Archivo para julio 31st, 2010


Efecto de la resistencia shunt en celulas solares

El típico rango de las resistencias shunt 1 x 2 cm hasta 2 x 6 cm es desde 10^3 hasta 10^5 ohm. La resistencia shunt no se puede controlar durante los procesos de manufactura, excepto que algunas veces puede ser monitoreada para propósitos de controls de procesos de producción. Los efectos de la resistencia shunt son usualmente despreciables para operación próxima a una constante solar, pero es significante cuando hay niveles pobres de luz.

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Efecto de las resistencias en serie en celula solar

Las resistencias en serie de una célula solar es una idealización de las pérdidas eléctricas disipativas internas las cuales pueden ser deducidas por observaciones del comportamiento de sus terminales. Pequeñas variaciones de las Rs pueden tener un profundo impacto en la eficiencia de conversión de la energía. Tales variaciones son usualmente causadas por los procesos de manufactura, pero dichos cambios también pueden ser causados por exposición al medio ambiente tales como radiación de partículas, temperaturas cíclias y humedad.


Propiedades Eléctricas de Salida de Células Solares

Ics –> es el corriente de cortocircuito (voltaje de los terminales es igual a cero).
Pmp –> punto de máxima potencia de salida, conocido también como: punto óptimo de potencia de salida Pop.
Voc–> voltaje de circuito abierto (cuando la corriente de salida es cero).
El punto de máximo potencia Pmp corresponde a la máxima eficiencia de conversión y se localiza donde el rectángulo tiene la más grande área dentro de la curva I-V.
En correspondencia con Pmp esta la corriente de máxima potencia Imp y el voltaje de máxima potencia Vmp.
Una línea recta desde el origen y que pase por el Pmp, representa la resistencia de carga óptima Rop y que es 1/Rop = Imp/Vmp.


Cuadro de datos de la variación de la intensidad solar en relación a la distancia Tierra / Sol.

La Tierra en su rotación anual alrededor del Sol tiene momentos de acercamiento y distanciamiento del Sol, esto influye que la intensidad solar varíe según la distancia Tierra / Sol a lo largo del año. Pero para consideraciones de diseño se toma un valor de 1000 W/m^2 como hipótesis general y esto resulta de considerar que la constante solar se reduce un tanto debido a que la atmósfera terrestre filtra (captura) parte de la constante solar, la atmósfera tiene un comportamiento no lineal pero para efectos de cálculo se dispone que a nivel de suelo la intensidad solar es de 1000 W/m^2.


La Constante Solar

Dice: el Sol es típico de las más numerosa clase de estrellas con designación espectral dG2 y cuenta con una temperatura de superficie de cuerpo negro de 6000 °K. El Sol emite radiación en el rango de longitud de onda entre 10^(-10)m [Rayos X] y 30m [radio frecuencia]. El pico de la energía emitida espectralmente ocurre en los 0.48um y aproximadamente el 77% de la energía emitida esta en la banda desde 0.3 hasta 1.2 um el cual es de interés para las células solares corrientes. Aproximadamente 1% de la energía se emite por debajo de los 0.3 um y aproximadamente 22% se hace por encima de los 1.2um. La energía total recibida desde el Sol sobre una unidad de área perpendicular a los rayos del Sol a la distancia media entre Sol y Tierra que se denomina Unidad Astronómica [AU = 1.4959789 x 10^(11)m], es llamada la constante solar. El valor de la constante solar es de 1353 W/cm^2,  el error estimado es +/- 2.1 mW/cm^2.


Diagrama del voltaje de ruptura del aire vs altura

Dado que las instalaciones en base a fuentes solar y eólica se disponen a diferentes alturas sobre el nivel del mar, es un hecho que tenemos que asegurar la no presencia de descargas. El diagrama mostrado indica que el voltaje de ruptura del aire varía muy poco dentro de los límites habitables por el ser humano, lo que permite hacer diseños de las elementos eléctricos sin tomar en cuenta las pequeñas variaciones del voltaje de ruptura. Sin embargo, es interesante este diagrama ya que permite tener conocimiento de aplicaciones como aviones solares que viajen a alturas en que es bueno ya considerar el voltaje de ruptura en el diseño de la parte eléctrico.


Concentración y presión del gas atmosférico a diferentes alturas

Esta tabla permite fundamentar lo mencionado en la entrada anterior. En los niveles habitables por el ser humano la concentración y presión de la atmósfera se puede considerar constante como herramienta para abreviar cálculos. Dado que la presión es una medida de la cantidad de movimiento de átomos de la sustancia en estudio, por lo tanto, hay una relación entre la concentración y presión del gas. Lo mismo se puede decir también de la interacción entre el viento y los turbinas eólicas, en que el aire transfiere parte de su cantidad de movimiento hacia los álabes y dado su diseño particular esta cantidad de movimiento incita el movimiento de rotación.


Cuadro de densidad, presión y temperatura en la atmósfera terrestre

En el cálculo de los sistemas de energía en base al sol, tiene especial importancia la atmósfera terrestre debido a que hace un filtrado no lineal de la radiación solar. Además, también  tiene importancia en la energía eólica ya que es la masa del aire en movimiento la que permite el movimiento de los álabes de las turbinas. Según el diagrama en mención, podemos hacer supuestos simplificadores de las características de la atmósfera que simplifiquen los cálculos de diseño de centrales solares y eólicas sin importar la altura a la que están dispuestos sobre el nivel del mar; puesto que se presenta una uniformidad en lo que es densidad, temperatura y presión dentro de la altura habitable por la mayoría de la población.