UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS FACULTAD DE INGENIERIA INGENIERIA ELECTRICA SISTEMAS FOTOVOLTAICOS CRISTIAN ALBERTO MEDINA ALVAREZ CODIGO: 20111007060 CURVA DE OPERACIÓN DE UN PANEL SOLAR OBJETIVOS
Diseñar e implantar un circuito que nos permita, obtener la curva IV del panel fotovoltaico. Hallar la potencia máxima del módulo fotovoltaico al conectar una carga resistiva. Corroborar los datos nominales del panel.
EQUIPOS
2 Paneles en paralelo Erasmus EPS-5
Figura N.1 Celdas fotovoltaicas.
Tabla N.1 Referencias Nominales del panel FV.
Reóstato de 1000 ohm
Figura N.2 Reostato.
Voltímetro y Amperímetro
Figura N.3 Amperímetro, voltímetro e interruptor..
Piranómetro
Figura N.4 piránometro. MARCO TEORICO
Parámetros de la curva I V
Una de las características principales que describen un módulo fotovoltaico es la relación corriente- voltaje. Es necesario comprender como la irradiación y la temperatura de las celdas afecta el comportamiento de la curva I-V. De esta información depende el buen diseño, instalación, evaluación y aplicación de los sistemas fotovoltaicos. -
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Corriente de cortocircuito (Isc): La corriente de corto circuito ocurre cuando la impedancia es aproximadamente cero (cortocircuito) y se calcula cuando el voltaje en el módulo PV es cero voltios. I= Ish, para V=0 La corriente de corto circuito ocurre al principio de la polarización de la celda y representa el valor máximo de corriente en el cuadrante de potencia (I-V). Es preciso aclarar que para una celda ideal, esta corriente de corto circuito es la corriente total producida en la celda solar mediante irradiación solar; es decir, cuando la celda recibe la mayor excitación de fotones en su estructura interna. ISC = IMAX Voltaje de circuito abierto (Voc): El voltaje de circuito abierto (Voc) es el voltaje que se mide atreves de las terminales del panel cuando no pasa corriente por este; es decir, sin carga conectada en la salida. V = Voc cuando I=0 El voltaje Voc se define igualmente como el voltaje máximo en el cuadrante de potencia (IV) Potencia máxima (Pmax): Es la máxima potencia que producirá el dispositivo en unas condiciones determinadas de iluminación y temperatura, correspondiente al par máximo I-V.
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Corriente en el punto de máxima potencia (Ipmp): Es el valor de la corriente para Pmax en unas condiciones determinadas de iluminación y temperatura.
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Voltaje en el punto de máxima potencia (Vpmp): Es el valor de voltaje para Pmax en unas condiciones determinadas de iluminación y temperatura.
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Factor de llenado (F.F): define como la relación entre el máximo punto de potencia dividido entre el voltaje en circuito abierto (Voc) y la corriente en cortocircuito (Isc)
FF=
Grafico N.1: Parámetros de la curva IV DESARROLLO PRÁCTICO -
Para este laboratorio se realizó el siguiente montaje:
Figura N.5 Esquema del laboratorio. -
Luego se ubicó las celdas FV de tal manera que puedan obtener la máxima irradiacia, haciendo uso del piránometro.
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Antes de colocar la resistencia variable, primero se realizó el corto circuito para obtener Isc. Se dejó el módulo FV en circuito abierto, visualizando de esta manera en el voltímetro el Voc. A partir de ese momento se conectó al panel FV la resistencia variable. Por último se ajustó el reóstato en cero y se varió su resistencia hasta su punto máximo, obteniendo la variación de voltaje y corriente, en un intervalo de irradiancia.
DATOS OBTENIDOS Al tener el panel en corto circuito y circuito abierto se obtuvo los siguientes datos, bajo una irradiancia de 340 (w/m2), como se puede observar en la tabla N.1. Isc (A) Voc (V) Irradiancia (w/m2) 0,2 20,7 340 Tabla N.2 Isc, Voc del panel FV. Durante la variación de la carga resistiva, se anotaron las lecturas del voltímetro y el amperímetro, obteniendo la variación de voltaje y corriente en un intervalo de irradiancia de 340 a 314 (w/m 2). Ver tabla N.2. Corriente Irradiancia Voltaje(V) (A) (w/m2) 0,20 0,21 340 18,40 0,18 341 18,80 0,16 341 19,30 0,14 341 19,50 0,12 339 19,80 0,10 338 20,00 0,08 335 20,10 0,06 333 20,30 0,04 331 20,50 0,02 325 20,50 0,01 314 Tabla N.3 Datos obtenidos durante la variación de carga. ANÁLISIS Como parte de la caracterización del panel FV, se calculó las variables dependientes del sistema, como lo son la Resistencia y la Potencia, obteniendo como resultado la siguiente tabla: Irradiancia Voltaje (V) Corriente(A) Resistencia(Ω) Potencia (W) (W/m 2) 0,20 0,21 0,95238095 0,042 340 18,40 0,18 102,222222 3,312 341
18,80 19,30 19,50 19,80 20,00 20,10 20,30 20,50
0,16 117,5 0,14 137,857143 0,12 162,5 0,10 198 0,08 250 0,06 335 0,04 507,5 0,02 1025 Tabla N.4 Variables del sistema
3,008 2,702 2,34 1,98 1,6 1,206 0,812 0,41
341 341 339 338 335 333 331 325
Con los datos obtenidos en la tabla N.3 se pudo proceder con la construcción de la gráfica I V de nuestro sistema fotovoltaico, permitiéndonos comparar la relación característica entre la corriente y el voltaje en el panel FV, como se puede ver en la siguiente gráfica.
Curva IV del panel solar 0.25 18,40 ; 0,18
) 0.20 A ( e t 0.15 n e i r r 0.10 o C
0.05 0.00 0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
Voltaje (V)
Grafico N.2 curva I V. Haciendo uso de los valores obtenidos también se logró construir la curva característica de la potencia con respecto al voltaje, obteniendo como resultado el punto de potencia maxima, tal y como se puede observar en el grafico N.3.
Punto de máxima potencia 4
18,40 ; 3,312
) 3 W ( a i c 2 n e t o P 1
0 0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
Voltaje (V)
Grafico N.3 Punto Máximo de potencia De las gráficas N.2 y N.3 se obtiene los Voltaje en el punto máximo de potencia, Corriente en el punto máximo de potencia y el factor de llenado. Vmax (V) 18,40
Imax (A) 0,18 Tabla N. 5 Vmax,Imax, FF.
FF 0,8
CONCLUSIONES -
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Si se desea analizar el funcionamiento de una celda fotovoltaica, se debe comenzar por su curva I V dado que esta ofrece todas sus principales características. Se determinaron experimentalmente la curva I V de una celda FV en un rango de Irradiancia, esto se debe a que en la práctica no se logra obtener una irradiancia constante, generando de esta manera errores en nuestra curva I V dado que esta, está diseñada para un solo valor de irradiancia, por lo tanto por cada variación de esta se estaría generando una nueva curva I V. Se logró demostrar la similitud entre los datos presentado en la tabla de especificaciones del panel y los datos obtenidos en la práctica, no se tuvo en cuenta los efectos generados por la irradiancia y la temperatura, esto se debe a la falta de información en las especificaciones del producto, impidiéndonos obtener las correcciones de potencia, voltaje y corriente. Este panel solar no está diseñado eficientemente para estar expuesto a irradiancia difusa y reflejada, esto lo podemos confirmar con el mal factor de llenado obtenido en esta práctica.
REFERENCIAS http://www.erasmus.com.co/en/solar-energy
http://orff.uc3m.es/bitstream/handle/10016/6037/PFC_Julio_Fernandez_Ferichola.pdf?sequence =1 http://www.unne.edu.ar/unnevieja/Web/cyt/cyt/2000/7_tecnologicas/t_pdf/t_028.pdf
