Energía Solar Fotovoltaica (Sesiones de Laboratorio)

(Sesiones de Laboratorio)

Víctor M. Moreno y Alberto Pigazo Dpto. de Electrónica y Computadores (DEC)

Universidad de Cantabria (UC)

http://grupos.unican.es/taccp/

Taller de Energías Renovables

Programa Sénior

23-24 de Enero de 2013

Elementos

Panel fotovoltaico 20W. Batería.

Regulador-cargador. Inversor.

Foco 1000W con lámpara halógena 3000K. Sensores: LDR, NTC y pinza amperimétrica. Instrumentación: Polímetro y osciloscopio.

En la placa de montaje 12V R1=560Ω + − v1 i1 R2=560Ω + − v2 i2

Polímetro

Medida de resistencias

Realizar la medición de las dos resistencias del circuito Valor (Ω)

R1 R2 R1+R2

Polímetro

Medidas de tensiones Vdc R1 + − V1 i1 R2 + − V2 i2

Medida de las tensiones en las resistencias y en la batería

Valor (V) V1

V2 Vdc

Práctica 1

Medidas indirectas de corrientes

Vdc R1 + − V1 i1 R2 + − V2 i2

Medida indirecta de las corrientes en el circuito Valor (A) I1= _R1V1 I2= RV22 I= Vdc R1+R2

Medidas directas de corriente 1 _{Dejar el circuito} abierto 2 _{Conexión amAy} COM 3 _{Seleccionar escala} A= 4 _{Conectar el polímetro}

en serie con las cargas (cerrando el circuito)

Práctica 1

Medida directa de corriente

Vdc R1 + − V1 i1 R2 + − V2 i2

Medida directa de las corrientes en el circuito mediante polímetro

Valor (A) I

Potencia de las cargas Vdc R1 + − V1 i1 R2 + − V2 i2

Cálculo de la potencia disipada en las resistencias

Valor (W)

P =V ·I

Sensores

Pinza amperimétrica

Permite medir corrientes eléctricas i) sin abrir el circuito y ii) cc. 1 _{Polímetro: Conectar} la pinza aV yCOM. 2 _Polímetro: SeleccionarV =. 3 _{Pinza: Seleccionar la} escala apropiada (100mV/A). 4 Pinza: Ajustar la posición del 0.

Pinza amperimétrica Vdc R1 + − V1 i1 R2 + − V2 i2

Medida directa de la corriente en el circuito mediante la pinza

amperimétrica

Valor Ajustar la posición del “0”

I1(A)

Sensores

TermistorNegative Temperature Coefficient (NTC)

Rdependiente de la

temperatura (Ta) ambiente

SiTa↑yR ↓

TermistorNegative Temperature Coefficient (NTC)

Medir la resistencia de la NTC para dos temperaturas diferentes

Valor (Ω) 21o_C

40oC

Sensores

Light Dependent Resistor, LDR

Rdependiente de la intensidad

de la luz incidente (E)

Si↑E →R↓

Light Dependent Resistor, LDR

Medir la resistencia de la LDR para tres condiciones diferentes de iluminación

Valor (Ω) Oscuridad

Ambiente Foco

Paneles Fotovoltaicos

Especificaciones del panel

Lectura de las características del panel

Vmax Voc VMPP Isc IMPP Pmax

Foco

1000W

Medida deVoc

1 _{Polímetro: ConectarV y}

COM.

2 _{Polímetro: Seleccionar}

V =.

3 _{Panel: Conectar terminal}

con etiqueta blanca al

terminalV del polímetro

4 _{Panel: Conectar el terminal}

libre al terminalCOM del

polímetro

Paneles fotovoltaicos

Medida deIsc

1 _{Polímetro: Conectar 10Ay}

COM.

2 _{Polímetro: Seleccionar}

A=.

3 _{Panel: Conectar terminal}

con etiqueta blanca al

terminal 10Adel polímetro

4 _{Panel: Conectar el terminal}

libre al terminalCOM del

Caracterización del panel

Medida deVoc yIsc bajo diferentes condiciones de operación

condiciones Voc Isc Luz ambi-ente Foco a 45o Foco di-recto Foco di-recto y 2 celdas som-breadas

Práctica 3

Conexión directa de carga al panel

CaracterizaciónI,V yPen una carga de 82Ω

condiciones Voc Isc P

Foco

Tipos Pb-Ácido ventilada Automoción Placas planas Placas tubulares sellada Automoción Placas planas Placas tubulares Gel AGM NiCd

818 ELECTROCHEMICAL STORAGE FOR PHOTOVOLTAICS

V

olumetric ener

gy density

[Wh/kg]

Gravimetric energy density [Wh/kg] 300 200 100 50 100 150 Lead acid SuperCaps NiCd NiNiCl NiMH RAM Li- ion Li-polymer

Figure 18.7 Practical specific volumetric energy density (Wh/l) versus specific gravimetric energy density (Wh/kg) for various secondary battery technologies (data from Table 18.4)

The specific energy densities of batteries are an important parameter to characterise the different battery types. For logistic reasons on supplying the batteries to the systems, gravimetric and volumetric energy densities are a relevant cost factor also for autonomous power supply systems. Figure 18.7 shows an overview of the energy densities of different secondary battery technologies based on an analysis of commercially available products. The figure does not show the theoretical limits of the different technologies.

Table 18.4 gives an overview of the most important properties of several sec-ondary electrochemical accumulators. A more detailed description is given on the NiCd (Section 18.4.2), the nickel-metal hydride (NiMH) (Section 18.4.3), the RAM (Section 18.4.4) and the Lithium batteries (Section 18.4.5) as well as on the double-layer capaci-tors (Section 18.4.6). Lead acid batteries are treated in greater detail in Section 18.4.7. All other battery types have no relevance in the field of autonomous power supply systems. Details on all primary and secondary batteries can be found in [2].

18.4.2 NiCd Batteries

NiCd batteries have been available as a commercial product for many decades and are well-proven products. They have very good properties concerning lifetime and lifetime cycles. They are widely used in heavy-duty applications and in very cold climates. Standard NiCd-battery designs can be operated easily at temperatures of−20◦C and specially designed cells can be operated even up to−50◦C. Nevertheless, NiCd batteries Víctor M. Moreno y Alberto Pigazo Energías Renovables - Energía Solar FV (Laboratorio)

Acumuladores

Definiciones básicas

Capacidad nominal (Ah)

Cantidad de carga que es posible extraer de una batería.

Depende de laTay del valor deIdescarga

Régimen de carga/descarga (horas)

Relaciona la capacidad nominal de la batería y el valor de la corriente a la cual se realiza la carga/descarga

Ejemplo: Una batería de capacidadC20 =100Ah

presenta un régimen de descarga de 20horas

Corriente de descarga: I20 = _régimenC20 =5A

Autodescarga

Pérdida de carga de la batería cuando ésta permanece en circuito abierto.

Profundidad de Descarga (PD)

Cociente entre la carga extraida de la batería y su capacidad nominal.

Práctica 4

Batería

1 _{Obtener las características básicas de la batería de sus}

especificaciones técnicas

2 _{Medir la tensión en circuito abierto de las baterías}

disponibles en cada uno de los puestos

3 _{Asociar esta tensión al estado de carga de la batería}

Cuestiones

12V?

2 _{¿Duración de dos baterías en paralelo?}

1 I_carga= 5W 12V =0.417A→Duración= 7.2Ah 0.417A =17.26horas →DESCARGA TOTAL 2 _SiPD

max =50%→Duración= 7.2_0.417Ah∗0.5_A =8.63horas

3 _Capacidad×₂→_{duplica la duración}

Práctica 4

Batería

1 _{Obtener las características básicas de la batería de sus}

especificaciones técnicas

2 _{Medir la tensión en circuito abierto de las baterías}

disponibles en cada uno de los puestos

3 _{Asociar esta tensión al estado de carga de la batería}

Cuestiones

1 _{¿Duración de la batería cargada para una carga de 5W y}

12V?

2 _{¿Duración de dos baterías en paralelo?}

1 _Icarga= 5W 12V =0.417A→Duración= 7.2Ah 0.417A =17.26horas →DESCARGA TOTAL 2 _SiPD

max =50%→Duración= 7.2_0.417Ah∗0.5_A =8.63horas

Práctica 4

Batería

1 _{Obtener las características básicas de la batería de sus}

especificaciones técnicas

2 _{Medir la tensión en circuito abierto de las baterías}

disponibles en cada uno de los puestos

3 _{Asociar esta tensión al estado de carga de la batería}

Cuestiones

1 _{¿Duración de la batería cargada para una carga de 5W y}

12V? 1 _Icarga= 5W 12V =0.417A→Duración= 7.2Ah 0.417A =17.26horas →DESCARGA TOTAL 2 _SiPD

max =50%→Duración= 7.2_0.417Ah∗0.5_A =8.63horas

3 _Capacidad×₂→_{duplica la duración}

Práctica 4

Batería

1 _{Obtener las características básicas de la batería de sus}

especificaciones técnicas

2 _{Medir la tensión en circuito abierto de las baterías}

disponibles en cada uno de los puestos

3 _{Asociar esta tensión al estado de carga de la batería}

Cuestiones

1 _{¿Duración de la batería cargada para una carga de 5W y}

12V?

2 _{¿Duración de dos baterías en paralelo?}

1 _Icarga= 5W 12V =0.417A→Duración= 7.2Ah 0.417A =17.26horas →DESCARGA TOTAL 2 _SiPD

max =50%→Duración= 7.2_0.417Ah∗0.5_A =8.63horas

FUM-PVC1206L

FUM-PVC1208 Modulación por anchura de pulsos

Corriente continua de salida: 6A/8A

Voc string max.: 26V

Regulador de carga

Evita

Descargas profundas de los acumuladores

Sobrecargas (exceso de corriente en los acumuladores)

Tipo Carga Ventajas Desventajas

Paralelo on/off -Caída tensión FV-baterías pequeña -Simple, barato y fiable

-Potencia disipada en el interruptor -Diodo de bloqueo (acumulador) -Sobrecarga de FV

- Hasta 24Vdc Serie on/off -No requiere disipar potencia

- Simple, barato y fiable Serie/

Par-alelo lineal V≈cte -Ecualización del acumulador -Pérdidas en el controlador Serie/

Paralelo PWM

V≈cte

-Ecualización del acumulador -Método a V cte con pérdidas míni-mas

-Seguimiento del MPP

-Caída de tensión en el controlador - Mayor complejidad que on/off -Puede causar problemas CEM

Controladores de carga - Características

Consumo interno pequeño (<5mA)

Gran eficiencia (96%a 98%)

Desconexión de la carga en caso de una descarga profunda del acumulador

Carga a tensiones elevadas para provocar gasificación Compensación de la temperatura mediante ajuste de la tensión de carga

Evitar la polarización inversa

Tensiones de ruptura de la electrónica de potencia dos veces mayor que la tensión en circuito abierto del generador fotovoltaico

Protección contra sobretensiones integrada

Potencia limitada (Pueden conectarse varios en paralelo)

Práctica 5

Características del regulador de carga

Planta FV aislada operando en cc Regulador de Carga Acumulador Carga 12V + + + - -V1 I1 V2 I2 V3 I3 V1 I1 V2 I2 V3 I3 P1 P2 P3 Luz ambiente Foco

Inversor FV

FUM-PVC1206L HQ Power PSI-600

Convierte la señal cc a ca (50Hz) Tipos:

Señal sinusoidal Señal cuadrada

Características básicas

Rango de tensiones de entrada amplio (−10%a 30%del

valor nominal)

Tensión de salida tan sinuosoidal como sea posible Variaciones pequeñas de la señal de tensión de salida (amplitud y frecuencia)

Gran eficiencia a carga parcial (al menos 90%al 10%de la

carga)

Capacidad de operar con sobrecargas cortas (2 o 3 veces

la corriente nominal durante 5spara refrigeradores y

lavadoras)

Sobretensiones lo más pequeñas posibles para cargas inductivas y capacitivas

Capacidad de soportar cortocircuitos

Práctica 6

Características del inversor FV

Planta FV aislada operando en ca Regulador de Carga Acumulador Carga 12V Inversor carga 220V + + + + + - -- -V1 I1 V2 I2 V3 I3 V4 I4 V5 I5 V4 I4 V5 I5 P4 P5 Luz ambiente Foco

Práctica 6