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INTRODUCCIÓN AL DISEÑO Y DIMENSIONADO DE INSTALACIONES DE ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA
Miguel Alonso Abella

Precio P.V.P: 56€(euros) 

Descripción:

624 páginas
22x16 cm
ISBN: 84-86913-12-8
Año de publicación: 2005



La tecnología de la energía solar fotovoltaica (FV) convierte directamente la luz del Sol en electricidad. El propósito de este libro es servir de ayuda a aquellos que quieran aprender a diseñar sistemas fotovoltaicos.
Por otro lado, la continua degradación del medio ambiente, debido a la generación de energía por medios convencionales, como las emisiones de CO2, hacen que las energías renovables y en especial la energía solar fotovoltaica aparezca en el mundo desarrollado como una opción cada vez más atractiva y necesaria. Durante los últimos años han proliferado los "tejados fotovoltaicos" en toda Europa. Estas instalaciones fotovoltaicas en viviendas se conectan a la red de manera que la energía producida puede ser vertida a dicha red y facturada a la compañía eléctrica. En España, los tejados fotovoltaicos podrían haber proporcionado el 24% de la electricidad consumida en 1990, superior a la energía hidráulica (18%), al tiempo que se reducirían en 17,5 millones de toneladas anuales las emisiones de Co2.
Estructurado en diferentes capítulos, en los que se presenta una visión general de la energía solar fotovoltaica, desde la célula solar hasta las aplicaciones y el dimensionado, pasando por los componentes de la instalación y la radiación solar, este texto está dirigido a usuarios e instaladores de sistemas fotovoltaicos y en general a todas aquellas personas que deseen entrar en contacto con este apasionante campo tecnológico de generación de energía.

Contenido

Capítulo I.- SISTEMAS FOTOVOLTAICOS.
Introducción. Diseño de sistemas fotovoltaicos. Diseño técnico e instalación. Dimensionado del sistema FV. Determinación de los consumos. Principios generales de diseño. Necesidades a ser consideradas. Consumos eléctricos frente a otras opciones. Selección consumo en AC o en DC. Selección del voltaje del sistema. Consumos para sistemas fotovoltaicos. Iluminación. Descripción de los tipos de iluminación eléctrica. Niveles de iluminación. Cálculo del número de luminarias necesarias para un cierto nivel de iluminación medio. Principios de operación de la iluminación con tubos fluorescentes. Sistema de refrigeración. Electrodomésticos térmicos. Otros electrodomésticos. Televisión, vídeo y radio. Otros consumos. Cálculo de los consumos, consideraciones generales. Estimación de pérdidas energéticas. Dimensionado del generador FV. Dimensionado de la Batería. Costes de sistema fotovoltaico autónomos.

Capítulo II.- RADIACIÓN SOLAR.
Geometría solar. Distancia sol-tierra. Declinación. Ecuación del tiempo (ET). Posición relativa del sol respecto a las superficies terrestres. Superficies horizontales. Superficies inclinadas. Radiación extraterrestre. Radiación extraterrestre sobre una superficie. Radiación extraterrestre sobre una superficie inclinada. Superficies orientadas hacia el ecuador. Superficies arbitrariamente orientadas. Componentes directa y difusa de la radiación global sobre superficie horizontal. Índice de claridad . Estimación de la componente difusa sobre superficies horizontales. Modelos horarios. Modelos diarios. Modelos para medias mensuales. Estimación de la irradiación horaria a partir de valores de irradiación diaria. Estimación de la radiación sobre superficies inclinadas. Radiación directa sobre superficie inclinada . Radiación reflejada. Radiación difusa. Generación sintética de datos de radiación. Utilización de datos de radiación para dimensionado y simulación. Radiación media mensual sobre superficies inclinadas. Seguimiento solar. Seguimiento en dos ejes. Seguimiento con un eje polar. Seguimiento en un eje norte-sur horizontal. Seguimiento en un eje este-oeste horizontal. Seguimiento acimutal. Bases de datos de radiación solar en España. Medida de la radiación solar. Nomenclatura utilizada en este capítulo.Referencias.

Capítulo III.- MÓDULOS Y GENERADORES FOTOVOLTAICOS.
Principios de operación. La célula fotovoltaica. Tecnologías de fabricación. Silicio cristalino y multicristalino. Fabricación de una célula convencional. Contactos eléctricos. Lámina delgada. Silicio amorfo. Materiales policristalinos de lámina delgada. Arseniuro de galio. Células multiunión. Otros materiales. Módulo y generador fotovoltaico. Características constructivas, fabricación. Estructuras soporte. Sistemas de concentración. Parámetros eléctricos de un módulo fotovoltaico. El generador fotovoltaico. Efecto de la variación de la irradiancia. Efecto de la variación de la temperatura. Respuesta espectral. Punto de trabajo. Operación con un seguidor del punto de máxima potencia. Operación con una batería. Operación con un motor DC. Asociaciones serie X paralelo. Mistmach, sombreado y protecciones. Grupos en paralelo. Grupos en serie. Conexión serie y paralelo. Referencias.

Capítulo IV.- EL ACUMULADOR FOTOVOLTAICO.
Elementos constructivos. Tipos de baterías. Baterías de plomo-ácido. Baterías de electrolito inmovilizado. Baterías de Níquel-Cadmio. Características de operación. Ciclado de la batería. Capacidad de la batería. Estado de carga. Carga y descarga de la batería. Densidad del electrolito. Voltaje. Efectos de la autodescarga en la capacidad. Profundidad de descarga. Efectos de la temperatura en la DOD. Baterías de ciclo profundo. Carga de la batería. Gaseo y sobrecarga. Factores que afectan a la vida de la batería. Rendimiento de la batería. Acoplo de un generador fotovoltaico y una batería.

Capítulo V.- EL REGULADOR FOTOVOLTAICO CONVERTIDORES DC/DC.
Reguladores de carga. Tensiones de regulación. Compensación con la temperatura. Reguladores serie y paralelo. Sistemas autoregulados. Otras funciones asociadas con el regulador de carga. Selección de las tensiones de regulación. Convertidores DC/DC. Seguidores del punto de máxima potencia. Referencias.

Capítulo VI.- EL INVERSOR FOTOVOLTAICO.
Introducción. Configuraciones de los inversores. Rendimiento. Otras características. Inversores fotovoltaicos autónomos. Inversores para conexión de sistemas fotovoltaicos a la red eléctrica. Seguimiento del punto de máxima potencia. Fundamentos de inversores DC/AC. Nociones generales. Inversores monofásicos autónomos. Inversores trifásicos autónomos. Métodos de control de inversores. Control PWM senoidal. Control PWM vectorial. Topología de los inversores autónomos. Topología de los inversores de conexión a red. Referencias.

Capítulo VII.- EL SISTEMA FOTOVOLTAICO.
Introducción. Sistemas fotovoltaicos autónomos. Elementos fundamentales. Principales características. Aplicaciones típicas. Configuraciones típicas. Sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica. Centrales de potencia. Integración en edificios. Beneficios de la integración en edificios. Reducción de las emisiones de CO2. El generador fotovoltaico como elemento de un edificio. Seguridad y protecciones. Normativa y legislación. Diseño y dimensionado de sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica. Métodos simplificados para la estimación de la energía anual producida por un sistema fotovoltaico conectado a la red eléctrica. Ejemplos de cálculo. Método simplificado de perdidas energéticas. Factores de pérdidas energéticas. Método simplificado de estimación de producciones. Influencia de los factores de pérdidas. Referencias .

Capítulo VIII.- SISTEMA DE BOMBEO FOTOVOLTAICO.
Introducción. Aplicaciones y mercado. Descripción del sistema de bombeo fotovoltaico. Subsistema de generación. Subsistema motor-bomba. Motores. Bombas. Subsistema de acondicionamiento de potencia. Subsistema de acumulación. Configuraciones típicas de sistemas de bombeo fotovoltaico. Sistemas de bombeo con motores DC. Sistemas de bombeo con motores de corriente alterna. Sistemas de bombeo FV con baterías. Sistemas de bombeo con convertidores de frecuencia. Dimensionado de sistemas de bombeo. Determinación de las necesidades de energía hidráulica. Necesidades de agua. Determinación de la altura Hidráulica de Bombeo. Determinación de la energía solar disponible. Ángulo óptimo de inclinación del generador fotovoltaico. Mes de dimensionado. Dimensionado del generador. Dimensionado del motor. Dimensionado de la. Dimensionado de las tuberías. Consideraciones generales. Optimización del rendimiento del sistema. Influencia de la temperatura en el acoplo generador-motor. Umbrales de arranque y configuración serie x paralelo del generador FV. Influencia del número de células en serie del generador fotovoltaico. Influencia del tipo de tecnología de los módulos. Bombeo con baterías. Influencia de la inclinación, de la orientación y de la
localización del generador FV. Utilización de convertidores DC/DC. Instalación. Ejemplo de dimensionado. Método numérico. Necesidades de agua. Energía hidráulica. Radiación solar disponible, ángulo de inclinación y mes de dimensionado. Dimensionado del generador fotovoltaico. Dimensionado del motor. Dimensionado de la bomba. Dimensionado de las tuberías. Método gráfico. Elección de los componentes del sistema. Elección de la bomba. Elección del generador. Simulación de sistemas de bombeo FV. Curvas características de sistemas de bombeo FV. Simulación de sistemas de bombeo FV. Ejemplo de simulación. Nomograma para dimensionado. Bibliografía. Referencias.

Capítulo IX.- DIMENSIONADO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS CON BATERÍAS.
Métodos “Amperios-hora”. Cálculo de los consumos diarios. Cálculo de la potencia y de la corriente pico. Corrección del consumo. Corriente y ángulo de inclinación. Dimensionado de la batería. Dimensionado del generador. Controladores de carga. Cableado del sistema. Instalación del sistema. Consideraciones generales. Hojas de dimensionado. Otros métodos de dimensionado. Método simplificado. Método del IES. Ejemplos de aplicación de métodos de dimensionado. Sistema AC. Comparación de resultados de métodos de dimensionado
de instalaciones autónomas. Método Ah. Método simplificado. Método IES. Programa FVDIM. Programa PVSYST 3.1 Referencias.

Anexo I.- MODELO DE COMPONENTES DE SISTEMAS FOLTOVOLTAICOS.
Modelo del sistema de generación. Modelo Eléctrico. Modelo de Green. Método analítico. Modelo de Luque-Sala. Modelo de Duffie & Beckman. Extrapolación a distintas condiciones de operación. Modelo térmico simplificado del módulo FV. Otros mecanismos de pérdidas en el generador FV. Varación rendimiento en función de la concentración. Método Luque- Sala. Método Green . Método J.M Ruiz . Método I2Rs. Ejemplo. Modelo del acumulador. Modelo del inversor autónomo. Modelo del inversor de conexión a red. La temperatura ambiente. Referencias.

Anexo II.- INTRODUCCIÓN A LOS FUNDAMENTOS DE LA CÉLULA FOTOVOLTAICA.
Conceptos generales. Semiconductores no degenerados. Semiconductores degenerados. Semiconductores intrínsecos. Dopado de semiconductores. Condiciones de no equilibrio, pseudo-niveles de Fermi. Fenómenos de transporte de portadores. Absorción y generación en semiconductores. Recombinación. Ecuaciones básicas en un semiconductor. Ecuación de continuidad. Ecuación de Poisson. Uniones p-n. Obtención de la ecuación de la célula ideal. Propiedades electrostáticas en la zona de deplexión. Resolución en las zonas casi-neutras. Curva I-V en oscuridad. Curvas I-V en oscuridad de células reales. Curva I-V en iluminación. Relaciones básicas de la célula solar ideal. Bibliografía y referencias.

Anexo III.- SEGURIDAD Y PROTECCIONES EN SISTEMAS FV AUTÓNOMOS Y CONECTADOS A RED. Planteamiento del problema y generalidades. Efectos sobre el organismo. Los efectos de la corriente eléctrica en las personas. Factores que intervienen en el riesgo de electrocución. Efectos físicos del choque eléctrico. Efectos físicos no inmediatos. Tipos de contactos eléctricos. Instalaciones eléctricas de baja tensión. Contactos eléctricos directos. Contactos eléctricos indirectos. Protección contra contactos directos. Medidas preventivas para instalaciones eléctricas en baja tensión contra contactos eléctricos indirectos. Esquemas de conexión a tierra. Esquema TT. Esquema IT (Neutro aislado o impedante). Esquema TN. Tomas de tierra. Protección en la parte AC de un sistema fotovoltaico con Inversor autónomo. Protección en la parte DC de un sistema fotovoltaico. Configuraciones del sistema: aislamiento y puesta a tierra. Referencias.

BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS

 

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