Cálculo y diseño de módulos fotovoltaicos y de conjuntos

Descubrir la variedad de células de un módulo, medir los parámetros del módulo y calcular el circuito breve actual, la tensión en circuito abierto y las trazas V-I del módulo y el conjunto fotovoltaico

¿Qué es un módulo fotovoltaico?

Las instalaciones requeridas diariamente por nuestros cientos varían en número de vatios o, normalmente, en kilovatios. Una sola célula fotovoltaica no puede producir suficiente energía para satisfacer tal demanda de carga, probablemente apenas producirá energía en un rango de 0,1 a tres vatios, dependiendo del espacio de la célula. En el caso de los cultivos energéticos industriales y conectados a la red, necesitamos una potencia del orden de los megavatios e incluso de los gigavatios.

Por tanto, una sola célula fotovoltaica no debería tener una demanda tan excesiva. Por lo tanto, para satisfacer estas demandas excesivas, las células fotovoltaicas están dispuestas y relacionadas eléctricamente. Esta conexión y asociación de células fotovoltaicas se conoce como módulos fotovoltaicos. Estos módulos fotovoltaicos permiten producir más demanda de la que podría suministrar una sola célula.

Cuando la radiación fotovoltaica incide sobre una célula fotovoltaica, se producen dos terminales anódicos y el terminal catódico (es decir, el ánodo es el terminal constructivo y el cátodo es el terminal adverso). Para aumentar el potencial de la energía requerida, el número N de celdas se enumeran en secuencia. El terminal adverso de 1 célula está relacionado con el terminal constructivo de la célula opuesta, como se demuestra en la determinación siguiente.

Tras unir N número de células fotovoltaicas en secuencia, obtenemos dos terminales y la tensión a través de estos dos terminales es la suma de las tensiones de las células relacionadas en secuencia. Por ejemplo, si la de una sola célula es de 0,3 V y se relacionan 10 células en secuencia, la tensión total a lo largo de la cadena puede ser de 0,3 V × 10 = 3 voltios.

Si se relacionan 40 células de 0,6 V en secuencia, la tensión total podría ser de 0,6 V × 40 = 24 voltios. Tendrás que notar que cuando las celdas se relacionan en secuencia, el voltaje se sumará mientras el presente sigue siendo el mismo.

Del mismo modo, cuando las células se relacionan en paralelo, se añade el don de las células de la persona. El terminal anódico de 1 célula se relaciona con el terminal anódico de la siguiente célula y, del mismo modo, el terminal catódico se relaciona con el terminal catódico de la siguiente célula, como se demuestra en la determinación 2.

A diferencia de la conexión en secuencia, la tensión de toda la cadena en la conexión en paralelo no cambia. Por ejemplo, si una célula tiene una capacidad de producción actual de dos células A y 5, estas células fotovoltaicas están relacionadas en paralelo. Entonces, toda la capacidad de salida actual de la célula puede ser de 2 A × 5 = 10 A.

Los parámetros del módulo fotovoltaico son hablados por los productores por debajo de la Situación Normal de Comprobación (STC), es decir, temperatura de 25 °C y radiación de 1000 W/m². En la mayoría de las ocasiones y lugares, no se dan las circunstancias que se especifican a continuación del STC. Esto se debe a que la radiación fotovoltaica es siempre inferior a 1000 W/m² y la temperatura de funcionamiento de la célula es superior a 25 °C, esta incertidumbre provoca una disminución de la energía de salida del módulo fotovoltaico

Como hemos mencionado anteriormente, el módulo fotovoltaico está compuesto por la variedad de células fotovoltaicas, por lo que sus parámetros y elementos que afectan a la era de la energía eléctrica son exactamente como los de la célula fotovoltaica que ya hemos alineado en nuestro artículo anterior. Así que no volvemos a tener esa mitad aquí.

Descubrir la variedad de células de un módulo

Una de las principales necesidades del módulo fotovoltaico es ofrecer una tensión suficiente para costear las baterías a partir de los diferentes rangos de tensión bajo la radiación fotovoltaica de cada día. Esto significa que el voltaje del módulo debe ser mayor para que las baterías tengan un coste por la baja radiación fotovoltaica y las temperaturas excesivas.

Los módulos fotovoltaicos están diseñados para ofrecer los voltajes dentro de un número de baterías de 12 V que son 12 V, 24 V, 36 V, 48 V, etc. Para costear una batería de 12 V a través de un módulo fotovoltaico, queremos un módulo con V_M 15 V y para una batería de veinticuatro V queremos un módulo con V_M 30 V y así sucesivamente. Las diferentes unidades utilizadas dentro del sistema fotovoltaico son adecuadas para trabajar con una etapa de tensión de batería.

Para suministrar el voltaje necesario, tenemos que juntar las células en secuencia. Dependiendo de las diferentes ciencias aplicadas que se utilicen en la célula fotovoltaica, la variedad de células que se necesitan para relacionarse en secuencia será diferente. La variedad de células que deben relacionarse en secuencia depende de la tensión en el nivel de potencia máxima, es decir, V_M de la célula de la persona y la caída de tensión que se produce como resultado de un aumento de la temperatura de la célula por encima del STC.

Instancia:

Entendamos esto con un ejemplo, un módulo fotovoltaico debe ser diseñado con células fotovoltaicas para costear una batería de 12 V. La tensión de circuito abierto V_OC de la célula es de 0,89 V y la tensión al nivel de potencia máxima V_M es de 0,79 V.

La temperatura de trabajo de las células es de 60 °C y se produce una disminución de la tensión de 2 mV por cada aumento de temperatura de un diploma. ¿Qué número de celdas necesitas relacionar en secuencia para costear la batería?

Paso 1: Averigua la tensión a la máxima potencia V_M = 0.79 V.

Si V_M no debe especificarse, entonces toma V_M como 80 a 85% de V_OC.

Paso 2: Averigua la escasez de tensión por debajo de la temperatura de trabajo, es decir, a 60 °C.

Aumento de la temperatura por encima de la STC = Temperatura de trabajo - Temperatura en la STC.

Aumento de temperatura por encima del STC = 60 °C - 25 °C = 35 °C

Debido a este hecho, la escasez de tensión resultante del aumento de temperatura por encima del STC:

Falta de tensión = 35 °C × 0,002 V = 0.07 V

Paso 3: Descubrir la tensión en la situación de trabajo.

Tensión en la situación de trabajo = Tensión en el STC (V_M) - La escasez de tensión resultante de un aumento de la temperatura por encima del STC.

Debido a este hecho, Tensión en situación de trabajo = 0,79 V - 0,07 V = 0.72 V

Paso 4: Decide la tensión necesaria del módulo fotovoltaico para que cueste la batería.

Para costear una batería de 12 V, queremos que la tensión del módulo sea de unos 15 V.

Paso 5: Decide la rango de celdas que se enumeran en secuencia.

El rango de células conectadas en serie = tensión del módulo FV / tensión en situación de trabajo.

Rango de celdas relacionadas con la secuencia = 15 V / 0,72 V = 20,83 o aproximadamente 21 células

Así, queremos 21 celdas conectadas en serie para que cueste una batería de 12V. Tendrás que notar que para diversas ciencias aplicadas de las células fotovoltaicas necesitaremos una variedad especial de células en secuencia para una tensión de salida similar. Una imagen precisa del módulo fotovoltaico formado por N números de células relacionadas eléctricamente se demuestra en la determinación 3 siguiente.

Mensajes asociados:

Parámetros del módulo de medición

Para el medición de los parámetros del módulo, como V_OC, I_SC, V_M, y yo_M queremos voltímetro e amperímetro o multímetro, reóstatoy los cables de conexión.

Medición de la tensión en circuito abierto (V_OC):

Mientras que la medición de V_OCel módulo no debe estar relacionado entre sí a través de los 2 terminales del módulo. Para averiguar la tensión de circuito abierto de un módulo fotovoltaico mediante un multímetroobedece a los siguientes sencillos pasos.

• Ajusta el botón del multímetro para la medición de la tensión continua y elige el rango de medición de la tensión según corresponda, es decir, 6 V, 12 V, 24 V y muchos otros.
• Permite relacionar una sonda con el puerto COM del multímetro y otra con el puerto de medición de tensión.
• Después de elegir el modo y variar, une las sondas del multímetro a los 2 terminales del módulo FV y observa el estudio en el programa.
• Haz que la sonda constructiva (puerto de medición de tensión) se relacione con el borne constructivo y la sonda adversa (puerto COM) con el borne adverso. Si las sondas están relacionadas a la inversa, dará un estudio adverso.
• El estudio en el programa del multímetro es la tensión en circuito abierto V_OC del módulo fotovoltaico.

Presentar al asociado:

Medición del cortocircuito actual (I_SC):

Mientras que la medición de la I_SCel módulo no debe estar relacionado entre sí a través de los 2 terminales del módulo.

A descubrir el presente circuito rápido de un módulo fotovoltaico por medio de un multímetroobedece a los siguientes sencillos pasos.

• Ajusta el botón del multímetro para que muestre la medición y elige el rango para la medición de la corriente en consecuencia, es decir, normalmente entre 0,1 y 10 A.
• Permite relacionar una sonda con el puerto COM del multímetro y otra con el puerto de medición de corriente.
• Después de elegir el modo y variar, une las sondas del multímetro a los 2 terminales del módulo FV y observa el estudio en el programa.
• Haz que la sonda constructiva se relacione con el terminal constructivo (puerto de medición de corriente) y la sonda adversa (puerto COM) con el terminal adverso. Si las sondas están relacionadas a la inversa, dará un estudio adverso.
• El estudio anotado en la muestra del multímetro es el circuito rápido presente I_SC del módulo fotovoltaico.

Mensajes asociados:

Medición de la curva I-V:

Para medir la curva I-V, hay que relacionar el módulo fotovoltaico en secuencia con la resistencia variable, como se demuestra en la determinación siguiente.

El terminal adverso del módulo se relaciona con el terminal constructivo del amperímetro y el voltímetro se relaciona instantáneamente a través del módulo FV, como se demuestra en la determinación 4.

Si, sin saberlo, las conexiones se realizan a la inversa, el estudio obtenido puede tener una señal adversa, vuelve a conectar los contadores para adquirir los valores adecuados. Tan pronto como puedas cambia correctamente la resistencia variable (reóstato) de un lado, para que la tensión pueda ser mayor y el presente sea mínimo.

Presta atención a los valores de corriente y tensión en este lugar del reóstato. Ahora desliza lentamente el reóstato hacia la cara opuesta y anota las lecturas de cada ajuste de la corredera hasta que el reóstato esté totalmente cortocircuitado. Calcula la instalación para cada valor de tensión y preséntala mediante la siguiente ecuación.

P = V × I

Así, a partir de estos valores medidos, se pudieron obtener todos los parámetros opuestos del módulo fotovoltaico.

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Módulos de mayor potencia

Una de las células más importantes y extendidas es la "célula de silicio cristalino". Estas células se encuentran en un espacio de 12,5 × 12,5 cm² y 15 ×15 cm². Es engorroso buscar en este espacio, muchas de las mayores plantas fotovoltaicas utilizan módulos con estas áreas de células.

Sin embargo, ¿cómo puede este módulo tener una potencia mucho mayor y la forma de conseguir una mayor potencia por módulo? Un módulo fotovoltaico de diseño normal tiene un V_M de 15 V para costear una batería de 12 V. Para adquirir esta tensión, se conectan en secuencia de 32 a 36 células, en función de su temperatura de trabajo y de su tensión máxima V_M de la célula de una persona.

El presente producido por las células depende del mundo, de la cantidad de luz solar que incide sobre él, del ángulo de la luz solar que incide sobre él y de la densidad del presente. La célula de silicio cristalino tiene una densidad presente J_SC con una dispersión de 30 mA/cm² a 35 mA/cm².

Nos permite tomar la densidad de corriente de 30 mA/cm² para nuestro ejemplo. Entonces el presente circuito rápido para un espacio de 12,5 × 12,5 cm² podría calcularse como

I_SC = J_SC × Espacio = 30 mA/cm² × 12,5 × 12,5 cm² = 4.68 A

Además, para 15 ×15 cm² el presente circuito rápido se calcula como

I_SC = J_SC × Espacio = 30 mA/cm² × 15 × 15 cm² = 6.75 A

Para muchos productores, la I_M es aproximadamente del 90 al 95 % de I_SC. Para nuestro ejemplo, tomemos I_M como el 95 % de I_SC.

I_M = 0.95 × I_SC

Así que el I_M para un espacio de 12,5 × 12,5 cm² podría calcularse como

I_M = 0,95 × 4,68 A = 4,446 A

Además, para 15 ×15 cm² I_M se calcula como;

I_M = 0,95 × 6,75 A = 6,412 A

Ahora vamos a decidir la potencia máxima de pico de estas dos células;

P_M = V_M × I_M

P_M = 15 V × 4,446 A = 66,69 W (para un espacio de 12,5 × 12,5 cm²)

P_M = 15 V × 6,412 A = 96,18 W (para un espacio de 15 × 15 cm²)

Por ello, al utilizar los conocimientos celulares más eficaces que existen con un espacio de 12,5 × 12,5 y 15 × 15 cm² obtenemos una potencia de influencia de 66,69 W y 96,18 W respectivamente (Contemplando I_M sea el 95 % de I_SC y una densidad presente de 30 mA/cm²).

Para aumentar la tensión y la presencia del módulo hay que relacionar la variedad extra de células en secuencia y en paralelo respectivamente, lo que puede aumentar la energía global del módulo más de lo que hemos calculado.

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Instancia:

Ahora, para comprender mejor, permítenos diseñar un módulo fotovoltaico que pueda presentar una tensión con la mayor parte de la energía V_M de 45 V por debajo de la STC y de 33,5 V por debajo de la temperatura de trabajo de 60 °C. Utilizaremos las células con una tensión de circuito abierto V_OC de 0,64 V, siendo 0,004 V inferior en V_M por cada °C de aumento de temperatura.

Paso 1: Averigua la tensión en la mayor parte del nivel de potencia V_M.

Si V_M no debe especificarse, entonces toma V_M como 80 a 85% de V_OC

Supongamos que V_M = 0.85 × V_OC = 0,85 × 0,64 V = 0,544 V

Paso 2: Encuentra la escasez de tensión por debajo de la temperatura de trabajo, es decir, a 60 ^oC.

Aumento de la temperatura por encima de la STC = Temperatura de trabajo - Temperatura en la STC.

Aumento de temperatura por encima del STC = 60 °C - 25 °C = 35 °C

Debido a este hecho, la escasez de tensión resultante del aumento de la temperatura por encima del STC = 35 °C × 0,004 V = 0,14 V

Paso 3: Averiguar la tensión de la situación laboral

La tensión en la situación de trabajo = Tensión en el STC (V_M) - La escasez de tensión resultante de un aumento de la temperatura por encima del STC.

Debido a este hecho, la tensión en la situación de trabajo = 0,544 V - 0,14 V = 0,404 V

Paso 4: Decide la tensión necesaria del módulo fotovoltaico

queremos que la tensión del módulo sea de unos 33,5 V.

Paso 5: Decide el rango de celdas a relacionar en secuencia

La variedad de células conectadas en serie = tensión del módulo FV / tensión en situación de trabajo.

Variedad de células relacionadas con la secuencia = 33,5 V / 0,404 V = 82,92 o unas 83 células.

Ahora permítenos calcular cuánta energía pueden producir estas 83 células por debajo del STC teniendo V_M = 45 V, y nos permite tomar los mismos valores de regalo para 2 celdas que el caso anterior.

I_M = 4,446 A (para un espacio de 12,5 × 12,5 cm²)

I_M = 6,412 A (para un espacio de 15 × 15 cm²)

Ahora vamos a decidir la potencia máxima de pico de estas dos células a una tensión de 45 V;

P_M = V_M × I_M

P_M = 45 V × 4,446 A = 200,07 W (para un espacio de 12,5 × 12,5 cm²)

P_M = 45 V × 6,412 A = 288,54 W (para un espacio de 15 × 15 cm²)

Así, en función de la necesidad de una enorme potencia, dichas células de mayor superficie se relacionan en secuencia y en paralelo con el tipo de módulo fotovoltaico. Además, estos módulos fotovoltaicos pueden relacionarse en secuencia y en paralelo con un conjunto fotovoltaico que genera energía en MW.

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Diodos de bloqueo y derivación

Diodo de derivación

Todas las células relacionadas en secuencia dentro del módulo fotovoltaico equivalen a que todas las células produzcan regalos al caer suavemente sobre ellas. Pero cuando una de las muchas células fotovoltaicas está a la sombra de algún objeto, la luz solar que incide sobre ella se interrumpe y produce una disminución del presente o prácticamente ningún presente resultante de esta interrupción de la luz solar que incide sobre la célula.

Esta célula actuará ahora como prueba contra el movimiento actual dentro de la secuencia de células. Actuará como una carga y la energía generada por las diferentes células se disipará dentro de la célula sombreada, haciendo que la temperatura de la célula aumente y formando un punto de quemado. Esto puede provocar incluso la rotura de cristales del módulo, incendios y accidentes en el sistema.

Los diodos de derivación se utilizan para evitar estas catástrofes en nuestro sistema diseñado. Como se demuestra en la determinación 5, el diodo de derivación está relacionado en paralelo con la célula fotovoltaica con polaridad inversa.

En circunstancias normales sin sombreado, el diodo de derivación está invertido, actuando como un circuito abierto. Pero cuando se produce un sombreado dentro de la cadena de células conectadas en serie, la célula sombreada puede tener polaridad inversa y esto puede actuar como polaridad directa para el diodo de derivación, ya que está relacionado con una polaridad inversa para la célula fotovoltaica.

Ahora el diodo de derivación de esta célula sombreada llevará el presente a través de ésta, un poco más que la célula sombreada. Así, el diodo que puentea la célula evita el daño atribuible al sobrecalentamiento, de ahí el título de diodo de puenteo. Lo ideal es que haya un diodo por cada célula fotovoltaica en un módulo, pero prácticamente para que el módulo sea rentable se relaciona un diodo de derivación para una mezcla secuencial de 10-15 células.

Puestos asociados:

Diodo de bloqueo

En un sistema sin conexión a la red, los módulos se utilizan para producir la instalación a la carga y el coste de la batería. Por la noche, cuando no hay luz del día, el módulo no produce energía y las baterías de coste empiezan a suministrar energía a la carga y al módulo fotovoltaico. La instalación proporciona al módulo fotovoltaico una pérdida de potencia. Para evitar la pérdida, se coloca un diodo para detener el movimiento de la corriente desde la batería hasta el módulo fotovoltaico. Por lo tanto, gracias a este diodo se evita el corte de energía bloqueando el movimiento actual de la batería al módulo.

Presentar asociado:

Conexión en secuencia, en paralelo y en secuencia-paralelo de paneles y conjuntos fotovoltaicos

Ya hemos definido muy bien este tema en nuestro documento anterior etiquetado como Conexión en secuencia, en paralelo y en secuencia-paralelo de los paneles fotovoltaicos. Puedes conectar a los cables para fotografiar cadenas de módulos de tensión y secuencia-matriz, paralelo-matriz o una combinación de secuencia y matriz y paralelo-matriz.

Mensajes asociados: