« Unitat 1. Muntatges d'instal·lacions solars fotovoltaiques

Principis bàsics de l'energia solar

Cerca dels valors de radiació incident

L'objectiu d'aquesta activitat és familiaritzar-se amb la utilització de les dades de radiació solar i reconèixer els valors concrets d'aquesta.

1. Obriu el document "Atles de radiació solar a Catalunya".

2. Busqueu en les taules de radiació "annex IV - Taules de radiació solar global diària sobre superfícies inclinades (MJ/m2/dia)" les dades de radiació corresponents a Tarragona.

3. Tenint en compte les dades mostrades en les taules, determineu els valors de radiació solar en kWh/dia/m2 en les condicions de la taula.

4.

Desembre Juliol Tot l'any
Orientació sud inclinació 30º
Orientació 60º est inclinació 30º
Orientació sud inclinació 90º
Orientació 60º est inclinació 30º
Orientació sud inclinació 50º

Determineu la radiació en kWh/m2/dia (1 kWh = 3,6 MJ).

5. Observant les dades adjuntes, determineu quina orientació i inclinació permet assolir una quantitat més gran de radiació incident.

6. Determineu la radiació anual incident en una superfície de 10 m2 situada a Tarragona amb una orientació sud de 30º.

Reconeixement del rendiment del tipus de panell

L'objectiu d'aquesta activitat és familiaritzar-se amb les dades facilitades pels fabricants i comparar els valors de rendiment de diferents tipus de panells fotovoltaics.

Consulteu a Internet les pàgines web de les següents empreses: ISOFOTON, SILIKEN, RUBBERSUN. Les adreces són les següents:

1. Determineu el tipus de panell de cada un dels fabricants (monocristal·lí, policristal·lí i amorf).

2. Establiu el rendiment mitjà de cada panell aplicant l'expressió següent:

Caracterització elèctrica d'un panell fotovoltaic

L'objectiu d'aquesta activitat és reconèixer els paràmetres elèctrics associats als panells fotovoltaics que es representen en el gràfic típic de caracterització del panell; d'una altra banda, haureu d'identificar la relació que hi ha entre els valors elèctrics subministrats pel panell i el valor resistiu dels elements que hi estan connectats.

Un panell solar fotovoltaic és un dispositiu que transformarà directament la llum solar en energia elèctrica de corrent continu. Per entendre millor el funcionament i els fenòmens elèctrics que es donen en la producció fotovoltaica, definirem el panell fotovoltaic com un generador de corrent I que en exposar-se a un nivell determinat d'il·luminació presentarà una tensió V, entre borns, que dependrà dels valors resistius associats al panell (resistència interna o valor resistiu dels elements connectats al panell).

A continuació us mostrem dos gràfics que il·lustren com pot afectar el valor de les resistències associades al panell, en la forma de la corba I – V del panell.

Per tal d'avaluar aquests efectes us proposem que feu uns quants assajos:

1. Mesures sense càrrega (mesura amb el polímetre amb l'escala de CC):

a. Mesura de tensions en borners que il·luminen el panell amb el focus perpendicular al panell amb una altura de 15 cm (per això haureu de fer servir el braç articulat de la làmpada). Aquest valor és el que habitualment es coneix com a tensió en circuit obert i fa referència a la tensió màxima que pot subministrar un panell, ja que en aquest cas la intensitat circulant serà 0. En les cèl·lules de silici el valor de tensió en circuit obert habitualment se situa al voltant dels 0,6 V.

b. Mesura de la intensitat en borners amb la il·luminació del focus perpendicular. Aquest valor es coneix com a intensitat de curtcircuit i fa referència a la intensitat màxima que pot subministrar un panell per a una determinada il·luminació incident. Cal considerar que en aquest cas la tensió serà 0. En les cèl·lules de silici el valor d'intensitat de curt circuit habitualment se situa al voltant dels 0,1-0,35 A per cm2 de panell.

2. Mesures amb una càrrega connectada (mesura amb el polímetre amb l'escala de CC):

a. Mesura dels valors anteriors però incorporant una resistència al circuit. En aquest cas el panell treballa en càrrega i aquests valors dependran del valor resistiu de la càrrega.

Mesura Càrrega
de 0 Ω		 Càrrega
de 2 Ω		 Càrrega
de 5 Ω		 Càrrega
de 7 Ω		 Càrrega
de 9 Ω
Tensió
Intensitat

b. Representació gràfica de les lectures elèctriques:

  • Dibuixeu en el gràfic següent les mesures elèctriques obtingudes en els assajos anteriors.
  • Uniu amb una línia els punts marcats en el gràfic:

Podeu observar la corba I – V del panell d'assaig amb unes condicions fixades i que principalment variarà en funció del valor resistiu de la càrrega connectada.

c. Comportament elèctric del panell connectat sobre una bateria.

Mesureu els valors de la taula:

Mesura Bateria carregada Bateria totalment descarregada
Tensió
Intensitat

En aquest cas el panell s'adapta a la tensió de la bateria per la resistència interna de la bateria.

Variacions de la corba de resposta I – V

L'objectiu d'aquesta activitat és comprovar com varien els paràmetres elèctrics de la cèl·lula en funció de la càrrega que s'hi connecta.

El panell fotovoltaic, com a generador elèctric, està subjecte a unes condicions ambientals determinades, especialment la il·luminació (radiació) incident i la temperatura, que influeixen en els factors següents:

  • Com més temperatura el panell disminueix la tensió; en conseqüència, amb l'augment de temperatura disminueix la potència generada.
  • Com més il·luminació (radiació) més intensitat; en conseqüència, el panell genera mes potència.

A continuació us mostrem dos gràfics que representen gràficament els valors de tensió i intensitat en funció de la temperatura i radiació incident.

Per tal d'avaluar aquests efectes farem una sèrie d'assajos:

1. Mesures amb variació de temperatura (mesura amb el polímetre amb l'escala de CC).

a. Mesureu els valors de la taula següent:

Mesura Càrrega
de 0 Ω		 Càrrega
de 2 Ω		 Càrrega
de 5 Ω		 Càrrega
de 7 Ω		 Càrrega
de 9 Ω
Tensió
Intensitat

b. Situeu uns quants glaçons a sota del panell, deixeu que baixi la temperatura del panell i torneu a mesurar els valors de la taula:

Mesura Càrrega
de 0 Ω		 Càrrega
de 2 Ω		 Càrrega
de 5 Ω		 Càrrega
de 7 Ω		 Càrrega
de 9 Ω
Tensió
Intensitat

c. Dibuixeu en el gràfic següent les mesures elèctriques obtingudes en els assajos anteriors i uniu amb línies de diferent color els punts marcats corresponents a cada una de les temperatures.

Com podeu observar, la corba corresponent a una temperatura inferior ens proporciona un valor de tensió superior, i fent el càlcul de potència en cada un dels casos podem concloure que en les cèl·lules fotovoltaiques com més temperatura menys rendiment tenen.

2. Mesures amb variació d'il·luminació (radiació) incident (mesura amb el polímetre amb l'escala de CC).

a. Mesureu els valors de les taules següents en les posicions de la lluminària indicats (per això haureu de fer servir el braç articulat de la làmpada).

Amb el focus a una altura (a) de 15 cm i una inclinació (b) de 90º
Mesura Càrrega
de 0 Ω		 Càrrega
de 2 Ω		 Càrrega
de 5 Ω		 Càrrega
de 7 Ω		 Càrrega
de 9 Ω
Tensió
Intensitat
Amb el focus a una altura (a) de 40 cm i una inclinació (b) de 90º
Mesura Càrrega
de 0 Ω		 Càrrega
de 2 Ω		 Càrrega
de 5 Ω		 Càrrega
de 7 Ω		 Càrrega
de 9 Ω
Tensió
Intensitat
Amb el focus a una altura (a) de 15 cm i una inclinació (b) de 45º
Mesura Càrrega
de 0 Ω		 Càrrega
de 2 Ω		 Càrrega
de 5 Ω		 Càrrega
de 7 Ω		 Càrrega
de 9 Ω
Tensió
Intensitat
Amb el focus a una altura (a) de 15 cm i una inclinació (b) de 15º
Mesura Càrrega
de 0 Ω		 Càrrega
de 2 Ω		 Càrrega
de 5 Ω		 Càrrega
de 7 Ω		 Càrrega
de 9 Ω
Tensió
Intensitat

b. Dibuixeu en el gràfic següent les mesures elèctriques obtingudes en els assajos anteriors i uniu amb línies de diferent color els punts marcats corresponents a cada una de les temperatures.

Observeu que en augmentar la distància del focus o en inclinar-lo, la llum es dispersa i incideix en menys quantitat (intensitat) de llum per unitat de superfície, cosa que fa reduir de manera significativa la intensitat d'electricitat generada pel panell i, en conseqüència, la potència total generada per aquesta.