Date post: | 05-Jul-2018 |
Category: |
Documents |
Upload: | cris-fuentes-perez |
View: | 222 times |
Download: | 0 times |
of 78
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
1/78
Energía Fotovoltaica
Fuente: solarpark-lieberose.de
“Alumbra el día de mañana con el de hoy”
Teoría y fundamentos FV
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
2/78
Presentación
Ivaluk Armstrong
Jannik Haas
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
3/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
4/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
Gestor de archivos + foro
• Código curso: 56tly3r
Código comunidad: 8btm3es
www.edoome.com
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
5/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
Gestor de archivos + foro
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
6/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
Gestor de archivos + foro
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
7/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
Gestor de archivos + foro
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
8/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
Gestor de archivos + foro
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
9/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
Contenido
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
10/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
Contenido
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
11/78
IntroducciónIntroducción
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
12/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
BibliografíaLibro básico orientado
a instalaciones.Procedimientos tipo
“recetas”. En español.
Fácil de entender
Libro para
principiantes.Orientado a
instalaciones, desde
el punto de vista de
un comprador.
Nivel intermedio.
Muy útil para
dimensionamiento.
Usado en algunas
partes del mundopara certificar a
empresas e
instaladores FV.
Nivel avanzado.
Incluye muchos
fundamentos
teóricos. Usado en
desarrollo,investigación,
docencia
universitaria.
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
13/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
Introducción
Contenidoi. ¿Qué es la energía solar fotovoltaica?
ii. ¿Cuánta energía nos llega del sol?
iii. Situación actual (Chile y el mundo)
iv. Conceptos básicos
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
14/78
¿Qué es la energía fotovoltaica?
Introducción
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
15/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
¿Qué es la energía solar fotovoltaica?
• ¿Qué es la energía FV?
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
16/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
¿Qué es la energía solar fotovoltaica?
Semiconductores
• Si fotón entrega energía suficiente, un electrón devalencia ahora queda libre en la banda deconducción.
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
17/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
¿Qué es la energía solar fotovoltaica?
Fuente: Godfrey Boyle, “Power for a sustainable future” ,Renewable Energy, Oxford 2004
• Efecto fotovoltaico
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
18/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
¿Qué es la energía solar fotovoltaica?
¿Qué es el Dopaje?• Agregar impurezas en un semiconductor – Tipo n: exceso de electrones
– Tipo P: carencia de electrones (huecos)
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
19/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
¿Qué es la energía solar fotovoltaica?
• En resumen…
Ver video de efecto fotovoltaico
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
20/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
¿Qué es la energía solar fotovoltaica?
• Efecto fotovoltaico
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
21/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
¿Qué es la energía solar fotovoltaica?
• ¿Cómo funciona el sistema?
Ver video de Sistema Fotovoltaico
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
22/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
¿Qué es la energía solar fotovoltaica?
• ¿Cómo funciona el sistema?
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
23/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
¿Qué es la energía solar fotovoltaica?
Definiciones
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
24/78
¿Cuánta energía nos llega del sol?
Introducción
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
25/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
¿Qué es la energía solar fotovoltaica?
• “Big picture”
Fuente: MIT opencourse
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
26/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
¿Cuánta energía nos llega del sol?
Fuente: “Sistemas Solares Térmicos. Diseño e Instalación”, Peuser, Felix
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
27/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
¿Cuánta energía nos llega del sol?
• Cuánto durará la energía fósil?Reservas estadísticas para energéticos no renovables desde el año 2000Reservas certeras y
económicas
Reservas probabas y esperadas,
actualmente aún no explotables
Petróleo
Gas
Carbón
Hulla
Uranio
Fuente: Bundesanstalt für Geowissentschat und Rohstoffe
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
28/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
¿Cuánta energía nos llega del sol?
• ¿Cuánta energía nos llega del sol?
Fuente: “Sistemas Solares Térmicos. Diseño e Instalación”, Peuser, Felix
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
29/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
¿Cuánta energía nos llega del sol?
Fuente: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/78/Insolation.png
• Insolación extra-atmosférica/ a ras de suelo
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
30/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
¿Cuánta energía nos llega del sol?
Fuente: C.A Gueymard/Advances in Space Research 37 (2006) 323-340
• Constante solar: 1.367 [W/m2]
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
31/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
¿Cuánta energía nos llega del sol?
Masa de aire (AM)
Camino recorrido por la luz (a través de la atmósfera) partido encamino más corto (mediodía solar)
• AM= 1/cos θ válido para θ chico-mediano
Fuente: Christiana Honsberg and Stuart Bowden
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
32/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
¿Cuánta energía nos llega del sol?
• Espectro solar
Fuente: Sekuler R. and Blake, R.,”Percpeion”, Alfred A. Knpof Inc, New York, 1985
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
33/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
¿Cuánta energía nos llega del sol?
• Definiciones – Radiación: Energía emitida desde unafuente[W]
– Irradiancia solar:Potencia de radiación solarpor área[W/m2]
– Irradiación solar:
Energía solar acumulada(durante un tiempo) por área[Wh/m2]
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
34/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
¿Cuánta energía nos llega del sol?
• Definiciones – Insolación: (Caso particular deIrradiación) Energía solaracumulada (durante un día)
por área[Wh/(m2·día)]
– Hora sol punta: Cantidad de horas que solbrillaría a condiciones puntapara igualar la insolación[Wh/(m2·día)]
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
35/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
¿Cuánta energía nos llega del sol?
• Órdenes de magnitud de irradiancia
1000 W/m²
Cielo despejado
600 W/m²
El sol sale entre
las nubes
300 W/m²
Sol grisáceo
100 W/m²
Día de
invierno nublado
Fuente: Wolf
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
36/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
¿Cuánta energía nos llega del sol?
• Medición de irradiancia solarPiranómetro Piranómetro portátilPirheliometro
Fotocelda
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
37/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
¿Cuánta energía nos llega del sol?
• Insolación (Santiago)
Datos: DGF Santiago de Chile
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
38/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
¿Cuánta energía nos llega del sol?
• Irradiancia (Santiago)
Datos: DGF Santiago de Chile
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
39/78
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
40/78
Fuente: NREL & Registro Solarimétr ico USM. La distribución de radiación en Chile es sólo referencial.
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
41/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
¿Cuánta energía nos llega del sol?
…44 se ubican entre 35º a 54º
De las 50 centrales PV más grandes…
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
42/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
¿Cuánta energía nos llega del sol?
• Insolación para ciudades selectas
0
2
4
6
8
10
12
E n e r o
F e b r e r o
M a r z o
A b r i l
M a y o
J u n i o
J u l i o
A g o s t o
S e p t i e m b r e
O c t u b r e
N o v i e m b r e
D i c i e m b r e
E n e r g í a [ k W h / d í a / m 2
Santiago Temuco Puerto Montt Stuttgart Chuquicamata
Datos: CNE y NASA, Stuttgart desfasado en 6 meses
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
43/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
44/78
Situación actual
Introducción
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
45/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
Situación actual
• Desarrollo potencia instalada FV
Fuente: Godfrey Boyle, “Power for a sustainable future” ,Renewable Energy, Oxford 2004
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
46/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
Situación actual
• Desarrollo potencia instalada FV
W o r l d : 2 1 . 0 0 0 M W
1 . 5 0 0
Instalados sólo
durante 2009
(GER, según
BSW-solar)
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
47/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
Situación actual
• Desarrollo potencia instalada FV
0
5,000
10,000
15,000
20,000
25,000
2005 2006 2007 2008 2009 2010
P o t e n c i a ( M W )
Alemania
España
Italia
Europa
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
48/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
Situación actual
• Evolución de precios
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
49/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
Situación actual
• Perfil de generación Alemania:http://www.sma.de/de/news-infos/pv-leistung-in-deutschland.html
http://www.sma.de/de/news-infos/pv-leistung-in-deutschland.htmlhttp://www.sma.de/de/news-infos/pv-leistung-in-deutschland.htmlhttp://www.sma.de/de/news-infos/pv-leistung-in-deutschland.htmlhttp://www.sma.de/de/news-infos/pv-leistung-in-deutschland.htmlhttp://www.sma.de/de/news-infos/pv-leistung-in-deutschland.htmlhttp://www.sma.de/de/news-infos/pv-leistung-in-deutschland.htmlhttp://www.sma.de/de/news-infos/pv-leistung-in-deutschland.htmlhttp://www.sma.de/de/news-infos/pv-leistung-in-deutschland.htmlhttp://www.sma.de/de/news-infos/pv-leistung-in-deutschland.htmlhttp://www.sma.de/de/news-infos/pv-leistung-in-deutschland.html
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
50/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
Situación actual
• Y en Chile?
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
51/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
Situación actual• Situación actual nacional
– 2005-07 3.000 sistemas de 100WRegión Coquimbo(Fondo nacional desarrollo regional, CNE y UN)
– 2010: Calama Solar 1 (9 MW) – aprobadoCalama Solar 2 (9 MW) - aprobado
– 2011: Atamaca Solar 250 MW – en calificaciónPozo Almonte Solar 1 (9 MW) – en calificaciónPozo Almonte Solar 2 (7 MW) – en calificaciónPozo Almonte Solar 3 (16 MW) – en calificaciónSolar FV Pico (90 MW) – en calificación
… – 2012: Proyecto Netmeetering
Ley 20/20 ?
S
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
52/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
Situación actual
Si ió l
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
53/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
Situación actual
Sit ió t l
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
54/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
Situación actual
Sit ió t l
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
55/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
Situación actual
Sit ió t l
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
56/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
Situación actual
Sit ió t l
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
57/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
Situación actual
• Ley 20.571
Sit ió t l
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
58/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
Situación actual
• Proyecto Ley 20/20 (?)
Gráfico: Obligación ERNC
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
59/78
Conceptos básicos
Introducción
C t bá i
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
60/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
Conceptos básicos
• Voltaje
• Intensidad de corriente
• Medición de voltaje/corriente
• Energía
• Potencia
C t bá i
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
61/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
Conceptos básicos
• Corriente y Voltaje
V: trabajo ejercido por el campo eléctrico sobre una partícula cargadapara moverla entre dos posiciones determinadas
I: flujo de electrones
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
62/78
C t bá i
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
63/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
Conceptos básicos
Análogo hidráulico
2 · I
2 · ΔV
Conceptos básicos
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
64/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
Conceptos básicos
• Corriente, si Isc = 6A ?
• Voltaje, si Vca = 24V ?
a
b
Conceptos básicos
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
65/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
Conceptos básicos
• Medición de Corriente y Voltaje
Conceptos básicos
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
66/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
¿Cuál de éstos dispositivos consume más energía en un mes?
Conceptos básicos
• Energía y potencia
¿Cuál activará más fácilmente el automático?
Conceptos básicos
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
67/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
Conceptos básicos
• Energía y potencia
0
5,000
10,000
15,000
20,000
25,000
30,000
35,000
40,000
45,000
50,000
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
P o t e n c i a [ M W ]
Hora
Conceptos básicos
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
68/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
Conceptos básicos
0
1,000
2,000
3,000
4,0005,000
6,000
7,000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
P o t e n c i a ( M W
)
Potencia demandada (día laboral)
Eólicas
Embalse
Térmicas
Pasada
0
1,000
2,000
3,000
4,000
5,000
6,000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
P o t e n c i a ( M W )
Potencia demandada (fin de semana)
Eólicas
Embalse
Térmicas
Pasada
CDEC-SIC, 15/06/11 y 12/06/11
Energía: cantidad de trabajo que puede realizar un sistema [J] o [Wh]
Potencia: transferencia de energía por unidad de tiempo [W]
Conceptos básicos
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
69/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
Conceptos básicos
• Demanda intradía (día laboral vs. fin de semana)
3,500
4,000
4,500
5,000
5,500
6,000
6,500
7,000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Eólicas
Embalse
Térmicas
Pasada
3,500
4,000
4,500
5,000
5,500
6,000
6,500
7,000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Eólicas
Embalse
Térmicas
Pasada
CDEC-SIC, 15/06/11 y 12/06/11
Conceptos básicos
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
70/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
Conceptos básicos
• Costo marginal SIC (CDEC-Marzo 2012)
CDEC-SIC, Costos marginales 06/11, barra Las Palmas
0.0
50.0
100.0
150.0
200.0
250.0
300.0
350.0
-1 4 9 14 19 24
C o s t o ( U S D / M W h )
Conceptos básicos
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
71/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
Conceptos básicos
• Mercado Eléctrico Nacional
Conceptos básicos
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
72/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
Conceptos básicos
• Potencia: P=I·VEjemplo!
• Efecto Joule: P=I²R.
Ejemplo!
Conceptos básicos
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
73/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
Conceptos básicos
¿Cuánto CO2 desplaza una instalación FV?
– Central térmica: 950-1400 g CO2 / kWh(CNE 2010)
– Mix tecnológico
Fuente: Documento complementario a “ERNC en Mercado Eléctrico Chileno”
Conceptos básicos
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
74/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
Conceptos básicos
• Energy Pay-Back Time (EPBT)
(Amortización energética)
– “Las Celdas FV nunca recuperan la energíaque se usó en su fabricación” FALSO!
Conceptos básicos
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
75/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
Conceptos básicos
• Energy Pay-Back Time (EPBT)
– 2006: 2-8 años
– 2008: 1-6 años(M. Vasilis, V. Fthenakis, H.C. Kim and E. Alsema, published in January
2008 Environmental Science & Technology)
– 2011: 0.5-2 años(M.Held,R. Ilg, Update of environmental indicators and energy payback time of CdTe
PV systems in Europe, 2011)
=>19-30 g CO2/kWh
¿Qué es la energía solar fotovoltaica?
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
76/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
¿Qué es la energía solar fotovoltaica? – Ventajas
• Fuente inagotable de energía• No contamina*• Bajo impacto visual• Recurso disponible casi en todo el país• Solución barata para lugares remotos• Generación cercana al consumo• Independencia (energía y costos)• Modular, flexible y escalable• Instalación rápida• Tecnología madura
• Confiables (operación estable)• Larga vida útil• Baja mantención• Fácil monitoreo• Buen mapeo del recurso
– Desventajas• Baja densidad de energía por unidad de superficie• Potencial energético depende de localidad geográfica
• Irradiancia varía según el tiempo• Equipo necesario requiere fuerte inversión inicial• Eventual almacenamiento es caro y de acotada vida útil• Desconocimiento de tecnología (de parte de consumidores)• Industria local poco desarrollada• Expuesto a intemperie
Introducción
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
77/78
Diseño de Proyectos Solares -Jannik Haas
Introducción¿Qué se vio?i. ¿Qué es la energía solar fotovoltaica?
NocionesBig pictureVentajas/desventajas
ii. ¿Cuánta energía nos llega del sol?Recurso solarNociones de magnitud del recurso solarConstante solarRadiación/Irradiancia/Irradiación/Insolación/Hora punta
Medición de irradiancia
iv. Situación actual (Chile y el mundo)Evolución histórica FV
v. Conceptos básicosVoltaje/CorrienteEnergía/PotenciaCómo medirlo?
Nociones Mercado EléctricoLey JouleCO2 desplazado Amortización energética
8/16/2019 1 Intro FV Jun13
78/78
¿Preguntas?