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Proyecto Fin de Carrera
Influencia de la Temperatura en una Instalación Fotovoltaica con
Baja
Concentración
Universidad de Sevilla
Escuela Superior de Ingenieros
Departamento de Ingeniería Energética y
Mecánica de Fluidos
Autor: Antonio Campos Marín
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Proyecto Fin de Carrera
Influencia de la Temperatura en una Instalación Fotovoltaica con
Baja
Concentración
Realizado por: Antonio Campos Marín
Tutor: Isidoro Lillo Bravo
Sevilla, Junio 2006
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Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
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Índice 0. Glosario
........................................................................................................................
1 1.
Antecedentes.................................................................................................................
2 2. Objeto del proyecto.
.....................................................................................................
4 3. Descripción de los sistemas de baja concentración.
..................................................... 5
3.1 Descripción de un sistema concentrador genérico.
................................................ 6 3.2
Clasificación de los sistemas
concentradores.......................................................
10
3.2.1 Clasificación según el componente óptico principal.
.................................... 10 3.2.2 Clasificación según
el sistema de
seguimiento.............................................. 17
3.3 Estado actual de la tecnología de sistemas
concentradores.................................. 20 4. Descripción
de la instalación
fotovoltaica..................................................................
23
4.1 Configuración de los sistemas fotovoltaicos.
....................................................... 23 4.2
Características de los módulos fotovoltaicos y
espejos........................................ 25 4.3
Características de los
inversores...........................................................................
28
5. Adquisición y tratamiento de datos.
...........................................................................
31 5.1 Adquisición de datos.
...........................................................................................
31 5.2 Tratamiento de datos.
...........................................................................................
32
6. Análisis de los datos obtenidos experimentalmente.
.................................................. 35 6.1 Elección
de días para el
estudio............................................................................
35 6.2 Elección de días nublados
....................................................................................
37
7. Estudio y obtención del modelo de comportamiento.
................................................ 39 7.1 Estudio de
los días
seleccionados.........................................................................
39 7.2 Efecto de la irradiancia en la temperatura del
panel............................................. 40
7.2.1 Efecto de la irradiancia sobre la temperatura del panel en
la instalación con concentración
2,2x..................................................................................................
41 7.2.2 Efecto de la irradiancia sobre la temperatura del panel en
la instalación sin
concentración..........................................................................................................
46
7.3 Influencia del viento en la temperatura del
panel................................................. 51 7.3.1
Influencia de viento en la Tpanel de la instalación con
concentración 2,2x. ... 53 7.3.2 Influencia del viento en la Tpanel
de la instalación sin concentración. ........... 55
7.4 Estudio final y obtención del modelo.
..................................................................
57 7.4.1 Estudio final y obtención del modelo para el cálculo de
Tpanel de la instalación con concentración 2,2x.
..........................................................................................
58 7.4.2 Estudio final y obtención del modelo para el cálculo de
Tpanel de la instalación sin concentración.
...................................................................................................
64
7.5 Rango de aplicación del modelo de
comportamiento.......................................... 69 7.5.1
Rango de aplicación del modelo con concentración 2,2x.
............................ 70 7.5.2 Rango de aplicación del
modelo sin concentración....................................... 74
7.5.3 Conclusiones para la aplicación de los modelos.
.......................................... 78
8.- Influencia de la temperatura en la instalación con
concentración 2,2x..................... 79 8.1 Influencia en el
rendimiento.
................................................................................
79 8.2 Variación de la Tpanel con Vviento, Irradiancia y
Tambiente........................................ 87
8.2.1 Estudio para llevar a cabo la estrategia de desenfoque.
................................ 90 8.3 Comparación entre ambos
sistemas......................................................................
91
8.3.1 Comparación de rendimientos.
......................................................................
92 8.3.2 Comparación de potencias a la salida del campo solar.
................................ 94 8.3.3 Comparación del rango de
temperaturas
....................................................... 96
8.4 Conclusiones del estudio.
.....................................................................................
97
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Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
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9.
Bibliografía...............................................................................................................
100 Anexo I: Efecto de la irradiancia en la temperatura del
panel...................................... 101
Comprobación del modelo de cálculo de temperatura en la
instalación con concentración
2,2x....................................................................................................
101 Comprobación del modelo de cálculo de temperatura en la
instalación sin
concentración............................................................................................................
112
Anexo II: Obtención del modelo para el cálculo de Tpanel.
........................................... 125 Comprobación del
modelo para el cáculo de Tpanel en la instalación con concentración
2,2x.
..........................................................................................................................
125 Comprobación del modelo para el cáculo de Tpanel en la
instalación sin
concentración...................................................................................................................................
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concentración.
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0. Glosario Asistema Área del sistema compuesto por 12 módulos
m2
I1x Irradiancia global con seguimiento en dos ejes W/m2 medida
en la célula de referencia 1x I2.2x Irradiancia global con
seguimiento en dos ejes W/m2 medida en la célula de referencia 2.2x
T1xA Temperatura del sistema 1x medida en el primer ºC Termopar
instalado en uno de los módulos del mismo T1xb Temperatura del
sistema 1x medida en el segundo ºC Termopar instalado en uno de los
módulos del mismo T2,2xA Temperatura del sistema 2,2x medida en el
primer ºC Termopar instalado en uno de los módulos del mismo T2,2xB
Temperatura del sistema 2,2x medida en el segundo ºC Termopar
instalado en uno de los módulos del mismo Tpanel Temperatura en los
módulos del sistema 1x ó 2,2x ºC según el caso Vv Velocidad de
viento km/h Ipmp Intensidad en el punto de máxima potencia del
panel A Vpmp Tensión en el punto de máxima potencia del panel V
Tamb. Temperatura ambiente medida en la estación ºC
meteorológica
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Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
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1. Antecedentes
El Sol es el origen directo o indirecto de todas las fuentes de
energía
renovables, desde la solar o la eólica a la mareomotriz. En el
caso de la
energía solar, ésta aprovecha directamente la energía que
recibimos del Sol
(inicialmente más de 1.350 W/m2), dando lugar a dos modalidades:
la energía
solar térmica y la energía solar fotovoltaica. La fotovoltaica
utiliza la radiación
solar para generar electricidad aprovechando las propiedades
físicas de ciertos
materiales semiconductores. La energía térmica utiliza
directamente la energía
que recibimos del Sol para calentar un fluido.
La utilización de las energías renovables en sus diversas formas
empieza
a considerarse como una opción atractiva para la producción de
energía
eléctrica tanto para los productores como para los
consumidores.
Especialmente atractiva resulta a pequeña y a mediana escala, en
zonas
donde coinciden la disponibilidad tecnológica, el recurso
renovable, la demanda
y la estructura eléctrica. La realización de este importante
paso, está
demostrando que, en muchos casos, los sistemas de utilización de
las energías
renovables resultan viables técnicamente, razonables
económicamente e
inevitables desde el punto de vista medioambiental.
En la actualidad la única tecnología considerada para la
producción de
electricidad solar por vía fotovoltaica es la basada en el uso
de paneles planos
fotovoltaicos que incorporan células de silicio, ya sea mono o
policristalino.
Aunque son de esperar grandes posibilidades de futuro para las
tecnologías
fotovoltaicas de concentración, no existe en la actualidad
ningún concentrador
comercial fotovoltaico disponible en el mercado para suministro
a grandes
plantas, y los únicos desarrollos se centran en el mundo de la
investigación.
Sin embargo, la tecnología de paneles planos fotovoltaicos sí
se
encuentra desarrollada desde hace décadas, ofreciendo en la
actualidad un
producto comercial que ha ido mejorando sus prestaciones en el
tiempo gracias
a la libre competencia. Así los fabricantes actuales garantizan
sus productos
por tiempos superiores a 20 años, obteniendo degradaciones
inferiores al 20%
durante la vida útil de los módulos.
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Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
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El proyecto Sevilla PV promueve la planta fotovoltaica de
doble
concentración mayor del mundo, que apoya su viabilidad económica
en la
incorporación de sistemas de baja concentración de radiación
solar y en el
seguimiento de la posición del sol en dos ejes.
Las técnicas de concentración de radiación se basan en reflejar
parte de
la radiación solar que no alcanzaría al panel fotovoltaico,
sobre el módulo
generador mediante el uso de uno o dos espejos planos,
convenientemente
situados. De esta forma, el panel recibe toda la radiación que
viene
directamente del sol y adicionalmente la reflejada por los
espejos. Teniendo en
cuenta que el coste del metro cuadrado de espejo es varios
órdenes de
magnitud menor al del panel fotovoltaico, se consigue una
reducción del coste
de la capacidad instalada. Esto es de gran interés para las
plantas de potencia
fotovoltaicas ya que, en general, el coste de los módulos
fotovoltaicos suele
superar el 50 % del coste total instalado.
Por otra parte, el concepto de seguimiento solar en dos ejes,
además de
ser un requerimiento forzoso para poder sacar provecho a la
concentración,
puede conseguir que la captación solar del sistema aumente del
35 al 48 %
frente al sistema estático. El coste de este sistema de
seguimiento capaz de
soportar módulos fotovoltaicos y espejos es mayor que el de un
sistema fijo,
aunque a gran escala, el coste extra es ampliamente compensado
por el
aumento de energía producida.
Las instalaciones del prototipo de helióstato fotovoltaico sobre
el que se
ha realizado el estudio descrito en el presente proyecto, se
enmarcan dentro
del proyecto Sevilla PV y están situadas en la finca de Casa
Quemada, en la
localidad de Sanlúcar la Mayor.
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Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
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2. Objeto del proyecto.
El objetivo fundamental del proyecto consiste en analizar que
influencia
tiene la temperatura alcanzada por el panel fotovoltaico en una
instalación
fotovoltaica de baja concentración, concretamente en una
instalación de
concentración 2,2X.
Para conseguir este objetivo se realizarán los siguientes
pasos:
• Obtener un modelo que permita calcular la Tpanel de la
instalación.
En la obtención de éste modelo se estudiarán la influencia
que
tienen la Tamb., la velocidad de viento y la irradiancia
incidente en el
panel.
• Ver el rango de aplicación del modelo para el cálculo de
Tpanel
obtenido anteriormente.
• Analizar la influencia de la Tpanel en el rendimiento de la
instalación.
• Analizar cuales son las condiciones climáticas que hacen que
la
temperatura del panel supere un cierto umbral de garantía
del
mismo y se realiza una aplicación para la ciudad de Sevilla.
• Realizar un análisis comparativo con la instalación sin
concentración en términos de rendimiento, de potencia y de
rango
de temperaturas del panel de la instalación.
Una vez que se realicen todos los pasos anteriores se obtendrán
unas
conclusiones que reflejaran los resultados del trabajo
realizado.
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concentración.
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3. Descripción de los sistemas de baja concentración.
La generación de energía eléctrica a partir de células
fotovoltaicas es una
tecnología que hoy en día ha alcanzado un alto nivel de
desarrollo. Como
consecuencia, los sistemas fotovoltaicos proporcionan una
energía estable y
muy fiable, ambos aspectos muy valiosos para muchas
aplicaciones. El
desarrollo de la tecnología fotovoltaica ha supuesto también una
reducción
importante en su coste: avanzados los noventa su coste era unas
diez veces
menor que el que tenía a mediados de los años cincuenta, momento
de su
nacimiento comercial, con las aplicaciones especiales como único
mercado.
Sin embargo, la penetración de los sistemas fotovoltaicos en el
mercado
de la generación de electricidad a gran escala ha sido
prohibitiva hasta hoy por
el elevado coste que aún tiene el kWh fotovoltaico, cuatro veces
el de la
energía convencional cuando se genera en grandes centrales de
varios
megavatios. La competitividad de la electricidad fotovoltaica
parecía estar
supeditada a la llegada bien de un cambio de escenario, bien de
un cambio
tecnológico (o de ambos).
El cambio de escenario podría ser el de las subvenciones de las
centrales
energéticas sin repercusión medioambiental por parte de
entidades oficiales,
maniobra que empieza a hacerse frecuente en los países
occidentales. Sin
embargo, esta solución presenta como inconveniente que la
inversión inicial,
que realizaría en muchos casos un particular, debería
amortizarse
probablemente en un tiempo considerablemente menor a la vida del
sistema
fotovoltaico para que resultase suficientemente atractivo. La
necesaria
evolución y mejora de la tecnología fotovoltaica es la opción
más acertada para
disminuir costes.
El alto coste de la electricidad fotovoltaica, en comparación a
la
electricidad convencional, se debe principalmente al elevado
coste del material
de recepción y transformación solar, es decir, la célula solar
fotovoltaica, un
dispositivo electrónico basado comúnmente en el silicio. En la
actualidad, se
estudian varios caminos para poder alcanzar la reducción de
costes deseada, y
todos ellos comparten los mismos objetivos:
- cubrir la superficie receptora de energía solar con un
material tan
-
Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
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barato como sea posible.
- aumentar la eficiencia de conversión de energía solar a
electricidad.
Una de las opciones más prometedoras en este sentido es la
llamada
concentración fotovoltaica. Grandes compañías ya están
desarrollando en este
campo sus propias tecnologías, en vistas a la futura producción
y distribución.
La concentración fotovoltaica consiste en sustituir las células
solares
(elemento más caro de los sistemas fotovoltaicos) por sistemas
ópticos
(llamados concentradores) que dirijan la luz sobre las células
más pequeñas.
Por tanto, mientras que en los sistemas fotovoltaicos
convencionales la
acumulación de energía solar y la conversión de ésta en
electricidad eran dos
funciones desempeñadas por la célula solar, la concentración
desacopla
ambas funciones. La acumulación la realiza el concentrador y la
conversión, la
célula. La concentración geométrica que se puede conseguir va
desde 2x hasta
400x para las células de silicio.
Las técnicas de concentración, como ya se ha mencionado, tratan
de
abaratar el coste actual de la energía fotovoltaica. Para que
estos sistemas
sean rentables, los elementos que se añaden respecto a las
convencionales,
fundamentalmente de tipo óptico, no deben superar en coste el
área de célula
que sustituyen. La concentración con seguimiento permite un
mayor ahorro en
área de silicio y constituyen la estrategia más seguida y con
más resultados
hasta el momento.
3.1 Descripción de un sistema concentrador genérico.
Un sistema concentrador es un sistema fotovoltaico constituido
por
módulos que incluyen componentes ópticos concentradores. El
objetivo de un
sistema concentrador es mejorar el comportamiento del módulo
fotovoltaico,
aumentando la intensidad de luz solar que recibe la célula, y
principalmente
reducir el coste del kW máximo. Esto se consigue, como se ha
comentado
anteriormente, reduciendo el área necesario de células solares
en el sistema,
que son los componentes más caros de la instalación. El sistema
concentrador
está formado por:
-
Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
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- Uno o más módulos concentradores.
- Resto del sistema.
El resto del sistema ó BOS (del inglés Balance of system) se
define como
todo el sistema, excepto los módulos concentradores. El BOS
incluye el
mecanismo seguidor, la estructura de soporte de los módulos, el
cableado
externo y cajas de conexión, el equipo de adquisición de datos,
etc.
Los módulos concentradores se conectan normalmente juntos
para
proveer una única salida eléctrica. El grupo de módulos
conectados
eléctricamente se denomina array. Un módulo concentrador típico
se compone
de:
- Receptor.
- Colector (óptica primaria, concentrador primario).
- Concentrador secundario (óptica secundaria) (opcional).
- Elemento alojador (en general, se usa cuando el colector es
una
lente).
El receptor es el conjunto de una o más células fotovoltaicas,
que recibe la
luz del sol concentrada y que incorpora los medios necesarios
para la
obtención de energía térmica y eléctrica.
El colector primario es el dispositivo que recibe la luz tal y
como viene del
sol y lo enfoca en el receptor y/o concentrador secundario. El
colector es
normalmente una lente o un espejo.
El módulo concentrador puede tener un concentrador secundario
opcional.
Este componente óptico recibe la luz del primario y la enfoca en
el receptor
para aumentar la aceptancia angular o para uniformizar la luz.
Los
componentes ópticos pueden enfocar la luz en:
- Una célula.
- En un conjunto de células circular o cuadrado.
- En un array lineal de células.
En los dos primeros casos, el módulo concentrador se llama “foco
puntual”
y en el último, “foco lineal”.
Cuando el colector es una lente o un conjunto abierto de
pequeños
colectores, se necesita un elemento alojador para protegerlo del
entorno.
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Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
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Figura 1.- Ejemplo de panel hecho con dos módulos
concentradores.
El colector es un espejo cilindro parabólico
Figura 2.- Vista frontal de panel, mostrando los rayos del sol
reflejados
en el colector e incidiendo sobre el receptor.
En cuanto al resto del sistema o BOS, este incluye el mecanismo
de
seguimiento, el módulo que soporta las estructuras, el cableado
exterior, etc.
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Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
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El mecanismo de seguimiento se usa para mantener las células
enfocadas. Hay dos tipos generales de estructuras de
seguimiento:
- Seguidor de un solo eje que sigue el movimiento del sol de
este a
Oeste en su curso diario.
- Seguidor en dos ejes que incluye correcciones en el
movimiento
estacional norte-sur del sol.
En la figura 3 , podemos ver un sistema de seguimiento en dos
ejes.
Figura 3.- Ejemplo de sistema de seguimiento en dos ejes.
La mayoría de los sistemas concentradores usan un mecanismo
de
seguimiento, ya que solo necesitan recoger la Irradiancia
directa. Por tanto, es
posible diseñar concentradores con una aceptancia angular alta
que reciban la
radiación difusa. Este es el caso de los concentradores
estáticos que pueden
evitar usar un sistema seguidor aunque reduce de forma
sustancial el factor de
concentración. También es posible usar una inclinación variable
por estaciones.
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Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
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3.2 Clasificación de los sistemas concentradores.
Existe una gran variedad de sistemas concentradores y diversas
formas
de clasificarlos: según sus componentes ópticos, receptores,
células o sistemas
seguidores. Sería muy extenso exponer todas las posibles formas
de clasificar
los sistemas, así que, a continuación, se muestran únicamente la
clasificación
de los mismos según las soluciones técnicas adoptadas sobre
los
componentes ópticos y según el sistema de seguimiento.
3.2.1 Clasificación según el componente óptico principal.
El componente óptico principal de un sistema concentrador es el
colector,
que recibe la radiación solar tal y como llega del sol. De forma
opcional, los
sistemas concentradores pueden tener otros componentes ópticos,
tales como
concentradores de segundo nivel y otros dispositivos de
separación de la
radiación o confinamiento de luz. A partir del colector, puede
realizarse una
clasificación según los siguientes conceptos:
- Principio óptico
- Tipo de foco
- Relación de concentración geométrica y la aceptancia
angular
a. Principio óptico
Se han usado varios principios ópticos diferentes en los
concentradores
fotovoltaicos: Concentradores refractivos (lentes),
concentradores reflectivos
(espejos), híbridos, luminiscente, termo fotovoltaico y
holográfico.
1. Concentradores refractivos
Los concentradores que usan óptica refractiva pueden ser de
lentes tipo
Fresnel o de lentes clásicas. Las lentes tipo Fresnel se
fabrican proyectando la
superficie de las lentes sobre una lámina plana o curva, de tal
forma que la
radiación incidente encuentre la misma inclinación que en las
lentes
convencionales, y por tanto se refracte de forma similar (ver
figura 4).
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Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
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Las lentes Fresnel tiene un menor peso que las convencionales y
además son
de menor coste que estas. De todas formas, si se usa una célula
de pequeño
tamaño, las lentes clásicas pueden ser más convenientes porque
normalmente
son más eficientes que las Fresnel.
Figura 4.- Construcción de una lente Fresnel a partir de una
continua
Los distintos tipos de lentes Fresnel que se usan para intentar
mejorar la
eficiencia del concentrador son:
- Lineal curvada: Las lentes lineales curvadas permiten que
los
extremos no estén en la trayectoria de la luz, debido al propio
curvado. Tiene
dos ventajas: se eliminan las pérdidas que se producían en los
extremos y
además las lentes tiene una mayor tolerancia en los errores de
apunte al
tener lugar la refracción en las dos superficies (ver figura
5)
- Faceta curvada: La ventaja de las facetas curvadas es que
permiten
usar facetas mas anchas. Por tanto, las pérdidas en los extremos
de las lentes
se reducen.
Figura 5.- Módulo concentrador construido con una lente Fresnel
lineal curvada
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Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
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2. Concentradores reflectivos
Se han usado diversos materiales reflectores en este tipo de
concentradores fotovoltaicos. Los dos materiales más importantes
en este
campo son el vidrio plateado y varios tipos de superficies
bañadas en aluminio.
La reflectividad del aluminio en la longitud de onda que
interesa en las células
de silicio es del 85 %. Para el vidrio plateado este valor puede
alcanzar el 90 ó
95 %. En este sentido, se están fabricando nuevos reflectores
hechos de capas
de plástico con alta reflectividad, que se podrían considerar
como nuevos
materiales de concentración.
3. Híbridos
También es posible combina las dos tecnologías refractiva y
reflectiva. Un
ejemplo de dispositivo híbrido es el llamado RXI que combina
estas tecnologías
(Refracción – Reflexión – Reflexión total interna). (Ver figura
6)
Figura 6.- Esquema de concentrador RXI
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Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
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4. Concentradores luminiscentes
Un concentrador luminiscente (LC) es un dispositivo óptico que
no refleja
imagen que recoge y concentra la energía solar. Es esencialmente
una matriz
óptica plana embebida con un tinte luminiscente reflectivo en un
lado. Los
fotones incidentes en el concentrador son absorbidos por el
tinte, a nivel
molecular. Estos centros luminiscentes pueden entonces emitir
nuevos fotones,
muchos de los cuales quedan retenidos en el concentrador y
guiados hasta los
extremos debido a una reflexión interna total.(Ver figura 7)
Figura 7.- Esquema de concentrador luminiscente
5. Termofotovoltaicos
Un dispositivo termofotovoltaico (TPV) convierte la radiación
térmica
secundaria, reemitida por un absorbedor o fuente de calor, en
electricidad. El
dispositivo se diseña para que su eficiencia sea máxima en la
longitud de onda
de la radiación secundaria. Esta tecnología debe ser
teóricamente capaz de
convertir el espectro completo en electricidad, porque los
fotones no absorbidos
pueden volver al receptor y ser recalentados.
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Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
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6. Holográficos
Los concentradores holográficos permiten realizar
simultáneamente la
concentración de la radiación incidente y la división del haz de
luz. Sólo los
hologramas hechos de materiales fotosensibles y altamente
transparentes son
capaces de conseguir una buena transmisión. Su limitación es que
el diseño
debe ajustarse para usar solo una parte del espectro, sobre 100
nm. El resto de
a luz se transmite sin ser concentrada. Aunque se han hecho
progresos desde
su primera aparición en 1981, no está claro que pueda alcanzarse
el nivel de
concentración necesario en las células debido a la fragilidad de
los materiales
usados (solubles en agua). La figura 8 muestra un diagrama del
concepto de
concentrador holográfico.
Figura 8.- Esquema de concentrador holográfico que usa radiación
directa y difusa
b. Tipo de foco
De acuerdo con el tipo de foco, los colectores pueden ser:
Rotacionales o
de foco puntual y lineales o de foco lineal.
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concentración.
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1. Foco puntual
Los colectores rotacionales, se llaman así porque tienen
simetría
rotacional y enfocan las líneas a un solo punto. Los siguientes
sistemas se
basan en este concepto: Concentrador parabólico rotacional,
lentes Fresnel,
Discos parabólicos (espejos), plantas de torre central,
dispositivos ópticos
híbridos (espejos, lentes y reflexión interna). Las siguientes
figuras (9 y 10)
muestran esquemas de los distintos sistemas de foco puntual:
Figura 9.- Disco parabólico con foco puntual
Figura 10.- Esquemas de concentrador parabólico compuesto y
concentrador rotacional con lente Fresnel
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Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
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2. Foco lineal
Estos colectores tienen simetría lineal y enfocan la luz en una
línea. En
este concepto se incluyen los siguientes sistemas:
Concentradores parabólicos
lineales, lentes lineales y espejos parabólicos. La figura 11
muestra un
concentrador parabólico lineal:
Figura 11.- Esquema de concentrador parabólico compuesto
con simetría lineal
c. Relación de concentración geométrica
La relación de concentración geométrica (Xg) es la relación
entre el área
de apertura del colector y el área receptora activa. El rango de
concentración
geométrica puede ir de 1.5 a más de 1000. El valor de Xg está
relacionado con
la óptica del sistema y la forma del foco:
- Los concentradores estáticos están limitados a un Xg = 10.
Para
mayores concentraciones se necesitan demasiados ajustes de
posición.
- Las lentes se limitan a un Xg = 500 debido a la dispersión de
la luz.
- Los sistemas lineales se encuentran en el rango de 15 a
60.
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Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
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La aceptancia angular (q) es el máximo ángulo entre el rayo
incidente y la
normal al plano del colector de forma que el rayo caiga dentro
del área
receptora.
La fórmula fundamental que relaciona la concentración geométrica
y la
aceptancia angular es:
Para sistemas rotacionales: Xg ≤ n2/sen2Ө
Para sistemas lineales: Xg ≤ n/senӨ
Donde n es el índice de refracción del medio que rodea al
receptor.
3.2.2 Clasificación según el sistema de seguimiento.
De acuerdo con el tipo de seguimiento, los sistemas
concentradores
pueden clasificarse en:
- Estáticos
- De seguimiento en un eje
- De seguimiento en dos ejes
a. Sistemas estáticos
En este apartado pueden incluirse tanto los sistemas
absolutamente
estáticos como aquellos que requieren ajustes cada dos o cuatro
años. Hay en
general, sistemas con geometría cilíndrica (lineal) con el eje
orientado en
dirección este – oeste que requieren apertura de ±23º para el
sistema
absolutamente estático. Si la apertura angular es menor, el
sistema requiere
ajustes durante el año, para compensar la variación en al
inclinación del sol.
b. Seguimiento en un eje
Este sistema sólo puede usarse con espejos, porque con las
lentes se
desenfocan cuando los rayos inciden en dirección no
meridiana.
El seguimiento en un solo eje es capaz de acumular mucha
menos
energía que el de dos ejes, aunque la diferencia no es demasiado
significativa,
ya que está en el rango de 10 a 12 %.
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Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
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La importancia de estos seguidores está relacionada con la
baja
resistencia que presentan frente al viento y a su fácil
instalación y
mantenimiento al estar instalado más cerca del suelo.
El eje de rotación puede ser:
- Vertical
- Horizontal este – oeste
- Horizontal norte – sur
- Polar (inclinado sobre la horizontal un ángulo igual a la
latitud)
Figura 12.- Algunos esquemas de seguimiento: (a) seguimiento en
elevación alrededor del eje E-O;(b)
seguimiento horario alrededor del eje horizontal N-S; (c)
seguimiento horario alrededor de un eje polar;(d)
seguimiento azimutal alrededor del eje vertical
c. Seguimiento en dos ejes
Este es el sistema perfecto, que se requiere para
concentraciones que
superen los 60x, usando tanto lentes como espejos.
El seguimiento en dos ejes puede ser de dos tipos: seguimiento
ecuatorial
y seguimiento azimutal.
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concentración.
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- Seguimiento ecuatorial:
Este sistema de seguimiento consiste en disponer el sistema
según dos
ejes, uno paralelo al eje de la tierra (eje polar) y el otro
perpendicular al anterior
(paralelo al plano ecuatorial) (ver figura 13). El movimiento en
torno al eje polar
deshace el movimiento de rotación realizando el ajuste del
ángulo horario. El
movimiento en torno al eje paralelo al plano ecuatorial permite
ajustar el cambio
de declinación. Este movimiento puede efectuarse periódicamente
en lugar de
efectuarlo de forma continua, dependiendo de la precisión
deseada.
Figura 13.- Concentrador con seguimiento ecuatorial
Las estructuras empleadas en este tipo de seguimiento suelen ser
ligeras
ya que todo el peso recae sobre el eje inclinado. La velocidad
de giro es de 2p
radianes en 24 horas, por lo que el motor requerido es de
pequeña potencia.
Este sistema podría funcionar con un sistema de relojería, sin
necesidad de un
mecanismo de puntería sofisticado.
- Seguimiento azimutal:
Este sistema es más utilizado cuando se trata de estructuras
pesadas.
Según se observa en la figura 14, uno de los ejes es vertical y
permite realizar
el seguimiento de azimut. El otro eje horizontal proporciona el
movimiento para
-
Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
20
ajustar el cambio de elevación solar. El movimiento se efectúa
mediante
servomotores que trabajan y consumen energía siempre que el
error de
puntería supere un determinado valor. Debido a la velocidad
reducida, la
potencia requerida es pequeña.
Figura 14.- Colector con sistema de seguimiento acimutal
3.3 Estado actual de la tecnología de sistemas
concentradores.
La siguiente caracterización se basa en el actual estado del
desarrollo de
concentradores mundial. Hay al menos diez compañías
desarrollando y
fabricando sistemas concentradores. La variedad de tecnologías
es bastante
extensa, como puede verse en la tabla 1.
-
Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
21
Tabla 1.- Estado actual del desarrollo de la tecnología de
concentradores
Dada esta amplia variedad, la selección de un concentrador de
referencia
es bastante arbitraria. Un análisis reciente estimaba que los
sistemas con
mayores posibilidades serían los siguientes:
- Sistema parabólico con seguimiento en un eje con
concentración
50x: consiste en un acumulador reflectivo con seguimiento
polar
con una concentración 50x en un receptor fotovoltaico de
silicio.
- Concentrador estático (sin seguimiento): este sistema sólo
puede
usarse con niveles muy bajos de concentración, hasta 4x, en
un
montaje orientado al sur, con una inclinación igual a la
latitud.
Este concepto presenta una opción de bajo coste, tanto para
paneles planos como para módulos fotovoltaicos de alta
concentración.
- Concentradores de foco puntual o disco de Si con
concentración
de 400x: Este sistema consiste en un disco reflectivo o una
lente
-
Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
22
Fresnel que usa células concentradoras de silicio para
alcanzar
una concentración de 400x.
- Concentradores de foco puntual o disco de Gas con
concentración de 1000x: Este sistema es similar al anterior,
pero
las células de silicio son reemplazadas por células
altamente
eficientes de arseniuro de galio.
-
Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
23
4. Descripción de la instalación fotovoltaica.
4.1 Configuración de los sistemas fotovoltaicos.
Los sistemas que se van a analizar en el presente estudio son
los de
concentración geométrica (CG) 2.2x y el sistema sin
concentración, 1x, todos
ellos con seguimiento al sol en dos ejes. Se pretende poner de
manifiesto la
ganancia en radiación global que se consigue con la instalación
de un sistema
con concentración, así como las mejoras o pérdidas obtenidas
frente al sistema
regular, sin concentración.
Para ello, se instalan los tres sistemas con la configuración
mostrada en
los siguientes esquemas (figura 1). La primera representa el
sistema sin
concentración o 1x. En él, la Irradiancia incidente en la célula
es la Irradiancia
Global Normal (IGN). La siguiente figura representa el sistema
con
concentración 2.2x. En estos sistemas, se recibe de forma
directa la Irradiancia
Global Normal y de forma indirecta, la parte de la Irradiancia
Directa Normal
reflejada por los espejos sobre los módulos.
Figura 1.- Sistemas de concentración instalados: 1x y 2.2x
Los dos sistemas se encuentran instalados de forma independiente
sobre
el mismo helióstato, como puede verse en la figura 2 (además en
esta figura se
representa también el sistema con concentración 1,6X). El
helióstato es el
-
Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
24
encargado de dar soporte a los paneles y espejos concentradores
y de
mantenerlos en la posición adecuada (inclinación y orientación)
para una
óptima captación de radiación solar. Inicialmente, Solúcar
construyó el prototipo
para que todos los sistemas trabajaran con una CG=2.2x, es por
esto que en
todos ellos están instalados los espejos. Posteriormente, para
poder llevar a
cabo el presente estudio se cubrieron algunos de los
espejos.
Cada uno de los tres sistemas instalados se compone de doce
módulos
fotovoltaicos I-106 de Isofotón trabajando en serie. El primer
sistema está
montado en las dos filas más bajas, y trabaja con una CG=1.0x,
sin
concentración, ya que ambos espejos instalados a los lados de
cada módulo
fotovoltaico se han cubierto con telas. El segundo sistema está
montado sobre
las dos filas centrales y trabaja con una CG=1.6x, ya que sólo
uno de los
espejos instalados a los lados de cada uno de los módulos
fotovoltaicos ha sido
cubierto con telas. El tercer sistema está instalado en las dos
filas superiores y
trabaja con una CG=2.2x, ya que ambos espejos instalados a los
lados de cada
módulos están descubiertos. En resumen:
• Sistema 1 (Array 1 en la figura 2): 12 módulos Isofotón I-106
en serie.
Concentración Geométrica 1.0x. Concentración Efectiva 1.00x
(Sin
concentración)
• Sistema 2 (Array 2 en la figura 2): 12 módulos Isofotón I-106
en serie.
Concentración Geométrica 1.6x. Concentración Efectiva 1.54x
• Sistema 3 (Array 3 en la figura 2): 12 módulos Isofotón I-106
en serie.
Concentración Geométrica 2.2x. Concentración Efectiva 2.08x
-
Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
25
Figura 2.- Helióstato Fotovoltaico con los tres sistemas de
concentración instalados
Aunque a efectos de radiación incidente, la configuración
mostrada en el
helióstato equivale a la de los esquemas de la figura 1, a
efectos de
refrigeración natural en los módulos, debida al viento, ha de
tenerse en cuenta
que los tres sistemas tienen instalados los espejos, aunque
estén tapados. Así
puede considerarse, q los efectos del viento son iguales en los
tres sistemas y
que las diferencias que se aprecien entre ellos durante el
estudio no se
deberán a una mayor incidencia de viento en unos que en
otros.
4.2 Características de los módulos fotovoltaicos y espejos.
Los módulos fotovoltaicos son sin duda los elementos principales
de una
central solar fotovoltaica, son los dispositivos físicos
encargados de transformar
la energía que en forma de radiación electromagnética les llega,
en electricidad
por medio del efecto fotoeléctrico. Se componen de unidades
independientes
denominadas células fotovoltaicas, agrupadas convenientemente
en
“serie/paralelo” de forma que ofrezcan las características
tensión-intensidad
requeridas.
-
Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
26
El modelo de módulo fotovoltaico instalado es el Isofotón I-106
como ya
se ha comentado anteriormente. Las características técnicas del
mismo se
recogen en la siguiente tabla (tabla 1):
Tabla 1.- Características del módulo I-106
-
Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
27
Estos valores que proporciona el fabricante, son los que se
obtienen en
las condiciones estándares de medida que se corresponden con
una
Irradiancia de 1000 W/m2, espectro de 1.5 AM y una temperatura
de la célula
de 25 ºC.
Ahora bien, las condiciones de trabajo reales de los módulos una
vez
instalados pueden ser muy diferentes a las del laboratorio, por
lo que conviene
conocer las variaciones que pueden producirse, a fin de efectuar
las
pertinentes correcciones en los cálculos. En las siguientes
figuras (figuras 3 a
7) se representan las curvas características I-V para un módulo
fotovoltaico
Isofotón I-106 y la variación de las mismas en función de la
Irradiancia
incidente y de la temperatura de la célula.
-
Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
28
Por otra parte, para los espejos, se ha contado con la
tecnología vidrio
blanco de bajo contenido en hierro y película de plata o
aluminio. La
reflectividad ponderada al espectro solar de los mismos es
superior al 91%, su
espesor es de 3 mm y van pegados con silicona al perfil metálico
de soporte.
Su disposición es en cavidad tipo “V-Through” consistente en una
superficie de
módulo fotovoltaico plano convencional con dos espejos
reflectores situados a
cada uno de los lados e inclinados un ángulo de 63.43º, como
puede verse en
la fotografía de la figura 2.
4.3 Características de los inversores.
El inversor o convertidor CC/CA tiene como misión principal la
conversión
de la potencia continua procedente de los módulos fotovoltaicos
en potencia
alterna que, en condiciones normales (calidad aceptable), será
inyectada en la
Red eléctrica, en sincronía con esta.
En el prototipo instalado en la finca de Casa Quemada, se
seleccionaron
tres inversores de 2.7 kVA cada uno, conectados a cada uno de
los sistemas
(inversor 1 a sistema 1, inversor 2 a sistema 2 e inversor 3 a
sistema 3) según
la configuración que se muestra en la siguiente figura (figura
8):
-
Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
29
Figura 8.- Esquema eléctrico unifilar del prototipo
Las características principales de los tres inversores del
prototipo
fotovoltaico instalados son las siguientes (tabla 2):
Tabla 2.- Características básicas de los inversores
instalados
Para caracterizar el funcionamiento real de los inversores de
Ingeteam, el
Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y
tecnológicas
(CIEMAT), llevo a cabo una serie de medidas para caracterizar el
rendimiento
de los mismos. Se midió por una parte, la evolución del
rendimiento de
seguimiento del punto de máxima potencia, en función de la
potencia en el lado
de la corriente continua. Por otra parte, se registró la
variación del rendimiento
de conversión CC/CA frente a la potencia suministrada en
corriente alterna. Los
resultados de estas medidas se recogen de forma gráfica en las
figuras 9 y 10:
-
Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
30
Figura 9.- Evolución del rendimiento de seguimiento del punto de
máxima potencia
Figura 10.- Evolución del rendimiento de conversión CC/CA
Estos parámetros junto con la potencia obtenida a la salida de
cada
inversor, en corriente alterna, serán de gran importancia en el
momento de
obtener la potencia de salida de cada campo solar y para medir
las eficiencias
energéticas reales de la instalación.
-
Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
31
5. Adquisición y tratamiento de datos.
5.1 Adquisición de datos.
La adquisición y toma de datos de la instalación fotovoltaica
del presente
estudio se ha ido realizando durante el año 2005, desde el mes
de Enero hasta
el mes de Septiembre. El sistema de adquisición de datos se
encarga de la
captura de señales analógicas y digitales procedentes del
prototipo. Estos
datos junto con los procedentes de la monitorización de los
inversores y de la
estación meteorológica, van a permitir caracterizar el
funcionamiento de los
sistemas fotovoltaicos de concentración instalados y evaluar las
diferencias
entre los mismos.
Las señales capturadas por el sistema de adquisición de datos
provienen
de diversos sensores colocados en la instalación y que permite
observar el
comportamiento de esta. Las señales que muestra este sistema son
las
siguientes:
- Temperaturas de los módulos para los tres sistemas, medidas
a
través de 4 termopares instalados en los módulos fotovoltaicos,
dos
por cada sistema: T1xA, T1xB, T2.2xA, T2.2xB (ºC).
- Irradiancia global del sistema con seguimiento en dos ejes,
medida
en las dos células de referencia : I1x (W/m2), I2.2x (W/m2).
- Señal de disparo de temperatura en los paneles (T > 85
ºC).
- Temperatura ambiente, Ta1 (ºC).
- Irradiancia directa normal medida con un pirheliómetro, IDN
(W/m2).
Se toman dos medidas experimentales de temperatura en dos puntos
de
los módulos de cada sistema para evitar posibles errores o
imprecisiones. Con
estas dos medidas, pueden localizarse los valores que se salgan
de la
tendencia normal y así depurar los datos obtenidos. Así, la
temperatura en los
módulos de cada sistema, se toma como un promedio de las medidas
tomadas,
una vez depuradas. Se hace lo mismo con la temperatura ambiente,
se toman
dos medidas, una en el pedestal y otra en la estación
meteorológica, y tras
-
Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
32
depurar estos datos, la temperatura ambiente resulta del
promedio entre
ambas.
La señal de disparo del termostato es una alarma para el Sistema
de Control
Local, dado que la temperatura de los paneles para el
funcionamiento normal
del helióstato debe ser menor a 85 ºC. Si esta temperatura
límite se supera, el
helióstato debe llevar a cabo una estrategia de desenfoque, que
ponga el
sistema con concentración como si estuviera trabajando sin
concentración,
disminuyendo así la temperatura en los paneles.
Las señales de temperatura e Irradiancia incidente, junto con
los datos
obtenidos de los inversores, datos meteorológicos, y medidas de
radiación de
las células de referencia, sirven para evaluar las diferencias
entre el
seguimiento con concentración (CG=2.2x) y el seguimiento sin
concentración
(CG=1x). Todas las señales capturadas se almacenan en una base
de datos,
con un tiempo de muestreo variable.
Proveniente de la de estación meteorológica obtenemos otras
señales que
se muestran a continuación y que son fundamentales para el
presente estudio.
- Velocidad de viento, Vv (km/h).
- Temperatura ambiente, Ta2 (ºC).
- Humedad, W (%).
La instalación fotovoltaica cuenta con una instalación
meteorológica
situada en el emplazamiento del helióstato fotovoltaico y que
mide las variables
anteriormente citadas.
5.2 Tratamiento de datos.
Los datos recogidos en la instalación se han clasificado por
días y por
meses teniendo en cuenta que en el sistema se producen errores
de medición,
adquisición y toma de datos se llevo a cabo un filtrado de datos
incorrectos.
-
Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
33
Éste sistema de adquisición de datos proporciona datos de las
variables
antes mencionadas cada 15 segundos así el filtrado que se ha
realizado
impone las siguientes restricciones:
- Tamb. < 50 ºC.
- I1x < 1200 W/m2.
- I2,2x < 2500 W/m2.
- Tpanel 1x < 90 ºC.
- Tpanel 2,2x< 100 ºC.
Éstos valores umbrales se han escogido según el límite que
pueden
alcanzar las variables, así para la Tamb. se ha tomado 50ºC ya
que en ningún
momento histórico la temperatura ambiente ha superado este valor
en la
localidad de Sevilla y aunque nuestra instalación se encuentra
situada en
Sanlúcar la Mayor este dato se puede trasladar a ésta localidad
debido a su
cercanía y semejanza climatológica, para la I1x la máxima
alcanzada en la
localidad de Sevilla está en torno a 1000W/m2 así que para
asegurar se tomó
1200W/m2, para la I2,2x se aplicó en criterio anterior sabiendo
que la capacidad
de concentración es 2,08x como se comentó en el apartado 4, en
las
temperaturas de los paneles tanto con concentración (2,2x) como
en los
paneles sin concentración se ha elegido una temperatura que
según las
condiciones climatológicas del lugar no deberían ser
superadas.
Cuando el sistema da un valor que incumple alguna de las
restricciones
anteriores no se incluyen los datos correspondientes en el
periodo horario en el
que se tomaron los datos, es decir los datos que miden en la
instalación
fotovoltaica en ese período se eliminan de la base de datos ya
que se suponen
que son erróneos teniendo en cuenta que la instalación sigue
un
comportamiento y los puntos debidos a estos datos se salen de la
línea de
comportamiento de la instalación, a continuación se muestra un
ejemplo de lo
que se menciona anteriormente:
-
Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
34
Irraciancia (1x) sin filtrado
0
500
1000
1500
2000
0:00:00 4:48:00 9:36:00 14:24:00 19:12:00 0:00:00Hora
I (W
/m2)
Irraciancia (1x)
Irradiancia (1x) filtrado
0
200
400
600
800
1000
0:00:00 4:48:00 9:36:00 14:24:00 19:12:00 0:00:00Hora
I (W
/m2)
Irradiancia (1x)
Figura 1.- Curva de Irradiancia antes y después de realizar el
filtrado.
En ésta figura se observa como antes de realizar el filtrado hay
puntos de
irradiancia que superan los 1500W/m2 en el panel fotovoltaico
sin
concentración, siendo imposible éste valor. Éste tipo de errores
es frecuente
además se observa errores similares para el resto de variables.
También
podemos observar en ésta figura como queda la curva de
irradiancia después
de realizar el filtrado.
Con este filtrado de datos se pretende obtener una base de datos
lo mas
real y fiable posible de la instalación y sobre la que se
trabajara para realizar el
estudio. Una vez realizado el filtrado se procede a realizar el
análisis y estudio
de los datos de la instalación fotovoltaica de baja
concentración.
-
Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
35
6. Análisis de los datos obtenidos experimentalmente.
6.1 Elección de días para el estudio.
Antes de realizar éste estudio se llevo a cabo un análisis de
los días que
podían ser candidatos con los que posteriormente se realizaría
el estudio, éstos
días se escogieron de la siguiente manera, debían ser días
completamente
claros como se muestra en la figura 1 y figura 2 y repartidos a
lo largo de todo
el periodo del que se disponían datos, es decir desde Enero
hasta Septiembre,
en estos días se haría una distinción entre los días con mucho
viento y los días
sin viento, además sólo se eligieron días en los que el filtrado
de datos no
modificó demasiado los datos originales. Los días llevado a
estudio son los
siguientes: 5, 12, 17 y 22 de Enero, 3 y 10 de Febrero, 15 de
Marzo, 5, 11, 16 y
25 de Abril, 3 y 6 de Mayo, 3, 14 y 26 de Julio, 6,14 y 23 de
Agosto y 2, 13 y 19
de Septiembre.
Panel (1x)
0100200300400500600700800900
1000
7:12:00 9:36:00 12:00:00 14:24:00 16:48:00 19:12:00 21:36:00
Horas
I (W
/m2)
05101520253035404550
T (ºC
)Vv
(m/s
)IrradianciaTpanelTamb.Vviento
Figura 1.- Evolución horaria del Panel (1x)
-
Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
36
Panel (2x)
0200400600800
100012001400160018002000
7:12:00 9:36:00 12:00:00 14:24:00 16:48:00 19:12:00 21:36:00
Horas
I (W
/m2)
0
10
20
30
40
50
60
T (º
C)V
v (m
/s)
I(2x)TpanelTamb.Vviento
Figura 2.- Evolución horaria del Panel 2x
La elección de los días claros depende únicamente de que las
curvas de
irradiancias, tanto del sistema con concentración 2,2x como del
sistema sin
concentración, sean curvas en forma de campana como se muestran
en las
figuras 1 y 2. En ambas figuras también se representan el resto
de variables
que habrá que tenerse en cuenta a la hora de realizar el
estudio.
La forma de la campana en las curvas de Irradiancias varía en
función de
la época del año en que nos encontremos así por ejemplo para
invierno
tenemos la base de la campana más estrecha debido a que los días
son más
cortos que en verano. Para los días intermedios la campana se
sitúa entre los
dos casos anteriores. La figura 3 muestra ésta situación
descrita anteriormente:
Comparación verano-invierno
0100200300400500600700800900
1000
0:00:00 0:00:00 0:00:00 0:00:00 0:00:00 0:00:00 0:00:00
0:00:00Hora
I (W
/m2)
I (1x) 5-eneroI (1x) 19-julio
Comparación verano-invierno
0
500
1000
1500
2000
2500
0:00:00 0:00:00 0:00:00 0:00:00 0:00:00 0:00:00 0:00:00
0:00:00Hora
I (w
/m2)
I (2,2x) 5-eneroI (2,2x) 19-julio
Figura 3.- Comparación de Irradiancias entre días de verano e
invierno.
-
Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
37
6.2 Elección de días nublados
Después de obtener el modelo mediante el estudio que se hará que
el
apartado posterior se aplicó el modelo a los días que no eran
días claros, es
decir a los días nublados. La elección de éstos días se hizo de
forma aleatoria
intentando abarcar todos los casos posibles. Predominan dos
casos, días en
los que permanece la mayor parte del día nublado (figura 4) y
días nubosos en
los que pasan continuamente nubes (figura 5).
Irradiancias
0200
400600
8001000
1200
0:00:00 4:48:00 9:36:00 14:24:00 19:12:00 0:00:00
Hora
Irrad
ianc
ia
(W/m
2) I(1x)I(2x)
Figura 4.- Día que permanece completamente nublado.
Irradiancias
0
500
1000
1500
2000
0:00:00 4:48:00 9:36:00 14:24:00 19:12:00 0:00:00Hora
Irrad
ianc
ia (W
/m2)
I(1x)I(2x)
Figura 5.- Día nuboso.
-
Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
38
El resto de casos de días nublados pude considerarse dentro de
estos dos
casos o combinación de ambos. Para comprobar el modelo se
eligieron los
siguientes días: 15 y 20 de Enero, 6 y 7 de Febrero, 4 y 8 de
Marzo, 6 y 30 de
Abril, 9 y 11 de Mayo, 17 y 27 de Julio, 5 y 9 de Agosto y 3 y
14 de Septiembre.
Como se puede comprobar los días se han escogido a lo largo de
todo el
periodo del que se disponen datos con el fin de poder evaluar el
sistema en el
mayor periodo posible para que el modelo sea lo mas fiable
posible.
-
Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
39
7. Estudio y obtención del modelo de comportamiento.
7.1 Estudio de los días seleccionados.
Para la realización del estudio se parte de los días que se
han
seleccionado anteriormente dentro de los días claros y se
representa en una
gráfica la evolución de las variables como se muestra a
continuación:
Evolución de variables 17-ENE
0200400600800
100012001400160018002000
7:12:00 14:24:00 21:36:00Hora
Irrad
ianc
ia
0
10
20
30
40
50
60
T (ºC
) y V
v (k
m/h
)
I 1x (W/m2)I 2,2x (W/m2)Viento (Km/h)T amb (º)Tpanel 1x
(ºC)Tpanel 2,2x (ºC)
Evolución de variables 19-JUL
0200400600800
100012001400160018002000
7:12:00 12:00:00 16:48:00 21:36:00 2:24:00
Hora
Irrad
ianc
ia
0
20
40
60
80
100T
(ºC) y
Vv
(km
/h)I 1x (W/m2)
I 2,2x (W/m2)Viento (Km/h)T amb (º)Tpanel 1x (ºC)Tpanel 2,2x
(ºC)
º
-
Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
40
Evolución de variables 2-SEP
0200400600800
10001200140016001800
7:12:00 13:12:00 19:12:00 1:12:00
Hora
Irrad
ianc
ia
0
10
20
30
40
50
60
70
80
T (ºC
) y V
v (k
m/h
)
I 1x (W/m2)I 2,2x (W/m2)Viento (Km/h)T amb (º)Tpanel 1x
(ºC)Tpanel 2,2x (ºC)
Figura 1.- Representación horaria de las variables para
diferentes días.
Ésta figuras representan la evolución de las variables que nos
interesan
para el modelo a lo largo del día. Mediante éstas
representaciones
concretamos que días se van a incluir para la obtención del
modelo.
En primer lugar queremos ver el efecto que tiene la irradiancia
sobre la
temperatura del panel, para ello escogemos un día en el que no
haya viento o
éste sea muy débil y realizamos un estudio, en segundo lugar
pretendemos ver
el efecto del viento y por último trataremos de incluir todas
las variables juntas
en un estudio final para la obtención del modelo.
7.2 Efecto de la irradiancia en la temperatura del panel.
Para realizar éste estudio partimos de un día con poco viento
para que
ésta variables nos afecte lo menos posible en la influencia de
la irradiancia. El
día elegido es el 2 de septiembre ya que observando la figura 1
podemos ver
que la velocidad del viento no es muy alta. Además para
minimizar los posibles
errores cometidos por la influencia del viento en éste estudio
se han filtrado los
datos, excluyendo de la tabla los datos en los que la velocidad
de viento es
superior a 10 km/h. Partiendo de los datos filtrados obtenemos
la siguiente
evolución de variables:
-
Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
41
Evolución 2-SEP (filtrado)
0200400600800
10001200140016001800
7:12:00 9:36:00 12:00:00 14:24:00 16:48:00 19:12:00
Irra
dian
cia
0102030405060708090
T (ºC
) y V
v (k
m/h
) I 1x (W/m2)I 2,2x (W/m2)
Viento (Km/h)
T amb (º)
Tpanel 1x (ºC)
Tpanel 2,2x (ºC)
Figura 2.- Evolución de variables después de realizar el
filtrado.
En la figura 2 observamos como la velocidad del viento no supera
en
ningún momento los 10 km/h con lo que ya podemos proceder a la
realización
del estudio.
Para ver la influencia de la irradiancia en la temperatura del
panel
representamos en una gráfica la temperatura del panel frente a
la irradiancia
que incide sobre éste. El procedimiento a seguir será idéntico
tanto para la
instalación con concentración 2,2x como para la instalación sin
concentración.
7.2.1 Efecto de la irradiancia sobre la temperatura del panel en
la instalación con concentración 2,2x.
Comenzamos por ver el efecto que produce la irradiancia
incidente en el
sistema con concentración para ello representamos en una gráfica
las dos
variables para ver como evoluciona una respecto a la otra. A
continuación
representamos éstas variables para el 2 de septiembre (figura
3).
-
Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
42
I-T (panel 2,2x)
0200400600800
10001200140016001800
-10,0 10,0 30,0 50,0 70,0Tpanel-Tamb. (ºC)
I (W
/m2)
I-T (panel 2,2x)
Figura 3.- Representación de Irradiancia frente a
Temperatura
Como se puede observar en ésta última figura se ha representado
la
Irradiancia incidente en el panel de la instalación con
concentración frente a la
diferencia entre la temperatura del panel y la temperatura
ambiente. Éste tipo
de representación es la que suele utilizarse para ver la
influencia de la
irradiancia.
Hay que recordar que esta representación corresponde al día 2
de
septiembre después de realizar el filtrado de los datos con
viento superior a 10
km/h.
Para obtener un modelo del sistema aproximamos los datos
experimentales representados en la figura 3 por curvas que
permitan predecir
el comportamiento de éste. En la figura 4 se muestra junto con
los datos
experimentales dos aproximaciones de curvas.
Éstas curvas proporcionan la diferencia entre la temperatura del
panel y la
temperatura ambiente (Tpanel-Tamb.) una vez conocida la
Irradiancia incidente
sobre el panel.
-
Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
43
Comparación con curvas de comportamiento
0
500
1000
1500
2000
-10,0 10,0 30,0 50,0 70,0
Tpanel-Tamb. (ºC)
I (W
/m2)
I-T (panel 2,2x)polinómica 2,2xLogaritmica 2,2x
Figura 4.- Aproximación por una curva polinómica y una
logarítmica.
En esta figura se representan las aproximaciones de las dos
curvas cuyas
ecuaciones son las siguientes:
- Polinómica de 1º orden: Tpanel-Tamb .= 0,0271*I2,2x+0,3461
- Logarítmica: Tpanel-Tamb .= 31,384*Ln(I2,2x)-188,22
Aplicando éstas ecuaciones a los datos del día 2 de septiembre
tal y como
se muestra en la figura se obtienen los siguientes errores
(figura 5) para las dos
curvas.
Error polinómica 2,2x
-25,0
-20,0
-15,0
-10,0
-5,0
0,0
5,0
10,0
15,0
1 314 627 940 1253 1566 1879 2192 2505
T (º
C)
Error polinómica2,2x
Error Loraritmica 2,2x
-20,0
-15,0
-10,0
-5,0
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
1 345 689 1033 1377 1721 2065 2409 2753T (º
C)
Error Loraritmica2,2x
Figura 5.- Representación de los errores por aproximación de las
curvas.
-
Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
44
Como vemos en estas dos últimas figuras los errores que se
cometen no
son muy elevados, y podrían darse por buenos como una primera
aproximación
del modelo.
A continuación habría que comprobar la validez de éstas
ecuaciones para
el resto de días seleccionados para el estudio. Se verificará la
validez para dos
días uno de verano y otro de invierno representando los demás
días en el
anexo I.
En la figura 6 se muestran las curvas correspondiente al día 12
de enero
ya que en este día la velocidad de viento no es muy alta.
Comparación con curvas (12-ENE)
0200400600800
100012001400160018002000
-10,0 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0Tpanel-Tamb. (ºC)
I (W
/m2)
I-T (panel 2,2x) 12-ENEpolinómica 2,2xlogarítmica
Figura 6.- Aproximación por curva polinómica y logarítmica al
12-ENE
Ésta figura muestra como la aproximación realizada por las
curvas es
siempre superior a los datos obtenidos experimentalmente, lo
cual es de
esperar ya que cuando hay viento la temperatura del panel
desciende. Así que
debemos esperar que nuestra curva permanezca siempre por encima
de los
datos experimentales ya que en estas curvas se ha despreciado
los efectos del
viento.
Los errores cometidos por nuestras curvas se muestran en la
figura 7.
-
Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
45
Error polinómica 2,2x 12-ENE
-25,0
-20,0
-15,0
-10,0
-5,0
0,0
5,0
1 348 695 1042 1389 1736 2083 2430 2777
T (º
C)
Error polinómica2,2x
Logarítmica 2,2x 12-ENE
-25,0
-20,0
-15,0
-10,0
-5,0
0,0
5,0
1 343 685 1027 1369 1711 2053 2395 2737 3079
T (º
C)
Error logarítmica2,2x
Figura 7.-Representación de los errores cometidos por
aproximación de curvas (12-ENE).
Para el día 12 de enero los errores cometidos son mayores
debido
fundamentalmente a la presencia de viento ya que como se puede
observar en
la figura 7 la diferencia entre Tpanel (datos medidos)-Tpanel
(aproximación) es
siempre negativa. Como se dijo anteriormente la presencia de
viento
disminuiría la temperatura del panel.
Mostramos la validez de éstas curvas para un día de verano, el
día
elegido es el 14 de Agosto, para ello seguimos el mismo
procedimiento que en
los días anteriores.
comparación con curvas 14-AGO
0200400600800
10001200140016001800
-10 0 10 20 30 40 50 60
Tpanel-Tamb. (ºC)
I (W
/m2)
I-T panel 2,2x 14-AGOpolinómica 2,2xLogaritmica 2,2x
Figura 8.-Aproximación por curva polinómica y logarítmica al
14-AGO.
Observamos que para éste día ocurre lo mismo que para invierno,
es decir
la curva de aproximación da siempre valores por encima de los
datos
experimentales debido a la presencia de viento.
En general ésta será la tendencia que sigan todos los días para
los que se
ha realizado el estudio.
-
Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
46
En la figura 9 se representan los errores para este día.
Error polinómica 14-AGO
-25,0-20,0-15,0-10,0-5,00,05,0
10,015,0
1 327 653 979 1305 1631 1957 2283 2609 2935
T (º
C)
Error polinómica
Error loarítmica 14-AGO
-25,0-20,0-15,0-10,0-5,00,05,0
10,015,0
1 321 641 961 1281 1601 1921 2241 2561 2881
T (º
C)
Error loarítmica
Figura 9.-Representación de los errores cometidos por
aproximación de curvas (14-AGO).
También se observa la misma tendencia de errores que en el caso
de
invierno y en general ocurrirá lo mismo para todos los días.
Para el resto de los
días representados en el anexo I sólo se representará la
aproximación
polinómica y sus errores ya que es una expresión más sencilla y
se obtienen
errores similares.
7.2.2 Efecto de la irradiancia sobre la temperatura del panel en
la instalación sin concentración.
Al igual que ocurría con la instalación con concentración aquí
también se
representará la irradiancia frente a la temperatura del panel.
Se seguirán los
mismos pasos que para la instalación con concentración.
Comenzaremos representando la I1x frente a la Tpanel-Tamb. para
obtener
una curva que nos permita predecir el comportamiento del
sistema. Al igual que
se hizo anteriormente partimos de un día sin viento en el que se
han filtrado los
datos y seguimos los mismos pasos realizados anteriormente en el
sistema con
concentración. Se representa en la siguiente figura la grafica
correspondiente al
día 2 de Septiembre.
-
Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
47
I-T (panel 1x)
0
200
400
600
800
1000
-10,0 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0
Tpanel-Tamb. (ºC)
I (W
/m2)
I-T (panel 1x)
Figura 10.- Representación de Irradiancia frente a
Temperatura
En la figura 10 se representan los valores medidos
experimentalmente de
Irradiancia frente a temperatura.
Siguiendo los mismos pasos que en el sistema con concentración
se
tratará de aproximar los valores experimentales por una curva
que nos permita
predecir el comportamiento.
Comparación con curvas 2-SEP
0
200
400
600
800
1000
-10,0 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0
Tpanel-Tamb. (ºC)
I (W
/m2) I-T (panel 1x)
polinómica 1x
Figura 11.-Aproximación por curva polinómica 2-SEP
Para el sistema sin concentración la aproximación se realizará
por una
única curva polinómica ya que ésta es una expresión más sencilla
que la
logarítmica arrojando resultados similares.
-
Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
48
La expresión de esta curva se muestra a continuación:
- Polinómica de 1º orden: Tpanel-Tamb. = 0,0323*I1x-1,4839
Si aplicamos esta ecuación a los datos que tenemos medidos
experimentalmente obtenemos los errores que cometemos al
aproximar los
datos por la curva:
Error polinómica 2-sep
-10,0
-5,0
0,0
5,0
10,0
1 342 683 1024 1365 1706 2047 2388 2729T (º
C)
Error polinómica 2-sep
Figura 12.-Representación de los errores cometidos por
aproximación de curvas (2-SEP).
Seguidamente se tendría que comprobar la validez de ésta
aproximación
para ello al igual que se hizo en el caso anterior se tomará un
día de verano y
otro de invierno.
Representamos en primer lugar el 12 de Enero.
Comparación con curva 12-ENE
0
200
400
600
800
1000
-10,0 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0Tpanel-Tamb. (ºC)
I (W
/m2)
I-T (panel 1x) 12-ENEpolinómica 1x
Figura 13.-Aproximación por curva polinómica 12-ENE.
-
Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
49
En ésta última figura observamos que la tendencia que sigue
es
aproximadamente similar al sistema con concentración exceptuando
algunos
puntos que caen por debajo de la curva. Estos puntos caen debajo
debido a
que la velocidad de viento en esos instantes es nula y nuestro
modelo se hizo
con datos donde la velocidad de viento es menor de 10 km/h por
ello puede
que halla algún punto que esté por debajo de la curva.
En la figura 14 se muestran los errores que cometemos por la
aproximación estos errores muestran la misma diferencia que en
el apartado
anterior.
Error polinómica (1x) 12-ENE
-25,0
-20,0
-15,0
-10,0
-5,0
0,0
5,0
10,0
1 301 601 901 1201 1501 1801 2101 2401 2701 3001
T (º
C)
Error polinómica 1x
Figura 14.-Representación de los errores cometidos por
aproximación de curvas (12-ENE).
Aún habiendo puntos por encima de nuestra curva observamos que
los
errores cometidos son pequeños, por tanto podemos validar
nuestro modelo de
comportamiento a falta de verificar en verano y demás días
intermedio teniendo
en cuenta que éste es un modelo inicial.
Para validar el modelo de comportamiento debemos comprobar
que
también funciona para verano. Comprobamos que nuestro modelo se
comporta
bien para el día 14 de Agosto.
En la figura 15 se representan los datos medidos
experimentalmente y la
aproximación de la curva de comportamiento.
-
Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
50
Comparación con curva 14-AGO
0
200
400
600
800
1000
-10 0 10 20 30 40Tpanel-Tamb. (ºC)
I (W
/m2)
I-T (panel 1x) 14-ENEpolinómica 1x
Figura 15.-Aproximación por curva polinómica 14-AGO.
En ésta figura observamos como casi todos los puntos están por
debajo
de la curva, hecho que se esperaba ya que en nuestro modelo la
influencia del
viento es escasa, por tanto en presencia de viento la
temperatura de panel
baja.
Al igual que en invierno observamos algún punto por debajo de la
curva,
también debido a que en ese instante la presencia de viento es
nula.
Representamos en la figura 16 los errores cometidos para este
día.
Error polinómica (1x) 14-AGO
-15,0
-10,0
-5,0
0,0
5,0
10,0
1 296 591 886 1181 1476 1771 2066 2361 2656 2951
T (º
C)
Error polinómica
Figura 16.-Representación de los errores cometidos por
aproximación de curvas (14-AGO).
-
Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
51
Ésta figura muestra los errores cometidos para éste día,
pudiendo ver que
prácticamente todos los puntos de la curva caen por debajo de
ésta, todo ello
debido a la presencia de viento como se comentó en los casos
anteriores.
La comprobación para el resto de los días representativos se
realizarán en
el anexo I obteniendo la validación de éste modelo.
7.3 Influencia del viento en la temperatura del panel.
En este apartado trataremos de ver como influye el viento en
nuestros dos
sistemas, para ello realizaremos dos estudios. En el primer
estudio veremos
como afecta la presencia de viento a la Tpanel de la instalación
con
concentración 2,2x, en el segundo se efectuará el mismo estudio
para el
sistema sin concentración.
Para realizar estos estudios se tomo un día con mucho viento
para que la
influencia de éste fuese clara, el día elegido fue el 17 de
Enero.
Viento 17-ene
05
101520253035
7:12:00 9:36:00 12:00:00 14:24:00 16:48:00 19:12:00
Hora
Vv (K
m/h
)
Viento 17-ene
Figura 17.- Representación horaria del viento para 17-ENE.
Se pude observar en la figura 17 que la mayor parte de los
puntos están
por encima de los 10km/h y que muchos de estos puntos tienen
valores de
velocidad elevados.
Acto seguido debemos ver cual es la influencia que ejerce la
presencia de
viento en la temperatura del panel, así que representamos las
temperaturas,
-
Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
52
las irradiancias y la velocidad de viento en una misma gráfica.
Esto se
representa en la figura 18.
Influencia del viento
0200400600800
100012001400160018002000
7:12:00 9:36:00 12:00:00 14:24:00 16:48:00 19:12:00Hora
I (W
/m2)
0
10
20
30
40
50
60
T (ºC
) y V
v (k
m/h
)
I 1x (W/m2)I 2,2x (W/m2)Viento (Km/h)Tpanel 1x (ºC)Tpanel 2,2x
(ºC)
Figura 18.-Visualización de la influencia del viento
(17-ENE).
En ésta figura podemos ver como para niveles de irradiandia
constantes la
Tpanel, tanto para el sistema con concentración como para el
sistema sin
concentración, sufre variaciones. Ello es debido a la presencia
de viento, como
se puede observar en la figura anterior cuando la temperatura de
ambos
sistemas baja coincide con velocidades de viento elevadas, así
que podemos
decir que estas variaciones son debidas a la presencia de
viento.
Habría que tener en cuenta que cuando se habla de velocidad de
viento,
no se dice nada de la dirección de éste ya que para los datos de
partida de los
que disponemos no se incluye esta variable. Ésta circunstancia
es posible
causa de errores ya que como se verá posteriormente habrá casos
en los que
no se ajuste el modelo debido principalmente a esta causa.
A la hora de realizar el estudio y partiendo de los datos
experimentales del
17 de enero tratamos de ver la influencia de viento para niveles
de irradiancias
constantes para que así ésta variables no influya en este
estudio.
-
Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
53
7.3.1 Influencia de viento en la Tpanel de la instalación con
concentración 2,2x.
En éste apartado se verá que efecto tiene la presencia de viento
en la
Tpanel de la instalación con concentración.
Partimos de los datos experimentales medidos el 17 de enero y
los
clasificamos por niveles de irradiancias, los niveles escogidos
son de 50 W/m2
así que partiendo del nivel más elevado vamos bajando de nivel.
En primer
lugar y como nivel más elevado tomamos 1850-1900 W/m2 a
continuación el
segundo nivel 1800-1850 W/m2 y así sucesivamente. Éstos niveles
de
irradiancia se han tomados de 50 W/m2 para que la influencia de
ésta variable
sea lo menor posible.
Enfrentamos en una grafica para el nivel 1 de irradiancia la
Vviento y Tpanel
para ver la influencia de una variable respecto a otra. Esta
situación
corresponde a la figura 19.
Nivel 1 (1850-1900 W/m2)
05
1015202530354045
0 5 10 15 20 25 30
Vv (Km/h)
Tpan
el-T
amb.
(ºC
)
Nivel 1
Figura 19.- Vviento frente a Tpanel para nivel 1.
Una vez que vemos como varía la Tpanel frente a la Vviento
tomamos los dos
punto del rectángulo marcado en la figura y hallamos
∆Tpanel/∆Vviento para tener
idea de los que varía una variable respecto a otra.
1
2
-
Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
54
Cómo se observa en la figura 19 tenemos diferentes rango de
temperatura
para la misma Vviento y para la misma irradiancia y como lo que
representamos
en el eje abcisas es Tpanel-Tamb. tampoco nos influye la Tamb.
así que las
variaciones son debidas únicamente a la velocidad y dirección de
viento, pero
al no disponer de la dirección del viento tomamos los punto 1 y
2 como punto
de inicial y final para minimizar los efectos producidos por la
dirección, así el
punto 1 correspondería a una dirección en donde ésta tendría
influencia
mínima y el punto 2 donde esta influencia es máxima.
Así tratamos de abarcar la mayor influencia que puede producir
el viento
en nuestro sistema.
La representación de las dos variables enfrentadas corresponde
al nivel
de irradiancia 1, ésta representación se realizará para todos
los niveles en los
que hayan suficientes datos como para obtener una
conclusión.
En tabla 1 se muestra los decrementos que experimenta la
temperatura
del panel con el viento para cada nivel de irradiancia.
Rango de Irradiancia (W/m2) Incremento (∆T/∆Vv)1850-1900
-1,021800-1850 -0,971750-1800 -11700-1750 -1,031650-1700
-0,821600-1650 -0,87
PANEL 2,2X
Tabla 1.- Decremento de la temperatura del panel con la Vv.
En la figura 20 mostramos una figura que corresponde a la tabla
anterior
donde se ve claramente como influye la velocidad de viento.
-
Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
55
Incremento (∆T/∆Vv) (2,2X)
-1,2
-1
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
01850-1900 1800-1850 1750-1800 1700-1750 1650-1700 1600-1650
Incremento (∆T/∆Vv)
Figura 20.- Influencia del viento en la temperatura del
panel.
En ésta figura observamos que el decremento esta en torno a 1,
esto
quiere decir que por cada aumento de la velocidad de viento en 1
km/h la
temperatura del panel baja 1 ºC aproximadamente.
Teniendo en cuenta que la mayor parte de los valores están en
los tres
primeros niveles de irradiancia podemos decir que el decremento
es la unidad.
7.3.2 Influencia del viento en la Tpanel de la instalación sin
concentración.
El estudio de viento para este sistema se realizará de manera
similar al
que se hizo para el sistema con concentración. También se parte
de los datos
experimentales del día 17 de Enero y se clasifican en niveles de
irradiancia de
50 W/m2 como se realizó anteriormente.
Para éste sistema los niveles de irradiancia también parten del
nivel 1
pero este nivel corresponde a 900-950 W/m2 y vamos bajando como
en el caso
anterior.
Mostramos en la figura 21 como varía la temperatura en función
del
viento.
-
Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
56
Nivel 1 (900-950 W/m2)
05
1015202530354045
0 5 10 15 20 25 30
Vv (km/h)
T (ºC
)
Nivel 1
Figura 21.- Vviento frente a Tpanel para nivel 1.
En esta figura al igual que en el sistema con concentración
también nos
servimos de un rectángulo con un punto de partida y otro final
para que la
dirección del viento influya lo menos posible.
Ahora al igual que antes hallamos ∆Tpanel/∆Vviento y lo
representamos en la
tabla 2 para todos los niveles de irradiancia.
Rango de Irradiancia (W/m2) Incremento (∆T/∆Vv)900-950
-0,9850-900 -0,7800-850 -0,8750-800 -0,95
PANEL (1X)
Tabla 2.- Decremento de la temperatura del panel con la Vv.
En la figura 22 vemos los datos mostrados en la tabla 2 en donde
se
puede observar la influencia del viento en la Tpanel.
1
2
-
Influencia de la Temperatura en un Sistema Fotovoltaico con baja
concentración.
57
Incremento (∆T/∆Vv) (1X)
-1-0,9-0,8-0,7-0,6-0,5-0,4-0,3-0,2-0,1
0900-950 850-900 800-850 750-800
Incremento (∆T/∆Vv)
Figura 22.- Influencia del viento en la temperatura del
panel.
En esta figura se observa como el decremento de que sufre la
temperatura del panel está entre 0,7 y 0,9. Esto quiere decir
que para cada
aumento de la velocidad de viento en 1 km/h la temperatura del
panel
desciende entre 0,7 y 0,9 km/h.
Para nuestro caso y debido a que la mayoría de los puntos esta
en el
primer y segundo nivel podemos decir que le decremento es 0,85
ºC.
7.4 Estudio final y obtención del modelo.
En éste apartado se tratará de unificar todos los estudios
realizados
anteriormente para obtener un modelo en el que intervengan todas
las
variables que afectan a la temperatura de las instalaciones.
Inicialmente se realizará un estudio para la instalación con
concentración
2,2x y después se segu
