Diagramas de bloques de sistemas fotovoltaicos

 Los diagramas de bloques de sistemas fotovoltaicos, son  representaciones simple de una instalación,  utilizadas para interpretar la relación que tienen sus componentes.

Diagramas de bloques de sistemas fotovoltaicos

El sistema fotovoltaico autónomo es el más sencillo, ya que tiene como única “fuente primaria”, la luz solar.

Donde el controlador de carga cumpre un protagonismo central, con multiples funciones tales como, el  aprovechar la máxima energia que entrega el panel, regular y mantener la energia de la bateria, controlar su descarga, verificar que los valores son los establecidos, proteger e informar del estado del sistema fotovoltaico.

Diagramas de cableado de sistema fotovoltaico autónomo

Un diagrama de cableado de entrada, podría generarnos la inquietud o la desesperación al tratar de interpretar su operación.

El diagrama de bloques brinda la oportunidad, para que el alumno indagué y encuentre sentido por sí solo, de la función de cada elemento, o de cada proceso del sistema.

Los bloques no incluyen incluyen  datos técnicos.

Solo para fines didácticos cambiare el símbolo del controlador, para resaltando su función de trasferencia de energía, en los procesos del sistema.

a)   Proceso de almacenamiento.

Diagramas de bloques de carga de batería de sistema fotovoltaico

 Los complejos circuitos electrónicos del controlador, con la magia de la imaginación, los veamos solo cómo caminos.

El control de flujo de energía se intuye de manera natural.

b)  Aprovechamiento de la energía en el día.

Algunos controladores tienen la capacidad de independizar la energía de funcionamiento.

Y pueden hacer funcionar el sistema sin hacer uso de la batería en algunas actividades diurnas, reservando la carga de la batería para actividades nocturnas.

Diagramas de bloques de reserva de carga de batería de sistema fotovoltaico

 c) Aprovechamiento de la energía durante la noche.

 

Diagramas de bloques de sistema fotovoltaico en operación nocturna

 La energía almacenada durante el día en la batería, es la fuente de alimentación en actividades nocturnas.

Centro Mexicano Francés del Conalep, Gómez Palacio, Durango

El sistema autónomo nos da la posibilidad de generar y almacenar la electricidad para cuando sea requerida, utiliza la luz solar considerada “limpia e inagotable”.

Las estrategias de enseñanza como la representación con bloques, yel cambio de símbolos fue tema abordado por mis compañeros,  en el curso de Sistemas de Energía Fotovoltaica impartido por en el Ingeniero Horacio Gutiérrez Sánchez en Centro Mexicano Francés del Conalep de Gómez Palacio, Durango.

Diodos en el panel solar

 Los diodos en el panel solar dan dirección de corriente y se utilizan de dos tipos de bloqueo y de derivación.

Diodos en el panel solar

Se cuenta que en 1919 el físico inglés William Henry Eccles le adjudico el nombre de “diodo”, al elemento base de la electrónica actual.

Si bien existen muchos tipos de diodos el nombre “Diodo” no existía como tal, se afirma que lo nombro con 2 vocablos griegos.

Di (dos) y odo (caminos).

Nombre de diodo

Los diodos se fabrican uniendo dos materiales uno tipo N y otro tipo P,

Y de la gran variedad de tipos de diodos sobresale “el rectificador”, que tiene la facultad de permitir el paso de la corriente en una sola dirección.

Diodo Rectificador

En electrónica es empleado para permitir o bloquear el paso de la corriente hacia un elemento.

El diodo es considerado un semiconductor, “semi” hace referencia a la mitad, y en un circuito de corriente alterna medio ciclo conduce y medio no.

Diodo semiconductor

En un módulo solar se utilizan de 2 tipos de diodos, el diodo de bloqueo (Blocking Diode) y el diodo de derivación o de paso (By pass Diode).

El diodo de bloqueo impide que corriente de la batería, salga hacia el panel solar durante el día.

Diodo de bloqueo

Solo hay corriente del panel solar hacia la batería.

Los diodos de derivación (by-pass) en los paneles solares, bajo ciertas condiciones presentan una ruta alternativa de desviación. 

Van colocados en la caja de conexiones.

Caja de conexiones del panel solar

Derivación hace referencia a que van conectados en paralelo.

Conexiones de diodos en derivación

Cuando ocurre un sombreado sobre parte del panel solar, las células sombreadas dejan de generar tensión, y se comportan como una resistencia, hay caídas de tensión y el diodo permite el paso de corriente a través de él.

Función de diodos en derivación

Si bien se genera menos voltaje, el panel no deja de trabajar.

Colorín Colorado este cuento se ha acabado

Esta serie de artículos, contienen conocimientos adquirido en el curso de Sistemas de Energía Fotovoltaica impartido en el Centro Mexicano Francés del Conalep de Gómez Palacio, Durango.

Agradezco la invitación de la Lic. Laura Gabriela Guerrero Cano Jefe de Oficina de formación Técnica, y del instructor Ingeniero Horacio Gutiérrez Sánchez, por la oportunidad de convivir con mis compañeros, gracias con el aprecio de siempre.

Arreglos básicos de conexiones con paneles solares

 En los arreglos básicos de conexiones con paneles solares, se indagan y se miden corrientes y voltajes, que son fundamental para comprender un sistema de generación fotovoltaica.

Arreglos básicos de conexión de paneles solares

Un panel solar transforma la luz del sol en energía eléctrica de corriente continua.

El termino corriente continua CC hace referencia a que no cambia de sentido con el tiempo, también se le nombra corriente directa CD ya que su corriente va siempre solo una misma dirección.

Un panel solar es una fuente eléctrica de corriente directa

Al módulo solar en su fabricación se le coloca en su parte trasera una “caja de conexiones”, de ella salen 2 terminales llamados polos, señalados como positivo y negativo.

Caja de conexión de paneles solares

Una de las acepciones de arreglo es el “orden o colocación correcta de una cosa”.

Los arreglos de  paneles solares buscan favorecer su funcionamiento.

Conectar 2 paneles implica conocimientos básicos de electricidad, como   la importancia de polaridad, y las ventajas y desventaja de las dos opciones de conexiones, la conexión serie y la conexión en paralelo.

Conexiones con dos paneles solares

En serie los voltajes de los paneles se suman y la corriente es la misma, en paralelo los voltajes en los paneles son iguales y la corriente total es la suma de la corriente de cada panel.

Voltajes con dos paneles solares

Para determinar la corriente se realiza una prueba de corto circuito, les comparto que solo la he realizado en ese plantel, para mi es nueva pero los expertos me afirman que es válida y recomendable para determinar el estado de los paneles solares.

 Los módulos solares soportan dicha prueba.  

Corrientes con dos paneles solares

 Cada una  las conexiones tiene un funcionamiento específico, en la práctica en sistemas fotovoltaicos (con 3 o más paneles) se utilizan circuitos mixtos de combinaciones serie - paralelo.

Centro Mexicano Francés del Conalep en Gómez Palacio, Durango

El uso de equipo industrial en prácticas educativas, pone al alumno en situaciones reales que enfrentara en un futuro.

La correcta toma de lecturas donde los aparatos digitales ofrecen fiabilidad, son base para responder a los porqués planteados intencionalmente por el instructor en las prácticas, para dirigir y enriquecen el conocimiento del alumno.

Esta serie de artículos, contienen conocimientos adquirido en el curso de Sistemas de Energía Fotovoltaica impartido en el Centro Mexicano Francés del Conalep de Gómez Palacio, Durango.

Agradezco la invitación de la Lic. Laura Gabriela Guerrero Cano Jefe de Oficina de formación Técnica, y del instructor Ingeniero Horacio Gutiérrez Sánchez, por la oportunidad de convivir con mis compañeros, gracias con el aprecio de siempre.

Aparatos de medición para trabajos en sistemas fotovoltaicos

 Los aparatos de medición para trabajos fotovoltaicos, son equipos digitales modernos multifuncionales, que tienen la capacidad de medir corriente alterna o corriente directa sin interrumpir circuitos.

Aparatos de medición para trabajos en sistemas fotovoltaicos

Los instrumentos de medición digitales (con pantalla con números), sustituyeron por su facil manejo y presición  a los analógicos (de caratula con múltiples escalas y aguja indicadora).

De las magnitudes eléctricas principales presentes en la ley de Ohm, la Resistencia, el Voltaje e Intensidad de corriente, esta última presentaba la mayor dificultad de medir.

Aparatos de medición de magnitudes eléctricas

La comprobación de la corriente es fundamental y es la mejor referencia eléctrica para indagar el estado de funcionamiento de una instalación.

Los primeros multímetros con pinza amperimétrica utilizan la inducción electromagnética, y trabajaban bajo el principio del transformador, solo median corriente alterna, en su pinza se introduce el conductor que hace la función de bobinado primario, las pinza incluyen el núcleo de hierro y el devanado secundario.

Diagrama de bloques de medidor de corriente CA con pinza amperimétrica

Los aparatos de medición para trabajos en sistemas fotovoltaicos, son aparatos modernos que utilizan un sensor de efecto Hall, pueden medir magnitudes pequeñas o muy altas de corriente alterna o de corriente directa.

Físicamente un instrumento de medición con pinza amperimetrica de CA y otro de pinza amperimetrica CA/CC son muy similares. la diferencia está al interior de sus pinzas.

Pinzas  amperimétricas

Si observamos la punta de la primera pinza del medidor de corriente CA o CC, notaremos que el núcleo de hierro de ferrita deja un hueco donde se coloca el sensor Hall.

Las corrientes primarias de CA o de CC producen un flujo magnético, que el sensor lo extrae como voltaje de salida.

Los circuitos electrónicos son capaces de detectar el tipo de corriente y su sentido en CC.

Principios de medidores de corriente con pinza amperimétrica

Los medidores para instalaciones fotovoltaicas miden los dos tipos de corriente CA y CC, sin seleccionar su tipo, miden magnitudes de corrientes muy grandes o muy pequeñas.

También informan el sentido de la corriente continua.

Comprobadores digitales en Fuentes Alternas de Energía, del Centro Mexicano Francés del Conalep de Gómez Palacio, Durango.

Los multímetros digitales con pinza amperimétrica de CA/CD, de hasta 400 Amperios, con rango automático, son los instrumentos recomendados para ser utilizados en la instalación y mantenimiento de los sistemas fotovoltaicos. 

Se consideran comprobadores digitales “inteligentes” de magnitudes eléctricas.

Con multifunciones que primero Dios, abordaremos próximamente.

Esta serie de artículos, contienen conocimientos adquirido en el curso de Sistemas de Energía Fotovoltaica impartido en el Centro Mexicano Francés del Conalep de Gómez Palacio, Durango.

Agradezco la invitación de la Lic. Laura Gabriela Guerrero Cano Jefe de Oficina de formación Técnica, y del instructor Ingeniero Horacio Gutiérrez Sánchez, por la oportunidad de convivir con mis compañeros, gracias con el aprecio de siempre.

Prueba de corriente de corto circuito a panel solar

 La prueba de corriente de corto circuito a panel solar, se usa para verificar si el modulo solar, es capaz de proporcionar la intensidad de corriente de acuerdo a sus especificaciones.

Prueba de corriente de corto circuito a panel solar

Se trata poner en corto una fuente de alimentación fotovoltaica, si leyó bien conectar a propósito el módulo solar en corto circuito.

Diagrama de panel solar en corto circuito

 Contamos con las especificaciones, y se nos proporciona también un instrumento de medición moderno, un multímetro con pinza aperimétrica de efecto Hall.

Capaz de poder medir corrientes de CA o CC (corriente alterna o corriente continua).

Multímetro con pinza aperimétrica de efecto Hall

El objetivo es verificar si el valor medido corresponde a las especificaciones del panel solar.

Los resultados de nuestra prueba 8.12 Amperes, contra 8.65 Amperes indicados en la placa de datos del módulo solar.

La razón de la pequeña variación nos la explica nuestro instructor el Ingeniero Horacio Gutiérrez, es la cantidad de  luz solar que incide  en el módulo.

 Nos demuestra los efectos del cambio de valor de corriente,  de acuerdo con la orientación del panel hacia el sol, asi como el efecto de la sombra sobre el panel.

Nos informa que el panel está protegido y diseñado para soportar la corriente de corto circuito Isc (short circuit current).

Fuentes Alternas de energía en el Centro Mexicano Francés del Conalep de Gómez Palacio Durango

Antes de ser trasladado un panel solar a su instalación final, la prueba de voltaje en circuito abierto y la prueba de corriente en corto circuito, deben realizarse para verificar su estado.

Esta serie de artículos, contienen conocimientos adquirido en el curso de Sistemas de Energía Fotovoltaica impartido en el Centro Mexicano Francés del Conalep de Gómez Palacio, Durango.

Agradezco la invitación a la Lic. Laura Gabriela Guerrero Cano Jefe de Oficina de formación Técnica, por la oportunidad de convivir con mis compañeros, gracias con el aprecio de siempre al instructor Ingeniero Horacio Gutiérrez Sánchez.

Prueba de voltaje de circuito abierto a panel solar

 La prueba de voltaje de circuito abierto a panel solar, se usa para verificar el estado del panel de acuerdo a sus especificaciones, si es que corresponde a la tensión que produce a corriente cero cuando está expuesto a la luz.

Prueba de voltaje de circuito abierto a panel solar

Antes de instalar un sistema fotovoltaico, se le deben hacen 2 pruebas a sus módulos.

La prueba de voltaje de circuito abierto y

La prueba de corto circuito.

Especificaciones en la parte posteriores de panel solar

La primera prueba no solo indaga si el panel produce electricidad, también comprueba si esta corresponde a sus especificaciones de su diseño.

Las especificaciones son los datos de placa colocados en su parte posterior de cada panel solar.

Prueba a panel solar en el Centro Mexicano Francés del Conalep

El panel se expone a condiciones de iluminación solar, para comprobar la generación de electricidad.

El voltaje de circuito abierto (open circuit voltaje) Voc, debe ser ligeramente mayor al voltaje de operación (operating voltaje) Vmp.

Voltaje de circuito abierto

La razón es que no hay caída de tensión, “no tiene carga conectada”.

Si el panel solar nos proporciona un voltaje esperado, se procede a realizar la segunda prueba.

Esta serie de artículos, contienen conocimientos adquirido en el curso de Sistemas de Energía Fotovoltaica impartido en el Centro Mexicano Francés del Conalep de Gómez Palacio, Durango.

Agradezco la invitación de la Lic. Laura Gabriela Guerrero Cano Jefe de Oficina de formación Técnica, y del instructor Ingeniero Horacio Gutiérrez Sánchez, por la oportunidad de convivir con mis compañeros, gracias con el aprecio de siempre.

Sistema de control con nivel de seguridad “PL3”

 El sistema de control con nivel de seguridad “PL3”, debe cumplir  con los requisitos PL “B” y PBL 1, además da resultados satisfactorios de seguridad, cuando ocurre un fallo individual.

Sistema de control con nivel de seguridad  “PL3”

Asegura resultados de seguridad utilizando la redundancia combinada con control cruzado de salidas.

En el sistema de seguridad PL3 se emplean técnicas de redundancia,  sus entradas y salidas están duplicadas, esto es considerado  “razonablemente práctico”.

Redundancia en sistema de seguridad  “PL3”

El objetivo de tener duplicidad es que si uno falla el otro mantiene la función de seguridad.

Los dispositivos de entrada tienen  apertura positiva, tienen capacidad para abrir un contacto soldado.

La salida tiene un conjunto  redundante de contactores, y cada contactor tiene sus contactos mecánicamente unidos.

El sistema proporciona información  del estado de cada canal, con visualización LED.

Sistema de seguridad PL3

Las entradas redundantes en el interruptor de enclavamiento por lengüeta, entran al relé de control de la seguridad MSR (Monitoring Safety Relay) por dos canales, CH1 y CH2.

Entradas y salidas redundantes en sistema de seguridad PL3

El MSR  supervisa el estado de entradas y salidas, y realizan el control cruzado, define las condiciones de funcionamiento,  por medio de un circuito lógico de seguridad.

El circuito lógico de seguridad, lo proporciona el fabricante, y esta al interior del relevador de seguridad, puede utilizar electrónica  (microprocesador) de estado sólido.

Sin embargo en PL3, hay circunstancias  en que se pierde la función de seguridad y algunos fallos no son detectados.

Sistema de seguridad PL3 con dispositivos de entrada en conexión en serie

Un fallo de corto circuito en uno de los contactos de alguno de los interruptores de límite, el sistema  lo puede tomar como interruptor cerrado.

Perdiendo su función de detección de fallos de seguridad.

Agradezco  la valiosa colaboración en este artículo, al Ing. Sergio Elías Reyes Medina, Instructor de Mecatrónica del Centro Mexicano Francés del Conalep.

Sistema de control con nivel de seguridad “PL2”

 El sistema de control con nivel de seguridad “PL2”, debe cumplir  con los requisitos PL “B” y PL 1, además el sistema debe someterse a pruebas, para detectar fallos.

Sistema de control con nivel de seguridad  “PL2”

El término fallo, se emplea para señalar el momento en  que  deja de cumplir la función, para la cual fue diseñado un equipo, o un aparato.

El sistema de control de seguridad con nivel de rendimiento 2 “PL2”, debe detectar fallos, para esto utilizan un “relevador de seguridad” , que supervisa los dispositivos de entrada y de salida.

Sus inicios surgen en los  primeros sistemas de control eléctrico, en el que se utilizaba el relevador de control electromagnético, hoy en día estos ya no cumplen con la norma.

Sin embargo retomemos algunos de los circuitos,  para ejemplificar sus aplicaciones.

Supervisión de dispositivos de entrada y de salida

Las señales de entrada y de salida, pueden ser trasladadas al tablero de control, específicamente a la bobina de un relé. Y se pueden utilizar sus contactos, para la  supervisar las  condiciones de estado, o realizar circuitos lógicos  de seguridad.

En  la  salida, las normas recomiendan emplear el contacto normalmente cerrado del “contactor”, se nombra “contacto espejo”, y el contactor debe tener todos sus "contactos ligados mecánicamente". 

El relé de control puede ser utilizado en un circuito de prueba, si se detectan un fallo inicial, la acción debe llevar a un estado seguro,  de no permitir el inicio.

Control de prueba inicial

Hoy en día se  utilizan relevadores electrónicos  (MSR), (Monitoring Safety Relays),  en su interior   tienen  microprocesadores para verifican y monitorean el sistema de seguridad.

Su circuito lógico de seguridad es interno, suele ser un secreto del fabricante y está basado en los controladores lógicos programables PLC. 

Relé de control y de supervisión de seguridad

El relé MSR, en el momento de la conexión (antes de poner en marcha) verifica componentes y realiza la prueba, y si no se detectan fallos permite la puesta en marcha.

Sistema de control con nivel de seguridad  “PL2”

Un control de seguridad PL 2, también se puede  realizar con un PLC, si se cumplen con los requisitos debidamente comprobados según la norma.

La seguridad PL2 es alta en comparación con PLB y PL1, sin embargo un solo fallo, puede causar la pérdida de la función de seguridad.

Agradezco  la valiosa colaboración en este artículo, al Ing. Sergio Elías Reyes Medina, Instructor de Mecatrónica del Centro Mexicano Francés del Conalep.