Punto caliente - Arturo Lara

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9.1. Punto caliente
Si en un módulo fotovoltaico con varias células en serie, se produce el sombreado de una célula, esta tiende a funcionar como un receptor, disipando potencia. Este efecto se produce cuando la intensidad de funcionamiento del módulo supera a la intensidad de cortocircuito disminuida de la célula sombreada. En esas condiciones la célula sombreada se encuentra polarizada inversamente y tiene que disipar potencia provocando su sobrecalentamiento. El efecto recibe el nombre de punto caliente debido al calentamiento localizado en la célula o células sombreadas del módulo.
Para evitar el riesgo de un daño irreversible en el módulo como consecuencia de este calentamiento localizado, se utilizan diodos de paso en paralelo con las células asociadas en serie.
Veamos un ejemplo para ver el efecto que produce el diodo. Tenemos un grupo de cuatro células solares iguales en serie, figura 1.40, con la salida del grupo cor- tocircuitada, que es el caso más desfavorable, la corriente máxima por el conjunto es la corriente de cortocircuito Ix de una célula. Si se sombrea una célula, pasa a comportarse como un receptor, sometida a la suma de las tensiones producidas por el resto de células, en este caso 3 • y disipando la potencia producida por el grupo, 3 •	• /sc. Si ahora conectamos el diodo DI en paralelo con la célula
sombreada, como esta no aporta tensión, queda polarizado en directo por la aplicación de la tensión 3 • Uc, cortocircuitando a la célula que protege y desviando la corriente por él.
La mayoría de los módulos fotovoltaicos incorporan diodos de paso por grupos de células como se puede ver en el esquema de la figura 1.37. Se suele poner un diodo por grupos de células en vez de un diodo por cada célula, que resultaría antieconómico. En caso de sombreado, el diodo cortocircuita el grupo de células y el resto del módulo puede seguir generando electricidad.
T Figura 1.40. Efecto del punto caliente y diodo de paso D1.
T Figura 1.41. Símbolo eléctrico de un módulo fotovoltaico.
9.2. Conexionado de módulos fotovoltaicos
La intensidad y la tensión de un módulo fotovoltaico no siempre satisfacen los requisitos de tensión e intensidad de un sistema. Es necesario agrupar varios módulos para conseguir valores adecuados, teniendo en cuenta que conectando módulos en serie se aumenta la tensión del sistema y conectando módulos en paralelo se aumenta la intensidad del sistema. Se denomina generador fotovoltaico al conjunto de todos los módulos de un sistema.
Siempre que se agrupan módulos fotovoltaicos se debe cumplir la condición de que sean iguales. Esta igualdad implica que tengan las mismas características y que además sean del mismo fabricante.
Se pueden realizar tres tipos de conexión en función de las necesidades:
· Conexión serie: para elevar la tensión del generador.
· Conexión paralelo: para elevar la intensidad del generador.
· Conexión serie/paralelo: para elevar la tensión y la intensidad del generador.
caso práctico inicial
En este apartado se explica la forma de conectar varios módulos fotovoltaicos.
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Unidad 1
saber m s
Si no se prevén sombreados sobre al generador fotovoltaico, es preferible conectar en serie los módulos. El conexionado es más sencillo y la sección de los conductores es menor (cuanto mayor es la tensión, menor es la intensidad). Si se prevén sombreados o los módulos tienen grandes tolerancias de potencia és preferible conectarlos en paralelo.
Conexión de módulos en serie
La intensidad del generador es igual a la de un módulo y la tensión del generador es la tensión de un módulo por el número de módulos en serie.
Intensidad del generador (A)
[18] Iq =
Im: intensidad de un módulo (A)
Ns: número de módulos conectados en serie
[19] Uc, = Ns • Um Uq: tensión del generador (V)
tensión de un módulo (V)
El conexionado en serie de los módulos (figura 1.42) se realiza conectando el terminal positivo de un módulo con el negativo del siguiente módulo. El terminal negativo del primer módulo es el terminal negativo del generador y el terminal positivo del último módulo es el terminal positivo del generador.
T Figura 1.42. Conexión de N5 módulos en serie.
Conexión de módulos en paralelo
La tensión del generador es igual a la de un módulo y la intensidad del generador es la intensidad de un módulo por el número de módulos en paralelo.
Jq: intensidad del generador (A)
[20] le, = NP • Im Im’- intensidad de un módulo (A)
Np: número de módulos conectados en paralelo
Uc>: tensión del generador (V)
[21] UG = UM
Um: tensión de un módulo (V)
El conexionado en paralelo de los módulos (figura 1.43) se realiza conectando el terminal positivo de todos los módulos entre sí para formar el terminal positivo del generador y conectando el terminal negativo de todos los módulos entre sí para formar el termina! negativo del generador.
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Módulos fotovoltaicos
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7 Figura 1.43. Conexión de Np módulos en paralelo.
Conexión de módulos en serie/paralelo
La tensión del generador es La tensión de un módulo por el número de módulos en serie y la intensidad del generador es la intensidad de un módulo por el número de ramas en paralelo. Cada grupo de módulos conectados en serie se denomina rama o cadena.
Iü¡ intensidad del generador (A)
[22) Io = Np • IM	1 m: intensidad de un módulo (A)
Np: número de ramas conectadas en paralelo
Ns: número de módulos conectados en serie
[23] Ug = Ns • Um Cq: tensión del generador (V)
Um: tensión de un módulo (V)
Para conectar los módulos (figura 1.44) de una rama se aplica el procedimiento de conexionado en serie de módulos. El terminal negativo del primer módulo es el terminal negativo de la rama y el terminal positivo del último módulo es el terminal positivo de la rama. El conexionado termina aplicando el procedimiento de conexión paralelo a las ramas realizadas previamente.
saber m s
Consulta en el libro: Electrotecnia. Editorial Editex(2OO9), las unidades 2 y 3 «asociación de elementos» y «análisis de circuito» respectivamente.
7 Figura 1.44. Conexión de módulos en serie y Np ramas en paralelo.
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Unidad 1
Los parámetros eléctricos de un generador fotovoltaico dependen directamente de los parámetros de sus módulos. Si todos los módulos son iguales y trabajan en las mismas condiciones de irradiancia y temperatura, la tensión, intensidad y potencia que puede proporcionar un generador fotovoltaico cumplen las siguientes relaciones:
	[24]
	' Gtnáx Ns • Np • P
	f’c>miíx: potencia máxima del generador (W) Pmáx: potencia máxima del módulo (W) Np: número de ramas conectadas en paralelo Ns: número de módulos conectados en serie.
	[25]
	^Goc - Ns •
	Uoc
	Lfcoc: tensión de circuito abierto del generador (V) Uoc: tensión de circuito abierto del módulo (V)
	[26]
	
	SC
	ÍGsc: intensidad de cortocircuito del generador (A) lx: intensidad de cortocircuito del módulo (A)
	[27|
	bfo mpp ~~ Ns
	* L'mpp
	UG mpp: tensión máxima del generador (V) Umpp: tensión máxima del módulo (V)
	[28]
	Rj mpp — Np ’
	Impp
	mpp: intensidad máxima del generador (A) Impp- intensidad máxima del módulo (A)
	[29]
	otG = Np • a
	
	Og: coeficiente intensidad-temperatura del generador (mA/°C o %/°C)
a: coeficiente intensidad-temperatura del módulo (mA/°C o %/°C)
[30J 0g = Ns.0
0g: coeficiente tensión-temperatura del generador
(mV/°C o %/°C)
[3: coeficiente tensión-temperatura del módulo (mV/°C o
%/°C)
EJEMPLO
Un generador fotovoltaico tiene 12 módulos con las siguientes características: Pmáx: 80 W; Uo¿ 21,6 V; /sc: 5 A; L/mpp: 17,3 V; a: 1,46 mA/°C; 0: -79 mV/°C. El generador tiene dos ramas, de seis módulos en serie cada una, conectadas en paralelo. Determinar los parámetros eléctricos del generador.
Solución:
Potencia máxima del generador: PG ,náx = Ns • Np ■ Pmíx = 6 • 2 • 80 = 960 W Tensión de circuito abierto del generador: UGc< = N, • U(K = 6 • 21,6 = 129,6 V Intensidad de cortocircuito del generador: Io»c = Np •	= 2 • 5 = 10 A
Tensión máxima del generador: UGmpr = Ns • (Jmpp = 6 • 17,3 = 103,8 V
P.n.ix 80
Intensidadmáxima del módulo: Impp =	= 4,6 A
^mpp ' ' ¡3
Intensidad máxima del generador: IGmpp = Np • Jmpp = 2 • 4,6 = 9,2 A
Coeficiente intensidad-temperatura del generador:
oto = Np • a = 2 • 1,46 = 2,92 mA/°C
Coeficiente tensión-temperatura del generador:
pG = Ns • p = 6 • (-79) = -474 mV/°C
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Módulos fotovoltaicos
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En un generador fotovoltaico los parámetros eléctricos de los módulos pueden
presentar variaciones. Estas variaciones se producen por las diferencias propias
del proceso de fabricación que hace que los módulos no sean exactamente igua-
les y por las condiciones de trabajo variables que se producen durante el funcio-
namiento como nubes que sombrean solo a una parte del generador, diferentes
grados de suciedad o ventilación, etc. Estas diferencias en los parámetros tienen
las consecuencias siguientes:
• La potencia máxima que puede entregar el generador es menor que la suma de
las potencias máximas de los módulos que lo componen.
Estas pérdidas de potencia se denominan pérdidas por dispersión y se pueden
reducir utilizando módulos fotovoltaicos con tolerancias de producción iguales
o inferiores a ±5%.
• Algunas células o un módulo puede comportarse como receptor y disipar la po-
tencia generada por los demás.
Los daños producidos por este efecto se limitan con diodos de paso, como ya he-
mos visto, pero las células cortocircuitadas por los diodos de paso no producen
potencia.
Cuando se agrupan módulos o ramas de módulos en paralelo, pueden producirse
situaciones similares por las diferencias de parámetros entre módulos que provo-
can la aparición de ramas con diferentes tensiones de circuito abierto. En estos
casos las ramas con menor tensión de circuito abierto pueden llegar a comportar-
se como un receptor, disipando potencia y aumentando su temperatura de opera-
ción por encima de valores peligrosos.
Para evitar los efectos descritos se recomienda conectar diodos de bloqueo en se-
rie con cada rama, figura 1.45. Pero estos diodos tienen un inconveniente im-
portante, tienen una caída de tensión de entre 0,5 y 0,7 V, produciendo pérdidas
que, en generadores de pequeñas tensiones, por ejemplo 12 V suponen un 6 % de
la potencia del generador.
Es importante resaltar que la aparición de tensiones de circuito abierto con dife-
rencias importantes entre ramas paralelas es poco probable, incluso si una rama
queda sombreada, la reducción de la tensión de circuito abierto que provoca la
disminución de la irradiancia se compensa con el incremento de dicha tensión
que se produce al disminuir la temperatura de las células, impidiendo el paso de
la corriente generada por el resto de las ramas del generador.
v cabulario
Español - Inglés
Diodo de bloqueo: blocking diode.
Cadena de módulos fotovoltaicos:
photovolfáic module string.
t Figura 1.45. Conexión de diodos
de bloqueo en las ramas de un ge-
nerador fotovoltaico.
Por otro lado, la obligatoriedad de instalar seccionadores con fusibles en el principio y en el final de cada rama en paralelo proporciona una protección contra las corrientes inversas peligrosas que se puedan presentar, que permite eludir el uso de los diodos de bloqueo y evitar las pérdidas que producen.
Para que los fusibles protejan adecuadamente deben tener una intensidad nominal de 1,5 a 2 • lsc, puesto que un módulo es capaz de soportar sin daño corrientes de hasta 3 • Isc.