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Laboratorio Virtual de Placas Solares Fotovoltaicas

Práctica 4.

Estudio de la influencia de la temperatura en la tensión de circuito abierto de los paneles

solares.

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2 Grupo Orión. Universidad de Extremadura

Práctica 4. Estudio de la influencia de la temperatura en la tensión de circuito abierto de los paneles solares.

1.1.1. Objetivo.

El objetivo de esta práctica es estudiar la influencia que tiene la temperatura de trabajo de los

paneles solares fotovoltaicos sobre su rendimiento, reflejándose esto último en la tensión de

circuito abierto.

Esta práctica nos dará una idea del rendimiento que se obtendría en un día soleado de

cualquier estación del año, sin tener en cuenta las pérdidas ocasionadas por las condiciones

ambientales y sólo tomando en consideración la temperatura de trabajo de los paneles

solares.

1.1.2. Elementos necesarios

Equipo solar fotovoltaico constituido por:

2 Paneles solares fotovoltaicos.

1 Simulador solar formado por lámparas solares.

1 Regulador del cargador de la batería.

1 Módulo de carga DC.

1 controlador electrónico para la interfaz

Sensores de medida

1 ordenador con el software SACED y la aplicación EESFC instalado

Tarjeta de adquisición de datos

1.1.3. Práctica Virtual

Para la creación de esta práctica virtual necesitamos un conjunto de programas informáticos

que nos permitan el desarrollo de imágenes, video, audio, gráficos y animaciones para

integrarlos en un archivo de video a diferentes formatos. Para ello utilizamos los programas

“Windows Movie Maker”, “Camtasia 7.0”, “Microsoft Excel”, “Power Point” y “GoldWave”. Por

otro lado, para filmar en el laboratorio real el equipo de generación solar fotovoltaico descrito

en el apartado anterior, usaremos una cámara de video digital y una cámara fotográfica.

En primer lugar, con el programa de grabación de audio, crearemos un archivo en el que

explicamos al alumno cuál es el objetivo de la practica que vamos a llevar a cabo en la práctica

y cuáles son los materiales necesarios para la puesta a punto de la misma. En diferentes

archivos con el programa “gold wave” grabamos los diferentes audios en los que explicamos el

procedimiento a seguir.

Teniendo en cuenta que un alumno que utilice el laboratorio virtual sólo dispone de un

ordenador, debemos digitalizar en primer lugar el procedimiento real que realizamos sobre el

equipo físico en el laboratorio de optoelectrónica. Para ello, tomamos la cámara de video

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digital y filmamos las acciones que debemos dar para poner correctamente en

funcionamiento el equipo de energía solar fotovoltaica con el que llevamos a cabo esta

práctica virtual.

Así, en la consola del controlador electrónico, conectamos todos los sensores de medida y

pulsamos el botón de encendido. Grabamos también una vista de todos los elementos que

forman parte de equipo para que el alumno virtual pueda visualizar de forma completa dichos

elementos. En el módulo de carga, colocamos el reostato de carga en la posición de máxima

resistencia, girando totalmente la rueda reguladora hacia la izquierda. Mientras realizamos las

grabaciones, vamos explicando los pasos realizado para que quede constancia de todo el

proceso de la puesta a punto. A continuación, situamos el selector de carga DC en la posición 1

y explicamos en el vídeo como con el selector en esta posición, los paneles solares actúan en

circuito abierto, es decir, elegimos un funcionamiento sin carga.

Imagen 1. Captura del video que muestra la posición del selector de carga en la práctica 4

Una vez realizado las acciones necesarias en el hardware del equipo, pasamos al controlador

digital del ordenador en la aplicación EESFC del software SACED. Para que quede registrado

todo el proceso, usaremos un programa que permite grabar la pantalla del ordenador y

visualizar todos los pasos que se den. El programa elegido para tal fin es el Camtasia 7.0, el

cual ejecutaremos antes de la aplicación que controla el equipo solar para comenzar a grabar

todo lo que ocurre en la pantalla del ordenador.

A continuación pulsamos el botón start situado en la parte superior izquierda de la interfaz,

acto seguido se abre una ventana emergente en la que debemos poner el nombre del archivo

en el cual vamos a guardar un registro de los datos. Vamos realizando un zoom en diferentes

zonas de la interfaz para que el alumno pueda visualizar correctamente toda la información

que puede extraerse de esta aplicación. En la zona inferior derecha se encuentran los controles

digitales que permiten encender el simulador solar y realizar las conexiones oportunas en serie

o en paralelo. En concreto, en esta práctica, enseñamos al alumno cuál debe ser la correcta

posición de dichos controladores. Debe conectar el panel solar 2, desconectar el panel solar 1,

mantener conectados ambos paneles en paralelo y conectar la ventilación mediante el control

digital “fans”. Una vez que se acciona este control, los ventiladores colocados en la estructura

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metálica situada entre las lámparas de ultravioleta y los paneles solares comienzan a

funcionar. Para que el alumno que usa el laboratorio virtual no pierda detalle de este hecho,

grabaremos de nuevo con la cámara de video cómo se ponen en funcionamiento los

ventiladores y anexaremos a modo de “picture and picture” este archivo sobre el video que

muestra la interfaz del ordenador.

Imagen 2. “Picture and picture” del funcionamiento de los ventiladores en la práctica 4

Con los controles Sun1 y Sun 2 apagados, anotamos los valores de los sensores de temperatura

cuyos campos se presentan en la zona superior derecha de la interfaz. Para focalizar la

atención del alumno en esta zona realizamos un zoom para poder anotar sin dificultad los

valores de los tres sensores ST1, ST2 y ST3.

A continuación se modifica la intensidad de radiación que está incidiendo sobre el panel solar

2, para ello realizamos aumentos del control Sun 2 hasta obtener unos 10 puntos de medida

entre los valores de máximo y mínimo. Cada vez que modificamos el valor de la radiación

anotamos los valores de los sensores de temperatura junto con el sensor SRL y el sensor de

tensión DC2.

Para facilitar al alumno la toma de datos, le presentamos en el video una tabla animada

realizada con el programa “power point”. El siguiente paso es repetir todo el procedimiento

pero con la ventilación apagada, de modo que podamos comparar el efecto que tiene la

temperatura de trabajo del panel solar en el rendimiento del mismo.

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Imagen 3. Animación de la toma de datos en la práctica 4 con la ventilación apagada

Con los datos obtenidos debemos trazar una gráfica que muestre la variación de la tensión de

circuito abierto con la temperatura, tanto si tenemos la ventilación apagada como si la

tenemos encendida. Para ello usaremos el programa Excel y explicaremos al alumno que

deducciones se pueden sacar de las gráficas que se obtienen.

Imagen 4. Ejemplo de animación incluida en la practica 4 para analizar el efecto de la temperatura sobre el panel solar

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Imagen 5. Variación de la Voc en función de la temperatura

Imagen 6. Explicación de las conclusiones que se pueden extraer de la práctica 4

En último lugar, planteamos al alumno una serie de preguntas abiertas para que pueda

reflexionar sobre el porqué de los resultados obtenidos. Una vez añadidas estas preguntas

como texto a los vídeos, todos los archivos que hemos generado, tanto imágenes como

gráficos, videos, audios y animaciones los llevaremos al programa de edición de video

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“Camtasia 7.0” para realizar el montaje de esta práctica virtual. Esto nos permite añadir títulos

de crédito, resaltar con textos los momentos en los que queremos llamar la atención del

alumno y realizar el montaje final de la película.

Esta práctica virtual elaborada se encuentra disponible en dos formatos digitales, un archivo

“Windows media video” y un archivo “m4v” especial para su visualización a través de internet

en dispositivos móviles como un iphone o ipod. Ambos formatos se encuentran disponibles en

la página web de nuestro grupo de investigación http://grupoorion.unex.es siguiendo el enlace

“Laboratorio virtual de placas solares fotovoltaicas” y pulsando en “Estudio de la influencia de

la temperatura en la tensión de circuito abierto de los paneles solares”

Imagen 7. Captura de la práctica virtual 4

1.1.4. Desarrollo de la práctica

Lleve a cabo la siguiente secuencia de pasos para la realización de esta práctica.

1. Ejecute el software SACED y la aplicación EESFC.

2. Compruebe que la posición del reóstato de carga está en la máxima resistencia (Girado

totalmente hacia la izquierda).

3. Sitúe el selector de carga DC en la posición 1 (funcionamiento sin carga).

4. Conecte la alimentación trifásica y ponga la interface en funcionamiento después de haber

comprobado que todos los sensores están conectados correctamente.

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5. Compruebe que la posición inicial de los controles digitales y analógicos se corresponden

con la siguiente pantalla.

Imagen 8. Posiciones de los controles digitales para la práctica 4

6. Pulse “START” para comenzar con la aplicación EESFC.

7. Conecte el PANEL‐2 y desconecte el PANEL‐1.Mantenga los paneles solares conectados en

paralelo.

8. Conecte el panel de ventilación pulsando el control “FANS” (ventiladores).

9. Ponga en OFF los controles SUN‐1 y SUN‐2, anote los valores medidos por los sensores de

tensión DC‐2, temperatura ST1, ST2, ST3 y radiación SRL.

10. Repita el punto 9 con aumentos relativamente proporcionales del control SUN‐2, de tal

manera que se puedan obtener 10 puntos de medida entre los valores mínimos y máximos de

luz solar.

Para obtener los parámetros del PANEL‐2 sin ventilación forzada repita los pasos 7‐ 10, pero en

el paso 8 desconecte el panel de ventilación.

1.1.5. Resultados y tablas.

Exprese los resultados de acuerdo con la siguiente tabla.

Tabla 1. Tabla de resultados de la práctica 4

Ventilación Encendida Ventilación Apagada

SUN 1 Y SENSOR SENSOR SENSOR SENSOR SENSOR SENSOR SENSOR SENSOR SENSOR SENSOR

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SUN 2 DC2

V(V)

SRL

Wr

(W/m2)

ST1

(oC)

ST2

(oC)

ST3

(oC)

DC2

V(V)

SRL

Wr

(W/m2)

ST1

(oC)

ST2

(oC)

ST3

(oC)

Máximo

90%

80%

70%

60%

50%

40%

30%

20%

10%

Mínimo

Off

Trace la gráfica Voc‐T (tensión de circuito abierto en función de la temperatura de trabajo del

panel solar 2, ST2) con y sin ventilación. Anote el valor de la radiación solar para cada punto de

la gráfica.

Si lo desea, compruebe el efecto de la temperatura en la tensión de vacío del panel 1, en el

que el enfriamiento logrado por los ventiladores es menor y, por tanto, también lo es el

rendimiento de la foto‐conversión.

Ubique los puntos de tensión obtenidos, en la siguiente gráfica proporcionada por el

fabricante de los paneles solares.

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Imagen 9. Curvas de intensidad‐voltaje en función de la temperatura para una intensidad de radiación de 1000W/m2

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1.1.6. Notas

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