La tecnología de la energía solar fotovoltaica (FV) convierte directamente la luz del Sol en electricidad. El propósito de este libro es servir de ayuda a aquellos que quieran aprender a diseñar sistemas fotovoltaicos.
Por otro lado, la continua degradación del medio ambiente, debido a la generación de energía por medios convencionales, como las emisiones de CO2, hacen que las energías renovables y en especial la energía solar fotovoltaica aparezca en el mundo desarrollado como una opción cada vez más atractiva y necesaria. Durante los últimos años han proliferado los "tejados fotovoltaicos" en toda Europa. Estas instalaciones fotovoltaicas en viviendas se conectan a la red de manera que la energía producida puede ser vertida a dicha red y facturada a la compañía eléctrica. En España, los tejados fotovoltaicos podrían haber proporcionado el 24% de la electricidad consumida en 1990, superior a la energía hidráulica (18%), al tiempo que se reducirían en 17,5 millones de toneladas anuales las emisiones de Co2.
Estructurado en diferentes capítulos, en los que se presenta una visión general de la energía solar fotovoltaica, desde la célula solar hasta las aplicaciones y el dimensionado, pasando por los componentes de la instalación y la radiación solar, este texto está dirigido a usuarios e instaladores de sistemas fotovoltaicos y en general a todas aquellas personas que deseen entrar en contacto con este apasionante campo tecnológico de generación de energía.
Contenido
Capítulo I.- SISTEMAS FOTOVOLTAICOS.
Introducción. Diseño de sistemas fotovoltaicos. Diseño técnico e instalación. Dimensionado del sistema FV. Determinación de los consumos. Principios generales de diseño. Necesidades a ser consideradas. Consumos eléctricos frente a otras opciones. Selección consumo en AC o en DC. Selección del voltaje del sistema. Consumos para sistemas fotovoltaicos. Iluminación. Descripción de los tipos de iluminación eléctrica. Niveles de iluminación. Cálculo del número de luminarias necesarias para un cierto nivel de iluminación medio. Principios de operación de la iluminación con tubos fluorescentes. Sistema de refrigeración. Electrodomésticos térmicos. Otros electrodomésticos. Televisión, vídeo y radio. Otros consumos. Cálculo de los consumos, consideraciones generales. Estimación de pérdidas energéticas. Dimensionado del generador FV. Dimensionado de la Batería. Costes de sistema fotovoltaico autónomos.
Capítulo II.- RADIACIÓN SOLAR.
Geometría solar. Distancia sol-tierra. Declinación. Ecuación del tiempo (ET). Posición relativa del sol respecto a las superficies terrestres. Superficies horizontales. Superficies inclinadas. Radiación extraterrestre. Radiación extraterrestre sobre una superficie. Radiación extraterrestre sobre una superficie inclinada. Superficies orientadas hacia el ecuador. Superficies arbitrariamente orientadas. Componentes directa y difusa de la radiación global sobre superficie horizontal. Índice de claridad . Estimación de la componente difusa sobre superficies horizontales. Modelos horarios. Modelos diarios. Modelos para medias mensuales. Estimación de la irradiación horaria a partir de valores de irradiación diaria. Estimación de la radiación sobre superficies inclinadas. Radiación directa sobre superficie inclinada . Radiación reflejada. Radiación difusa. Generación sintética de datos de radiación. Utilización de datos de radiación para dimensionado y simulación. Radiación media mensual sobre superficies inclinadas. Seguimiento solar. Seguimiento en dos ejes. Seguimiento con un eje polar. Seguimiento en un eje norte-sur horizontal. Seguimiento en un eje este-oeste horizontal. Seguimiento acimutal. Bases de datos de radiación solar en España. Medida de la radiación solar. Nomenclatura utilizada en este capítulo.Referencias.
Capítulo III.- MÓDULOS Y GENERADORES FOTOVOLTAICOS.
Principios de operación. La célula fotovoltaica. Tecnologías de fabricación. Silicio cristalino y multicristalino. Fabricación de una célula convencional. Contactos eléctricos. Lámina delgada. Silicio amorfo. Materiales policristalinos de lámina delgada. Arseniuro de galio. Células multiunión. Otros materiales. Módulo y generador fotovoltaico. Características constructivas, fabricación. Estructuras soporte. Sistemas de concentración. Parámetros eléctricos de un módulo fotovoltaico. El generador fotovoltaico. Efecto de la variación de la irradiancia. Efecto de la variación de la temperatura. Respuesta espectral. Punto de trabajo. Operación con un seguidor del punto de máxima potencia. Operación con una batería. Operación con un motor DC. Asociaciones serie X paralelo. Mistmach, sombreado y protecciones. Grupos en paralelo. Grupos en serie. Conexión serie y paralelo. Referencias.
Capítulo IV.- EL ACUMULADOR FOTOVOLTAICO.
Elementos constructivos. Tipos de baterías. Baterías de plomo-ácido. Baterías de electrolito inmovilizado. Baterías de Níquel-Cadmio. Características de operación. Ciclado de la batería. Capacidad de la batería. Estado de carga. Carga y descarga de la batería. Densidad del electrolito. Voltaje. Efectos de la autodescarga en la capacidad. Profundidad de descarga. Efectos de la temperatura en la DOD. Baterías de ciclo profundo. Carga de la batería. Gaseo y sobrecarga. Factores que afectan a la vida de la batería. Rendimiento de la batería. Acoplo de un generador fotovoltaico y una batería.
Capítulo V.- EL REGULADOR FOTOVOLTAICO CONVERTIDORES DC/DC.
Reguladores de carga. Tensiones de regulación. Compensación con la temperatura. Reguladores serie y paralelo. Sistemas autoregulados. Otras funciones asociadas con el regulador de carga. Selección de las tensiones de regulación. Convertidores DC/DC. Seguidores del punto de máxima potencia. Referencias.
Capítulo VI.- EL INVERSOR FOTOVOLTAICO.
Introducción. Configuraciones de los inversores. Rendimiento. Otras características. Inversores fotovoltaicos autónomos. Inversores para conexión de sistemas fotovoltaicos a la red eléctrica. Seguimiento del punto de máxima potencia. Fundamentos de inversores DC/AC. Nociones generales. Inversores monofásicos autónomos. Inversores trifásicos autónomos. Métodos de control de inversores. Control PWM senoidal. Control PWM vectorial. Topología de los inversores autónomos. Topología de los inversores de conexión a red. Referencias.
Capítulo VII.- EL SISTEMA FOTOVOLTAICO.
Introducción. Sistemas fotovoltaicos autónomos. Elementos fundamentales. Principales características. Aplicaciones típicas. Configuraciones típicas. Sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica. Centrales de potencia. Integración en edificios. Beneficios de la integración en edificios. Reducción de las emisiones de CO2. El generador fotovoltaico como elemento de un edificio. Seguridad y protecciones. Normativa y legislación. Diseño y dimensionado de sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica. Métodos simplificados para la estimación de la energía anual producida por un sistema
