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Introducción al Uso de Energías Renovables
¿Qué es la Energía Solar?
La energía solar es la energía obtenidadel sol a partir de la captación de susradiaciones, como son la luz y el calor.
Cada año el sol arroja 4 mil veces másenergía que la que consumimos, por loque su potencial es prácticamenteilimitado.
La intensidad de energía disponible en unpunto determinado de la tierra dependedel día del año, de la hora, de la latitud yde las condiciones atmosféricas.
¿Qué es la Energía Solar?Introducción e Historia
•Su uso formal se remonta al año 212 A.C – GRECIA - ( Arquímedes atacó mediante un rayo de luz a
una flota romana).
•Sus primeros usos : Calendarios y Control de tiempo.
1750 Georges Leclerc creó un concentrador de energía solar.
1839 Edmund Bacquerel, descubre el efecto Fotovoltáico por el cual
Ciertos materiales expuestos a la luz producian una diferencia
De potencial y conectados a una carga externa se generaba
Una corriente electrica.
1873 Willoughby Smith descubre la fotoconductividad de selenio.
1877 W.G. Adams y R.E. Day observan el efecto fotovoltaico en selenio sólido. Construyen la primera
celda de selenio.
1941 Se fabrico la primera celula solar moderna con una eficiencia de 1%
1955 La empresa Western Electric comerciaiza las primeras celulas fotovoltaicas
Fuente: www.suministrosolar.com
¿Qué es la Energía Solar?Introducción e Historia
•1955 Se comercializa el primer producto fotovoltaico, con una eficiencia del
2% al precio de $25 cada celda de 14 mW.
•1958 El 17 de marzo se lanza el Vanguard I, el primer satélite artificial
alimentado parcialmente con energía fotovoltaica.
•1963 En Japón se instala un sistema fotovoltaico de 242 W en un faro.
•1973 La Universidad de Delaware construye "Solar One", una de las
primeras viviendas con EFV.
•1974-1977 Se fundan las primeras compañías de energía solar.
•1980 La empresa ARCO Solar es la primera en producir más de 1 MW en
módulos Fotovoltaicos en un año.
Fuente: www.suministrosolar.com
1981 Se instala en Jeddah, Arabia Saudita, una planta desalinizadora por ósmosis-inversa abastecida por un sistema Fotovoltaico de 8-kW.
1982 La producción mundial de EFV supera los 9.3 MW. Entra en funcionamiento la planta ARCO Solar Hisperia en California de 1-MW.
1983 La producción mundial de EFV supera los 21.3 MW, y las ventas superan los 250 millones de dólares.
El Solar Trek, un vehículo alimentado por EFV con 1 kW atraviesa Australia.
ARCO Solar construye una planta de EFV de 6-MW en California, en una extensión de 120 acres; conectado a la red eléctrica general suministra energía para 2000-2500 casas.
¿Qué es la Energía Solar?Introducción e Historia
Fuente: www.suministrosolar.com
¿Para qué se usa la Energía Solar en la actualidad?
Actualmente, la energía solar es utilizada principalmente para :
1. Para calentar comida o agua, conocida como energía solar térmica.
2. Para generar electricidad, conocida como energía
solar fotovoltaica.
¿Cómo se genera la Energía Solar?
Para generar electricidad o como fuentes de calor se usan células solares fotovoltáicasy colectores solares térmicos.
Éstas células solares conformadas en paneles, como los colectores son los encargados de transformar la energía solar en energía eléctrica/calor.
Ventajas de la Energía Solar
ENERGIA SOLAR
NO CONTAMINA – NO GENERA RUIDOS NI EMISIONES NOCIVAS
FUENTE DE RENOVACION INAGOTABLE –GRATUITA -
FUNCIONAL EN ZONASNO HABITADAS
SE PUEDE ALMACENAR
REQUIERE DE UNA INVERSION INICIAL QUE LUEGO SE COMPENSA EN EL AHORRO
ECONOMICO
La Energía Solar La Electricidad es una de las formas de Energía mas versátiles y que mejor
se adapta a cada necesidad.
Su utilización esta tan extendida que difícilmente se pueda concebir una
sociedad tecnológicamente avanzada que no hiciese uso de ella.
La demanda creciente de energía debido a la tecnificación social ha
propiciado la búsqueda de nuevas fuentes de energía.
Sistemas Tradicionales Problema
Centrales hidráulicas Inestabilidad de producción
Centrales térmicas Utilizan Combustible fósil.
Centrales nucleares Eliminación de residuos
Accidente Nuclear
Generando Energía Eléctrica
GENERACION DIRECTA GENERACION INDIRECTA
La luz solar es convertida La luz solar calienta un fluido
En energía eléctrica a través (agua, sodio, sales, etc)
De células solares para convertirlo en vapor con el fin
de producir electricidad a través
de un generador
Conceptos Básicos
Radiación Solar: Conjunto de radiaciones electromagneticas emitidas por el sol.
LA RADIACION DIRECTA ES LA RECIBIDA POR LA SUPERFICIE TERRESTRE SIN HABER SUFRIDO NINGUN
CAMBIO DE DIRECCION POR ABSORCION; REFLEXION O DISPERSION- ES LA MAYOR Y LA MAS IMPORTANTE EN LAS APLICACIONES FOTOVOLTAICAS.
Conceptos Básicos
Irradiancia: Es la magnitud utiizada para describir la potencia incidente sobre unidad de superficie
de todo tipo de radiación electromagnetica.
La radiación solar es casi constante en el exterior de la atmosfera y tiene un valor aprox. De 1353 W/m2
Debido a la absorción, reflexión y dispersión al atravesar la atmosfera puede reducirse un 25%
La irradiancia global máxima al medio día sobre el ecuador es de aprox. 1000W/m2 en forma perpenticular al sol
sobre el nivel del mar, en un día claro.
En función de la irradiancia medida en forma puntual se desarrollan los mapas solares.
Conceptos Básicos
La irradiancia posee diferentes valores durante el año
y para cada momento del día Debido a EL ANGULO DEL SOL SOBRE LA TIERRA por la rotación y traslación de la misma
21 de Junio 22 de diciembre
Conceptos Básicos La insolación o irradiación es la cantidad de radición globlal recibida en un punto geográfico
durante un tiempo determinado y sobre una superficie conocida.
La unidad de medida es Kwh/m2
Conceptos Básicos
Hora Solar pico: Es la potencia generada por un panel solar cuando la
irradiancia es de 1000W/m2
Calculo de la producción de un panel solar
Irradiancia Global diaria Enero en Buenos Aires 6,5 Kwh/m2
Potencia del panel solar 235 W
Eficiencia del panel solar 14,55%
Dimensión del panel 1,70x0,95
Calculo de eficiencia del panel
Potencia x area / 1000 * 100 = Eficiencia
235x(1,70x0,95) / 1000 *100 = 14,55%
Producción diaria = (6500 Wh/m2 x 1,70 x0,95 ) * 14,55% = 1527,38 W
Irradiancia Global diaria Julio en Buenos Aires 2,0 Kwh/m2
Producción diaria = (2000 x 1,70x0,95) x 14,55% = 469,96 W
Calculo de la producción de un panel solarIrradiancia Global diaria Enero en Buenos Aires 6,5 Kwh/m2
Potencia del panel solar 235 W
Eficiencia del panel solar 14,55%
Dimensión del panel 1,70x0,95
Calculo de eficiencia del panel
Potencia x area / 1000 * 100 = Eficiencia
235/(1,70x0,95) / 1000 *100 = 14,55%
Producción diaria = (6500 Wh/m2 x 1,70 x0,95 ) * 14,55% = 1527,38 W
Irradiancia Global diaria Julio en Buenos Aires 2,0 Kwh/m2
Producción diaria = (2000 x 1,70x0,95) x 14,55% = 469,96 W
El seguimiento del sol (movimiento azimutal Este-Oeste) del panel nos otorgara entre un 10 y
25% mas y el movimiento azimutal+elevación entre 30 y 45% mas de rendimiento.
Energía Solar Fotovoltáica
Se obtiene a partir del aprovechamiento del sol gracias a la detección de
células fotovoltaicas que interconectadas forman un panel solar.
Muchos paneles solares conforman una instalación solar, o parque solar.
Células Solares
•Es un dispositivo electrónico que transforma la energía luminosa en energía eléctrica
•Son fabricadas de materiales semiconductores (silicio principalmente)
•Al ser expuestas a la luz generan un voltaje entre sus contactos
•La eficiencia depende del material utilizado y el proceso de producción
•La vida útil es mayor a 25 años.
•Su producción decrece con el tiempo. (perdida de eficiencia)
•Dado que la generación por unidad es pequeña se agrupan en paneles para aumentar
la corriente y tensión de salida
Tipos de células (principio de funcionamiento)
Al material semiconductor (silicio generalmente) se lo dopa
produciendo 2 zonas semiconductoras (N y P) entre las mismas se
genera una juntura PN (principio del Diodo)
Al someterse la célula a la luz se genera un voltaje entre ambos
contactos y si se conecta una carga circula una corriente eléctrica
Tipo de Células Fotovoltaicas
Células Mono cristalinas
• Compuestas por único cristal de silicio ordenado
• Entre 15 y 24% de rendimiento.
• Mayor costo, más frágiles.
Células Poli Cristalinas
• Formadas por pequeñas partículas cristalizadas estructuradas desordenadas.
• Se obtiene fundiendo silicio de grado industrial
• Rendimiento: Entre 14 y 19%.
• Paneles de grosor considerable.
Amorfos
• Formadas por partículas de silicio sin seguir ninguna estructura cristalina. aSi
• Tienen un menor costo
• Utilizan menor cantidad de silicio
• Rendimiento entre 8 y 13%
• Existen tambien otras variantes sin silicio como el telurio de cadmio CdTe y Arseniuro de Galio GaAs
• Pueden ser flexibles
Células Mixtas
• Compuestos por partículas de silicio mono y poli cristalinas.
• Es más económico pero menos eficiente.
Componentes de una Instalación fotovoltaica
Panel Solar
Inversor
Cables
Batería
Regulador de Carga
Seguidor Solar o Soporte
Transformador
Componentes de un panel solar
Célula Solar
Cinta de Interconexión (Solcond producida por CREATIV y exportada a mas
de 50 paises)
EVA
TPT
Caja de Conexión
Vidrio
Marco de Aluminio
Conexionado de un panel solar
Serie
Suman Voltaje
Paralelo
Suman Corriente
La Batería Es muy importante en los sistemas aislados, no así en los sistemas conectados.
Los voltajes comunes son 6 y 12V pero también
Existen de 24 y 48V. (pueden unirse en serie o
Paralelo para aumentar su voltaje o amperaje)
La unión de muchas baterías forma lo que comunmente se llama ̈ BANCO DE BATERIAS¨
Durante el proceso de carga se aplica tensión superior a las de las celdas internas que hará Circular una corriente.
Durante el proceso de descarga la batería entrega una tensión determinada a la carga haciendo circular una
Corriente eléctrica a través de la misma.
Si se descarga una batería mas de lo recomendado por el fabricante se reduce la vida de la misma
Si se carga una batería mas de lo recomendado por el fabricante la batería puede perder
sus propiedades de acumulación.
Los procesos de carga y descarga siempre tienen una INEFICIENCA dada.
La variación de temperatura afecta la capacidad de carga de la batería. 105% a 30ºC 77% a 4ºC, también se reduce
La vida útil.
La velocidad de descarga disminuye la vida de la batería.
La profundidad de descarga disminuye la vida de la batería.
La vida de la batería se mide en CICLOS
TIPOS DE BATERIAS
Estacionaria Son baterías de reserva, son cargadas por flotación para compensar la auto descarga
Ciclo profundo Son las utilizadas en sistemas solares, están diseñadas para soportar un gran numero de descargas a gran profundidad (80%)
AGM (electrolito absorbido) La auto descarga es menor al 3%, no escapan gran cantidad de gases, no son clasificadas como peligrosas, toleran un mayor abuso en el uso
Gel Tienen mayor vida (ciclos), son selladas
LA CAPACIDAD DE LAS MISMAS SE NOMINA EN Ah a la tensión nominal en 20h de descarga a máxima corriente. 88AHx12V= 1056W
Las baterías pueden ser abiertas/ventiladas o selladas/reguladas – tienen mayor seguridad y no tienen mantenimiento
El regulador de Carga Es un dispositivo electrónico capaz de gestionar de manera eficaz la carga y descarga del banco de baterías.
Protege la vida útil de las baterías
Evita la descarga a través de los paneles
Evita la sobrecarga y la sobredescarga de la batería
Mantiene el circuito abierto de carga el el voltaje de
Los paneles es menor que el de las baterías
Provee funciones adicionales como indicación
de carga, descarga.
Tienen ineficiencia
Algunos posee ecualización automática
Ofrece niveles de protección contra polaridad
Algunos modelos ofrecen compensación automática por temperatura.
Su clasificación según tecnología
Reguladores ON/OFF- son los mas comunes
PWM (modulación por pulso), proporcionan un carga rápida hasta el 80% y luego modulan hasta el final de la carga manteniendo el voltaje y reduciendo el amperaje gradualmente.
MPPT (Seguidor de máximo punto de potencia) El regulador verifica la máxima potencia que puede generar el campo fotovoltaico y ofrece la misma a la carga maximizando el rendimiento Generalmente
ofrecen un 15 a 30% mas de rendimiento que los PWM.
Parámetros para la elección del mismo. Voltaje / Corriente Nominal y Máxima
El InversorEl inversor tiene la función de convertir
La CC de las baterías en CA 220V 50Hz
En algunos países se puede inyectar energía a la red
La corriente alterna generada puede ser
Senoidal Pura
Pulsada
Permiten utilizar cables de menor sección
Parámetros importantes Potencia Nominal, Potencia
Eficiencia del equipo. (consumo en reposo)
Tensión de entrada máxima
Grid tie
Solar Primero
Back up
Hibridos
El Inversor hibridoPosee la habilidad de manejar 3 fuentes de energía
A) RED
B) SISTEMA SOLAR
C) BANCO DE BATERIAS
Es la suma de un inversor grid tie + un inversor off grid
Acopla la energía FV a la energía de red interna o a la energía
Del banco de baterías
Posee las siguientes habilidades
Estabiliza la red
Ahorra energía
Evita cortes de luz
Evita el flujo inverso
Puede ser configurado para inyección externa
Posee un software de monitoreo.
Otros Componentes principales de una instalación fotovoltaica
Cables
Soporte
Seguidor
Transformador
Cuadro Eléctrico
Tipo de Conexión de los sistemas fotovoltaicos
On grid: Conectado a red eléctrica.
Off grid: Fuera de la conexión a red eléctrica.
Aplicaciones de la Energía Fotovoltaica
Kit para Edificios/Casas Energía Fotovoltaica
Mercado Fotovoltaico en el Mundo
Mercado Fotovoltaico en el Mundo
Mercado Fotovoltaico en Europa
Mercado Fotovoltaico en Europa
Mercado Fotovoltaico en Europa proyección 2030
Mercado Fotovoltaico Mundial proyección 2018
Mercado Energetico Europeo 2000-2013
Mercado Termico Europeo 2000-2011
Mercado Térmico Costos de producción
Mercado Térmico en Europa
Mercado Térmico instalado en el mundo
Mercado Solar térmico en el Mundo a 2012
Mercado (algunos datos) – Situación Argentina
Principal productor: China (60% del mercado), Alemania, Japón
España, Italia, Alemania y Japón primeros países del mundo en consumo de energía fotovoltaica. (España 3523 MW de potencia instalada). Alemania es el segundo productor mundial de paneles solares.
Legislación en Europa: Protocolo de Kioto. En Argentina: Ley 25.019/98Declarase de interés nacional la generación de energía eléctrica de origen eólico y solar en todo el territorio nacional. Ley 26.190/06 - Régimen de Fomento Nacional para el uso de fuentes renovables de energía destinadas a la producción de energía eléctrica.
Argentina se comprometió mediante la ley 26190 a producir el 8% de E.E. renovable en 10 años. (a través del GENREN se han adjudicado 20 Mw solares en 2011 y 700Mw EólicosArgentina ha instalado sistemas solares offgrid a través del proyecto PERMER
A través de la eliminación progresiva de subsidios Argentina se abre al M. Fotovoltaico
