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Conexión de paneles solares fotovoltaicos
Unidad 3
Conexión de paneles solares fotovoltaicos
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Lo que lograrás...
Competencia
1 Diseña sistemas de energía solar fotovoltaicos que respondan a la necesidad o demanda del proyecto a satisfacer, aplicando normativa y estándares.
Indicadores de logro
Diferencia los tipos de conexión de paneles solares fotovoltaicos. Describe las características eléctricas de los paneles solares fotovoltaicos. Explica la constante solar y los tipos de radiación.
Observa el video “Radiación Solar y Radiación Terrestre”.
https://www.youtube.com/watch?v=r03BhPmiySA
Reto
Luego de ver el video responde.
¿Qué fue lo que más te llamó la atención acerca del video?
¿Qué dudas te generó?
En esta lección harás un recorrido por las principales modalidades de conexión de los paneles solares fotovoltaicos. Estudiarás la conexión en serie, conexión en paralelo y conexión mixta. También se analizarán las características eléctricas de los paneles solares fotovoltaicos. Estudiaremos el comportamiento de la curva voltaje-corriente, en función de la irradiancia y la temperatura, así como los principales parámetros eléctricos que definen un panel solar fotovoltaico. Finalmente conocerás la cantidad de energía solar que llega a la atmósfera a manera de radiación, lo que permite determinar el valor de la constante solar. Estudiaremos las componentes de la radiación solar en todas sus formas.
Vocabulario
Antes de empezar investiga en Internet o en un diccionario el significado de estos términos. Luego escríbelos.
Corriente
Conexión en serie
Conexión en paralelo
Conexión mixta ¿Sabías que...?
Guatemala se encuentra en una posición estratégica, con una radiación solar global para todo el país de 5.3 kWh/m día 2 . La radiación solar es imprescindible para la vida en la Tierra. Además, en la actualidad, nos permite producir energía fotovoltaica, fundamental en la lucha contra el cambio climático. Sin embargo, tiene efectos negativos para el ser humano, como el daño que provoca en la piel, incrementando en los últimos tiempos por un efecto invernadero que también influye en el aumento de la temperatura media del planeta.
Voltaje
Efecto Joule
Generador fotovoltaico
Amperímetro
Voltímetro
Multímetro
Irradiancia solar
Temperatura
3. Conexión de paneles solares
3.1 Conexión de paneles solares fotovoltaicos
Las células solares tienen valores de voltaje de unos 0.5 voltios y una corriente de unos 2 amperios. Para obtener potencias utilizables para aparatos de mediana potencia, hay que unir un cierto número de células y conseguir el voltaje y la corriente requeridas para su funcionamiento. Cuando se conectan en serie 36 de estas células, se obtienen 18 voltios, voltaje suficiente para hacer funcionar equipos a 12 voltios, incluso con iluminaciones mucho menores de un 1 KW/m2. Una placa fotovoltaica contiene entre 20 y 40 células solares; que como hemos dicho, se conectan entre sí en serie y/o paralelo para obtener el voltaje deseado (12 V, 14 V, etc.).
Normalmente, los paneles utilizados están diseñados para trabajar en combinación con baterías de voltajes múltiplo de 12 V. Esto es así porque la industria de baterías precedió a la de los sistemas fotovoltaicos, de manera que la adopción de 12 V para el voltaje de salida del panel era una opción práctica. Por otra parte, este valor no requiere la conexión de un número excesivo de células en serie. En principio, necesitaría conectar un mínimo de 24 células en serie para alcanzar un voltaje nominal de salida de 12 V.
Un conjunto de paneles conectados entre ellos, junto con el cableado y los soportes de la instalación, constituye un generador fotovoltaico. La conexión de los paneles fotovoltaicos sigue las reglas básicas de la electricidad.
Los paneles se pueden conectar en serie o en paralelo, con la combinación más adecuada para mantener la corriente y el voltaje necesario para una determinada aplicación. Todos los paneles conectados deben tener las mismas características eléctricas.
Conexión en serie de paneles solares fotovoltaicos
Este tipo de conexión se basa en conectar el terminal positivo de un módulo con el negativo del siguiente, y así sucesivamente hasta completar la serie. Los terminales del grupo generador estarán en el terminal positivo del último panel conectado y el negativo del primero. Cuando los paneles se conectan en serie, el voltaje resultante es la suma de todos los paneles, mientras que la corriente será la proporcionada por uno solo de ellos. Si falla uno de los paneles conectados en serie, puede hacer que el conjunto deje de funcionar. Para evitar que esto suceda, los diodos de bloqueo puentean ese panel, haciendo que la corriente siga su camino. 2
Diodo de bypass 45V
Diodo de bloqueo A3
30V A3
15V A3
Generalmente, se conectan paneles en serie para conseguir voltajes de 24 o 48 V, en instalaciones autónomas de electrificación, y superiores, 96 a 144 V, en instalaciones conectadas a la red o de alimentación para bombeos directos. Hay que recordar que el voltaje de un panel fotovoltaico, cuando funciona en el punto de máxima potencia, puede llegar a ser 1.4 veces el voltaje nominal.
Conexión en paralelo de paneles solares fotovoltaicos
Este tipo de conexión consiste en conectar, por un lado, los terminales positivos de todos los paneles, y por otro, todos los terminales negativos. La salida del grupo generador está formada por el terminal positivo común y el terminal negativo, también común.
Cuando los paneles se conectan en paralelo, el voltaje coincidirá con la que proporcione un solo panel, pero la corriente será la suma de las corrientes de todos los paneles, de manera que el aumento de potencia se basa en mantener la potencia que puede dar un panel y la suma de corrientes que proporcionen los paneles conectados. Normalmente se hacen conexiones en paralelo para conseguir corrientes de 20 o 25 amperios, en instalaciones autónomas de electrificación y/o bombeo, y superiores en instalaciones de conexión a la red de elevada potencia.
Hay que recordar que el aumento de corriente produce un aumento de pérdidas por efecto Joule (calentamiento de los conductores) de forma cuadrática, ya que:
P = R 3 I²
Esto obliga a utilizar conductores de mayor sección para que puedan soportar corrientes elevadas.
15V 15V 15V A A 3 3 A3 15V A9
Conexión mixta de paneles solares fotovoltaicos
Para satisfacer diferentes necesidades de corriente y voltaje, los paneles pueden combinarse en agrupaciones serie-paralelo.
¿Cómo encontrar la configuración correcta?
A menudo, nos encontramos ante el dilema de a qué voltaje hay que diseñar una instalación (12,24,48 V). Aunque esta pregunta no tiene una respuesta clara y contundente, podría enfocarse desde dos puntos de vista diferentes:
Desde el rendimiento
Es minimizar las pérdidas de energía por calentamiento de los conductores y/o de los equipos de regulación.
Según este criterio, tendríamos que diseñar las instalaciones a 48 V, ya que cuanto mayor voltaje se tenga, menor será la intensidad para un valor de potencia constante. El problema de trabajar a esta tensión es que el sistema de baterías que debe emplearse encarece la instalación. Es procurar el mínimo costo de la instalación. Según este criterio, siempre se montarían instalaciones de elevadas intensidades de paso en los conductores y controladores, o a medida que aumenta la potencia de la instalación.
Una vez analizados estos planteamientos parece apropiado encontrar algún parámetro que nos permita relacionar la economía y el rendimiento. Normalmente, este parámetro es la intensidad que se calcula que puede producir el generador fotovoltaico (el conjunto de paneles instalados).
Desde lo económico
IT = I cc
3 N p
IT = Intensidad máxima que se espera recibir en el generador solar. ICC = Intensidad de cortocircuito de un panel. N p = Número de grupos o paneles en paralelo.
Como hay que escoger entre rendimiento y economía, siempre que sea posible se usarán conductores estandarizados y reguladores de baja intensidad, para lo cual se trabajará con el voltaje más bajo posible, siempre y cuando la intensidad máxima no supere demasiado los 50 A. A partir de este valor, habría que aumentar el voltaje (de 12 a 24 V o de 24 a 48 V) con tal de mantener la intensidad en niveles bajos. A partir de 48 V, las condiciones de diseño varían, ya que un aumento de voltaje ha de estar justificado debido a los peligros y problemas legales que conlleva.
De acuerdo con el siguiente circuito de paneles solares presentado a continuación, determine el voltaje y la corriente resultante y describa a qué tipo de conexión pertenece.
34 V 8 A 34 V 8 A 34 V 8 A 34 V 8 A
1 En una conexión en serie de paneles solares, ¿qué pasa con la corriente? Y ¿qué sucede con el voltaje?
2 En una conexión en paralelo de paneles solares, ¿qué pasa con la corriente?
Y ¿qué sucede con el voltaje?
3 En una conexión mixta de paneles solares, ¿qué pasa con la corriente? Y ¿qué sucede con el voltaje?
4 Describe cuál es la conexión de paneles más utilizada. Investigue en su localidad cómo están realizando las conexiones de paneles.
5 Observa los siguientes videos en el rango de tiempo indicado. Luego, realiza las actividades que se te indican.
• Principios de paneles solares, parte 9, desde el minuto 00:29 hasta el minuto 2:25
https://youtu.be/oiYYGtXfuRI
• Principios de paneles solares parte 5, desde el minuto 09:21 hasta el minuto 12:06
https://youtu.be/FwtlRnqth7M
a. Elabora un diagrama de una conexión en serie de paneles solares fotovoltaicos. ¿Qué ocurre con el voltaje? Explica.
b. Realiza un diagrama de una conexión en paralelo de paneles solares fotovoltaicos. ¿Qué ocurre con la corriente? Explica.
c. Dibuja una gráfica donde muestres cuál es el comportamiento, tanto del voltaje como de la corriente, de un panel solar fotovoltaico. Luego, explica: ¿qué pasa con la potencia?
Con base en lo aprendido en esta lección, construye los diferentes tipos de conexión de paneles solares descritos en el enlace siguiente:
https://www.youtube.com/watch?v=75zq3antUmo
Para esta práctica necesitarás según el video:
4 Paneles solares, no obstante lo puedes hacer con solo 2 paneles, ya que el objetivo es aprender acerca de las características de conexión serie y paralelo. 2 adaptadores compatibles con conectores macho-hembra MC4 branch para conexión en paralelo.
En caso no cuentes con paneles solares a tu alcance, para apropiarte del concepto y afianzarlo en su totalidad, puedes realizar una práctica con circuitos eléctricos, los cuales se manejan bajo el mismo principio. Visualiza esta práctica completa en el siguiente enlace:
https://www.youtube.com/watch?v=NSW4sIrqtJ8
Escribe una reflexión de tus aprendizajes:
3.2 Parámetros eléctricos que definen un panel solar fotovoltaico
Los parámetros que definen el comportamiento fotovoltaico del panel solar son los siguientes:
Corriente de cortocircuito (Icc o I sc)
Se mide la corriente entre los bornes de un panel solar, cuando estos se cortocircuitan (V = 0). La intensidad de cortocircuito de un panel solar es igual a la de una de sus células multiplicada por el número de filas conectadas en paralelo. Es la máxima intensidad que se puede obtener de un panel solar. Experimentalmente se puede medir con un amperímetro (impedancia muy pequeña) conectado a la salida de los bornes del panel solar fotovoltaico. El valor varía de forma proporcional en función de la radiación solar a la cual la célula o el panel solar están expuestos. Material en Voltaje nominal (Vn) Es el valor del voltaje con el cual trabaja el panel solar fotovoltaico. validación
Voltaje a circuito abierto (Vca o V oc)
Es el máximo voltaje que se mediría entre los bornes de un panel solar si se dejaran los terminales en circuito abierto (I = 0). Esta medida se toma conectando un voltímetro entre los bornes del panel solar cuando no hay carga conectada entre sus extremos. El valor de la medida puede ser mayor que el voltaje nominal del panel solar, por lo que hay que seleccionar una escala de tester superior a los 12 o 24 voltios.
El voltaje de circuito abierto de un panel solar es la de cada una de sus células por el número de células conectadas en serie.
Corriente de potencia máxima
(Ipmáx)
Voltaje de potencia máxima (Vpmáx)
Es el valor de la corriente que puede suministrar el panel solar cuando trabaja a máxima potencia.
Es el valor del voltaje cuando la potencia también es máxima, cuando el panel solar está suministrando la máxima intensidad de corriente.
Potencia máxima (Pm)
Es el máximo valor obtenido al multiplicar la corriente Ipmáx (intensidad cuando la potencia es máxima o corriente en el punto de máxima potencia) y Vpmáx (voltaje cuando la potencia también es máxima o voltaje en el punto de máxima potencia). También se llama potencia de pico del panel solar fotovoltaico (Wp).
Curva voltaje-corriente V-I
Todo generador tiene una curva típica para la potencia de salida en función de la corriente de carga, y los paneles fotovoltaicos no son una excepción. La curva V-I de un panel solar fotovoltaico proporciona, indirectamente, la relación mencionada, ya que asocia los valores de V e I para diferentes cargas. Si se conecta una cierta carga eléctrica al panel, el punto de trabajo vendrá determinado por la corriente I y el voltaje V existentes en el circuito. Estos habrán de ser menores que los Icc y Vca definidos anteriormente.
La potencia (p) que el panel entrega a la carga esta determinada por:
P = I 3 V
La potencia disponible en un panel solar fotovoltaico en un punto cualquiera de la curva se expresa en vatios.
El cortocircuito se produce en un punto de la curva donde el voltaje es 0. En el punto de cortocircuito, la potencia de salida es cero, ya que el voltaje es cero.
El circuito abierto se produce cuando la corriente es cero. En el punto de circuito abierto la potencia de salida también es cero, pero ahora es porque la corriente es cero.
La intensidad (en amperios) se representa en el eje vertical -eje Y-, y el voltaje (en voltios) en el eje horizontal -eje X-.
Intensidad de corriente (A) 3,5
3,0
Isc
ipmax Curva de intensidad
Pmax
2,5
2,0
1,5
1,0 Curva de potencia
0,5 Potencia (W)
60
50
40
30
20
10
0,0 0 2010 155 Vpmax
Voc 0
Condiciones 1kW/m, 25° C, AM 1.5 2 Tensión (V)
Las características del panel solar están definidas para las condiciones estándar de prueba o condiciones estándar de medida (1KW/m2, 25⁰C, AM 1.5).
Condiciones estándar de prueba (Standar Test Condition - STC )
STC son las siglas en inglés de Standar Test Condition, lo cual significa condiciones estándar de medida y se refiere a las condiciones bajo las cuales se deben ensayar los paneles solares fotovoltaicos para establecer sus parámetros básicos. Dentro de los parámetros básicos encontramos:
1000 W/m2
Es el valor de irradiancia que se adopta para el cálculo de los paneles solares fotovoltaicos y no es más que la magnitud utilizada para describir la densidad de potencia incidente por unidad de superficie de todo tipo de radiación electromagnética.
AM 1.5
Significa 1,5 masas de aire y básicamente es el espesor de atmósfera que necesitan atravesar los rayos solares incidentes. Este valor fue diseñado en Europa, pero es el que se usa como modelo de prueba para el diseño de paneles solares. Este valor espectral es de 1.0 AM para Guatemala.
Temperatura de célula 25 ºC
Es la temperatura de operación a 25 ⁰C de la célula, no es la temperatura ambiente. Regularmente la temperatura de la célula siempre va a ser mayor que la temperatura ambiente. A manera de ejemplo, una temperatura de célula de 25 ⁰C corresponde a una temperatura ambiente de -2 ⁰C.
Curva voltaje corriente V-I en función de la irradiancia
El comportamiento eléctrico de un panel solar fotovoltaico varía además con la irradiancia solar. La corriente proporcionada por un panel solar fotovoltaico es directamente proporcional a la energía solar recibida. La corriente aumenta con la radiación y el voltaje permanece más o menos constante, por lo tanto, habrá aumento de potencia.
Intensidad d e la célula/módulos (A )
Isc (stc)
Isc (800)
Isc (600)
Isc (400)
Isc (200) 1000 W/m2
800 W/m2
600 W/m2
400 W/m2
200 W/m
2 PMAX(STC)
PMAX(800)
PMAX(600)
PMAX(400)
PMAX(200)
Rango de variación de Vmpp
Voltaje de la célula/módulos (V)
Voc
Curva voltaje corriente V-I en función de la temperatura
La exposición al sol de las células solares provoca su calentamiento, lo que lleva aparejados cambios en la producción de electricidad; así, el voltaje generado varía de forma inversamente proporcional a la temperatura de las células, sin que esto provoque cambios en la corriente de salida. Altas temperaturas en el panel solar fotovoltaico reducen el voltaje de 0.04 a 0.1 voltios por cada grado centígrado que sube la temperatura. Por esta razón, los paneles solares fotovoltaicos no deberían ser instalados directamente sobre una superficie, si no que debe permitirse al aire circular por detrás de cada panel solar para que su temperatura no suba. Es necesario un espacio de unos 10 cm para proporcionar una ventilación adecuada. La temperatura de las células es superior a la temperatura ambiente, por el calentamiento al que la somete la radiación solar.
La radiación y la temperatura ambiente experimentan además otro tipo de variación, debido a factores diurnos y estacionarios.
Observa la curva voltaje corriente.
Intensidad de la célula/módulos (A )
Isc (STC)
Voc Voltaje de la célula/módulos (V)
-25° C 0° C 25° C 50° C 75° C
Ponlo en práctica
Descarga la ficha técnica de un panel solar fotovoltaico en el siguiente enlace:
https://www.monsolar.com/pdf/ficha-tecnica-panel-solar-24v-SCL-320WP1.pdf
Identifica las características técnicas eléctricas del panel solar y responde.
1 ¿Qué valor tiene la potencia máxima obtenida bajo las condiciones estándar de medida STC? 2 ¿Cuál es la eficiencia del módulo?
3 ¿Cuál es el voltaje óptimo de operación? 4 ¿Cuál es la corriente operativa óptima?
5 ¿Cuál es la corriente de cortocircuito? 6 ¿Cuál es el voltaje de circuito abierto?
7 ¿Cuál es el rango de temperatura operativa? 8 ¿Cuál es el voltaje máximo del sistema?
9 Describe, ¿a qué generación pertenece este panel?
Para apropiarte del conocimiento adquirido en esta lección, consulta el siguiente video
• Principios de paneles solares, parte 5 https://www.youtube.com/watch?v=_KLlnvfB04s
Mira los siguientes videos y luego realiza las actividades propuestas.
• Introducción al sistema solar fotovoltaico, desde el minuto 02:33 hasta el minuto 3:37
https://youtu.be/-XkZcrvn_AE • Principio de paneles solares, parte 4, desde el minuto 06:34 hasta el minuto 20:55
https://youtu.be/9Yz0XgzzqE0 • Principio de paneles solares, parte 6, desde el minuto 4:25 hasta el minuto 15:40
https://youtu.be/PUQjpypTrFI
a. Define qué es el voltaje de circuito abierto y dibuja un diagrama donde lo ejemplifiques.
b. Define qué es la corriente de corto circuito y realice un diagrama donde lo ejemplifiques.
c. Define con tus palabras: ¿cuáles son las condiciones de diseño estándar de un panel solar fotovoltaico, según las condiciones estándar de medida STC?.
d. Explica: ¿cómo afecta la luz solar y la temperatura a un panel solar fotovoltaico? ¿Qué parámetros eléctricos afecta y qué pasa con la eficiencia del panel solar?
3.3 Constante solar
Para medir la cantidad de energía solar que llega a la frontera exterior que delimita la atmósfera se establece la constante solar. Es la misma cantidad de flujo de energía que recibiría la superficie de la Tierra si no tuviera atmósfera.
La constante solar sirve para establecer el valor correspondiente a la energía que incide perpendicularmente en 1 m2 de la parte exterior de la atmósfera.
16% Radiación absorbida por la atmósfera Constante solar = 100%
25% Radiación reflejada por el agua, el hielo de las nubes y por el polvo (se pierde) Radiación difundida por la atmósfera hacia el espacio (se pierde)
7%
Radiación reflejada por el suelo (se pierde)
5% Radiación difusa
26% Radiación absorbida por las nubes
1% Radiación difundida por la atmósfera hacia el cielo
Radiación directa
14% 11%
Se llama constante solar a la radiación solar (flujo o densidad de potencia de la radiación solar) recogida fuera de la atmósfera sobre una superficie perpendicular a los rayos solares. Su valor es de 1,353 W/m2, y varía más o menos 3% durante el año porque la órbita de la Tierra es de forma elíptica.
La radiación solar incide sobre la superficie de la Tierra después de atravesar la atmósfera, en la que se debilita por efecto de reflexión, difusión y absorción de la materia atmosférica. La atmósfera absorbe parte de la radiación solar. En unas condiciones óptimas, con un día perfectamente claro y con los rayos del sol cayendo casi perpendiculares, las tres cuartas partes de la energía que llega del exterior, con mucho, alcanzan la superficie. El resto se refleja en la atmósfera y se dirige al espacio exterior. Las nubes son en gran parte las responsables de ello. Casi toda la radiación ultravioleta y gran parte de la infrarroja son absorbidas por el ozono y otros gases en la parte alta de la atmósfera. El vapor de agua y otros componentes atmosféricos absorben en mayor o menor medida la luz visible e infrarroja.
A partir de los fenómenos de reflexión, difusión y absorción, podemos deducir que la radiación que incide en la atmósfera no coincide con la disponible al nivel del mar, por lo que la constante solar anterior ya no es válida en la superficie de la Tierra. Aquí, en condiciones atmosféricas óptimas: día soleado de verano, cielo totalmente despejado, en una superficie de 1 m2 perpendicular al sol, la luz solar plena registra un valor de 1,000W/m2 .
Sin embargo, pueden darse otras situaciones en las que la radiación solar tenga valores distintos: varía según el momento del día, también varía considerablemente de un lugar a otro, especialmente en regiones montañosas, y a la diferencia de la posición relativa del sol en el cielo (elevación solar), la cual depende de la latitud de cada lugar. Hay que tener esto en cuenta cuando la instalación solar prevé hacerse en gran altitud, por ejemplo en refugios de montaña o repetidores de comunicación, ya que a mayor altitud menor es el espesor de atmósfera que debe atravesar la radiación y, por tanto, aumenta la energía disponible.
En las tablas podemos ver ejemplos de cómo varía la intensidad de la radiación en función de la altitud sobre el nivel del mar, y cómo influyen las condiciones climatológicas.
Variación de la radiación incidente con la altitud
Altitud sobre el nivel del mar (m) 0 900 1,500 2,250 3,000
Intensidad de la radiación (W/m2) 950 1.050 1,100 1,150 1,190
Influencia de las condiciones climatológicas en la radiación incidente
Condiciones climatológicas Radiación global (W/m2) Porcentaje de difusa (%)
Cielo despejado
Cielo parcialmente nuboso 750-1,000
200-500 10-20
20-90
Fuente: Sanchéz, M (s.f.)
I. Haz un ensayo de la aplicación de los esquemas de conexión con iluminación natural y con iluminación artificial. Determina el funcionamiento de una célula o panel solar fotovoltaico por medio de la medición de los parámetros de corriente de corto circuito (Ic) y el voltaje de circuito abierto (Voc).
Para el ensayo con iluminación artificial necesitará:
1 célula solar fotovoltaica de 0.5V @2A o bien un panel solar fotovoltaico que esté a su alcance 1 solarímetro, piranómetro o luxómetro, para medir la intensidad de la luz artificial 1 multímetro con medición de temperatura 2 conectores caimanes 60 -70 cm 1 resistencia de 0.1Ω @22W 1 voltímetro (Escala 2V en CC) 1 lámpara PAR-38 de 110V@100W 1 amperímetro (Escala 10A en CC)
Esquema de conexión para el ensayo realizado en el interior (iluminación artificial).
Lámpara
Célula fotovoltaica
Lámpara
Para el ensayo con iluminación natural necesitará:
Célula fotovoltaica
Amperímetro
VoltímetroAmperímetro
Célula fotovoltaica
1 célula solar fotovoltaica de 0.5V @2A o bien un panel solar fotovoltaico que esté a su alcance. Amperímetro 1 solarímetro, piranómetro o Irradiancia solar luxómetro, para medir la intensidad de la luz solar. 1 multímetro con medición de Voltímetro temperatura. 2 conectores caimanes 60 -70 cm 1 resistencia de 0.1Ω @2W voltímetro (Escala 2V en CC) amperímetro (Escala 10A en CC)
Esquema de conexión para el ensayo realizado en el exterior (luz natural).
Irradiancia solar
Célula fotovoltaica
Amperímetro
Voltímetro
Voltímetro
Procedimiento:
1 Construye cada esquemas de conexión utilizando como base el diagrama anterior. 2 Cierra el circuito del ensayo con conexión para iluminación artificial y anota tus resultados de la siguiente en la siguiente tabla:
Vco
Icc Resultados de la medición obtenida en el ensayo de Luz Artificial
Tensión [V] Corriente [A] Potencia [W]
Radiación [W/m2] Temperatura [ºC]
3 Con base a los resultados obtenidos dibuja las gráficas de relación de parámetros:
a. las Curvas de Corriente-Voltaje b. de Potencia-Voltaje 4 Calcula el rendimiento y el factor de forma de la célula fotovoltaica caracterizada con la radiación de la lámpara. 5 Cierra el circuito del ensayo con conexión para iluminación natural y anota tus resultados de la siguiente en la siguiente tabla:
Vco
Icc Resultados de la medición obtenida en el ensayo de Luz Artificial
Tensión [V] Corriente [A] Potencia [W]
Radiación [W/m2] Temperatura [ºC]
6 Con base a los resultados obtenidos dibuja las gráficas de relación de parámetros:
a. las Curvas de Corriente-Voltaje b. de Potencia-Voltaje 7 Calcula el rendimiento y el factor de forma de la célula fotovoltaica caracterizada con la radiación solar.
8 Por último, basado en los resultados obtenidos, realizar el análisis de comportamiento de las Curvas, rendimiento operacional y del factor de forma del dispositivo estudiado en los ensayos. 9 Compara los datos obtenidos con el comportamiento esperado habitual con la influencia de la temperatura, en estas condiciones:
a. si hay aumento de la intensidad de cortocircuito b. si hay disminución de la tensión de circuito abierto c. los comportamientos del Factor de Forma y el Rendimiento.
Mira los siguientes videos y luego realiza las actividades indicadas.
• Entender la radiación solar:
https://www.youtube.com/watch?v=iHku7mL9FYI • Teoría básica de la energía solar, desde el minuto 10:33 hasta el minuto 12:30
https://youtu.be/4aIqZ9KdC_M
• Video que contiene diferentes temas, desde el minuto 03:38 hasta el minuto 07:36
https://youtu.be/s_Dk3XvB2ZU
a. ¿A qué se llama constante solar?
b. ¿Cuáles son las componentes de la radiación total que incide sobre una Material en superficie inclinada? validación c. Marca la letra V si las siguientes afirmaciones son verdaderas o la letra F si son falsas:
Las tecnologías de capa delgada, thin-films, implican la utilización de materiales tóxicos o que son escasos.
Verdadero Falso
La radiación de albedo es igual a la radiación reflejada.
Verdadero Falso
En un día de cielo despejado y sol radiante mayoritariamente tenemos radiación difusa.
Verdadero Falso
El nivel de radiación de albedo de un vehículo rojo es mayor que el de la nieve.
Verdadero Falso
El albedo es variable de un lugar a otro y de un instante a otro, depende de la cobertura nubosa, naturaleza de la superficie, inclinación de los rayos solares, partículas en el aire. Verdadero Falso
La radiación directa contempla luz ultravioleta, luz visible y luz infrarroja Verdadero Falso
d. ¿Cómo se relacionan las componentes de la radiación solar con el espectro electromagnético? Razona tu respuesta.
e. En iguales condiciones de radiación solar directa (con cielo despejado y sol brillante), explica:
¿cuál cuerpo absorbe más los rayos del sol: un cuerpo negro o un cuerpo blanco?
¿Cuál presenta mayor temperatura, según el espectro de radiación?
Realiza el ejercicio práctico que se presenta en el siguiente enlace:
https://www.youtube.com/watch?v=Vjf8f-gI0YM
La finalidad de esta práctica es comprobar el nivel de luz solar reflejada en dos diferentes superficies comprobando con ello el albedo solar.
Los materiales que necesitarás para su desarrollo son los siguientes:
1 playera blanca 1 playera negra 1 termómetro de temperatura digital
Completa el ejercicio práctico, investigando en fuentes digitales confiables (Ej. Google Scholar o bibliotecas virtuales) y describe al menos 6 instrumentos meteorológicos para las medidas de la radiación directa, difusa y reflejada o albedo, presente los resultados obtenidos en la práctica. Luego, discútelos con sus compañeros.
Marca con un cheque lo que has aprendido en esta unidad.
Aprendizaje
1. Diferencio cómo es una conexión de paneles solares fotovoltaicos en serie de una conexión en paralelo.
2. Comprendo los parámetros eléctricos que definen un panel solar fotovoltaico.
3. Entiendo cuáles son las condiciones
Estándar de Prueba (Standard Test
Condition - STC)
4. Comprendo la curva voltaje corriente V-I en función de la irradiancia.
5. Comprendo la curva voltaje corriente V-I en función de la temperatura.
6. Explico la importancia que tiene la constante solar.
