PEP 1, SOLAR Flashcards
ESPECTRO SOLAR
El espectro solar comprende toda la radiación electromagnética emitida por el Sol, distribuida en ultravioleta (5%), luz visible (43%) e infrarrojo (52%). A nivel de la Tierra, la atmósfera filtra gran parte de la radiación UV y algunas porciones del infrarrojo, dejando una irradiancia máxima en el espectro visible. Esta distribución se mide en función de la longitud de onda y la irradiancia (W/m²/μm), siendo de gran importancia para aplicaciones energéticas, como los paneles solares, que optimizan la captación según estos rangos espectrales.
RANGO DE PANALES SOLARES CAPTADO POR EL ESPECTRO SOLAR
El mejor rango para la captación de energía solar en paneles fotovoltaicos es la luz visible (400-700 nm) y parte del infrarrojo cercano (hasta 1100 nm). Este rango maximiza la eficiencia de conversión de la radiación solar en electricidad, aprovechando la mayor parte de la energía que llega a la superficie terrestre.
EN QUE EU SE MIDE LA ENERGÍA DEL SOL
valor instantaneo W/m2 (irradiancia)
valor totalizado en un periodo de tiempo kWh/m2 (radiación)
COMO SE MIDE LA IRRADIANCIA
PIRANÓMETRO
MAPA AZIMUT VS LA ELEVACION
En conjunto, los mapas azimutales y de elevación son herramientas complementarias que permiten a los ingenieros y diseñadores de sistemas solares analizar y entender la radiación solar en su ubicación específica. Al optimizar tanto la orientación (azimut) como la inclinación (elevación) de los paneles solares, se puede maximizar la eficiencia de captación de energía, lo que resulta en un sistema más efectivo y rentable. Estos mapas son particularmente útiles para evaluar el potencial solar de un sitio antes de la instalación y para realizar ajustes que mejoren el rendimiento a lo largo del tiempo.
CICLO DIARIO DEL SOL Y “CIELO LIMPIO”
Por otro lado, el término “cielo limpio” indica condiciones atmosféricas óptimas para la captación solar, donde la atmósfera está libre de nubes y contaminación. En un gráfico que representa estas condiciones, la irradiancia solar sería alta en el rango de la luz visible e infrarrojo, indicando una mayor cantidad de energía disponible. Comparado con un cielo nublado o contaminado, un cielo limpio muestra una curva de irradiancia más alta, lo que implica un rendimiento óptimo para los sistemas solares.
tipos de radiacion: directa y difusa
directa: radiación solar que llega directamente del sol sin ser dispersada o reflejada alcanza su máximo cuando el sol está en su punto más alto en el cielo formando una curva con una forma de campana.
difusa: parte de la radiación solar que ha sido dispersada por las moléculas y partículas en la atmósfera antes de llegar a la superficie terrestre La radiación difusa tiende a ser más constante a lo largo del día. En un gráfico que muestra la radiación solar difusa en función del tiempo, la curva sería más plana, con valores que se mantienen relativamente altos durante la mayor parte del día, aunque puede haber un ligero aumento durante las horas en las que hay más luz solar disponible.
VARIABLE ALEATORIA
La radiación total puede calcularse sobre un intervalo, pero depende de factores aleatorios,
Variable Aleatoria (VA): Es una magnitud cuyos valores se determinan por probabilidad, representando posibles resultados de un experimento aleatorio.
*modelamiento del recurso solar se basa en la irradiancia, que muestra el comportamiento instantáneo del recurso.
DIFERENCIA ENTRE IRRADIANCIA Y RADIACION
Irradiancia: Potencia solar por unidad de área en un instante (instantánea). radiación solar que incide sobre una superficie por unidad de área, expresada en
𝑊/𝑚2 (vatios por metro cuadrado).
Radiación: Energía solar total recibida sobre un período de tiempo (acumulada). una hora o un día) sobre una superficie, medida en
𝑊ℎ/𝑚2 (vatios-hora por metro cuadrado)
ESTADÍSTICAS Y LA VARIABLE ALEATORIA DE IRRADIANCIA
Valor Esperado (Ω): Representa el promedio de irradiancia que se espera en un período, calculado a partir de datos históricos.
Desviación Estándar (σ): Mide la variabilidad de la irradiancia en torno a Ω. Una alta desviación estándar indica grandes fluctuaciones, lo que significa que la irradiancia es menos predecible; una baja desviación estándar indica irradiancia más constante.
Esta variabilidad estadística permite modelar y anticipar la distribución probable de la irradiancia a lo largo del tiempo, aunque no se puedan prever los valores exactos en cada instante.
La energía o potencia que se puede obtener de un recurso solar depende en general de los siguientes aspectos:
-Cantidad de elementos de captura.
-Posicionamiento de los elementos de captura.
-La eficiencia asociada a las diferentes etapas de los elementos de
captura/transformación/almacenamiento.
POSICIONAMIENTO DE LOS PANELES
el posicionamiento adecuado de los paneles solares permite optimizar la captación de radiación solar, maximizando la generación de energía y mejorando la rentabilidad del sistema a largo plazo.
Definición de HPS o HPE
Las HPS son útiles para dimensionar sistemas fotovoltaicos, ya que ayudan a estimar cuánta energía producirán los paneles solares en promedio cada día.
Al conocer las HPS de una ubicación específica, se puede evaluar la viabilidad y eficiencia de instalar sistemas solares en esa área y dimensionar adecuadamente los paneles y almacenamiento.
juntura p-n, PARA QUE PUEDA SUPERAR EL UMBRAL O BANDA DE CONDUCCION.
- La cantidad de energía depende del largo de onda (frecuencia) de la
componente de irradiancia considerada. - La cantidad de energía que es transmitida al material por unidad de
distancia recorrida también depende del largo de onda y del material
mismo.
EFICIENCIA DE CELDA
ACOTADA AL 50%, POR
Perdidas por Termalización: Ocurren cuando al electrón se le entrega mas energía de la necesaria para alcanzar la banda de conducción, la energía adicional se pierde en forma de calor cuando el electrón “baja” hasta a la banda de conducción.
Perdidas por Transmisión: Ciertos largos de onda (por sobre los 1100nm) atraviesan el material sin entregar la energía necesaria para transportar al electrón hasta a la banda de conducción
potencias y mpp, celdas fotovoltasicas
El MPPT permite que los paneles trabajen siempre en su MPP para extraer la mayor cantidad de energía posible.
Factores que Afectan el MPP
Irradiancia: Un aumento en la irradiancia incrementa la corriente, pero también cambia el MPP.
Temperatura: El aumento de la temperatura suele reducir el voltaje, desplazando el MPP hacia valores más bajos.
Sombreado: Cambios en la iluminación pueden provocar múltiples MPP en una curva, complicando el seguimiento del punto óptimo.
Resumen de Por Qué la Irradiancia Afecta el MPP
La irradiancia afecta el MPP porque al modificar la corriente generada, cambia el punto de equilibrio entre corriente y voltaje donde la celda produce su máxima potencia. A mayores niveles de irradiancia, el MPP se mueve a valores de corriente más altos, alterando la posición óptima en la curva I-V.
Isc, Voc, FF y eficiencia
son variables clave para evaluar el rendimiento de una celda fotovoltaica. La corriente de corto circuito e irradiancia ayudan a estimar la corriente generada; el voltaje de circuito abierto da el máximo voltaje en condiciones ideales; el Fill Factor indica la calidad de conversión, y la eficiencia muestra qué tan bien la celda convierte la luz solar en electricidad útil.
para que son agrupadas las celdas fotovoltaicas
Aumentar la Potencia de Salida
Adaptación a Sistemas de Mayor Consumo
Conexiones de Celdas
En Serie: Aumenta el voltaje de salida.
En Paralelo: Aumenta la corriente de salida.
Diferencias entre celdas monocristalinas y policristalinas
Monocristalinas: Mayor eficiencia, mejor rendimiento en altas temperaturas y baja luz, mayor costo, apariencia uniforme y oscura.
Policristalinas: Menor costo, menor eficiencia, rendimiento ligeramente inferior en condiciones extremas, apariencia azulada con un patrón moteado.
Proteccion de diodo por arreglo de columnas, EXPLIQUE/JUSTIFIQUE
Explicación de los Diodos de Bypass
Los diodos de bypass se colocan para proteger las celdas fotovoltaicas de problemas de sobrecalentamiento (hot spots) y pérdida de eficiencia cuando algunas celdas están sombreadas. Estos diodos permiten que la corriente “salte” sobre las celdas sombreadas, manteniendo el flujo de corriente en el resto del módulo.
Resumen
El sombreado horizontal es más dañino porque interfiere con múltiples columnas, activando varios diodos de bypass y desconectando grandes secciones del panel, lo que disminuye la producción de energía de manera más significativa que el sombreado vertical, el cual afecta solo una columna a la vez.
El regulador de carga en un sistema fotovoltaico
Funciones del Regulador de Carga y la Interfaz EDP
Optimización del Punto de Máxima Potencia (MPP)
Protección de la Batería
Adaptación a Condiciones de Luz Variables
Estabilidad en la Entrega de Energía
La interfaz EDP en el regulador de carga ayuda a ajustar la entrega de energía al punto óptimo de la curva V-I de los paneles solares, maximizando la eficiencia en la generación de energía. Esto es esencial para optimizar la carga de la batería, protegerla, y asegurar la operación estable y eficiente del sistema fotovoltaico bajo diferentes condiciones de luz.
necesidad de un regulador en un sistema fotovoltaico, ¿que es el control del soc?
¿Qué es el Control del Estado de Carga (SoC)?
El SoC (State of Charge) o estado de carga indica el nivel de energía almacenada en la batería en un momento dado, generalmente expresado en porcentaje (0% a 100%). El control del SoC es la función del regulador que monitorea y administra el nivel de carga de la batería en tiempo real.
Funciones del Control del SoC
Protección Contra Sobrecargas y Descargas Profundas:
Optimización de Ciclos de Carga y Descarga:
Eficiencia en la Gestión de Energía:
Indicador del Nivel de Energía:
por ejemplo en imagen MUESTRA CUANDO EL ARREGLO ESTÁ A MÁXIMA CARGA, EL SOC REGULA LA CORRIENTE QUE LLEGA HACIA LAS BATERÍAS, ASÍ PROTEGIENDOLAS.
TAMBIÉN CUANDO NO HAY ENERGÍA ALMACENADA, DESCONECTA LAS CARGAS DEL CIRCUITO AGUAS ABAJO.
QUE ES EL BULK CHARGING Y EL FLOAT CHARGING
Bulk Charging es la fase de carga rápida, donde se llena la batería hasta un alto porcentaje de su capacidad con alta corriente.
Float Charging es la fase de mantenimiento, donde se reduce la corriente para mantener la batería llena sin sobrecargarla.
ALGORITMOS MPPT, TRACKING DIRECTO E INDIRECTO
Conclusión
Tracking Directo es ideal para sistemas donde las condiciones de irradiancia varían con frecuencia (por ejemplo, en lugares con nubosidad variable).
Tracking Indirecto es más adecuado para entornos con luz solar más constante y para sistemas donde se desea simplicidad y menor consumo energético.
ALGORITMOS MPPT, EJEMPLOS TRACKING INDIRECTOS
Constant Voltage (CV): El sistema mantiene un voltaje constante cercano al MPP estimado en función de la curva V-I conocida.
Current Sweep: Se realiza un barrido de corriente a intervalos para aproximarse a una curva de referencia.
ALGORITMOS MPPT, EJEMPLOS TRACKING DIRECTOS
Perturb and Observe (P&O): Se perturba (o ajusta) la tensión de operación del panel y se observa el cambio en la potencia. Si la potencia aumenta, el ajuste continúa en la misma dirección; si disminuye, se cambia la dirección.
Incremental Conductance (IncCond): Compara la conductancia incremental de la curva V-I del panel con su conductancia instantánea para identificar el MPP.
DIBUJE LA CONSTRUCCIÓN DE LAS BATERÍAS
DIBUJE LA CONSTRUCCIÓN QUÍMICA DE LAS BATERÍAS
Principio de oxido-reducción:
Reacción Química: Cuando una batería se descarga, ocurre una reacción redox. Por ejemplo, en una batería de ion de litio:
El litio se oxida al liberar electrones.
Los electrones fluyen a través de un circuito externo, generando electricidad.
Los electrones son aceptados por el material de cátodo, donde ocurre la reducción.
QUIEREN REDUCIR (GANAR ELECTRONES):
ORO
COBRE
NIQUEL
QUIERE OXIDARSE (LIBERAR ELECTRONES):
LITIO
POTASIO
SODIO
Tipos de baterías:
*Plomo ácido abiertas o de mínimo mantenimiento.
*Plomo ácido selladas o libres de mantenimiento.
*De gel selladas o libre mantenimiento.
Inversores en Sistemas de Paneles Solares
Los inversores solares transforman la corriente continua (CC) generada por los paneles solares en corriente alterna (CA) compatible con dispositivos eléctricos y redes públicas. Este proceso se logra mediante transistores de potencia (como IGBTs o MOSFETs) que conmutan a alta frecuencia para generar una forma de onda aproximada, controlada por técnicas como la modulación por ancho de pulso (PWM). La PWM ajusta los pulsos de encendido y apagado para producir una onda cuadrada modulada que, al pasar por filtros de salida (condensadores e inductores), se suaviza hasta obtener una onda sinusoidal limpia y eficiente. Los inversores modernos alcanzan eficiencias superiores al 95% y garantizan alta calidad en la señal, crucial para evitar daños en equipos y cumplir con los estándares de la red eléctrica, siendo fundamentales para el rendimiento y la integración de la energía solar.
Que es la protección anti-isla
De los sistemas inversores solares
La protección anti-isla es una función en los inversores solares conectados a la red que desconecta automáticamente el sistema cuando se pierde la conexión con la red principal, evitando que el inversor siga suministrando energía de forma aislada. Esto previene riesgos para los técnicos que trabajan en la red, problemas de calidad de energía y daños en los sistemas eléctricos. Utiliza métodos pasivos (monitoreo de frecuencia y voltaje), activos (perturbaciones en la señal) o comunicación directa con la red para detectar la desconexión. Es obligatoria bajo normativas internacionales como IEEE 1547 e IEC 62116 para garantizar la seguridad y estabilidad de la red.
Potencia y MPP
La potencia de un panel solar depende de la relación entre voltaje y corriente, alcanzando su valor máximo en el Punto de Máxima Potencia (MPP), que varía según la irradiancia solar y la temperatura. El MPP es el punto óptimo en el que el panel genera su máxima eficiencia, y para mantenerlo, los sistemas fotovoltaicos utilizan dispositivos con algoritmos de Seguimiento del Punto de Máxima Potencia (MPPT), que ajustan dinámicamente las condiciones eléctricas del sistema. Esto maximiza la generación de energía, reduce pérdidas y asegura un rendimiento óptimo, adaptándose a las condiciones cambiantes del entorno.
que es el wattpeak
El Watt Peak (Wp) es la medida de la potencia máxima que un panel solar puede generar bajo condiciones estándar de prueba (STC), con irradiancia solar de 1000 W/m², temperatura de la célula a 25 °C y una masa de aire de 1.5. Es una referencia teórica que se utiliza para comparar paneles, dimensionar sistemas fotovoltaicos y estimar la generación de energía, aunque las condiciones reales (temperatura, sombras, inclinación, etc.) pueden causar variaciones respecto a su rendimiento ideal.
caracteristicas de operacion de baterias de sist on grid
Las baterías en sistemas on-grid almacenan el excedente de energía solar para su uso en momentos de baja generación, como la noche o picos de demanda, y funcionan como respaldo durante cortes eléctricos. Su operación es gestionada por inversores híbridos o sistemas de gestión energética (EMS) que priorizan entre usar, almacenar o exportar energía según la demanda y tarifas. Ofrecen ventajas como ahorro económico, reducción de dependencia de la red y mejor integración de renovables, aunque requieren compatibilidad con el sistema, monitoreo regular y representan una inversión inicial significativa. Las baterías de litio destacan por su alta eficiencia, mayor ciclo de vida y capacidad de descarga profunda.
Mencione 3 baterías recurrentes
Baterías de Iones de Litio: Son las más utilizadas en sistemas modernos por su alta eficiencia (90-95%), larga vida útil (3000-6000 ciclos) y capacidad para profundidades de descarga (DoD) superiores al 80-90%. Son ligeras, compactas y de bajo mantenimiento, aunque tienen un costo inicial elevado.
Baterías de Plomo-Ácido: Económicas y ampliamente disponibles, pero con menor eficiencia (70-85%) y vida útil limitada (500-1500 ciclos). Requieren mantenimiento periódico y su profundidad de descarga es baja (50% recomendado), lo que las hace más adecuadas para aplicaciones de menor exigencia.
Baterías de Níquel-Cadmio (Ni-Cd): Resistentes a temperaturas extremas y con larga vida útil, son utilizadas en entornos industriales o remotos. Aunque toleran descargas profundas, su eficiencia es moderada (60-80%) y contienen materiales tóxicos, lo que las hace menos populares en aplicaciones residenciales.
