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CAPTULO II. MARCO TERICO.
2.1-. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIN.
Para el desarrollo de la investigacin y soporte de las conjeturas planteadas se
indagaron una serie de trabajos anteriores que guardan (directa o indirectamente) relacin
con la meta perseguida por el presente estudio:
DURAN (2015), plantea que la utilizacin de sistemas capaces de generar energa
de forma limpia y sostenible est teniendo en estos ltimos a!os un gran crecimiento,
debido en buena medida, al empuje recibido por la constatacin de los problemas derivados
del cambio climtico y el agotamiento de los recursos naturales a los que se enfrentanuestro planeta, agravado por la disminucin de las reservas y el incremento del precio del
petrleo" #a $epblica %olivariana de &enezuela, pas que sustenta su economa en la
e'plotacin y refinacin de petrleo y gas natural, no puede mantenerse al margen de un
creciente desarrollo de las fuentes renovables de energa, que se percibe notoriamente en
los pases de uropa, stados nidos, la *ndia, %rasil y +ina, puesto que aun cuando
posee una de las ms elevadas reservas de petrleo en el mundo, estas no tienen una
capacidad infinita, en algn momento se agotarn, adems del riesgo que se corre de
quedarse a la saga en el desarrollo de las fuentes alternas a los convencionales combustibles
fsiles que es una realidad que se vislumbra en el mediano plazo"
n nuestro pas la abundancia de combustibles de origen fsil, a muy bajos precios
determin que no se le diera importancia al aprovecamiento de otras fuentes de energa
diferentes al carbn y el petrleo, e incluso diferentes a la idrogenacin que se utiliza a
gran escala y que a llegado a constituir casi el -. / de la matriz energ0tica nacional" s
con la promulgacin de la +onstitucin de la $epblica de &enezuela en el a!o 1"222, quese empieza a considerar el aprovecamiento de las fuentes renovables de energa como un
asunto de estado, puesto que se establece que el desarrollo sustentable es el modelo que el
pas adoptara en sus planes de desarrollo"
1.
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SEVIL (2010), Plantea un proyecto que tiene como objetivo, llevar a cabo el
estudio del aprovecamiento de 1@ AB de energa solar para la produccin de electricidad,
mediante paneles fotovoltaicos, para la posterior venta de 0sta" 3s obtendremos unos
beneficios econmicos que compensarn el coste de la factura el0ctrica del en el nuevo
edificio de la "="5"" situado en 5ant Pere 5escelades, lugar donde se instalar el centro de
produccin" ste edificio se encuentra ubicado en la 3vda" PaCsos +atalans, sDn de 5ant Pere
5escelades" l acceso a este lugar, se realiza por la carretera 46E. direccin &alls, a 6 Fm"
de la ciudad de =arragona" 3dems plantea que: l futuro mercado fotovoltaico ir
asociado a las aplicaciones en edificios, especialmente en uropa, donde la red el0ctrica es
omnipresente" na campa!a de G.."... sistemas fotovoltaicos de tejados y facadas
solares para la nin uropea representar, sobre la base de generadores de 1 AB, unacapacidad total de G.. ;Bp, es decir, una se'ta parte del potencial de aplicacin estimado
en 8 >Bp" 5e trata de una campa!a muy importante para el futuro de la energa
fotovoltaica, pese a que afectar a menos del 6 / de los 8. millones de viviendas y
edificios no residenciales que probablemente se construirn de aqu al a!o 6.6."
RODRIGUEZ (2009), n sus tesis de pregrado planta un estudio tecnico
economico para la factibilidad de electrificacin rural en la comunidad de la sombra a partir
de energa solar fotovoltaica, donde se dice que #a utilizacin de paneles fotovoltaicos para
alimentar una demanda el0ctrica que en los ltimos a!os a aumentado, a generado en el
mundo entero un cambio de mentalidad sobre las nuevas fuentes renovables de energa
el0ctrica" n mucas partes del mundo estas tecnologas son utilizadas para disminuir el
costo de la energa el0ctrica convencional (idroel0ctrica, t0rmica, geot0rmica) y para
proteger el medio ambiente global, que desde a!os atrs se a vuelto vulnerable" Hoy en
da, se cuenta con diversas forma de producir electricidad basndose en formas no
convencionales, tal es el caso de la energa elica, o la energa a base de biomasa, que son
dos formas de producir energa el0ctrica utilizando los recursos disponibles en una regin
(viento o residuos orgnicos)" Itro nuevo m0todo conocido, es la generacin de energa
el0ctrica utilizando la luz solar, una prctica dividida en dos grupos, la generacin solar a
base de colectores o concentradores solares, y otro a base de la utilizacin de paneles
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fotovoltaicos, esta ltima opcin es la que se propone para poder suministrar electricidad a
una comunidad alejada del suministro de la red de distribucin el0ctrica en nuestro pas" #a
falta de electricidad en el rea rural de l 5alvador, es un problema que asta el da de oy
se est tratando de resolver" l ltimo estudio realizado por el
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2.2-. ASES TERICAS.
2.2.1-. ENERGA SOLAR.
n los sistemas solares, la irradiacin solar es convertida a energa el0ctrica, calor, o
energa mecnica, que en cualquiera de sus formas a la cual aya sido transformada puede
ser til para diversos usos:
" lectrificacin rural"
" sos agrcolas"
" +alentamiento de agua para uso del ogar (calefaccin, coccin de alimentos,
ducas, lavamanos, lavaplatos)"
" 9esalinizacin de agua (de pozos o del mar)"
" +entrales frigorficas"
" Puestos de vigilancia remotos"
" staciones meteorolgicas autnomas"
" scuelas y dispensarios rurales"
" *luminacin de tneles"
" Proteccin catdica (contra la corrosin)"
" %alizaje y se!alizacin en aeropuertos y carreteras"
" M ms recientemente para produccin de idrgeno"
sto puede desarrollado a trav0s de dos maneras de uso de la tecnologa diferentes:
-. E!"#$%& S' '*'+'*&&: uso de celdas fotovoltaicas que producen
electricidad para posteriormente ser aprovecada en forma de energa mecnica"
-. C'!+"#/! T"#'!&: transformacin de la energa solar en calor y
despu0s en potencia mecnica"
2.2.2-. LA RADIACIN SOLAR 3 SUS PRINCIPIOS.
l sol es la estrella ms cercana a la tierra, se encuentra a una temperatura media de
N"... OF en cuyo interior tienen lugar una serie de reacciones de fusin nuclear que
producen una p0rdida de masa que se transforma en energa, est formado en un -G / de
1E
http://es.wikipedia.org/wiki/Kelvinhttp://es.wikipedia.org/wiki/Kelvin7/25/2019 Teoras de Celdas Fotovoltaicas
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idrogeno, 6G / de elio en masa y .,1 / de metales" #a radiacin solar es el conjunto de
radiaciones electromagn0ticas emitidas por el sol, que llegan a la tierra en forma de fotones
que no necesitan un medio fsico para su desplazamiento" sta energa liberada del 5ol se
transmite al e'terior mediante la radiacin solar" #a radiacin solar se distribuye desde el
infrarrojo asta el ultravioleta" =al como se puede observar en la figura 4O 6"1"
$4#& N 2.1.$adiacin solar de la tierra"4"!*"6"astroyciencia"com
4o toda la radiacin alcanza la superficie de la =ierra, porque las ondas ultravioletas
ms cortas, son absorbidas por los gases de la atmsfera fundamentalmente por el ozono"
#a magnitud utilizada para medir la radiacin solar que llega a la =ierra es la irradiancia,
que mide la energa que, por unidad de tiempo y rea, alcanza la =ierra" 5u unidad es el
vatiopor metro cuadrado (BDmQ)" 'iste lo que denomina constante solarque es la cantidad
de energa que llega al lmite e'terior de la atmsfera, medida sobre un plano perpendicular
a los rayos solares" =oma un valor de 1"8G8 BDmQ,con una variacin de 8 / segn la 0poca
del a!o" Por efectos de fenmenos como la refle'in, la difusin y la absorcin llegan tan
solo 1"... BDmQa la superficie de la tierra" #a radiacin solar llega a la tierra de tres
formas:
" $adiacin directa"
1G
http://es.wikipedia.org/wiki/Irradianciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Vatiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Vatiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Metro_cuadradohttp://es.wikipedia.org/wiki/Metro_cuadradohttp://es.wikipedia.org/wiki/Metro_cuadradohttp://es.wikipedia.org/wiki/Irradianciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Vatiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Vatiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Metro_cuadradohttp://es.wikipedia.org/wiki/Metro_cuadradohttp://es.wikipedia.org/wiki/Metro_cuadrado7/25/2019 Teoras de Celdas Fotovoltaicas
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" $adiacin dispersa o difusa"
" $adiacin de albedo"
stas tres formas de radiacin que inciden sobre una superficie colectora, este casoun panel solar fotovoltaico, se pueden observar en la figura 4O 6"6"
$4#& N7 2.2.=ipos de radiacin solar incidente sobre una superficie colectora"4"!*"6"monografia"com"
R&&/! S' D#"*& (ID)6 #a radiacin solar directa incide sobre cualquier
superficie con un ngulo nico y preciso, viajando nicamente en lnea recta" s la forma
de radiacin solar ms aprovecable"
R&&/! S' D"#& ' D4& (I)6 +uando la radiacin solar que alcanza la
atmosfera se dispersa de su direccin original a causa de las mol0culas de agua que
conforman las nubes, presentes en la propia atmosfera"
R&&/! " A:"' (I&)6
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R&&/! S' T'*& (I *'*&)6 5e obtiene mediante el producto de las radiaciones
directa, difusa y de albedo:
ITotal=
ID+
Id+
Ia
ID6prevalece cuando el da es despejado"
I6prevalece cuando el da est nublado"
#a presencia de superficies que crean sombras disminuye la radiacin solar directa"
#a radiacin difusa es m'ima en superficies orizontales" n superficies inclinadas
aumenta la radiacin de albedo" Por ejemplo:
" n invierno la radiacin de albedo es alta por la presencia nieve"
" n verano domina la directa y la difusa"
2.2.;-. POSICIN DEL SOL.
n aspecto importante para el dise!o de sistemas de aprovecamiento de la
radiacin solar es la posicin del sol de acuerdo a la latitud del lugar" 'iste de acuerdo a la
latitud del lugar un movimiento aparente del sol del este al oeste" Jl observador 4orte
mira al sur para ver el sol, y lo ve moverse a la dereca" l observador 5ur ve al norte para
divisar el sol y lo ve moverse acia su izquierdaK" ste aspecto es muy importante para
ubicar los paneles fotovoltaicos o los colectores solares t0rmicos, cuya inclinacin es
variable segn la estacin del a!o" n la figura 4O 6"8, se puede observar este aspecto
relacionado con la visin del sol de acuerdo a la latitud del lugar"
1-
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$4#& N7 2.;.Posicin del sol de acuerdo a la latitud del lugar"4"!*"6 ttps:DDes"iAipedia"orgDiAiDquinoccio"
5i se toma en cuenta la latitud del lugar entonces se deben ubicar de la siguiente
manera:
" Para uso principal en invierno: 6.O ms la latitud mirando al sur o al norte
dependiendo de donde est0 ubicado (en el emisferio norte o en el sur)"
" Para mayor aprovecamiento en verano y primavera: 1.O menos la latitud"" Para utilizarlo fijo todo el a!o: 1.O ms la latitud, que es el caso de &enezuela,
donde no se dan las cuatro estaciones y no es muy notorio el cambio entre una y otra"
9ebido a que la insolacin depende del ngulo del panel con respecto a la posicin
del sol, se usa la insolacin orizontal para referirse al potencial del lugar" 3 partir de la
insolacin orizontal se puede estimar la insolacin a un azimut y elevacin determinada"
2.2.;.1-. A
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el punto cardinal 4orte en el sentido de las agujas del reloj, o sea 4orteste5ur" +omo se
puede observar en la figura 4O 6"E"
$4#& N7 2.=.$epresentacin grfica del azimut (3z)"4"!*"6 ttp:DD"espiasdesaruman"comD6.16R.ER16Rarcive"tml"
#a insolacin ser m'ima cuando el panel se encuentre en posicin orizontal
frente al sol (rayos inciden perpendicularmente sobre la superficie del panel), para
conseguir esto es necesario ajustar el ngulo de azimut para seguir el movimiento diario del
este a oeste y ngulo de elevacin para seguir el movimiento anual de la trayectoria del sol
en la direccin 4orte 7 5ur"
2.2.;.2-. C"!*.
+omo se puede observar en la figura 4S 6"G es el punto ms alto que alcanza el sol
en el cielo con respecto al observador, que se encuentra justo sobre su cabeza (a 2.O)"
12
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$4#& N7 2.5.$epresentacin grfica del +enit"4"!*"6 ttp:DDmirandoalcielodesdeeibar"blogspot"comD6.18D.6Ddefinicionesenlabovedaceleste"tml"
2.2.;.;-. A*4#& S' (>).
5e llama altura de un astro al arco de vertical contado desde el orizonte asta el
astro" 5u valor absoluto es siempre menor o igual que 2.O y, por convenio, es un valor
positivo si el astro es visible (es decir si est sobre el orizonte) y negativo si no es visible
(es decir si est bajo el orizonte)" #a altura y el azimut son coordenadas que dependen de
la posicin del observador"
s decir un mismo astro en un mismo momento puede ser visto bajo diferentes
coordenadas orizontales por diferentes observadores situados en puntos diferentes de la
=ierra" sto significa que dicas coordenadas son locales" n la actualidad para medir la
altura de un astro se utiliza un instrumento denominado se'tante" 5i lo que se mide es la
altura del sol, ay que tener muco cuidado para no da!ar los ojos" n la figura 4O 6"Na y
6"Nb se puede observar diversas altitudes del sol de acuerdo a la 0poca del a!o"
6.
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$4#& N7 2.?&.3ltitud del sol en diferentes epocas del a!o"
4"!*"6"monografa"com
$4#& N7 2.?:.3ltitud del sol en diferentes epocas del a!o"4"!*"6"arvestenergysolutions"com
Para mayor entendimiento del grafico anterior, en el grafico 4O 6"- se presentan los
equinocios y solticios que se presentan durante el a!o"
61
https://www.google.co.ve/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAYQjB1qFQoTCO76sMa4kscCFcKqHgodVM4FcA&url=http%3A%2F%2Fwww.harvestenergysolutions.com%2Fproducts%2Fsolar%2Fsiting&ei=cETCVe6CGcLVetScl4AH&bvm=bv.99261572,bs.2,d.dmo&psig=AFQjCNHPWF7EuBFqo_sm_BRUyXFdYmX2zA&ust=1438880907999880https://www.google.co.ve/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAYQjB1qFQoTCO76sMa4kscCFcKqHgodVM4FcA&url=http%3A%2F%2Fwww.harvestenergysolutions.com%2Fproducts%2Fsolar%2Fsiting&ei=cETCVe6CGcLVetScl4AH&bvm=bv.99261572,bs.2,d.dmo&psig=AFQjCNHPWF7EuBFqo_sm_BRUyXFdYmX2zA&ust=14388809079998807/25/2019 Teoras de Celdas Fotovoltaicas
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$4#& N7 2.@.quinocios y 5olsticios que se presentan a lo largo de un a!o"4"!*"69uran (6.1G)
2.2.=-. ORA SOLAR PICO (SP).
3 los fines de dimensionar un sistema fotovoltaico es necesario conocer cuantas
oras de radiacin solar persisten en el da en el peor de los casos (mes de mayor
precipitacin o de nubosidad), para que pueda aber transformacin de energa en un panel
fotovoltaico con capacidad suficiente para cargar bateras, de forma tal de garantizar los
niveles de almacenamiento de energa en el banco de bateras durante todo el a!oL por otra
parte conocer las oras de radiacin solar aprovecable por da es til para estimar los
niveles de energa que un equipo conversor fotovoltaico puede producir a lo largo del a!o"
5egn 5armiento, 3" (6..N)" +entro de =ecnologas nerg0ticas $enovables
(+=$) del *nstituto Polit0cnico 5uperior Tos0 3ntonio ceverra (+T3), la Habana,
+uba" l nmero de oras solar pico Un(HP5)V, se calcula midiendo la energa media
mensual de la radiacin solar en el mes correspondiente a lugar de emplazamiento, y estdividi0ndola entre 1"... BDm6" M se refiere al tiempo que ese sol ipot0tico logra una
irradiancia constante de 1"... BDm6, durante un relativo corto tiempo, pero de modo tal
que la energa total que incidir sobre el metro cuadrado considerado durante todo el da,
fuera igual a la que produce el sol verdadero"
66
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n la figura 4S 6"@ se a representado el efecto del 5ol ipot0tico actuando desde
las 2:8. a"m" asta las 6:8. p"m", es decir, un tiempo total de G oras" >rficamente, las
reas bajo la curva son iguales, ya que ambas representan la misma energa total incidente"
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tilizando aora la unidad AB y precisando que n (HP5) W G
Irradiacin=5h1=5kW h /m2
Ibs0rvese que el valor num0rico de G (en ABDm6), es igual al nmero de ora solar
pico" 9ebe se!alarse que esto ltimo es slo vlido con las unidades aqu utilizadas y
gracias al valor unitario de1 ABDm6, por lo que al caracterizar la irradiacin solar del da
analizado, puede acerse por: G ABDm6 o G H5P"
2.2.5-. INSTRUMENTOS DE MEDICION DE LA RADIACION SOLAR.
Para conocer la radiacin solar a lo largo del a!o en un rea determinada, es
necesario medirla" 3 si es posible identificar si es factible la utilizacin de sistemas
fotovoltaicos o como deben realizarse para conseguir el m'imo de eficiencia" 3
continuacin se describen cules son los principales instrumentos para la medicin de la
radiacin solar J$adimetrosK
2.2.5.1-. P#&!/"*#'.
=ambi0n llamado solarmetro o actinmetro, es un instrumento meteorolgico
utilizado para medir de manera muy precisa la radiacin solar incidente sobre la superficie
de la tierra" 5e trata de un sensor dise!ado para medir la densidad del flujo de radiacin
solar en Ailovatios por metro cuadrado (ABDm6), en un campo de 1@. grados" 9ebe situarse
en el plano orizontal de forma que en ningn caso proyecto sombras sobre el modulo
solar" s un termopar sobre el que incide la radiacin a trav0s de dos cpulas semiesf0ricas
de vidrio, las cuales filtran la radiacin infrarroja de la atmsfera y la radiacin en onda
corta del sol, evitando su alcance al receptor" n la figura 4O 6"2, se muestra un
piranmetro, con sus componentes principales: cpula de cristal, cuerpo metlico, sensor
negro, nivel y cable" 9imensiones: dimetro de la cpula 6. mm"
"
6E
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$4#& N7 2.9.
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2.2.?-. ENERGA SOLAR OTOVOLTAICA.
#a palabra fotovoltaico(a) est formada por la combinacin de las palabras de
origen griego: foto, que significa luz, y voltaico que significa el0ctrico" l nombre sintetiza
la accin de estas celdas: transformar directamente la energa luminosa en energa el0ctrica"
#a electricidad es una de las formas de energa ms verstil y que mejor se adapta a cada
necesidad" 5u utilizacin est tan e'tendida que oy difcilmente podra concebirse una
sociedad tecnolgicamente avanzada que no iciese uso de ella" #os diferentes aparatos
funcionan alimentados con energa el0ctrica, bien con corriente continua de peque!a
tensin o de corriente alterna a tensiones mayores"
#a luz est formada por un gran nmero de entidades fsicas llamadas fotones, loscuales participan tanto de las propiedades de los corpsculos materiales como de las de las
ondas" #os fotones son capaces de interactuar con los electrones de los cuerpos sobre los
que inciden" ;encionaremos dos tipos de interaccin: el efecto fotoel0ctrico e'terno y el
efecto fotovoltaico" l efecto fotoel0ctrico e'terno, descubierto por Hertz en 1@@-, consiste
en un desprendimiento de electrones de la superficie de los metales al cocar con dica
superficie fotones de suficiente energa, dando lugar a una corriente el0ctrica denominada
fotoel0ctrica" #as c0dulas fotoel0ctricas se basan en este efecto"
$4#& N7 2.11.+0lula fotoel0ctrica"4"!*"6"monografas"com
6N
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l efecto fotovoltaico, el cual se conoce en bases tericas desde principios de siglo,
pero no fue sino asta 12GE que se logr producir la primera celda fotovoltaica en 4e
Tersey, " l fundamento fsico terico del fenmeno del efecto fotovoltaico, trata
acerca del comportamiento de ciertos materiales llamados semiconductores, los cuales bajo
ciertas circunstancias, son capaces de crear una fuerza electromotriz" l proceso llamado
difusin: e'isten dos tipos de semiconductores: los denominados de tipo 4 y los de tipo P"
3 los primeros se les puede forzar, mediante la adicin de peque!as cantidades de
impurezas apropiadas, a tener un e'ceso de electrones en determinadas posiciones y a los
segundos un defecto de ellos, o lo que es equivalente, un e'ceso de JuecosK (lugares
vacos dejados por los electrones al emigrar 0stos a otras posiciones)"
$4#& N7 2.12.squema del efecto fotovoltaico"4"!*"6"monografas"com
T' N6+uando la substancia difusa cede fcilmente electrones, se crea una zona
dentro del semiconductor que tiene un e'ceso de cargas negativas (electrones)" sto es lo
que se conoce como semiconductor del tipo 4 (negativo)"
T' P6+uando la substancia difusa atrapa electrones libres, los tomos que los
pierden quedan cargados positivamente" n esta zona predominan las cargas positivas
(JolesK, en ingl0s) obteni0ndose un semiconductor del tipo P (positivo)"
6-
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B4!*4#& N-P6l proceso de difusin es continuo, permitiendo la formacin, en el
mismo material, de dos zonas semiconductoras adyacentes, una del tipo 4L la otra del tipo
P" l espacio que separa ambas zonas es la juntura de transicin (junction, en ingl0s)"
E*&' " "4:#'6#a teora muestra que las cargas mayoritarias en una zona se
desplazan acia la de baja densidad en la zona opuesta" l desplazamiento de las cargas
negativas y positivas deja a la zona de la juntura totalmente libre de cargas" #as zonas
adyacentes a la misma tienen concentraciones de carga minoritarias (cargas negativas en el
lado P y cargas positivas en el lado 4)" #a acumulacin de estas cargas a ambos lados de la
juntura crea una diferencia de voltaje que impide la continuacin del desplazamiento
inicial" #a corriente de desplazamiento se anula" 5e dice entonces que la juntura 4P a
alcanzado el estado de equilibrio, el que es ilustrado en la figura 4S 6"18"
$4#& N7 2.1;.Tuntura 4P en equilibrio"4"!*"6"monografas"com
V'*&" " &&6el voltaje de una celda fotovoltaica es de corriente continua (++)"
Por consiguiente un lado es positivo y el otro negativoL para celdas de selenio, este voltaje
es de alrededor de .,G &"
P'*"!& "*#& " &&6para un instante, la potencia el0ctrica proporcionada
por la celda fotovoltaica est dada por el producto de los valores instantneos del voltaje y
6@
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la corriente de salidaL este valor es afectado por el comportamiento intrnseco de un
material semiconductor, por el nivel de irradiacin luminosa, y el m0todo de fabricacin de
la celda" #a intensidad luminosa depende, de la insolacin, de los factores meteorolgicos,
locacin, inclinacin de la celda respecto a la orizontal, y las variaciones estacionales en el
lugar de utilizacin"
#a tecnologa fotovoltaica fue desarrollada a finales de los a!os G. como parte de
los programas espaciales, con el fin de desarrollar una fuente de energa econmica e
inagotable" +on el descenso de los costes y la mejora del rendimiento, los sistemas
fotovoltaicos an e'tendido su utilizacin a numerosas aplicaciones" #a transformacin
directa de la energa solar en electricidad mediante la conversin fotovoltaica presenta
ventajas claras: sencillez, modularidad, fiabilidad y operatividad, aciendo que su campo de
aplicacin sea muy amplio: desde la utilizacin en productos de consumo (por ejemplo
calculadoras, etc"), asta la electrificacin de viviendas aisladas o peque!as comunidades
de vecinos, pasando por las se!alizaciones terrestres y martimas, las comunicaciones o el
alumbrado pblico"
2.2.?.1-. M&*"#& #*&!' F '#*&!'.
#as celdas fotovoltaicas que se ofrecen en el mercado actual utilizan dos tipos de
materiales semiconductores" no tiene una estructura cristalina uniforme, el otro una
estructura policristalina" l tipo cristalino requiere un elaborado proceso de manufactura,
que insume enormes cantidades de energa el0ctrica, incrementando substancialmente el
costo del material semiconductor" #a versin policristalina se obtiene fundiendo el material
semiconductor, el que es vertido en moldes rectangulares" 5u estructura cristalina no es
uniforme, de a el nombre de poli (mucos) y cristalino (cristales)" #os dos tipos pueden
ser identificados a simple vista, ya que la estructura cristalina provee una superficie de
brillo uniforme, mientras que la policristalina muestra zonas de brillo diferente" #as foto .1
muestran esta diferencia"
62
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$4#& N7 2.1=.;aterial cristalino, lingote monocristalino y ;aterial policristalino"4"!*"6"monografas"com
2.2.?.2-. M&*"#& '#$!'-"& '" " *'.
stos nuevos materiales son ecos de polmeros conductores y nanoingeniera de
los materiales" Puede ser cubierto o imprimido en una superficie, es eco en un proceso
similar a la pelcula fotogrfica" #a fle'ibilidad, la confortabilidad, el rendimiento, el precio
y el peso, son algunas de las caractersticas de esta verstil celda solar de plsticoL
aumentan la vida de la batera sin aumentar o impedir el factor de forma de dise!os de
producto por los dems"
$4#& N7 2.15.;aterial polmero"4"!*"6"monografas"com
2.2.?.;-. M&*"#& IT ("*"#'4!*4#& '! && !& !*#%!"&).
#a c0lula solar it de 5anyo es un modelo brido que se combina un substrato de
silicio cristalino y una pelcula fina silicio amorfo, es una tecnologa original" %rinda el
mejor nivel de generacin de potencia del mundo por unidad de rea de instalacin, basada
8.
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en la conversin eficiente de energa alta superior y resistencia de temperatura" #a mejora
ms reciente de progreso de la celda H*= de 5anyo fue recientemente usando un grosor de
celda de 2@ micrmetros, el cual es menos del medio grosor de la celda previa, viene con
una eficiencia de conversin de energa de celda de 66"@/, el cul a sido verificado
independientemente por el 4ational *nstitute of 3dvanced *ndustrial 5cience and
=ecnology"
$4#& N7 2.1?.+0lula solar it de 5anyo"4"!*"65anyo nergy (53) +orporation"
2.2.?.=-. T' " "& '" '*'+'*&&.
#as celdas solares de silicio se elaboran utilizando plancas monocristalinas,
plancas policristalinas o lminas delgadas" 5e unen capas de silicio tipo P y silicio tipo 4,
a trav0s de una capa de barrera, que es esencial para el efecto fotovoltaico" #as plancas
monocristalinas se cortan de un lingote monocristalino que se desarrolla a
apro'imadamente 1E.. S+, lo que resulta en un proceso muy costoso" l silicio debe ser de
una pureza muy elevada y tener una estructura cristalina casi perfecta" #as plancas
policristalinas se realizan por un proceso de moldeo en el cual el silicio fundido es vertido
en un molde y se lo deja asentar" ntonces se rebana en plancas" +omo las plancas
policristalinas son ecas por moldeo implican menores costos de produccin, pero no son
tan eficientes como las celdas monocristalinas"
81
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l rendimiento ms bajo se debe a las imperfecciones en la estructura cristalina,
resultado del proceso de moldeo" l otro tipo corresponde a las c0lulas amorfas" +omo su
nombre lo indica, estas c0lulas no poseen una estructura cristalina" Precisamente esa
simplificacin en la estructura conduce a un abaratamiento drstico de las mismas" s un
eco que cuando ms se aleja la t0cnica de fabricacin de una c0lula fotovoltaica de la
estructura cristalina pura, ms defectos estructurales aparecern en la sustancia
semiconductora, los que aumentan la cantidad de cargas libres que son atrapadas,
disminuyendo la eficiencia de conversin"
Itro tipo de celda e'istente en el mercado considera el eco de que en el
semiconductor empleado en la construccin de la misma, se generan cargas libres a partir
de solo una parte del espectro luminoso (aquella cuya frecuencia y energa es igual o mayor
a la energa de funcin de trabajodel material de la celda)" s por esto que algunas celdas
solares se dise!an con multijunturas" s decir, un conjunto de celdas individuales de
distintos materiales, con una sola juntura, que se apilan de forma que la primera celda
captura los fotones de alta energa y deja pasar el resto, para que sean absorbidos por las
dems c0lulas que requieren niveles de energa ms bajos" sto permite aumentar la
eficiencia de conversin pero aumenta los costos de produccin"
2.2.?.5-. P&!"" '" '*'+'*&'.
#os paneles solares fotovoltaicos se componen de celdas que convierten la luz en
electricidad" 9icas celdas se aprovecan del efecto fotovoltaico, mediante el cual la
energa luminosa produce cargas positivas y negativas en dos semiconductos pr'imos de
distinto tipo, por lo que se produce un campo el0ctrico con la capacidad de generar
corriente"
#os mdulos o paneles solares fotovoltaicos estn conformados por un grupo de
celdas solares interconectadas entre s y protegidas contra la intemperie, impactos y
corrosin" n la figura 4S 6"1- se muestra el aspecto fsico de un grupo de paneles solares y
sus partes principales"
86
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$4#& N 2.1@.Paneles solares y sus principales componentes-4"!*"6 ttp:DDsanviatordigital"iespana"esDenAarterriaADimagenesDPaneles5olares"
+omo se observa, el conjunto de c0lulas est cubierto por elementos que le
confieren proteccin frente a los agentes e'ternos y rigidez para acoplarse a las estructuras
que los soportan" #os principales elementos que lo conforman son los siguientes:
-. E!&4&!*"6;aterial que protege las celdas dentro del panel, debe presentar
un ndice elevado de transmisin de la radiacin y baja degradacin por efecto de los rayos
solares"
-. C4:"#*& "*"#'# " +#' *"&'6Permite que el panel resista condiciones
climatolgicas adversas y ma'imiza la transmisin luminosa, debe soportar cambios
bruscos de temperatura"
-. C4:"#*& '*"#'#6 +onstituida normalmente por varias capas opacas que
reflejan la luz que a pasado entre las c0lulas, aciendo que vuelva a incidir otra vez sobre
0stas"
-. M' " "*&65e construye generalmente de aluminio lo que asegura rigidez y
estanqueidad al conjunto" n 0l se encuentran mecanismos que permiten el montaje del
panel sobre la estructura de soporte"
-. C&& " *"#!&"6*ncorpora los bornes para la cone'in del mdulo"
-. D'' " #'*"/!6*mpide da!os por sombras parciales en la superficie del
panel"
88
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l voltaje de los paneles depende del nmero de celdas solares que se conecten en
serie y de la estructura cristalina del semiconductor usado" #os voltajes nominales son en
general 16 o 6E &9+" #a vida til de un panel solar fotovoltaico se considera que es entre
6G8. a!os y la eficiencia de dicos mdulos se encuentra generalmente entre 2 y 1G /" #a
potencia nominal de los mdulos indica la cantidad de energa que genera bajo condiciones
nominales" s decir, un mdulo de @. B de potencia nominal produce @. B si durante
una ora recibe la cantidad de radiacin para la que fue dise!ado" 9e forma que la potencia
generada por el panel puede ser menor que la potencia nominal para condiciones de poca
radiacin solar" l valor de corriente y voltaje necesarios para una aplicacin especfica se
obtiene conectando paneles en paralelo o en serie"
l m0todo de fabricacin de las celdas solares determina, en gran parte, la forma
geom0trica de las mismas" #as primeras versiones eran redondas, versiones ms recientes
tienen forma cuadrada, o casi cuadrada, donde las esquinas tienen v0rtices a EGS" #a forma
cuadrada permite un mayor compactado de las mismas dentro del panel
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#os mdulos fotovoltaicos se colocan generalmente sobre los tejados o en patios"
n aspecto fundamental es cerciorarse de que ningn objeto proyecte su sombra sobre el
los mdulos, al menos en las oras centrales del da" #a orientacin de los mdulos se
define a partir de dos ngulos principales:
-. J!$4' &
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2.2.@-. ELEMENTOS UE CONORMAN LOS SISTEMAS OTOVOLTAICOS.
n sistema de generacin de energa el0ctrica que aproveca la radiacin solarincidente sobre el emplazamiento donde se va ubicar, consiste en la intercone'in adecuada
de paneles o mdulos solares (en serie y paralelo), para garantizar el suministro de energa
el0ctrica en la tensin (&), corriente (3) y potencia (B) requeridos por la carga" l banco
de bateras necesario para almacenar la energa generada por el arreglo fotovoltaico" l
regulador para la proteccin del banco de bateras por sobre carga o por sobre descarga" l
inversor para la conversin 9+D3+ y los elementos de proteccin donde se instalaran los
circuitos de alimentacin de la carga" n la figura 4O 6"6- se puede observar como esta
configurada una planta solar fotovoltaica"
$4#& N7 2.18.squema de un sistema solar fotovoltaico"4"!*"6"monografias"com"
#os sistemas solares fotovoltaicos para la generacin de energa el0ctrica para
diferentes usos se pueden clasificar segn los siguientes criterios:
" +onfiguracin definida por sus componentes y la cone'in entre los mismos"
" 3plicacin a la cual se desea ser destinado"
" +arcter de utilizacin de la instalacin"
" =ensin de trabajo y potencia de la instalacin"
8N
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2.2.@.1-. C'!$4#&/! "!& '# 4 ''!"!*"6
-. S4!*#' #"*'6 instalacin bsica de paneles acoplados directamente a lacarga en corriente continua (9+)" l servicio se reduce a las oras de sol al no tener
acumulacin de energa, por lo que es un sistema ideal para el bombeo de agua o el llenado
de tanques"
-. S4!*#' " *"!/! "#"!*" & & $"!"#&&6para suministrar tensin a un
nivel superior al producido por los panales para el funcionamiento de la carga, se ace
necesario instalar un convertidos 9+D9+ acoplado directamente a la carga"
-. S4!*#' " C'##"!*" A*"#!&6para suministrar corriente alterna, tomando en
cuenta que los paneles fotovoltaicos generan en 9+, se ace necesario incluir un inversor
9+D3+, en las tensiones, potencia y frecuencia de la energa el0ctrica requerida por la
carga"
-. S4!*#' " '##"!*" '!*!4& '! &44&/! " "!"#$%&6para garantizar
el suministro continuo y confiable de energa durante el da y la noce, se almacena la
energa generada por los paneles en un banco de bateras, conectado a trav0s de regulador
de corriente"
-. S4!*#' "! '##"!*" '!*!4& F &*"#!& '! &44&/! " "!"#$%&6 eneste caso el sistema fotovoltaico debe suministrar 9+ a una carga a la misma tensin de las
bateras y 3+ a trav0s de un inversor 9+D3+ a la tensin requerida por la carga"
-. S4!*#' "! '##"!*" '!*!4& & *"!/! "#"!*" & & $"!"#&& F "!
&*"#!& '! &44&'#6se incorpora un convertidor 9+D9+ que adapta las tensiones de
entrada y salida, dado que la carga en 9+ necesita una tensin ms alta"
-. S4!*#' "! '##"!*" '!*!4& & *"!/! "#"!*" " & $"!"#&& '!
&44&'#6en este caso, la carga 9+ necesita una tensin diferente a la que se obtiene
del panel y la batera" Por eso, como medio de adaptacin entre tensiones de entrada y
salida se incorpora el convertidor 9+D9+"
8-
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-. S4!*#' "! '##"!*" &*"#!& "&!*" &44&'#6 es la configuracin
ms empleada, ya que proporciona 3+, que es la corriente que usan la mayora de equipos
electrodom0sticos, comerciales e industriales"
-. S*"& " $"!"#&/! >:#'6es el sistema de generacin de energa el0ctrica
conformado por un arreglo fotovoltaico y una o ms fuentes de energas renovables o
convencionales (diesel, gas, etc"), utilizando el mismo banco de bateras"
2.2.@.2-. C&&/! '# &&/!.
#as aplicaciones de la energa proporcionada por los sistemas fotovoltaicos son
infinitas pudiendo destacar las siguientes:
" *nstalaciones de primer y segundo nivel de electrificacin en viviendas locales"" lectrificacin de e'plotaciones agrcolas y ganaderas"
" *nstalaciones utilizadas para el bombeo de agua"
" *luminacin de e'teriores y se!alizacin"
" *nstalaciones de aplicaciones industriales"
" 5istemas de emergencia, sat0lites o veculos especiales"
=ambi0n se puede utilizar en sistemas integrales que abarcan diferentes
combinaciones de las anteriores configuraciones"
2.2.@.;-. S"$! 4 *"*4#& F 4*
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$4#& N7 2.19.;ini red de suministro el0ctrico fotovoltaico"4"!*"69uran (6.1E)"
-. I!*&&'!" ""!*#&
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-. S*"& '!"*&' & #" "*#& (G# C'!!"*")6 este tipo de
instalaciones se realiza con la intencin de producir energa el0ctrica verterla directamente
a la red del sistema interconectado nacional, en algunos casos se pueden obtener beneficios
econmicos" &er figura 4O 6"8."
$4#& N7 2.21.squema de un sistema fotovoltaico conectado a la red de distribucin"4"!*"69uran (6.1E)"
2.2.@.=-. S"$! ' "4' F 4 !*&&/!.
+omo se e'plic al inicio, un sistema de generacin fotovoltaico est conformadopor una serie de subsistemas que interactan entre s para garantizar el suministro de
energa el0ctrica de forma continua y confiables a la carga que va a ser instalada, bien sea
en un lugar aislado o como planta de respaldo en una zona rural o urbana que cuente con
red de distribucin de energa el0ctrica" #os subsistemas que conforman el sistema de
generacin fotovoltaico estn conformados por los siguientes subsistemas:
-. A##"$' " &!"" '": conectados en serie, en paralelo o combinacin de
ambas configuraciones para garantizar los niveles de tensin, intensidad de corriente y
potencia requerida por la carga o los otros subsistemas interconectados"
E.
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-. &!' " :&*"#%&6las bateras se interconectan en serie o paralelo de acuerdo a
los requerimientos de tensin y corriente para conformar el banco de bateras donde se
almacena la energa el0ctrica generada en corriente continua (9+)"
-. C'!*#'&'# ' #"$4&'# " $&: 5e conecta entre los paneles solares y el
banco de bateras, que es necesario para regular la cantidad de energa que entra al banco de
bateras o que sale por efectos del consumo, de tal forma de protegerlo por sobre cargas o
sobre descargas que lo pueden averiar de manera permanente"
-. I!+"#'#6+omo la mayora de electrodom0sticos de uso dom0stico, y los equipos
de uso comercial e industrial funcionan con corriente alterna (+3), es necesario incorporar
un inversor de corriente 9+D3+, para garantizar el suministro de energa el0ctrica a las
tensiones y nivel de potencia requerido"
-. S4:*"& " *#:4/! " & "!"#$%& "*#& : generada, proteccin y
control, est conformado por los dispositivos de proteccin necesarios para la proteccin de
los subsistemas interconectados por efectos de corto circuitos" #os sistemas de medicin y
control sirven para conocer las variables y parmetros de operacin del sistema y su
oportuno ajuste" n elemento importante es el cableado que permite la intercone'in de los
subsistemas y accesorios de encender, apagar, desconectar"
-. S4:*"& " &/! F ''!&"!*' " #"$' '*'+'*&', est
conformado por las estructuras de soporte, y posicionamiento de los paneles para que
capten la mayor radiacin solar posible"
2.2.8-. DISEO DE UN SISTEMA OTOVOLTAICO.
5e describen a continuacin los principales componentes de un sistema fotovoltaico
autnomo, sus funciones, as como las principales especificaciones que se deben tener en
cuenta para realizar la escogencia de componentes que permitan un funcionamiento
eficiente y confiable de dico sistema"
E1
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2.2.8.1-. P&!"" '*'+'*&'.
#as c0lulas solares fotovoltaicas ensambladas en paneles o mdulos y dispuestas
sobre los tejados de las casas, como generan en corriente continua (9+), por medio de
un inversor, pueden inyectar la electricidad generada en corriente alterna (3+) por la red
de distribucin para el consumo, favoreciendo la produccin global de energa primaria
de un pas, de manera limpia y sostenible" +omo cada c0lula genera una tensin de .,G v
y una potencia entre 1 y 6 vatios (B), dependiendo de su eficiencia, es necesario
conectarlas en serie y en paralelo para lograr que la tensin (&), corriente (3) y la
potencia del arreglo se ajusten al valor deseado para su aprovecamiento, a una escala
conveniente"
#os arreglos de c0lulas en serie 7 paralelo en una sola unidad constituyen el
panel o mdulo fotovoltaico que se configuran en varios tama!os, siendo los ms
convencionales los que se fabrican para trabajar con bateras de 16 & en corriente
continua (9+), con las potencias, dimensiones y corrientes nominales que se describen a
continuacin"
T&:& N 2.2.Potencias, corriente y dimensiones de los mdulos fotovoltaicos4"!*"6 ttp:DD"sitiosolar"comDpaneles/6.fotovoltaicas"tm"
NIVEL DEPOTENCIA ()
CORRIENTENOMINAL (A)
DIMENSIONES()
3lta: de G8 7 8..
;ediana: de 6. 7 G.
%aja: de G 7 1.
8,6. 7 2,G.
1,1- 7 8,26
.,6- 7 1,G@
111 ' G. a 12. ' 118
E6 ' G. a 2E ' G.
6E ' 6- a E6 ' 6-
n panel solar es una coleccin de celdas solares" 3unque cada celda solar provee
una cantidad relativamente peque!a de energa, mucas de estas repartidas en un rea
grande pueden proveer suficiente energa como para ser tiles" Para obtener la mayor
cantidad de energa las celdas solares deben apuntar directamente al sol, tal como se
muestra en la figura 4O 6"86"
E6
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$4#& N7 2.22.laboracin de un panel solar fotovoltaico"4"!*"6"monografias"com"
1) P#!' %'.
#os fotones de la luz solar cocan contra el panel solar y son absorbidos por un
material semiconductor, por ejemplo el silicio"
#os electrones (carga negativa) salen despedidos de sus tomos respectivos,
recorriendo el semiconductor y produciendo electricidad" +omplementariamente a este
efecto, tambi0n se crean (como burbujas) los uecos (carga positiva), que fluyen en
direccin opuesta a la de los electrones"
na agrupacin numerosa de c0lulas solares, convierte la energa solar en corriente
el0ctrica continua lista para ser utilizada" Ipcionalmente,
#a corriente continua puede entrar en un inversor"
l inversor convierte la corriente el0ctrica continua en corriente alterna de 11. o 66.
&, apta para el uso dom0stico"
E8
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#a corriente alterna puede ser inyectada en la red de distribucin el0ctrica y ser
transportada a otros lugares"
2) C'!"/! S"#" Q P&"' " ' &!&" '" '*'+'*&'.+omo los paneles fotovoltaicos generan por lo general en 16, 6E o E@ & es necesario
acer cone'iones serie, paralelo o combinacin de ambas para lograr los niveles de tensin
y potencia requeridos por la carga cuando van a operar directamente en 9+ o en 3+ a
trav0s de un inversor 9+D3+"
-. C'!"/! "! "#": la cone'in en serie de los paneles solares determina las
siguientes condiciones de operacin:
" #a tensin total del arreglo fotovoltaico es la suma de las tensiones generadas por
cada mdulo"
" #a intensidad del arreglo fotovoltaico conectado en serie es equivalente a la
intensidad caracterstica de cada panel"
" l inconveniente que tiene la cone'in en serie es que si falla un panel falla el
conjunto entero que conforma el arreglo fotovoltaico, tal como se observa en la figura 4S
6"88"
$4#& N7 2.2;.+one'in serie de los paneles solares fotovoltaicos"4"!*"69uran (6.1E)
EE
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-. C'!"/! "! &"': cuando se conectan los paneles en se obtienen las
siguientes caractersticas de operacin:
" #a tensin total obtenida por el arreglo fotovoltaico conectado en paralelo es
equivalente a la tensin generada por cada panel individualmente"
" #a intensidad de corriente del arreglo en su totalidad es la suma de las corrientes
caractersticas de cada mdulo" 3l conectar paneles en paralelo ay que tener en
consideracin los incrementos de la intensidad de corriente por las p0rdidas que puedan
ocurrir por el calentamiento en los conductores (efecto Toule), y por el efecto en accesorios
de proteccin y control"
$4#& N7 2.2=.+one'in paralelo de los paneles solares fotovoltaicos"4"!*"69uran (6.1E)"
C'!"/! "#"-&"', en ocasiones es necesario acer combinacin de
cone'iones en serie y paralelo conjuntamente para garantizar los niveles de tensin
requeridos y fundamentalmente para suministrar la corriente el0ctrica con los niveles de
potencia solicitados, como se puede observar en la figura 4O 6"8G"
EG
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$4#& N7 2.25.+one'in serieparalelo de los paneles solares fotovoltaicos"4"!*"69uran (6.1E)
Para encontrar la configuracin correcta e'isten dos parmetros que se deben tomar
en cuenta a la ora de dise!ar:
" #a eficiencia o rendimiento"
" #a economa"
#a frmula que relaciona estos parmetros es:
IT=ICCNP
9ondeL
*=W *ntensidad m'ima que se espera recibir del generador solar"
*++W *ntensidad en corto circuito"
4PW 4mero de grupo de paneles en paralelo"
EN
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;) P"*#' " &!" '.
Para encontrar la configuracin correcta de un panel fotovoltaico e'isten parmetros
a la ora de dise!ar que tienen efecto sobre la eficiencia del panel y la economa" 3
continuacin se ace una descripcin de los parmetros ms importantes que deben ser
considerados a la ora de dise!ar o probar el funcionamiento de un panel solar fotovoltaico:
P4!*' " & '*"!& (P)6 na c0lula solar puede funcionar en un rango
muy amplio de voltajes (&) y corrientes (*)" *ncrementando la resistencia de la carga en una
c0lula desde cero a un nmero infinito de valores, se puede determinar el punto de m'ima
potencia (la m'ima potencia el0ctrica obtenida):
Pm=V
MxI
Mx
&*'# " ""!& "! & '!+"#/! ()6 l factor de eficiencia de conversin de
energa solar de un panel (]), es el porcentaje de potencia convertida (de la luz solar
absorbida por el panel) en energa el0ctrica capaz de acer operar un circuito" ste factor se
calcula dividiendo el valor de Pmpor la cantidad de irradiacin obtenida en las condiciones
estndares de medida" #a energa de irradiacin se indica en BDm6y la superficie de la
c0lula, A,en m6:
!= P m
"AC
I!*"!& & " $"!"#&'# '*'+'*&' (I)6 s la m'ima intensidad de
corriente que se puede obtener de un arreglo fotovoltaico configurado para generar energa
el0ctrica" 5e obtiene del producto entre la intensidad de corto circuito (*cc), que es la mayor
intensidad de corriente que se presenta en un panel solar fotovoltaico, entre el nmero de
paneles conectados en paralelo (4p)"
Im=ICC
NP
&*'# " '#&6 l factor de forma o factor de relleno (
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punto de m'ima potencia y el producto entre el voltaje a circuito abierto y la corriente en
cortocircuito:
##=
P m
VcaICC=
!A C"
VcaICC
9ondeL
*cc *sc W *ntensidad de +orto +ircuito (3)"
&n W =ensin 4ominal (&)"
&ca &oc W =ensin a +ircuito 3bierto (&)"
*ma' W *ntensidad de corriente a Potencia ;'ima (Pm)"
&ma' W =ensin a Potencia ;'ima (Pm)"
3c W 5uperficie de la c0lula solar fotovoltaica (m6 )
W nerga recibida de la radiacin solar incidente sobre la c0lula fotovoltaica (BDm6)
2.2.8.2-. &!' " :&*"#%&.
#a %atera es el elemento encargado de acumular parte de la energa que generan
los paneles, para que pueda ser utilizada durante las oras nocturnas o durante las 0pocas
de baja insolacin" Para este tipo de sistema se recomienda el uso de bateras de plomo
cido (con electrolito), o de gel (libre de mantenimiento) estacionarias y de carga profunda,
estas soportan descargas de gran profundidad y son capaces de permanecer perodos en
bajo estado de carga" n la figura 4O 6"8N, se puede observar una batera libre de
mantenimiento a la izquierda y la conformacin de una batera electroltica a la dereca"
E@
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$4#& N7 2.2?.%atera de gel (a la izquierda) y batera electroltica (a la dereca)"4"!*"69uran (6.1E)
1) C''/! " 4!& :&*"#%& ' " P''-'.stas bateras se componen de varias placas de plomo en una solucin de cido
sulfrico" #a placa consiste en una rejilla de aleacin de plomo con una pasta de 'ido de
plomo incrustada sobre la rejilla" #a solucin de cido sulfrico y agua se denomina
electrolito" l banco de bateras o banco de acumulacin de energa est constituido por un
conjunto de bateras conectadas el0ctricamente entre s" l nmero de elementos de carga
que conforma el banco estar establecido por el nmero de bateras en serie y el nmero de
bateras en paralelo que an sido interconectadas para garantizar los niveles de tensin ycorriente requeridos" 'isten diversos tipos y marcas de bateras, con especificaciones
t0cnicas diferentes, que se fundamentan en tres parmetros bsicos:
-. T"!/!, la unidad de conformacin bsica de la batera es la celda de 6 &9+,
llamada tensin nominal de la celdaL por ejemplo si se quiere construir una batera de 16
&9+, es necesario conectar N celdas en serie"
-. C&&&, cantidad de energa que puede suministrar la batera en determinadas
condiciones de trabajo, medida en amperios 7 ora (3)"
-. P#'4!& " "$&, cantidad e'presada en tanto por ciento, que
representa el cociente entre la carga e'trada y la capacidad nominal de la batera (lo que se
descarga en el proceso de descarga)" #a profundidad de descarga es el porcentaje de la
capacidad total de la batera que es utilizada durante un ciclo de cargaDdescarga" #as
E2
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bateras de ^ciclo poco profundo^ se dise!an para descargas del 1. al 6G/ de su capacidad
total en cada ciclo" #a mayora de las bateras de ^ciclo profundo^ fabricadas para
aplicaciones fotovoltaicas se dise!an para descargas de asta un @./ de su capacidad, sin
da!arse" #os fabricantes de bateras de 4quel+admio aseguran que pueden ser totalmente
descargadas sin da!o alguno"
#a profundidad de la descarga, no obstante, afecta incluso a las bateras de
ciclo profundo" +uanto mayor es la descarga, menor es el nmero de ciclos de carga que la
batera puede tener" Itro elemento que afecta considerablemente a las bateras es la
sulfatacin que acorta su vida til y produce inconvenientes en el buen funcionamiento del
sistema fotovoltaico"
2) C' " $& F "$& " 4!& :&*"#%&
5e denomina ciclo de una batera a la sucesin de una descarga seguida de su
posterior recarga asta recuperar completamente la energa e'trada" n una batera
estacionaria electroltica el perodo de descarga puede ser de 8 oras, mientras que el de
carga puede durar 61 oras" s decir, se realiza un ciclo completo por da" +uanto mayor la
profundidad de la descarga, menor ser la cantidad de ciclos que la batera nos podr
entregar" Por ejemplo, si una batera de tipo monoblocA para aplicaciones estacionarias
entrega 1@. ciclos con una profundidad de descargade @./, reduciendo las descargas a un
8./, la misma batera entregar ms de 1... ciclos"
n la primera fase la batera entra en un proceso de recuperacin almacenando la
corriente continua suministrada por la fuente (carga), asta que alcanza la tensin de
regulacin" #uego pasa a la fase de flotacin donde la carga se mantiene entre la tensin de
regulacin y la tensin nominal de la batera, si en esta fase a la batera le sigue entrando
corriente desde la fuente entra en saturacin lo cual es inconveniente puesto que se puede
averiar por sobre carga" +uando los circuitos de consumo estn requiriendo la energa
el0ctrica almacenada en la batera empieza el proceso de descarga, el cual debe llegar asta
la tensin nominal, si continua la descarga se entra en una fase de descarga profunda que
puede averiar la batera por efecto de sobredescarga"
G.
http://ayudaelectronica.com/que-es-una-bateria-para-uso-estacionario/http://ayudaelectronica.com/que-es-una-bateria-para-uso-estacionario/7/25/2019 Teoras de Celdas Fotovoltaicas
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;) E*&' " $& " 4!& :&*"#%&.
#a forma ms sencilla de conocer el nivel de carga de las bateras es a trav0s de la
medida de la densidad o gravedad especfica del lquido contenido en el acumulador
(electrolito)" #a densidad e'presa cunto pesa el electrolito en comparacin con la misma
cantidad de agua, y se mide con un densmetro o idrmetro (ver figura 4O 8N)" l
densmetro ms comn es el utilizado en bateras automotrices, que indica la carga en
porcentaje" Presenta el inconveniente de que est calibrado para el electrolito utilizado en
acumuladores de arranque y no estacionarios, por lo que marcar siempre menos de lo real
(G./ para un acumulador estacionario completamente cargado), a continuacin se muestra
un densmetro (sin ensamblar) de los usados en acumuladores estacionarios"
2.2.8.;-. R"$4&'# ' '!*#'&'# " $&.
l regulador de carga es el equipo que se encarga de controlar el consumo directo
de las placas o de las bateras evitando sobrecargas o sobredescargas" +omo su funcin
principal es evitar una sobrecarga en la batera, est constituido por un circuito electrnico
que impide el paso de corriente desde los paneles aca las bateras, una vez que la tensin
de la misma alcanza el valor establecido" 3dems estos son capaces de detectar las
descargas e'cesivas de la batera y activar una alarma o desconectar la utilizacin cuando
se produzca tal circunstancia" #o cual determina que el regulador sea un componente
fundamental que siempre debe estar presente en un sistema de generacin fotovoltaico ya
que de este depende directamente la buena utilizacin de las bateras y en su duracin en
buen estado"
1) R"$4&'#" !"&".
-. S"#": realizan la funcin de desconectar el panel de las bateras cuando se logra
el estado de plena carga"
-. P&"':disipan toda la corriente de salida del panel cuando el subsistema de
bateras alcanza el estado de plena carga"
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-. R"$4&'# '!4*&': actan desconectando la batera del generador
fotovoltaico mediante un interruptor colocado en serie con el panel" Pueden controlar el
valor de la tensin a su salida para que sea ms adecuado al estado de la carga de la batera"
$4#& N7 2.2@.9iferentes tipos de reguladores fotovoltaicos"4"!*"69uran (6.1E)
2.2.8.=-. C'!+"#*'#" " !+"#'#".
5on elementos que permiten adaptar a las caractersticas de la corriente
generada por sistemas fotovoltaicos a la demanda total o parcial de los circuitos conectados
a la carga que constituye la demanda de energa el0ctrica del sistema fotovoltaico" stos
equipos o dispositivos electrnicos son de dos tipos: los convertidores y los inversores"
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1) C'!+"#*'#": +uando no es posible acer coincidir las tensiones proporcionadas por el
banco de bateras con la demanda, se usan convertidores 9+D9+, pueden ser elevadores o
para la disminucin de tensin de las bateras"
2) I!+"#'#": se utilizan para la conversin de corriente continua generada por los paneles
y almacenada en las bateras a corriente alterna cuando en la carga se incluyen elementos
que trabajan en corriente alterna (3+), es necesaria la presencia en el generador
fotovoltaicoelico de equipos cuya misin fundamental es convertir 9+ en 3+, en la
tensin y frecuencia caractersticas del pas y de los requerimientos de potencia
establecidos por la carga el0ctrica a instalar"
l inversor constituye una parte muy importante en un sistema de generacinfotovoltaico puesto que no solo suministra la energa a la carga a los niveles de potencia y
tensin requeridos, sino que adems la entrega a la frecuencia adecuada, lo cual es un
proceso ms complicado en la conversin 9+ 7 3+, sobre todo cuando los equipos que
conforman la carga requieren de ondas sinusoidales puras" n la figura 4O 6"8@, se puede
observar el modelo de inversorcargador de onda completa"
$4#& N7 2.28.*nversor marca =$*PP#*= modelo 3P5 16G.4"!*"6;anual =$*PP#*= Poer &erter, 3P5 5eries 9+to3+"
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;) T' " I!+"#'#".
" *nversores con conmutacin natural"
" +on conmutacin forzada:
" 5alida escalonada (onda cuadrada)"
" ;odulacin de salida de impulsos (PB;)"
=) P"*#' &*"#%*' " ' !+"#'#".
" =ensin nominal de entrada y salida del inversor"
" Potencia nominal de salida"
" ficiencia o rendimiento"
" +apacidad de sobrecarga y de proteccin t0rmica"
"
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1) T' " #'*"*'#""
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astro con respecto a la 0poca del a!o, cambio de estaciones y ngulo de inclinacin de la
tierra (dos o tres ejes)" #o ms usual es ubicarlos en soportes fijos que miren al sur cuando
el emplazamiento solar se encuentra en el emisferio norte o que miren al norte cuando se
encuentran en el emisferio sur" +on una inclinacin que viene dada por 1.O ms la latitud
del lugar, tal como se muestra en la figura 4O 6"E."
$4#& N7 2.;0.bicacin e inclinacin del arreglo fotovoltaico"4"!*"69uran (6.1E)"
9e lo anteriormente se desprende que los soportes de los paneles solares pueden ser:
"
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2.;-. ASES LEGALES.
9entro de las bases legales se puede nombrar las siguientes:
C'!**4/! " & R":& '+&!& " V"!"
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compensar a nivel de distribucin los circuitos para mejorar los factores de potencia de las
cargas y construir nuevos alimentadores para suplir a los usuarios finales con la calidad de
servicio adecuada" 3mpliar y adecuar el 5istema l0ctrico en la $egin Iccidental que
agrupa los estados %arinas, ;0rida, =cira, 3lto 3pure, =rujillo y ?ulia y la construccin
de las siguientes obras: EG 5ubestaciones, E".EE Am de #neas de =ransmisin, -".2N Am de
#neas de 9istribucin, 1"8.G ;&3 en 9istribucin y @NGE ;B en plantas de >eneracin"
3s como tambi0n, +aptulo & J4ueva >eopoltica 4acionalK se plasma lo
siguiente:
1 Promover la incorporacin de energas alternativas basadas en recursos
renovables"
6 *ncidir en el cambio del patrn productivo acia tecnologas verdes"
8 Promover patrones sostenibles de consumo"
E $einvertir los beneficios de la e'plotacin de recursos no renovables en el
incremento de la inversin en investigacin y desarrollo"
n el captulo &* J&enezuela Potencia nerg0tica ;undialK:
1 Propiciar el uso de fuentes alternas, renovables y ambientalmente sostenibles"
6 *ncentivar la generacin de fuentes alternas de energa"
8 *ncrementar la generacin de electricidad con energa no convencional y
combustibles no idrocarburos"
E 3plicar fuentes alternas como complemento a las redes principales yen la
electrificacin de zonas aisladas"
R"$&"!*' " "#+' "*#'6s su artculo 1, 6 y 8, que plantea que las
manipulaciones y maniobras podrn realizarse nicamente por el encargado de servicio,
qui0n no ar nada sin ponerse los guantes de cauco aislantes, aunque sea para maniobrar
en el circuito de baja tensin, y procurando no apoyar ninguna parte del cuerpo sobre
paredes, soportes, etc", utilizando siempre la banqueta aislante y la p0rtiga para las
maniobras de cone'in y descone'in"
G@
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3s, como antes de proceder a la descone'in de la lnea de alta tensin se
proceder a desconectar la lnea de baja tensin con el fin de que al maniobrar en alta
tensin el transformador est0 sin carga" 9e este modo, la cispa de ruptura ser menor,
evitndose posibles deterioros en el seccionador" M antes de proceder a la reparacin de
algn fusible de alta tensin, que siempre ser del mismo calibre que el indicado, se
desconectar el interruptor de baja, evitndose un posible riesgo de descarga"
P#'*''' " '*'6 l .- de 9iciembre de 6..E es publicado en >aceta Ificial de
la $epblica %olivariana de &enezuela 4O 8@".@1 la #ey 3probatoria del Protocolo de
Fioto de la +onvencin de las 4aciones nidas sobre el cambio climtico" 9ebido a esto el
gobierno venezolano se comprometi a elaborar polticas y medidas de conformidad con
sus circunstancias nacionales" +omo parte de estas medidas se cre en el a!o 6..N la
;isin $evolucin nerg0tica, dise!ada para ser ejecutada en tres fases" #a segunda fase
arranc en el a!o 6..2" +omprende la gasificacin nacional, fabricacin e instalacin de
paneles solares, instalacin de energa elica y creacin de normas de eficiencia energ0tica"
L"F '#$!& " &:"!*"6 A#*%4' 2=6la planificacin del ambiente forma parte
del proceso de desarrollo sustentable del pas, todos los planes, programas y proyectos de
desarrollo econmico y social sean de carcter nacional, estadal, regional o municipal
debern elaborarse o adecuarse segn proceda, en concordancia con las disposiciones
contenidas en esta ley y con las polticas, lineamientos, estrategias, planes y programas
ambientales, establecidos por el ministerio con competencia de materia de ambiente"
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2.=-. DEINICIN DE TRMINOS JSICOS.
R" " *#:4/!6 #a red de distribucin de baja tensin es el conjunto de conductores
y apoyos que partiendo del banco de transformacin, recorre toda la zona de suministro"
&& *"!/!6 5egn el $eglamento lectrot0cnico de %aja =ensin, se considera
instalacin de baja tensin el0ctrica aquella que distribuya o genere energa el0ctrica para
consumo propio"
C'!4*'# E*#'6 5on materiales cuya resistencia al paso de la electricidad es muy
baja" #os mejores conductores el0ctricos son metales el cobre, el ierro, el aluminio, los
metales y sus aleaciones, aunque e'isten otros materiales no metlicos que tambi0n poseen
la propiedad de conducir la electricidad"
C'4!&6 s un grupo o conjunto de individuos, seres umanos, o de animales (o de
cualquier otro tipo de vida) que comparten elementos en comn, tales como un idioma,
costumbres, valores, tareas, visin del mundo, edad, ubicacin geogrfica (un barrio por
ejemplo), estatus social, roles, etc"
C'##"!*" "*#&6 =ambi0n llamada intensidad el0ctrica es el flujo de carga por unidadde tiempo que recorre un material" 5e debe al movimiento de los electrones en el interior
del material"
C'##"!*" &*"#!&6 s la corriente el0ctrica en la que la magnitud y el sentido varan
cclicamente" #a forma de oscilacin de la corriente alterna ms comnmente utilizada es la
sinusoidal"
C'##"!*" '!*!4&6s la corriente el0ctrica cuyo flujo de electrones es continuo a trav0sde un conductor entre dos puntos de distinto potencial"
E"*#&6 s un fenmeno fsico cuyo origen son las cargas el0ctricas y cuya energa
se manifiesta en fenmenos mecnicos, t0rmicos, luminosos y qumicos, entre otros"
N.
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I!*&&'!" "*#&6 5e le llama instalacin el0ctrica al conjunto de elementos que
permiten transportar y distribuir la energa el0ctrica, desde el punto de suministro asta los
equipos que la utilicen"
P'*"!& "*#&6 s la relacin de paso de energa de un flujo por unidad de tiempoL es
decir, la cantidad de energa entregada o absorbida por un elemento en un tiempo
determinado"
R" "*#&65e denomina red el0ctrica al conjunto de medios formados por generadores
el0ctricos, transformadores, lneas de transmisin y lneas de distribucin utilizados para
llevar la energa el0ctrica a los elementos de consumo de los usuarios"
T"!/! " 4! #4*'6 s el mayor valor eficaz de la diferencia de potencial entre dos
conductores cualquiera del circuito al que pertenecen"
T"!/! !'!&6 s el valor nominal asignado al circuito o sistema para la denominacin
de su clase de tensin" j" 16.D6E. &, E@. MD6-- &, N.. &, entre otros"
A&'#"6 5irven para mantener un conductor fijo, separado y aislado de partes que en
general no estn bajo tensin (a tierra)"
A#' " *#:4/!6 #os aparatos de maniobra, de interrupcin, de comando y de
medicin en tensiones medias y bajas, se encuentran reunidos y distribuidos en forma
racional en armarios, con todas las cone'iones de potencia (barras) y au'iliares (cableado)
realizadas"
C&:!& " *#&!'#&/!6 #os centros donde se transforma energa de media a baja
tensin, la asociacin de equipos incluye tablero de media tensin, transformador y tablero
de baja tensin"
C'##"!*" " '#*& 4#&/!6 *ntensidad m'ima que soporta la aparamenta durante un
tiempo especificado"
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C'##"!*" " ""*' ' " &*&6 +orriente que circula debido a un defecto de aislamiento"
C'##"!*" " ""*' & *"##&6 s la corriente que en caso de un solo punto de defecto a
tierra, se deriva por el citado punto desde el circuito averiado a tierra o a partes conectadasa tierra"
C'#*'#4*'6 9efecto provocado por un contacto entre conductores o entre un conductor
y tierra"
D""*' & *"##& (' & &&)6 9efecto de aislamiento entre un conductor y tierra (o masa)"
I!*"##4*'#6 s un aparato de maniobra mecnico, capaz de establecer, conducir e
interrumpir corrientes en condiciones normales del circuitoL y tambi0n de establecer,
conducir por un tiempo determinado, e interrumpir corrientes en determinadas condiciones
anormales como las de cortocircuito"
L%!"& "&6 s el elemento de transporte o distribucin formado por conductores
desnudos apoyados sobre elementos aislantes que, a su vez, son mantenidos a una
determinada altura sobre el suelo y en una determinada posicin por medio de apoyos
repartidos a lo largo de su recorrido"
R"*"!& " *"##&6 s la resistencia entre un conductor puesto a tierra y un punto de
potencial cero"
S"'!&'#6 n seccionador es capaz de abrir y de cerrar un circuito cuando se establece
o interrumpe una corriente de valor despreciable, o bien no se produce ningn cambio
importante de la tensin entre los bornes de cada uno de los polos del seccionador"
T"##&6 s la masa conductora de la tierra, o todo conductor unido a ella por una
impedancia despreciable"
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