PRINCIPIOS ELÉCTRICOS DE LA FOTOVOLTAICA 30

La electricidad es el flujo de electrones a través de un circuito. La fuerza o presión de los electrones que se mueven en un circuito se mide como voltaje. El ritmo con que fluyen los electrones se mide como amperaje. La potencia del sistema se mide en watt.

Un volt es la unidad de la fuerza que causa el movimiento de los electrones (presión eléctrica o tensión eléctrica) en un cable. Los volt se representan con la letra (V) y la tensión se representa por el símbolo (E). A la tensión eléctrica en algunas ocasiones se le llama fuerza electro motriz (fem).

Un ampere es la unidad de corriente eléctrica que pasa por un cable. Los amperes se representan por la letra (A) y la corriente se representa por el símbolo (I) (intensidad de la corriente), un cable se mide de acuerdo con el flujo de electrones (corriente) que fluye por él. Una corriente de un ampere por una hora se refiere a un ampere-hora (AH). Este término se usa comúnmente para describir la capacidad de almacenaje de la batería ampere-hora.

Un watt es la unidad de potencia equivalente, en el caso eléctrico, a la potencia disipada por una corriente de un ampere generada baja una tensión de un volt. La potencia, expresada en watt, indica el ritmo con el cual un aparato usa la energía eléctrica o el ritmo con el que se produce la energía eléctrica. Como los consumidores de electricidad necesitan medir cuanta electricidad usan, una unidad de energía eléctrica importante es el watt-hora.

Para calcular los watt-hora hay dos cosas que se deben saber: · La potencia o ritmo de consumo en watt del aparato.

· La duración estimada del tiempo que va a estar trabajando el aparato.

El término watt-hora probablemente resulte familiar, ya que las empresas de servicio eléctrico (CFE) cobran a sus clientes por el número de kilowatt-hora consumidos. Así un kilowatt-hora de energía eléctrica equivale a 1000 watt-hora y se simboliza kWh.

Ecuaciones:

Potencia = Watts (W) = Voltaje (V) x Corriente (A) 1,000W = 1 Kilowatt (kW)

Energía = Watt-hora (Wh) = Watt x Horas 1,000Wh = 1 Kilowatt-hora (kWh)

3.2.2 Tipos de Corriente

Hay dos tipos de corriente eléctrica. Corriente alterna (CA) es la corriente eléctrica en la que la dirección del flujo se invierte a intervalos con una frecuencia regular. Este tipo de corriente es producida por alternadores. En un alternador un campo magnético hace que los electrones fluyan primero en una dirección y luego en la opuesta. Las compañías de electricidad de los servicios públicos suministran corriente alterna. Corriente directa (CD) (también se conoce corno corriente continua (CC) es el tipo de corriente eléctrica producida por un generador que fluye solo en una dirección. Las baterías y módulos fotovoltaicos suministran corriente directa CD.

3.2.3 Acoplamiento de los Aparatos Eléctricos al Sistema

Los diseñadores de sistemas fotovoltaicos adaptan sus sistemas usando las potencias nominales de los aparatos eléctricos dados por los fabricantes, junto con un estimado de cuanto tiempo será utilizado el aparato. Se puede encontrar el ritmo o frecuencia de uso recomendada del equipo, así como su potencia, en la placa de identificación de este. Para usar la información dada en la placa de identificación del aparato eléctrico y acoplar correctamente el suministro de energía eléctrica a los requerimientos del equipo, se debe entender los términos discutidos en este capítulo incluidos potencia (watt), corriente (ampere), tensión o voltaje (volt), corriente alterna (CA) y corriente directa (CD).

3.2.4 Circuitos Eléctricos

Un circuito eléctrico es la trayectoria continua del flujo de electrones desde una fuente de voltaje, tal como una batería o un módulo fotovoltaico, a través de un conductor (cable) hasta una carga y su regreso a la fuente. (Pérez, 2009)

Un circuito eléctrico simple se muestra en la Figura 5 como esquema y como diagrama. Este ejemplo muestra una fuente de voltaje simple, una batería de 12 volt, conectada a una carga simple, un foco de 24 Watt a 12 volt con un interruptor para encender y apagar la luz.

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Figura 5 Diagrama común de carga

Fuente: elaboración propia.

3.2.5 Circuitos en Serie y Paralelo en Fuentes de Energía

Los módulos fotovoltaicos y las baterías son los bloques constituyentes del sistema. Aunque cada módulo o batería tiene un valor dado de voltaje o amperaje, también pueden conectarse entre si para obtener un voltaje deseado para el sistema.

3.2.5.1 Circuito Serie

Conexiones en serie se conectan al terminal positivo (+) de un modulo y al terminal negativo (-) de otro modulo. Cuando los consumos o cargas y las fuentes de energía son conectados en serie, el voltaje aumenta. La conexión en serie no aumenta la corriente producida (el amperaje). La Figura 6 nos muestra a dos módulos cableados en serie, resultando en 24V con 3A.

Figura 6 Conexion de paneles en serie

Fuente: elaboración propia.

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2.2.2 Tipos de Corriente

Hay dos tipos de corriente eléctrica. Corriente alterna (CA) es la corriente eléctrica en la que la dirección del flujo se invierte a intervalos con una frecuencia regular. Este tipo de corriente es producida por alternadores. En un alternador un campo magnético hace que los electrones fluyan primero en una dirección y luego en la opuesta. Las compañías de electricidad de los servicios públicos suministran corriente alterna. Corriente directa (CD) (también se conoce corno corriente continua (CC) es el tipo de corriente eléctrica producida por un generador que fluye solo en una dirección. Las baterías y módulos fotovoltaicos suministran corriente directa CD. 2.2.3 Acoplamiento de los Aparatos Eléctricos al Sistema

Los diseñadores de sistemas fotovoltaicos adaptan sus sistemas usando las potencias nominales de los aparatos eléctricos dados por los fabricantes, junto con un estimado de cuanto tiempo será utilizado el aparato. Se puede encontrar el ritmo o frecuencia de uso recomendada del equipo, así como su potencia, en la placa de identificación de este. Para usar la información dada en la placa de identificación del aparato eléctrico y acoplar correctamente el suministro de energía eléctrica a los requerimientos del equipo, se debe entender los términos discutidos en este capítulo incluidos potencia (watt), corriente (ampere), tensión o voltaje (volt), corriente alterna (CA) y corriente directa (CD).

2.2.4 Circuitos Eléctricos

Un circuito eléctrico es la trayectoria continua del flujo de electrones desde una fuente de voltaje, tal como una batería o un módulo fotovoltaico, a través de un conductor (cable) hasta una carga y su regreso a la fuente. (Pérez, 2009)

Un circuito eléctrico simple se muestra en la (Figura 3) como esquema y como diagrama. Este ejemplo muestra una fuente de voltaje simple, una batería de 12 volt, conectada a una carga simple, un foco de 24 Watt a 12 volt con un interruptor para encender y apagar la luz.

Batería de 12 V

Interruptor

Carga de 24 W (foco)

Figura 3 Circuito eléctrico simple

2.2.5 Circuitos en Serie y Paralelo en Fuentes de Energía

Los módulos fotovoltaicos y las baterías son los bloques constituyentes del sistema. Aunque cada módulo o batería tiene un valor dado de voltaje o amperaje, también pueden conectarse entre si para obtener un voltaje deseado para el sistema.

2.2.5.1 Circuito Serie

Conexiones en serie se conectan al terminal positivo (+) de un modulo y al terminal negativo (-) de otro modulo. Cuando los consumos o cargas y las fuentes de energía son conectados en serie, el voltaje aumenta. La conexión en serie no aumenta la corriente producida (el amperaje). La (figura 4) nos muestra a dos módulos cableados en serie, resultando en 24V con 3A.

+

+

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+

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Figura 4 Módulos FV en serie

2.2.5.2 Circuito Paralelo

La conexión de módulos en paralelo se hace entre las terminales, de positivo (+) a positivo (+) y de negativo (-) a negativo (-). Cuando las cargas o las fuentes se conectan en paralelo, las cargas se suman y el voltaje aplicado al circuito permanece igual. Para aumentar el amperaje (la corriente) de un sistema, las fuentes de voltaje deben conectarse en paralelo. (Maza, 2011)

La (figura 5) muestra módulos FV conectados en paralelo para lograr un sistema con 12 VCD y 6A. Observe que la conexión en paralelo incrementa la corriente producida y no incrementa el voltaje.

  33   3.2.5.2 Circuito paralelo

La conexión de módulos en paralelo se hace entre las terminales, de positivo (+) a positivo (+) y de negativo (-) a negativo (-). Cuando las cargas o las fuentes se conectan en paralelo, las cargas se suman y el voltaje aplicado al circuito permanece igual. Para aumentar el amperaje (la corriente) de un sistema, las fuentes de voltaje deben conectarse en paralelo. (Maza, 2011)

La Figura 7 muestra módulos FV conectados en paralelo para lograr un sistema con 12 VCD y 6A. Observe que la conexión en paralelo incrementa la corriente producida y no incrementa el voltaje.

Figura 7 Conexión de paneles en paralelo

Fuente: elaboración propia.  

3.2.5.3 Circuitos en Serie y Paralelo  

Los circuitos pueden usar una mezcla de conexiones serie y paralelo para obtener los voltajes y corrientes necesarios. En la (Figura 6) aparecen conectados en modo serie-paralelo cuatro módulos de 12 VCD, 3 A. Los módulos se conectan en serie en tiras de a dos, para incrementar el voltaje a 24V. Entonces cada tira es conectada en paralelo al circuito para incrementar la corriente a 6 A. El resultado es un sistema a 24 VCD, 6 A.

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+

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Figura 5 Módulos FV en paralelo

2.2.5.3 Circuitos en Serie y Paralelo

Los circuitos pueden usar una mezcla de conexiones serie y paralelo para obtener los voltajes y corrientes necesarios. En la (Figura 6) aparecen conectados en modo serie-paralelo cuatro módulos de 12 VCD, 3 A. Los módulos se conectan en serie en tiras de a dos, para incrementar el voltaje a 24V. Entonces cada tira es conectada en paralelo al circuito para incrementar la corriente a 6 A. El resultado es un sistema a 24 VCD, 6 A. + + - - + - 24V a 6A Carga 12V CD 3A 12V CD 3A + + - - 12V CD 3A 12V CD 3A

Figura 6 Módulos en serie y paralelo

3.3 EQUIPOS DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO