fuentes de energía son los recursos existentes en la naturaleza de los que podemos obtener energía utilizable en sus actividades. El origen de casi todas las fuentes de energía es el Sol, que "recarga los depósitos de energía". Las fuentes de energías se clasifican en dos grandes grupos: renovables y no renovables; según sean recursos "ilimitados" o "limitados".

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2.1.1 Energía final y Energía primaria En ocasiones tendemos a confundir el origen de la energía que consumimos y no asociamos el mero hecho de encender el interruptor de la luz con el consumo de una fuente de energía primaria. Podemos definir la energía final como la que consumimos en nuestros edificios o industrias por ejemplo gas para calefacción o electricidad para iluminación, si bien en ocasiones no podemos aprovecharla por completo, ya que los sistemas con que la transformamos (calderas, termos de acumulación, etc.) disponen de rendimientos inferiores a la unidad, por lo que de cada kWh de energía que entra en el sistema es posible que tan solo estemos empleando un 90 u 80%. Esa parte aprovechada del total de energía recibida es lo que se conoce como energía útil. Por otro lado la energía que consumimos (energía final) proviene de la transformación y transporte de la energía contenida en los recursos naturales, ya sean de origen renovable o no renovable. Por lo tanto, podemos afirmar que la energía primaria es aquella que proviene de una fuente disponible en la naturaleza, mientras que la energía final es la que consumimos en nuestros edificios y que por tanto procede de la transformación de la energía primaria.

Relación entre energía primaria y energía final

En el caso de la electricidad, que es la energía final que consumimos en nuestros hogares, la energía primaria de la que procede puede tener distintos orígenes, desde el carbón a los derivados del petróleo, pasando por las energía renovables (eólica, solar, geotérmica, etc.). Las energías renovables tienen la consideración de energía primaria, es decir, no se producen pérdidas por transformación, ya que son un recurso natural disponible que no es necesario convertir para su uso. 2-3

Curso Básico Energía Solar Fotovoltaica Por otro lado la electricidad es la energía final que peor conversión a energía primaria presenta, ya que las pérdidas de energía que se asumen para su obtención y transporte son superiores a las de otros combustibles. Estas pérdidas dependen directamente del denominado “mix energético”, es decir, la contribución de todos las energías primarias intervinientes (solar fotovoltaica, biomasa, eólica, plantas de ciclo combinado de gas natural, hidráulica, nuclear, etc.). Resulta lógico que este "mix" energético varíe anualmente, entre otras cuestiones por el índice de llenado de nuestros pantanos, la radiación solar o la intensidad del viento. El alcanzar un “mix” energético equilibrado entre combustibles convencionales y energías renovables es uno de los principales objetivos a medio plazo de las políticas energéticas europeas, ya que de este modo se rompería la tradicional dependencia de los combustibles derivados del petróleo. A largo plazo el objetivo debe ser un cambio total en el modelo energético, pasando del actual basado en las energías fósiles a uno basado en el ahorro, la eficiencia y 100% renovable.

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2.2 Definición y tipología de Energías Renovables Son fuentes de energía disponibles en cantidades ilimitadas, de modo que no se agotan a medida que se van utilizando. El Sol, el viento, las caídas de agua y la biomasa son ejemplos de fuentes de energía renovables. Existen varias fuentes de energía renovables, como son: • •

Energía mareomotriz (mareas) Energía geotérmica (calor de la tierra)

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Energía hidráulica (embalses)

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Energía eólica (viento) Energía solar (Sol) Energía de la biomasa (vegetación)

2.2.1 Energía geotérmica La energía geotérmica es una energía renovable que se obtiene mediante el aprovechamiento del calor del interior de la Tierra. Clasificación según la temperatura del agua • Energía geotérmica de alta temperatura. La energía geotérmica de alta temperatura existe en las zonas activas de la corteza. Esta temperatura está comprendida entre 150 y 400 °C, se produce vapor en la superficie y mediante una turbina, genera electricidad. Se requieren determinadas condiciones para que se dé la posibilidad de existencia de un campo geotérmico: una capa superior compuesta por una cobertura 2-5

Curso Básico Energía Solar Fotovoltaica de rocas impermeables; un acuífero, o depósito, de permeabilidad elevada, entre 0,3 y 2 km de profundidad; suelo fracturado que permite una circulación de fluidos por convección, y por lo tanto la trasferencia de calor de la fuente a la superficie, y una fuente de calor magmática, entre 3 y 15 km de profundidad, a 500-600 °C. La explotación de un campo de estas características se hace por medio de perforaciones •

según técnicas casi idénticas a las de la extracción del petróleo. Energía geotérmica de temperaturas medias. La energía geotérmica de temperaturas medias es aquella en que los fluidos de los acuíferos están a temperaturas menos elevadas, normalmente entre 70 y 150 °C. Por consiguiente, la conversión vaporelectricidad se realiza con un rendimiento menor, y debe explotarse por medio de un fluido volátil. Estas fuentes permiten explotar pequeñas centrales eléctricas, pero el mejor aprovechamiento puede hacerse mediante sistemas urbanos de reparto de calor para su uso en calefacción y en refrigeración (mediante máquinas de absorción).

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Energía geotérmica de baja temperatura. La energía geotérmica de temperaturas bajas es aprovechable en zonas más amplias que las anteriores; por ejemplo, en todas las cuencas sedimentarias. Es debida al gradiente geotérmico. Los fluidos están a temperaturas de 50 a 70 °C. Energía geotérmica de muy baja temperatura. La energía geotérmica de muy baja temperatura se considera cuando los fluidos se calientan a temperaturas comprendidas entre 20 y 50 °C. Esta energía se utiliza para necesidades domésticas, urbanas o agrícolas, como la climatización geotérmica (bomba de calor geotérmica).

2.2.2 Energía hidráulica Las centrales hidroeléctricas funcionan convirtiendo la energía cinética y potencial de una masa de agua al pasar por un salto en energía eléctrica. El agua mueve una turbina cuyo movimiento de rotación es transferido mediante un eje a un generador de electricidad. Se consideran centrales mini hidráulicas aquellas con una potencia instalada de 10 MW o menos, una frontera que hasta hace poco se situaba en los 5 MW. Existen fundamentalmente dos tipos de centrales hidroeléctricas: • Centrales de agua fluyente, son aquellos aprovechamientos que mediante una obra de toma, captan una parte del caudal circulante por el río y lo conducen hacia la central para ser turbinado. Después, este caudal es devuelto al cauce del río. Estas centrales se caracterizan por tener un salto útil prácticamente constante, y un caudal turbinado muy variable, dependiendo de la hidrología. Por tanto, en este tipo de aprovechamiento, la potencia instalada está directamente relacionada con el caudal que pasa por el río.

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Curso Básico Energía Solar Fotovoltaica • Centrales de pie de presa, son aquellas situadas aguas abajo de los embalses destinados a usos hidroeléctricos o a otros fines como abastecimiento de agua a poblaciones o riegos, susceptibles de producir energía eléctrica, ya que no consumen volumen de agua. Tienen la ventaja de almacenar la energía (el agua) y poder emplearla en los momentos en que más se necesiten. Normalmente son las que regulan la capacidad del sistema eléctrico y con las que se logra de mejor forma el balance consumo/producción. En las centrales de agua fluyente el esquema básico de las mismas suele contar con todos o algunos de los siguientes elementos: un azud o presa de derivación, que desvía parte del caudal a través de un canal o tubería hacia una cámara de carga; desde ésta parte una tubería forzada que conduce el agua hasta la turbina. Ésta se encuentra en el edificio de la central junto con el generador eléctrico y los elementos auxiliares. Por último, un canal de descarga devuelve el agua al cauce del río. La potencia de una central hidroeléctrica depende del caudal que pueda turbinar y del salto, es decir, de la diferencia de cotas del agua a la entrada y la salida de la central. En función de dichos parámetros (salto y caudal) se elegirá el tipo de turbina más adecuada. Para con...