IntroducciIntroduccióónn

•• EnergEnergííaa–– Demanda crecienteDemanda creciente–– Fuerte uso de combustibles fFuerte uso de combustibles fóósiles:siles:

•• Recurso limitadoRecurso limitado•• ContaminaciContaminacióónn

–– Necesidad de formas alternativas de Necesidad de formas alternativas de obtener energobtener energííaa

IntroducciIntroduccióónn

•• EnergEnergíía Solara Solar–– VentajasVentajas

•• Fuente inagotable de energFuente inagotable de energííaa•• No contamina*No contamina*

–– DesventajasDesventajas•• Baja densidad de energBaja densidad de energíía por unidad de superficiea por unidad de superficie•• Potencial energPotencial energéético depende de localidad tico depende de localidad

geogrgeográáficafica•• Equipo necesario requiere fuerte inversiEquipo necesario requiere fuerte inversióón inicialn inicial

RadiaciRadiacióón Solarn Solar

•• Irradiancia solar extraterrestre Irradiancia solar extraterrestre ≈≈ 1360 1360 [W/m[W/m22] (cuerpo negro a 5900 ] (cuerpo negro a 5900 °°C)C)

•• InteracciInteraccióón con la atmn con la atmóósfera terrestre:sfera terrestre:–– OO33

–– OO22

–– HH22OO–– COCO22

•• Ventanas Ventanas

RadiaciRadiacióón Solarn Solar

SemiconductoresSemiconductores

•• AtomosAtomos: Niveles de energ: Niveles de energíía discretos.a discretos.•• SSóólidos: Estructura de bandaslidos: Estructura de bandas

SemiconductoresSemiconductores

•• Semiconductores: Resistividad elSemiconductores: Resistividad elééctrica ctrica entre 10entre 10--44 y 10y 101010 [[ΩΩcm]cm]

•• MMáás utilizado: Silicios utilizado: Silicio

SiSi(14) (14) (1s(1s222s2s222p2p663s3s223p3p22))

SemiconductoresSemiconductores

•• Silicio IntrSilicio Intríínseco: estructura cristalinanseco: estructura cristalina

SemiconductoresSemiconductores

•• Semiconductores dopadosSemiconductores dopados–– Semiconductor tipo nSemiconductor tipo n

SemiconductoresSemiconductores

•• Semiconductores dopadosSemiconductores dopados–– Semiconductor tipo pSemiconductor tipo p

SemiconductoresSemiconductores

•• Juntura nJuntura n--pp

SemiconductoresSemiconductores

•• El El ddííodoodo de junturade juntura

Funcionamiento de la celda Funcionamiento de la celda solarsolar•• InteracciInteraccióón de la luz con la materian de la luz con la materia

–– EnergEnergíía de un fota de un fotóón n E=hE=hνν=hc/=hc/λλ

–– Choque fotChoque fotóón con electrn con electróón: si la energn: si la energíía del a del fotfotóón es mayor que el n es mayor que el EgEg del material del material semiconductor, el electrsemiconductor, el electróón puede saltar de la n puede saltar de la banda de valencia a la de conduccibanda de valencia a la de conduccióón. n.

Funcionamiento de la celda Funcionamiento de la celda solarsolar•• InteracciInteraccióón de la luz con la materian de la luz con la materia

Funcionamiento de la celda Funcionamiento de la celda solarsolar•• CaracterCaracteríística Vstica V--I de la celda solarI de la celda solar

–– C:cteC:cte–– R: RadiaciR: Radiacióón solar [W/mn solar [W/m22]]–– IIss: Corriente de saturaci: Corriente de saturacióón del diodon del diodo–– q: carga del electrq: carga del electróón (1.6*10n (1.6*10--1919 C)C)–– k: k: CteCte de de BoltzmannBoltzmann–– T: Temperatura absoluta [T: Temperatura absoluta [ººKK]]

1qVkT

sI C R I e

= ⋅ − ⋅ −

Funcionamiento de la celda Funcionamiento de la celda solarsolar•• CaracterCaracteríística Vstica V--I de la celda solarI de la celda solar

–– Corriente de cortocircuito (Corriente de cortocircuito (V=0V=0))

–– Voltaje en circuito abierto (Voltaje en circuito abierto (I=0I=0))

scI C R= ⋅

ln 1ocs

kT C RVq I

⋅= ⋅ −

Funcionamiento de la celda Funcionamiento de la celda solarsolar•• CaracterCaracteríística Vstica V--I de la celda solarI de la celda solar

1qVkT

sI C R I e

= ⋅ − ⋅ −

scI C R= ⋅

ln 1ocs

kT C RVq I

⋅= ⋅ −

Funcionamiento de la celda Funcionamiento de la celda solarsolar•• Circuito equivalenteCircuito equivalente

Funcionamiento de la celda Funcionamiento de la celda solarsolar•• Potencia Potencia peakpeak ((WpWp): m): mááxima potencia que xima potencia que

puede suministrar el mpuede suministrar el móódulo cuando se dulo cuando se expone a condiciones de prueba expone a condiciones de prueba standardstandard(STC):(STC):–– 1000 [W/m1000 [W/m22] de Irradiancia solar] de Irradiancia solar–– AM1.5AM1.5–– 2525ººCC de temperaturade temperatura

Funcionamiento de la celda Funcionamiento de la celda solarsolar•• Factor de Llenado (FF): Cuociente entre la Factor de Llenado (FF): Cuociente entre la

mmááxima potencia y el producto xima potencia y el producto VVococIIscsc..

m m

oc sc

V IFFV I

=

Funcionamiento de la celda Funcionamiento de la celda solarsolar•• Eficiencia:Eficiencia:

Potencia eléctricamáximaPotencia solar incidente

ε =

100%oc scV I FFR A

ε = ×⋅

Funcionamiento de la celda Funcionamiento de la celda solarsolar•• Eficiencia en funciEficiencia en funcióón del n del EgEg

Funcionamiento de la celda Funcionamiento de la celda solarsolar

Funcionamiento de la celda Funcionamiento de la celda solarsolar•• Estructura bEstructura báásica de la celda solarsica de la celda solar

Funcionamiento de la celda Funcionamiento de la celda solarsolar•• TecnologTecnologííasas

–– Silicio Silicio MonocristalinoMonocristalino–– Silicio PolicristalinoSilicio Policristalino–– Silicio AmorfoSilicio Amorfo–– PelPelíícula Delgada (cula Delgada (ThinThin Film)Film)

Sistemas Fotovoltaicos Sistemas Fotovoltaicos AutAutóónomosnomos

Dentro de las principales componentes de Dentro de las principales componentes de un sistema fotovoltaico se encuentran:un sistema fotovoltaico se encuentran:•• Conjunto fotovoltaicoConjunto fotovoltaico•• BaterBaterííaa•• Regulador de cargaRegulador de carga•• InversorInversor•• Cargas AC y DCCargas AC y DC

BaterBaterííasas

Asegurar suministro de energAsegurar suministro de energíía durante a durante las noches y en dlas noches y en díías de poca insolacias de poca insolacióónn

Mantener el voltaje de operaciMantener el voltaje de operacióón casi n casi constanteconstante

Consideraciones de diseConsideraciones de diseññoo

Profundidad de descarga: porcentaje de Profundidad de descarga: porcentaje de capacidad nominal que se extrae de la capacidad nominal que se extrae de la baterbateríía sin afectar su vida a sin afectar su vida úútil.til.

CorrecciCorreccióón de temperatura: el rendimiento n de temperatura: el rendimiento de la baterde la bateríía disminuye con la a disminuye con la temperaturatemperatura

Capacidad nominal: Es la mCapacidad nominal: Es la mááxima xima cantidad de energcantidad de energíía que puede extraerse a que puede extraerse de una baterde una baterííaa

Profundidad de descarga estacional: Profundidad de descarga estacional: compensa el desperdicio de energcompensa el desperdicio de energíía y a y reduce la demanda de corriente del reduce la demanda de corriente del conjunto fotovoltaico conjunto fotovoltaico

Tipos de baterTipos de baterííasas

De ciclo poco profundo: Soportan De ciclo poco profundo: Soportan descargas diarias de hasta un 25% de la descargas diarias de hasta un 25% de la capacidadcapacidad

De ciclo profundo: Soportan descargas De ciclo profundo: Soportan descargas diarias de hasta un 80% de la capacidaddiarias de hasta un 80% de la capacidad

BaterBateríías en los sistemas fotovoltaicosas en los sistemas fotovoltaicos

Usualmente se usan baterUsualmente se usan bateríías de la familia as de la familia de las de plomode las de plomo--áácido.cido.

Son recargables, fSon recargables, fááciles de mantener, ciles de mantener, relativamente econrelativamente econóómicas y disponibles en micas y disponibles en varios tamavarios tamaññosos

Las baterLas bateríías de electrolito las de electrolito lííquido quido producen gases explosivos de hidrproducen gases explosivos de hidróógeno y geno y oxigenooxigeno

Conjunto fotovoltaicoConjunto fotovoltaico

Consiste en uno o mConsiste en uno o máás paneles s paneles conectados (en serie y/o paralelo) tal que conectados (en serie y/o paralelo) tal que se obtenga la tensise obtenga la tensióón y corriente deseadasn y corriente deseadas

El panel consiste en un grupo El panel consiste en un grupo encapsulado de celdas solares fabricadas encapsulado de celdas solares fabricadas principalmente usando cprincipalmente usando céélulas de Silicio lulas de Silicio mono y policristalinasmono y policristalinas

La potencia de salida de un mLa potencia de salida de un móódulo dulo fotovoltaico queda determinada por:fotovoltaico queda determinada por:

-- Resistencia de la carga conectada al Resistencia de la carga conectada al mmóódulodulo-- Irradiancia solarIrradiancia solar-- Temperatura celularTemperatura celular-- Rendimiento de las cRendimiento de las céélulaslulas

Reguladores de cargaReguladores de carga

Protegen a las baterProtegen a las bateríías de sobrecargas o as de sobrecargas o descargas excesivasdescargas excesivas

Protegen contra flujos inversos de Protegen contra flujos inversos de corrientecorriente

ActActúúan de acuerdo al nivel de tensian de acuerdo al nivel de tensióón que n que detectan en las baterdetectan en las baterííasas

InversoresInversores

Transforman la corriente continua en Transforman la corriente continua en alternaalterna

Los inversores comunes funcionan a 12, Los inversores comunes funcionan a 12, 24, 48 24, 48 óó 120 V con salidas de 120120 V con salidas de 120óó 240 V 240 V a 50 a 50 óó 60 60 HzHz

La forma de onda de salida depende de La forma de onda de salida depende de varios puntosvarios puntos

Procedimiento de diseProcedimiento de diseññoo

CCáálculo de consumos: Determinar la lculo de consumos: Determinar la carga total (AC y CC) conectada al sistemacarga total (AC y CC) conectada al sistema

SelecciSeleccióón de la tensin de la tensióón del sisteman del sistema

DeterminaciDeterminacióón del recurso solarn del recurso solar

DeterminaciDeterminacióón de la corriente y n de la corriente y áángulo de ngulo de inclinaciinclinacióón del sistema fotovoltaicon del sistema fotovoltaico

CCáálculo de la capacidad del sistema lculo de la capacidad del sistema acumuladoracumulador

CCáálculo del conjunto fotovoltaicolculo del conjunto fotovoltaico