Reporte_4 (1)

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Universidad de Guadalajara
CENTRO UNIVERSITARIO DE CIENCIAS EXACTAS E INGENIERÍAS
Reporte 4. Sistema eléctrico de un sistema fotovoltaico.
Johana Yaredt Arredondo Garay [218340275]
Sofia Alejandra Martinez Ramirez [Código]
Ingeniería Fotónica | Sistemas de Conversion de Energia
3 de julio de 2021
Resumen
La energía solar fotovoltaica posibilita cambiar la radiación perteneciente del sol en energía eléctrica
usando para eso células fotovoltaicas. Ésta tiene muchas ventajas ante otro tipo de energías, debido
a que hablamos de una energía con poco efecto medio ambiental gracias a la pequeña producción de
residuos nocivos para el medio ambiente. Otra de sus primordiales ventajas es su larga repartición a lo
extenso de toda la extensión de la tierra, lo cual posibilita la utilización de sistemas de captación de
energía solar en básicamente cualquier punto del mundo. Este último elaborado crea un ahorro en el
traslado de energía y, posibilita paralelamente, obtener energía eléctrica con libertad de las compañías
suministradoras. Los sistemas de captación de energía solar poseen un mantenimiento sencillo, por lo
cual sus costes son reducidos; lo cual los hace atractivos ante otros sistemas de costes más altos. Pese
a las varias ventajas que muestran los sistemas de energía fotovoltaica, éstos poseen una secuencia de
desventajas que se necesita examinar a continuación. Antes que nada, esta clase de sistemas poseen un
efecto visual negativo si no se tiene presente su adhesión en el ámbito en el momento de instalarlos. En la
actualidad, se permanecen realizando varios proyectos donde sistemas de esta clase se incorporan en el
diseño arquitectónico, perfeccionando la eficiencia energética de los inmuebles a la vez que se disminuye
el efecto visual negativo de dichos sistemas. Por otro lado, en la situación de gigantes instalaciones,
conocidas con la designación de “huerto solar”, cabe la probabilidad de que perjudiquen al ecosistema
que existe en el sector gracias a su gran expansión. Finalmente, a partir de la perspectiva medio
ambiental existe un fundamental problema. En ciertos sistemas fotovoltaicos se aplican baterías para
guardar la energía, las cuales tienen agentes químicos que tienen la posibilidad de llegar a ser peligrosos
para el ámbito ambiental.
I. Conexión de paneles FV.
A continuación vamos a explicar las 3 formas de
conectar las placas solares: en paralelo, en serie, o
bien de forma combinada en serie y paralelo:
La conexión en paralelo se realiza conectando por
un lado todos los polos positivos de la placas de la
instalación solar, y por el otro, conectando todos
los polos negativos. De esta forma, se mantiene
el voltaje o tensión (voltios) de las placas solares
mientras que se suma la intensidad (amperios). Por
ejemplo si se conectan en paralelo 4 placas solares de
140W 7,9A (amperios) 12V cada una, se obtendrán
560W 31,6A a un voltaje de 12 voltios.
Figura 1: Conexion paralelo1
ROBERTO CARLOS BARRAGÁN CAMPOS
Esto no es un resumen.
La conexión en serie se realiza en paneles
solares con potencias entre los 200W y los
260W, compuestos por 60 células y para uso en
instalaciones solares de 24V o 48V. Mediante la
conexión en serie se conectan directamente las
placas solares entre sí, conectando el polo positivo
de un panel con el polo negativo del siguiente panel.
A diferencia de la conexión en paralelo, se mantiene
la intensidad y se suma el voltaje.
Figura 2: Conexion serie
La conexión mixta en serie y paralelo se
suele utilizar habitualmente en instalaciones solares
donde se conecten 5 o más placas solares de 60
células y potencia superior a 200W, ya que permite
obtener un voltaje no demasiado alto y a su vez,
multiplicar el amperaje total de la instalación. De
esta forma, gracias a esta conexión se aumenta tanto
el voltaje como la intensidad, la cual posteriormente
el regulador MPPT adaptará a las características de
las baterías.
Figura 3: Conexion mixta
II. Características de conductores
eléctricos en DC.
Características de los cables o conductores
eléctricos: Partes, Calibres y Amperaje.
I. Partes
Conductor: Elemento que conduce la corriente
eléctrica y puede ser de diversos materiales
metálicos. Puede estar formado por uno o varios
hilos.
Aislamiento: Recubrimiento que envuelve al
conductor, para evitar la circulación de corriente
eléctrica fuera del mismo.
Capa de relleno: Material aislante que envuelve
a los conductores para mantener la sección circular
del conjunto.
Cubierta: Está hecha de materiales que protejan
mecánicamente al cable. Tiene como función
proteger el aislamiento de los conductores de la
acción de la temperatura, sol, lluvia, etc.
II. Calibres
El calibre define el tamaño de la sección
transversal del conductor. El calibre puede estar
expresado en mm² o bajo la normalización
americana en AWG (American Wire Gauge).
Cuando se expresa en AWG, el más grueso es el
4/0, siguiendo en orden descendente 3/0, 2/0, 1/0,
1, 2, 4, 6, 8, 10, 14, 16 y 18 que es el más delgado
usado en instalaciones eléctricas.
III. Amperaje
Es su capacidad de conducción continua
de corriente bajo condiciones específicas. La
ampacidad de un conductor lo define su calibre, así
como la temperatura ambiente a la que se encuentre.
Existen tablas que especifican la ampacidad de
los conductores según el material aislante, y la
máxima temperatura ambiente a la que pueden
estar expuestos.
III. Regulador/Controlador de
carga.
El controlador de carga, o también conocido
como regulador de carga, es el componente de
la instalación encargado de dirigir y controlar la
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energía que circula entre la batería y los módulos
solares fotovoltaicos, en definitiva el controlador
de carga evita las sobrecargas y sobredescargas
de las baterías cuando están recibiendo energía
fotovoltaica de los paneles solares de la instalación
fotovoltaica.
IV. Inversor de corriente eléctrica.
Un inversor de corriente es un aparato
electrónico. La función del inversor es cambiar un
voltaje de entrada de corriente continua a un voltaje
simétrico de salida de corriente alterna, con la
magnitud y frecuencia deseada por el usuario.
V. Almacenamiento de energía.
Acción de almacenar energía para su utilización
posterior. Generalmente este almacenamiento se
realizará por medio de baterías solares.
Las baterías solares están compuestas de
celdas electroquímicas. Su función es transformar
la energía química almacenada en electricidad.
Consta de un electrodo positivo, uno negativo, y
electrolitos. Todo ello hace que la corriente fluya
llevando a término la función para la que se
constituyó.
Este proceso se resume en los siguientes pasos:
1. El panel solar fotovoltaico durante el día
recibe la radiación del sol y la transforma en
electricidad suministrándola a la instalación.
2. La energía sobrante se almacena en la batería
o baterías que tenga la instalación para poder
utilizarse en los días que no haya sol o durante
la noche, tal y como hemos destacado con
anterioridad.
VI. Características de conductores
eléctricos en AC.
Una corriente continua fluye uniformemente
a través de la sección transversal de un cable
uniforme. En una corriente alterna de cualquier
frecuencia, la carga eléctrica es forzada lejos del
centro del cable, hacia su superficie exterior. Esto
se debe a que la aceleración de una carga eléctrica
en una corriente alterna produce ondas de radiación
electromagnética.
Estas ondas cancelan la propagación de la
electricidad hacia el centro de los materiales con
alta conductividad. Este fenómeno se llama efecto
pelicular.
A frecuencias muy altas, la corriente ya no fluye
en el cable. La corriente fluye en la superficie del
cable dentro de un grosor con poca profundidad de
la corteza.
La corriente alterna se produce cuando, en un
conductor por donde circula una corriente eléctrica,
la polaridad de la diferencia de potencial varía.
Por tanto, la corriente no fluye en la misma
dirección, sino que alterna, fluyendo primero hacia
una dirección y luego invirtiéndose.
I. Qué es la corriente alterna
Unacorriente o tensión eléctrica van cambiando
en magnitud y en polaridad tal como se puede
apreciar en la representación gráfica habitual de una
corriente alterna. Esto se puede comprender mejor
si comprendemos como se genera una corriente
eléctrica en un motor.
II. Cómo se genera
Un conductor eléctrico moviéndose dentro de un
campo magnético (imán), o también moviendo el
campo magnético alrededor del conductor, genera
una tensión o diferencial de potencial (d.d.p) entre
los extremos del conductor (igual que una batería
tiene tensión entre sus dos extremos) y, a su vez, si
conecta una carga creando un circuito, se genera lo
que se le llama una corriente inducida.
VII. Acoplamiento a la red externa
de energía eléctrica.
I. Capacitor de acoplamiento
Tiene la función de acoplar los sistemas de
telecomunicaciones en alta frecuencia a las líneas
aéreas de alta tensión, que de esta manera actúan
como soporte de comunicaciones.
Los transformadores de tensión capacitivos pueden
cumplir las funciones de transformador de tensión
y de capacitor de acoplamiento para las altas
frecuencias que sostienen la comunicación.
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VIII. Red de Distribución de Baja
Tensión
Son redes que, partiendo de los centros de
transformación citados anteriormente, alimentan
directamente los distintos receptores, constituyendo
pues, el último escalón en la distribución de la
energía eléctrica. Las tensiones utilizadas son:
220/127 V. y 380/220 V
IX. Diagrama a bloques de un sistema
FV.
Figura 4: Diagrama a bloques sistema FV
X. Diagrama eléctrico de un sistema
FV.
Figura 5: Diagrama eléctrico de un sistema FV
XI. Paneles
Son los sistemas generadores de energía.
Generan las energía eléctrica por efecto
fotoeléctrico. Los fotones impactan sobre los
eléctrones de las celdas fotovoltaicas y generan
una pequeña corriente. Los paneles se conectan
en serie o en paralelo para sumar sus potencias.
La conexión en serie suma la tensión de los paneles
manteniendo la intensidad, mientras que la conexión
en paralelo, aumenta la intensidad, manteniendo la
misma tensión. Por esta razón, es importante que
los paneles tengan caracterísitcas eléctricas lo mas
similares posibles, y evitar así que el panel de menos
intensidad limite al resto (si la conexión es serie)
o el panel de menos tensión limite al resto (si la
conexión es paralelo).
I. Inversor
Los paneles generan electricidad en continua.
No obstante en nuestros hogares la electricidad que
consumimos se utiliza en alterna. El inversor es el
elemento encargado de transformar esa electricidad
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en continua, pasarla a alterna y sincronizar la
onda con la de la red. También es el encargado
de verter los excedentes a la red o al sistema de
acumulación si se configura de dicha manera. Se
trata de un elemento fundamental para un sistema
de generación fotovoltaico.
II. Baterías
es el sistema de acumulación de energía
eléctrica, de esta forma, la energía generada que no
se consume (excedente) en la vivienda se acumula
en las baterías. En caso de no tener sistema
de acumulación, el excedente puede ser vertido
directamente a la red o, mediante un dispositivo
de “inyección cero”, evitar que nuestros paneles
produzcan mas energía de la que se consume,
esto último lo hace el inversor actuando sobre la
curva características de los paneles y limitando su
potencia.
III. Cuadro de mando y protección
Este es el cuadro donde se encuentran
los dispositivos de protección eléctrica como
diferenciales o magnetotérmicos. Si queremos tener
una lectura de la producción fotovoltacia y el
consumo de la vivienda, es necesario incorporar el
medidor de energía. Es un aparato que controla
cuanto se está consumiendo y cuanto se está
generando, y gracias a la comunicación con el
inversor, éste puede gestionar la energía según
la configuración que elijamos. Además de esto,
es necesario incorporar los sistemas de protección
propios de la instalación fotovoltaica, en la
línea de c.a. diferencial clase A e interruptor
magnetotérmico, y para la parte de c.c. fusibles y
sobretensiones
XII. Simbología de componentes
eléctricos.
Figura 6: Simbologia
  
Desconector diferencial con laDesconector diferencial con la
función de interruptorfunción de interruptor
Interruptor-seccionadorInterruptor-seccionador
PararayosPararayos
InversorInversor
Divisor de tierraDivisor de tierra
Cable de tierraCable de tierra
Cable lado CACable lado CA
Cable de CCCable de CC
Medidor no consumoMedidor no consumo
Medidor de producciónMedidor de producción
Cable de CCCable de CC
Medidor no consumoMedidor no consumo
Medidor de producciónMedidor de producción
  
Cable de CCCable de CC ++
Figura 7: Simbología Fotovoltaica
Referencias
[1] Granda-Gutiérrez, E. E., Orta, Modelado y
simulación de celdas y paneles solares, Vol
35. Congreso Internacional de Ingeniería
Electrónica (2013), pp 17–22.
[2] Perales, T., Instalación de paneles solares
térmicos, Creaciones Copyright. (2007),
[3] POTOSINOS, UNIVERSITARIOS, Energía
solar fotovoltaica, Vol 25. Síguenos:@
revupotosinos Universitarios Potosinos (2019),
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	Conexión de paneles FV.
	Características de conductores eléctricos en DC.
	Partes
	Calibres
	Amperaje
	Regulador/Controlador de carga.
	Inversor de corriente eléctrica.
	Almacenamiento de energía.
	Características de conductores eléctricos en AC.
	Qué es la corriente alterna
	Cómo se genera
	Acoplamiento a la red externa de energía eléctrica.
	Capacitor de acoplamiento
	Red de Distribución de Baja Tensión
	Diagrama a bloques de un sistema FV.
	Diagrama eléctrico de un sistema FV.
	Paneles
	Inversor
	Baterías
	Cuadro de mando y protección
	Simbología de componentes eléctricos.