1 Intro FV Jun13

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

[email protected]

8/16/2019 1 Intro FV Jun13

4/78


Gestor de archivos + foro

• Código curso: 56tly3r

Código comunidad: 8btm3es

www.edoome.com

8/16/2019 1 Intro FV Jun13

5/78



8/16/2019 1 Intro FV Jun13

6/78



8/16/2019 1 Intro FV Jun13

7/78



8/16/2019 1 Intro FV Jun13

8/78



8/16/2019 1 Intro FV Jun13

9/78


Contenido

8/16/2019 1 Intro FV Jun13

10/78


Contenido

8/16/2019 1 Intro FV Jun13

11/78

IntroducciónIntroducción

8/16/2019 1 Intro FV Jun13

12/78


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


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


¿Qué es la energía solar fotovoltaica?

• ¿Qué es la energía FV?

8/16/2019 1 Intro FV Jun13

16/78



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



Fuente: Godfrey Boyle, “Power for a sustainable future” ,Renewable Energy, Oxford 2004

• Efecto fotovoltaico

8/16/2019 1 Intro FV Jun13

18/78



¿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



• En resumen…

Ver video de efecto fotovoltaico

8/16/2019 1 Intro FV Jun13

20/78



• Efecto fotovoltaico

8/16/2019 1 Intro FV Jun13

21/78



• ¿Cómo funciona el sistema?

Ver video de Sistema Fotovoltaico

8/16/2019 1 Intro FV Jun13

22/78



• ¿Cómo funciona el sistema?

8/16/2019 1 Intro FV Jun13

23/78



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



• “Big picture”

Fuente: MIT opencourse

8/16/2019 1 Intro FV Jun13

26/78



Fuente: “Sistemas Solares Térmicos. Diseño e Instalación”, Peuser, Felix

8/16/2019 1 Intro FV Jun13

27/78



• 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



• ¿Cuánta energía nos llega del sol?

Fuente: “Sistemas Solares Térmicos. Diseño e Instalación”, Peuser, Felix

8/16/2019 1 Intro FV Jun13

29/78



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



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



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



• 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



• 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



• 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



• 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



• Medición de irradiancia solarPiranómetro Piranómetro portátilPirheliometro

Fotocelda

8/16/2019 1 Intro FV Jun13

37/78



• Insolación (Santiago)

Datos: DGF Santiago de Chile

8/16/2019 1 Intro FV Jun13

38/78



• 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



…44 se ubican entre 35º a 54º

De las 50 centrales PV más grandes…

8/16/2019 1 Intro FV Jun13

42/78



• 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


8/16/2019 1 Intro FV Jun13

44/78

Situación actual

Introducción

8/16/2019 1 Intro FV Jun13

45/78


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


Situación actual


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


Situación actual


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


Situación actual

• Evolución de precios

8/16/2019 1 Intro FV Jun13

49/78


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


Situación actual

• Y en Chile?

8/16/2019 1 Intro FV Jun13

51/78


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


Situación actual

Si ió l

8/16/2019 1 Intro FV Jun13

53/78


Situación actual

Sit ió t l

8/16/2019 1 Intro FV Jun13

54/78


Situación actual

Sit ió t l

8/16/2019 1 Intro FV Jun13

55/78


Situación actual

Sit ió t l

8/16/2019 1 Intro FV Jun13

56/78


Situación actual

Sit ió t l

8/16/2019 1 Intro FV Jun13

57/78


Situación actual

• Ley 20.571

Sit ió t l

8/16/2019 1 Intro FV Jun13

58/78


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


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


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


Conceptos básicos

Análogo hidráulico

2 · I

2 · ΔV

Conceptos básicos

8/16/2019 1 Intro FV Jun13

64/78


Conceptos básicos

• Corriente, si Isc = 6A ?

• Voltaje, si Vca = 24V ?

a

b

Conceptos básicos

8/16/2019 1 Intro FV Jun13

65/78


Conceptos básicos

• Medición de Corriente y Voltaje

Conceptos básicos

8/16/2019 1 Intro FV Jun13

66/78


¿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


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


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


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


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


Conceptos básicos

• Mercado Eléctrico Nacional

Conceptos básicos

8/16/2019 1 Intro FV Jun13

72/78


Conceptos básicos

• Potencia: P=I·VEjemplo!

• Efecto Joule: P=I²R.

Ejemplo!

Conceptos básicos

8/16/2019 1 Intro FV Jun13

73/78


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


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


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


8/16/2019 1 Intro FV Jun13

76/78


¿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


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?

Documents

1 Intro FV Jun13