Energía Solar Fotovoltaica URJC

Práctica EN-SOL. Energía Solar Fotovoltaica

Recursos Energéticos

ÍNDICE

1. OBJETIVO

2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

2.1 Efecto de la orientación y la potencia

2.2 Curva característica y potencia máxima generada

3. CÁLCULOS, RESULTADOS Y DISCUSIÓN

3.1 Estudio del efecto de la orientación y de la potencia radiante en la potencia eléctrica generada por las placas

3.2 Determinar la curva característica y la potencia máxima generada por cada placa

3.3 Resolver el siguiente ejercicio

4. CONCLUSIONES

5. BIBLIOGRAFÍA 

OBJETIVO

El objetivo de esta práctica es estudiar el efecto en el funcionamiento de una placa solar fotovoltaica de la radiación solar incidente en función de la irradiancia y la orientación de la placa, así como establecer su curva característica. Para ello, se estudiará el voltaje, la intensidad y la potencia generada por dos placas diferentes una monocristalina y otra amorfa. De esta manera, se podrá establecer, además, una comparación entre ambas placas en función del rendimiento de cada una.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

La instalación a manejar está formada por:

Dos placas de diferentes características, una de ellas de silicio amorfo y otra de silicio monocristalino.

Dos fuentes de de radiación (focos) de potencia máxima 500 W.

Polímetro para medir la intensidad y el voltaje

Radiómetro que mide la potencia incidente en las placas. (La potencia generada por las placas se calcula como el producto entre voltaje e intensidad).

Potenciómetro que permite controlar la resistencia del circuito.

Panel de control

Ventilador

Ilustración 1. Esquema de la instalación experimental.

EFECTO DE LA ORIENTACIÓN Y LA POTENCIA

En este punto se procede a estudiar el efecto que tiene la orientación y la potencia radiante de la luz sobre la potencia eléctrica generada por las placas.

Así se va a variar la orientación de las fuentes de luz en 90º, 70º y 60 º midiendo para cada orientación su voltaje. De tal forma también se variará la potencia de los focos en tres posiciones:500 W, 750 W y 1000 W.

La resistencia para esta parte va a tener un valor constante de 3000Ω así mediante la ley de Ohm es posible calcular la intensidad generada.

CURVA CARACTERÍSTICA Y POTENCIA MÁXIMA GENERADA

En segundo lugar se construirá la curva característica de las dos placas solares utilizadas así como el cálculo de la potencia máxima generada por cada placa.

Para ello esta vez se mantendrá la orientación de la radiación incidente constante en 90º y una potencia de iluminación de 1000 W.

La resistencia para este caso se variará de forma que se anotarán los valores de voltaje, calculando la intensidad mediante la ley de Ohm.

De esta forma se puede construir la curva característica I-V para cada placa y analizar las diferencias existentes.

CÁLCULOS, RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Estudio del efecto de la orientación y de la potencia radiante en la potencia eléctrica generada por las placas.

Como se ha descrito en el anterior apartado se ha ido variando la orientación de los focos en 90º, 70º y 60 º anotando para cada orientación su voltaje e intensidad. Para cada orientación habrá que variar también la potencia radiante en niveles de 500 W, 750 W, 1000W.

La intensidad se ha calculado con la ley de Ohm y la potencia producida se ha calculado como el producto de voltaje por intensidad, de la siguiente manera:

Caso 90º a Potencia incidente de 500 W:

Calculo de la Intensidad:

V=I•R→I=V/R=(14,85 V)/(3000 Ω)=4,95 E-03 A

Cálculo de la potencia generada:

P=V•I=14,85•4,95 E-03=7,35 E-02 W

A continuación se muestra una tabla con los datos obtenidos:

Tabla 1. Medida de voltaje y cálculo de la intensidad y potencia generada por la Placa 1, para distintas orientaciones y potencias de luz incidente.

Placa 1 Orientación

90º 70º 60º

Potencia Incidente (W) Voltaje (V) Intensidad (A) Potencia Generada (W) Voltaje (V) Intensidad (A) Potencia Generada (W) Voltaje (V) Intensidad (A) Potencia Generada (W)

500 14,85 4,95E-03 7,35E-02 10,13 3,38E-03 3,42E-02 3,85 1,28E-03 4,94E-03

750 15,61 5,20E-03 8,12E-02 11,15 3,72E-03 4,14E-02 4,45 1,48E-03 6,60E-03

1000 16,56 5,52E-03 9,14E-02 13,07 4,36E-03 5,69E-02 5,41 1,80E-03 9,76E-03

Tabla 2. Medida de voltaje y cálculo de la intensidad y potencia generada por la Placa 2, para distintas orientaciones y potencias de luz incidente.

Placa 2 Orientación

90º 70º 60º

Potencia Incidente (W) Voltaje (V) Intensidad (A) Potencia Generada (W) Voltaje (V) Intensidad (A) Potencia Generada (W) Voltaje (V) Intensidad (A) Potencia Generada (W)

500 15,26 5,09E-03 7,76E-02 12,77 4,26E-03 5,44E-02 6,96 2,32E-03 1,61E-02

750 15,96 5,32E-03 8,49E-02 13,56 4,52E-03 6,13E-02 7,31 2,44E-03 1,78E-02

1000 16,49 5,50E-03 9,06E-02 14,30 4,77E-03 6,82E-02 9,41 3,14E-03 2,95E-02

Se puede observar que a medida que aumenta la potencia de la radiación incidente, aumenta el voltaje y, por tanto, la intensidad.

Esto también es observable cuando aumenta el ángulo de incidencia. Por ello, la mejor posición es el ángulo de 90º, ya que es en ese ángulo en el que la radiación incide en ángulo recto a la placa y, por ello la radiación incidente es mayor.

Para ver que parámetro influye más en la potencia generada por las placas, se puede recurrir al apoyo de los siguientes gráficos.

Gráfica 1. Efecto de la potencia incidente en la potencia generada para la placa 1.

Se puede apreciar el efecto que tiene la potencia incidente en la potencia generada. Cuanto mayor es la potencia incidente, mayor es la radiación que le llega a la placa y con ello el número de fotones, además de que también será mayor la energía con la que llegan esos fotones, por ello una cantidad mayor de electrones serán liberados del semiconductor.

Gráfica 2. Efecto de la potencia incidente en la potencia generada para la placa 2.

Así mismo se puede observar la misma tendencia para la placa 2.

A la hora de estudiar la relación entre la potencia generada con la variación de la orientación del ángulo del foco emisor se dispone de las siguientes gráficas:

Gráfica 3. Efecto del ángulo de orientación en la potencia generada para la placa 1.

Gráfica 4. Efecto del ángulo de orientación en la potencia generada para la placa 2.

Se puede observar nuevamente como al aumentar el ángulo orientación, más radiación le llega a la placa y por ello un mayor número de electrones serán liberados del semiconductor lo que se traduce en una mayor potencia generada.

Comprando todas estas gráficas, se puede concluir que el parámetro más relevante es la potencia generada creando mayores incrementos es la orientación del ángulo de la emisión ya que cuanto más perpendicular esté la placa a la radiación incidente, mayor será la cantidad de fotones que recibe la placa y, por tanto, mayor cantidad de electrones se emitirán, con el consiguiente aumento de la potencia generada.

Así el incremento de potencia generada cuando se varía el ángulo de incidencia es mayor que cuando se varía la potencia incidente.

Posteriormente se va a proceder a calcular el rendimiento de cada placa. El cálculo del rendimiento se realiza en base a la utilización de la potencia máxima incidente 1000W y un ángulo de orientación de 90º.

El rendimiento se va a calcular mediante la siguiente ecuación:

η=P_placa/P_recibida =P_(max,nom)/(G•S)•100 ecuación 1

Donde:

η : rendimiento en tanto por ciento

P_(max,nom) : Potencia máxima que puede dar la placa medida en Watios, para la potencia y orientación antes citadas.

G: Potencia luminosa recibida medida mediante el radiómetro en W m-2

S: Superficie del panel en m2, (0,13 m2 para cada placa)

Placa 1:

η=P_(max,nom)/(G•S)•100=(9,14E-02)/(385•0,13)•100= 0,183%

Placa 2:

η=P_(max,nom)/(G•S)•100=(9,06E-02)/(410•0,13)•100=0,170%

Se observa como el rendimiento de la placa 1 es superior al de la placa 2 aunque la potencia incidente superior en la segunda.

Con esto ya podemos clasificar cada placa y podemos afirmar que la placa 1 está formada de silicio amorfo y la placa 2 de silicio monocristalino.

Esto se debe a que la geometría cristalina de un material concede mejores propiedades conductoras y con ello es más fácil el transporte de electrones y más electricidad se generará, y como consecuencia más potencia.

Las placas de silicio monocristalino, se componen de secciones de un único cristal de silicio (Si), mientras que las placas de silicio amorfo el silicio no se ha cristalizado, así se obtiene mejor rendimiento en la primera.

Cabe mencionar que la potencia luminosa medida mediante el radiómetro (G) en la placa 2 es superior a la de la placa 1, cuando debería ser la misma, esto se puede deber a que el foco llevara más tiempo irradiando luz o errores experimentales en la medición.

A pesar de que los datos son coherentes cabe comentarse que estos rendimientos distan bastante de los de las placas

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