lunes, 30 de agosto de 2021

Tecnología solar de nueva generación

A través de los años se hace cada vez más evidente la necesidad de desarrollar nuevas y mejores tecnologías que logren satisfacer la gran demanda energética a la que nos enfrentamos. La carrera para producir células solares altamente eficientes sigue en curso desde que en 1954 los científicos de Laboratorios Bell fundaran las bases de los módulos fotovoltaicos actuales, a través del uso del silicio como elemento principal para producir el efecto fotoeléctrico.

Pese a que la fotoelectricidad fue descubierta en 1877 por Heinrich Hertz y descrita y explicada por Albert Einstein en 1905, no fue hasta los años 50s que los científicos Chaplin, Fuller y Pearson, crearan celdas solares prácticas de mayor eficiencia, gracias a los 4 electrones de valencia con los que cuenta este elemento, además de ser el segundo elemento más abundante sobre la corteza terrestre, únicamente superado por el oxígeno.

Debido a los avances en el desarrollo de lo módulos fotovoltaicos y la abundancia del silicio, los productores de paneles solares invierten sus recursos en desarrollar y optimizar cada vez más la eficiencia de las células compuestas de este elemento que en la actualidad abarca cerca del 90% del mercado fotovoltaico, alcanzando una eficiencia promedio del 20% del aprovechamiento de la energía. Sin embargo, en los últimos años se han explorado algunos otros elementos que amenazan el reinado de los módulos de silicio, el Teluro de Cadmio. 

En las células fotovoltaicas de nueva generación se han descubierto diferentes semiconductores con características atractivas para las aplicaciones fotovoltaicas, donde las celdas basadas en teluro de cadmio y diselenuro de cobre, indio y galio son dos de los sistemas más prometedores, los cuales han alcanzado eficiencias récord de 22.1 y 23.4% respectivamente.

En la actualidad First Solar, se encuentra como una de las empresas lideres en el desarrollo de módulos fotovoltaicos de Teluro de Cadmio, logrando importantes avances en la optimización de la energía solar y la reducción del costo normalizado de la electricidad, estableciendo un nuevo punto de referencia para la industria solar fotovoltaica.

 Existen múltiples ventajas cuando se realiza una comparación entre las células de silicio, contra las de CdTe, donde desde una perspectiva del ciclo de vida, la tecnología fotovoltaica de CdTe es una opción preferible en términos ambientales, considerando emisiones de gases de efecto invernadero, tiempo de retorno energético, uso de agua, emisiones atmosféricas de cadmio e impactos sobre la biodiversidad. Además, dependiendo de las condiciones climáticas pueden llegar a producir hasta 10.5% más de energía durante su vida útil ya que tienen menor porcentaje de degradación, mayor tolerancia a climas cálidos y húmedos por un menor coeficiente de temperatura y un manejo más eficiente del sombreado parcial, prometiendo un desempeño lineal por 30 años.


La imagen anterior muestra la ventaja del rendimiento energético de los paneles de CdTe vs los de Silicio, notando en México rendimientos superiores al 7% en las zonas costeras y de 3.5% al centro del país, lo que representa una ventaja significativa a nivel de rendimiento, además de los beneficios medioambientales, menores costos de producción, facilidad de importación a México ya que son producidos en EUA, entre muchos otros beneficios.

PROYENER siempre a la vanguardia de las nuevas tecnologías, ha abierto su catálogo de productos, ofreciendo módulos fotovoltaicos tanto de Silicio como de  Teluro de Cadmio para garantizar una óptima instalación fotovoltaica que se adapte mejor a sus necesidades, poniendo a su disposición los mejores productos del mercado. Aquí

martes, 20 de julio de 2021

Principales errores en las instalaciones fotovoltaicas

 Las instalaciones fotovoltaicas requieren de un diseño adecuado para su correcto funcionamiento, así como personal diversificado y cualificado que cuente con las certificaciones necesarias para realizar una correcta instalación eléctrica. A lo largo de este artículo se enlistarán los errores y prácticas inadecuadas más comunes presentadas en instalaciones de baja y media tensión, con la finalidad de ofrecer a los usuarios conocimientos generales de evaluación en la calidad de sus instalaciones fotovoltaicas.

1. Mala ubicación del sistema

En primer lugar, debemos tomar en cuanta la versatilidad de las instalaciones ya que difieren en tamaño, ubicación, orientación, inclinación, etc. Por lo que es sumamente importante tomar en cuenta todos los factores dentro de la localidad para definir una correcta planificación y diseño de la planta, con la finalidad de evitar una estimación incorrecta de la producción de energía. Tomando en cuenta las perdidas por sombreado, la posición, orientación e inclinación de los paneles, eficiencias de los equipos, radiación solar sobre la localidad, etc.

2. Elección incorrecta de los componentes

Una vez que el sistema fue correctamente dimensionado se debe elegir apropiadamente los elementos que componen a la instalación, haciendo los cálculos pertinentes para la correcta optimización del sistema sin exceder las capacidades de voltaje y corriente de cada uno de los componentes, puesto que una mala identificación de los valores limites en los equipos puede ocasionar fallos en el mismo y corre peligro de dañar la instalación eléctrica general.

3. Errores en el diseño y falta de protecciones en el sistema

Si los módulos fotovoltaicos y los inversores fueron seleccionados adecuadamente ahora se debe realizar un correcto diseño de la planta fotovoltaica, tomando en cuenta los valores máximos de corriente y voltaje que permite cada inversor en cada una de sus entradas. Además, se debe seleccionar un cable fotovoltaico de tensión con el calibre adecuado para soportar los valores de voltaje y corriente en cada una de los strings del diseño. Este punto es de vital importancia ya que en muchas de las instalaciones no se toman en cuenta las características de los conductores, lo que puede provocar sobrecalentamiento de los cables, perdidas en la capacidad dieléctrica de los aislantes e incluso combustión del mismo.

Por otro lado, el diseño debe contar con protecciones de corriente tanto en la generación de los módulos (corriente DC), así como en la corriente alterna del inversor, con la finalidad de proteger la red de interconexión de posibles picos de corriente, instalando interruptores de desconexión y fusibles de protección en la parte de directa, así como interruptores termomagnéticos para la protección de la corriente alterna.

      4. Errores en la instalación física de la planta

Todas las plantas de generación fotovoltaica deben ser instaladas por personal capacitado en el área, ya que existen varios errores que se pueden cometer por parte de los instaladores al momento de la conexión de la planta, como son:

  •          El instalador no sigue el diseño del sistema.
  •          Ventilación de inversores y de los módulos insuficiente.
  •          Perforación del tejado sin métodos de sellado adecuados.
  •          Cableado inadecuado: cables tirantes o flojos.
  •          Ausencia de etiquetado o etiquetado incorrecto.
  •          No hay intervención en el caso de corrosión.
  •      No hay toma de tierra o de protección contra descargas atmosféricas.

   

En PROYENER contamos con instaladores capacitados en plantas fotovoltaicas así como ingenieros de soporte y diseño que se encargan de realizar las instalaciones de manera segura y bajo las normas eléctricas nacionales, siguiendo todos los lineamientos de seguridad y prevención para garantizar una correcta instalación, si quieres conocer más da clic aquí.

miércoles, 30 de junio de 2021

Puntos calientes en módulos fotovoltaicos

 

En la actualidad las células y módulos que componen un generador fotovoltaico, no son iguales ni trabajan en idénticas condiciones de trabajo, debido a la dispersión natural de parámetros propia de cualquier proceso de fabricación, así como las diferentes condiciones de operación que pueden producirse dentro del generador, ya sea por sombreados parciales del módulo o diferentes niveles de suciedad que provoquen menor radiación en alguna de las células del panel.

El problema anteriormente descrito, causa en el mejor de los casos generaciones de potencia inferiores a la nominal, causando perdidas por dispersión a causa del desacoplo en los módulos conectados en serie y paralelo, para subsanar este problema se pueden clasificar los módulos en diferentes categorías en función del valor de corriente Icc y construir después, cada una de las series o strings con módulos pertenecientes a una sola categoría.

Por otro lado, los problemas mas significativos se producen cuando por determinadas circunstancias, las células se convierten en cargas, elevando notablemente la temperatura y causando daños irreversibles en los materiales de encapsulado al superar temperaturas ente 85 y 100°C, pudiendo llegar a la ruptura térmica de la célula lo que se le conoce como punto caliente.  



Con la finalidad de entender mejor el funcionamiento de las células cuando se presenta un sombreado parcial, se muestra el siguiente esquema eléctrico equivalente a dos células fotovoltaicas en serie, una de ellas parcialmente sombreada, conectadas a una resistencia de valor 0.

Ilustración 1: Esquema eléctrico de 2 células fotovoltaicas conectadas en serie a una resistencia

Como se observa en la imagen, por la célula en sombra existe circulación de corriente positiva, pero con tensión negativa, por lo que absorbe una potencia igual a la que generan todas las células iluminadas.

La energía generada en las células iluminadas se disipa tanto en la resistencia como en la célula sombreada, haciendo que aumente su temperatura de operación, provocando eventualmente daños en la célula.

Ilustración 2: Termografía de un punto caliente en un módulo fotovoltaico

Uno de los métodos mas utilizados para poder subsanar este problema y evitar daños permanentes en las células, es utilizar diodos de paso o by-pass, conectados en paralelo con un grupo de células asociadas en serie, en sentido de la dirección de corriente positiva, con la finalidad de ofrecer un camino alternativo para que fluya la corriente en caso de tener una célula dañada o con sombra.

Actualmente los fabricantes dotan los módulos con tomas intermedias que permiten la instalación de diodos de paso, por lo que habitualmente se colocan 2 o 3 diodos de paso en los módulos compuestos por 72 células, con la finalidad de salvar la corriente generada por el modulo en caso de que una de sus células se vea afectada por sombreado, lo que a su vez limita la corriente que circula por dicha célula, previniendo un aumento desmedido de su temperatura.

martes, 22 de junio de 2021

Código de red ¿Qué es y por qué es importante tenerlo en cuenta?


El Código de Red es un decreto para establecer los requerimientos técnicos que deben cumplir los Centros de Carga conectados en el Sistema Eléctrico Nacional en Alta o Media Tensión. Esto para usuarios de tarifas de media tensión (GDMTO y GDMTH) y de alta tensión (DIST y DIT).  El Código de Red regula lo siguiente:

·         Requerimientos técnicos obligatorio para los integrantes de la industria eléctrica conectados o interconectados a la red de Media y Alta Tensión.

·         Metodología que deben observar el CENACE y Distribución en la elaboración de los Planes de Ampliación y Modernización.

·         Criterios de Operación y Planeación del Sistema Eléctrico Nacional.

El Código de Red está vigente desde el 08 de abril de 2016  con su publicación en el Diario Oficial de la Federación (DOF)  y se realizó a través de organismos nacionales ( CRE, CENACE, CFE, industria mexicana y académica) y a través de organismos internacionales como el IEC , Comisión Electrotécnica Internacional por sus siglas en inglés.

Dentro de los aspectos técnicos que regula el Código de Red para tener un Sistema Eléctrico Nacional con buena calidad de energía son los siguientes:

·         Rangos te tensión permisible.

·         Rangos de frecuencia permisible.

·         Corriente máxima y mínima de corto circuito.

·         Factor de potencia mínimo.

·         Protecciones.

·         Control a través del Manual de TIC de CENACE.

·         Intercambio de información.

·         Calidad de energía y potencia, el cual incluye Flicker (Cambio significativo en las variaciones de tensión), Distorsión armónica de corriente (THDi) y desbalance de corriente (cuando las corrientes no están balanceadas por cada fase)

Estos aspectos técnicos tienen fundamento en que no haya fallos en el Sistema Eléctrico Nacional y además para el usuario final si cumple estos requerimientos técnicos protegerá sus activos de maquinaria, ya que fallos en los aspectos técnicos mencionados anteriormente son causantes de fallos eléctricos desde calentamientos en conductores, interruptores, capacitores, transformadores y demás, hasta fallo total en maquinaria con componentes eléctricos y electrónicos.

Dentro de los instrumentos para detectar fallos en los requerimientos técnicos de Código de Red hay uno que puede detectar todos los requerimientos técnicos , a excepción de los de comunicación, el cual es un analizador de redes de energía , con este instrumento se puede realizar un estudio de calidad de energía y saber la solución exacta ( en caso de necesitarla)  a los requerimientos técnicos del Código de Red, hay que tomar en cuenta que el analizador debe ser clase A y tener los certificados UL para que sea una herramienta confiable.

¿Quieres saber más sobre calidad de energía y Código de Red?

lunes, 21 de junio de 2021

Día internacional del Sol

 

¿Qué es el Sol?

 

El Sol es una estrella que rige el eje central de nuestro sistema solar, su diámetro es de 1.4 millones de kilómetros, su volumen es equivalente a más de 1 millón de Tierras y su temperatura alcanza los 5, 500 grados centígrados en la superficie y más de 15.5 millones de grados centígrados en el núcleo. El Sol está compuesto de gases, es una esfera de gas compuesta por número de átomos de la siguiente manera: 91 % Hidrógeno, 8.9 % Helio y 0.1 % el resto de gases que por el proceso de la fusión van cambiando de elemento constantemente. En términos de masa el Sol está compuesto de la siguiente manera: 70.6 % Hidrógeno ,27.4 % Helio y el resto de varios gases que acaban fusionando en los dos elementos anteriores mencionados.

El Sol nació aproximadamente hace 4.6 millardos de años y tiene una expectativa de vida para otros 5 millardos de años, después de eso se convertirá en una estrella gigante roja y después colapsará convirtiéndose en una enana blanca, actualmente es una enana amarilla. El Sol tiene 6 regiones: El núcleo, la zona radioactiva, y la zona convectiva en su interior; llamada la fotósfera, la cromósfera y la región exterior, la corona.

Las conexiones entre el Sol y la Tierra hacen posible las estaciones del año, corrientes oceánicas, el clima, cinturones de radiación y auroras boreales.  Además, el Sol es la mayor fuente de energía para nuestro planeta y hace posible la fotosíntesis, mareas, el viento y la vida en sí no existiría sin nuestra estrella.

El Sol diariamente en promedio envía 342 W/m2 de radiación solar instantánea , esto se traduce en que el Sol sin problemas pudiera dar el 100 % de la energía necesaria que se consume a nivel mundial tanto en procesos térmicos como en procesos eléctricos, sin contar la posibilidad de utilizar esta fuente de energía para producir Hidrógeno verde y que este sirva como combustible principal para los medios de transporte, respaldo en celdas de hidrógeno y respaldo en tanques de almacenamiento para generación de energía eléctrica por turbinas o celdas.



Tabla 1, balance de radiación W/m2.

En conclusión nuestra estrella es lo que nos da vida en la Tierra y todavía no hemos aprovechado su potencial para esta inagotable fuente de energía. Celebremos este día del Sol aprendiendo de un poco más de su potencial.

Energía solar México