Energía solar fotovoltaica

Este programa formativo está dedicado a la tecnología específica de la generación eléctrica directa utilizando el efecto fotovoltaico.

De las dos maneras que tenemos de aprovechar directamente la energía del Sol, en forma de calor o de electricidad, aquí abordamos el estudio de esta última.

En un primer módulo se buscará consolidar una base sobre la cual evolucionaremos el aprendizaje de las materias que son objeto de este curso. Por un lado se buscará refrescar y/o recordar los conceptos físicos de base imprescindibles, y por el otro lado contextualizar el actual escenario energético mundial y las diversas alternativas que representan las energías renovables sobre un modelo energético basado en el consumo de recursos fósiles.

En el siguiente módulo, más específico sobre la Energía solar fotovoltaica, iniciamos el recorrido con el estado actual de la técnica, su implantación en el mercado, su rápido desarrollo tecnológico y analizamos sus perspectivas a corto y medio plazo. También analizamos la legislación que rige estas instalaciones tanto desde el punto de vista técnico como administrativo.

Si bien el rendimiento energético actual de la conversión fotovoltaica es todavía relativamente bajo, su ventaja reside en su fácil implantación y multiplicidad de aplicaciones, en su contribución a la generación distribuida rentabilizando superficies no útiles para otros usos, su cercanía al consumidor y su estimable contribución a la generación de puestos de trabajo locales.

Una vez profundizado en los principios físicos que rigen la conversión de la radiación solar en electricidad, pasamos a estudiar su traducción tecnológica: el panel fotovoltaico y los parámetros por los que se define.

Un generador fotovoltaico está compuesto de multitud de paneles conectados entre sí. Aprenderemos a configurar un campo fotovoltaico de acuerdo con las necesidades del usuario final, sea para una finca aislada, para bombear agua para riego o, lo más usual, para maximizar la producción eléctrica para su venta a la red de distribución general.

A quién va dirigido
Este curso está dirigido a todo profesional técnico superior con una clara vocación en las energías renovables. El nivel mínimo recomendado para realizar este curso es el de bachillerato técnico o formación técnico-profesional de nivel dos. Si la formación o experiencia profesional previa es mayor, resultará más ágil el estudio de los casos y teorías abordados.

Competencias
Las competencias específicas que este programa formativo promueve, en el marco de un diseño curricular basado en el Espacio Europeo de Educación Superior (EEES) son:

• Capacidad de evaluar y analizar estadísticas especializadas del sector energético.
• Capacidad de búsqueda y análisis de información específica del sector energético
• Dominio de las diversas fuentes de energía y del marco estratégico de implantación.
• Saber interpretar los textos técnicos y legales pertinentes en cada proyecto.
• Poder determinar si un emplazamiento reúne las características adecuadas para la captación solar.
• Poder comparar y elegir entre distintos elementos fotovoltaicos los más adecuados a partir de sus características para conseguir los objetivos propuestos.
• Poder diseñar una instalación de un modo equilibrado cumpliendo toda la normativa técnica, económica y de seguridad.

No Descritos

Unidad 1. Concepto físico de energía
1 Concepto físico de energía
1.1 Conceptos previos (aceleración, masa y fuerza)
1.2 Concepto físico de ‘trabajo’
1.3 Potencia
1.4 Energía
1.5 La ley de la conservación de la energía
1.6 Rendimiento
1.7 Materia y energía
2 Formas de energía
2.1 Energía mecánica
2.2 Energía química
2.3 Energía calorífica o térmica
2.4 Energía eléctrica
2.5 Energía magnética
2.6 Fuentes de energía y sus diversos aprovechamientos
3 Unidades y equivalencias
3.1 Múltiplos y Submúltiplos
3.2 - Unidades más significativas y sus equivalencias
3.3 Contenido energético de distintos combustibles
3.5 Emisiones de CO2

Unidad 2. El modelo energético actual
1. Fuentes de energética
1.1 Fuentes de energías de stock y de flujo
2. Evolución histórica de la utilización de las fuentes de energía
2.1 Desde los orígenes del hombre
2.2 Edad Antigua: nacimiento de la agricultura y la ganadería, la metalurgia y las ciudades
2.3 Edad Media
2.4 La Revolución Industrial I (Desde mediados del s XVIII hasta el final del s XIX)
2.5 La Revolución Industrial II (Desde 1900 hasta la actualidad)
3 Recursos energéticos predominantes
3.1 La madera como recurso energético
3.2 Los combustibles fósiles
3.3 Energía nuclear de fisión
4 La electricidad como forma intermedia de energía
4.1. Tecnologías de producción de electricidad a partir de la combustión del carbón
4.2. Tecnologías de producción de electricidad a partir de la combustión de gas
4.3 Tecnologías de producción de electricidad a partir energía nuclear
5 Evolución de la demanda energética
5.1 Evolución demográfica y urbanización
5.2 Crecimiento del consumo energético
5.3 Evolución de la demanda y consumo de Carbón
5.4 Evolución de la demanda y consumo de Petróleo
5.5 Evolución de la demanda y consumo del Gas
5.6 Evolución de la demanda y producción de energía eléctrica
6 La energía en España
6.1 Consumo de energía primaria
6.2 Consumo de energía final
6.3 Producción de electricidad
6.4 Fomento de las energías renovables
6.5 La dependencia energética de España
7 Proyecciones de consumo futuro
7.1 Petróleo
7.2 Carbón
7.3 El gas natural
7.4 Producción eléctrica
8 El declive del reinado del petróleo: el peak oil
8.1 ¿Cuánto falta para el agotamiento del petróleo?
8.2 El cenit del petróleo: el peak oil y la curva de campana de Hubbert
8.3 Reservas de petróleo
9 Opciones para después del peak oil
9.1 Otras fuentes de petróleo
9.2 Gas natural
9.3 Carbón
9.4 Energía nuclear
9.5 El ahorro y la eficiencia energética
9.6 Energías renovables
10 Problemática ambiental del modelo energético actual
10.1 Energía y vida
10.2 La energía, base de las sociedades humanas
10.3 El fenómeno de la sobrecarga (overshoot) de un hábitat
10.4 La huella ecológica
10.5 Los efectos sobre el clima: la temperatura de la Tierra aumenta
10.6 Los costes ambientales de la utilización de los combustibles fósiles
10.7 Los problemas medioambientales de la tecnología nuclear
10.8 Impacto ambiental de las energías renovables
11 Aspectos socioeconómicos del modelo energético actual
11.1 Energía y empleo
11.2 Energía, la primera industria mundial
11.3 El fin de la energía abundante y barata
11.4 Energía y seguridad
12 Desarrollo sostenible
12.1 Consumo energético y modelo de crecimiento
12.2 Concepto de sostenibilidad
12.3 Bases para un futuro sostenible
12.4 El potencial de las energías renovables

Unidad 3. Fuentes de energías renovables
1 Energía Solar
1.1 Energía solar pasiva.
1.2 Tecnología solar para producción de calor
1.3 Tecnología solar para producción de electricidad
1.4 Impacto ambiental de la energía solar
1.5 Potencial de la energía solar
1.6 Normativa reguladora aplicable en España
2 Energía eólica
2.1 Tecnología eólica para producción de electricidad
2.2 Impacto ambiental de la energía eólica
2.3 Potencial de la energía eólica
2.4 Normativa reguladora aplicable en España
3 La energía hidráulica
3.1 Tecnología hidráulica de producción de electricidad
3.2 Impacto Ambiental
3.3 Potencial de la energía hidroeléctrica
3.4 Normativa reguladora aplicable en España
4 Biomasa
4.1 Tecnologías para el aprovechamiento de la biomasa
4.2 Impacto ambiental de la biomasa
4.3 Potencial de la biomasa
4.4 Normativa reguladora aplicable en España
5 Energía geotérmica
5.1 Tecnologías para de aprovechamiento de la geotermia
5.2 Impacto ambiental de la geotermia
5.3 Potencial de la energía geotérmica
5.4 Normativa reguladora aplicable en España
6 Energía marina
6.1 Tecnologías para de aprovechamiento de la energía maremotriz
6.2 Impacto ambiental de la energía maremotriz
6.3 Potencial de la energía del mar
6.4 Normativa reguladora aplicable en España

ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA

Unidad 1. Introducción a la electricidad solar
1. Presentación
2. Evolución de la tecnología fotovoltaica
3. Aplicaciones prácticas de la tecnologia fotovoltaica
3.1. Ejemplos de aplicaciones de los sistemas autónomos
3.2. Sistemas y centrales fotovoltaicas conectados a la red eléctrica
4. Evolución del mercado fotovoltaico durante la última década
4.1. En el mundo
4.2. En la Unión Europea
4.3. En España
4.4. El papel del marco normativo en el desarrollo de la industria fotovoltaica en España
4.5. La estructura de las plantas fotovoltaicas españolas
4.6. El tejido empresarial
4.7. El empleo en el sector
5. Síntesis del marco reglamentario español
5.1. Estatal
5.2. Normas complementarias
5.3. La normativa autonómica
5.4. Las ordenanzas municipales
5.5. Legislación básica sobre cualificaciones profesionales en el sector de la energía fotovoltaica
6. El futuro del sector fotovoltaico
6.1. Objetivos
6.2. Evolución prevista del empleo en el sector
7. Programas de promoción e impulso de la energía solar fotovoltaica
7.1. Planes estatales actuales
7.2. Políticas autonómicas
7.3. Claves para un desarrollo sostenible de la industria fotovoltaica

Unidad 2. El sol como recurso energetico
1. El Sol
1.1. Estructura del Sol
2. La radiación solar extraterrestre
2.1. El espectro electromagnético
2.2. La constante solar
3. Coordenadas geográficas
4. El movimiento relativo Sol – Tierra
4.1. La órbita terrestre
4.2. Ángulo de incidencia de una radiación
4.3. Las estaciones del año
4.4. La evolución de la trayectoria del Sol desde el punto de vista de la Tierra
4.5. Determinación de la altura solar H en un momento determinado
4.6. Determinación práctica del azimut solar A
4.7. Relaciones trigonométricas entre H, A, ö, ä, ù
4.8. Geometría de la radiación solar con incidencia normal sobre una superficie plana 4.9. Geometría de la radiación solar incidente sobre una superficie plana inclinada cualquiera
5. Radiación solar incidente sobre la superficie de la Tierra
5.1. Albedo
5.2. La radiación global y sus componentes
5.3. La atmósfera actúa como filtro de radiaciones
5.4. Masa de aire MA (AM, air mass)
5.5. Las reducciones sucesivas de la intensidad de la radiación
5.6. Factores que influyen en la radiación incidente en un emplazamiento determinado
5.7. El potencial solar de España
5.8. Evolución de la radiación solar diaria
5.9. Evolución de la radiación a lo largo del año
5.10. Medida y evaluación de la radiación solar incidente
6. Criterios para la ubicación de paneles solares
6.1. Parámetros necesarios para ubicar correctamente los paneles solares
6.2. Criterios básicos para emplazar correctamente los paneles: orientación e inclinación

Unidad 3. Aplicaciones de la energía fotovoltaica
1. Introducción
1.1. Áreas de aplicación de los sistemas autónomos
1.2. Sistemas conectados a la red eléctrica
2. Sistemas autónomos o aislados de red
2.1. Aplicaciones de la electricidad fotovoltaica en instalaciones autónomas
2.2. Particularidades del uso de la electricidad en instalaciones autónomas domésticas
3. Bombeo de agua con energía solar fotovoltaica
3.1. Aplicaciones principales
3.2. Elementos de un sistema de bombeo con energía solar fotovoltaica
3.3. Tipos de bombas para instalaciones con energía solar
4. Sistemas fotovoltaicos conectados a la red
4.1. Elementos de un sistema fotovoltaico conectado a la red
4.2. Rangos de potencias de estas instalaciones
4.3. Energía solar fotovoltaica y arquitectura

Unidad 4. El panel fotovoltaico
1. Bases físicas del efecto fotovoltaico
1.1. El efecto fotovoltaico
1.2. Tipos de materiales desde el punto de vista de la conductividad eléctrica
1.3. El efecto fotovoltaico en semiconductores extrínsecos
1.4. Materiales semiconductores más utilizados
2. La célula fotovoltaica
2.1. Principio de funcionamiento
2.2. Estructura de una célula fotovoltaica de Silicio
2.3. Tipos de silicio solar utilizados
2.4. Métodos de producción industrial de las células de Silicio
2.5. Otros procedimientos para obtener superficies fotovoltaicas
2.6. Parámetros físicos característicos de las células fotovoltaicas
2.7. La curva I-V de comportamiento de una célula fotovoltaica
2.8. Eficiencia de conversión energética o rendimiento
2.9. Desarrollos avanzados
3. Tipologías de paneles fotovoltaicos
3.1. El panel como agrupación de células fotovoltaicas
3.2. Estructura de un panel fotovoltaico
3.3. Tipos de paneles fotovoltaicos
3.4. Paneles planos
3.5. Paneles de concentración
3.6. Fabricación de los módulos fotovoltaicos
3.7. Certificación de módulos fotovoltaicos
3.8. Rendimiento de los paneles fotovoltaicos
3.9. Coste de las distintas tecnologías
4. Caracterización eléctrica de los paneles fotovoltaicos
4.1. Parámetros básicos
4.2. Combinaciones de células y curvas resultantes
4.3. La curva I-V de un panel
4.4. Efecto de la irradiancia y la temperatura
4.5. Interacción de un generador fotovoltaico con distintas cargas
4.6. El fenómeno de “punto caliente”
4.7. Diodos de desviación (o de bypass) en los paneles
5. Conexionado de los paneles
5.1. Conexión en serie
5.2. Conexión en paralelo
5.3. Conexión mixta
5.4. Ejemplo de configuración
6. Emplazamiento, orientación e inclinación de los paneles fotovoltaicos
6.1. Emplazamiento de las placas solares
6.2. Orientación
6.3. Inclinación
6.4. Distancia entre paneles (instalaciones sobre suelo o plano vertical)
7. Estructuras de soporte y anclaje
7.1. Cargas estructurales
7.2. Cargas del viento sobre la estructura de los paneles
7.3. Estructura de soporte (características generales)
7.4. Sistemas de anclaje de estructuras fijas (instalaciones sobre suelo o plano vertical)
7.5 Estructuras móviles y sistemas de seguimiento
7.6. Comparación de la producción
8. Vida útil de las instalaciones solares fotovoltaicas

Unidad 5. Dimensionado de la potencia del campo fotovoltaico
1. Instalaciones fotovoltaicas autónomas o aisladas
1.1. Consideraciones previas al diseño de instalaciones fotovoltaicas autónomas
1.2. Factores que intervienen en el diseño
1.3. Cálculos para el dimensionado de una instalación fotovoltaica autónoma
2. Bombeo fotovoltaico
2.1. La bomba hidráulica
2.2. Tipos de motores
2.3. Tipos de instalaciones de bombeo fotovoltaico
2.4. Dimensionamiento de una instalación de bombeo fotovoltaico
3. Instalaciones fotovoltaicas conectadas a la red
3.1. Consideraciones previas sobre el diseño de instalaciones fotovoltaicas conectadas a la red
3.2. Estimación de la producción energética de las instalaciones de conexión a la red
3.3. Relación entre la potencia del campo FV y la potencia del inversor
3.4. Rendimiento global de una instalación conectada a la red
3.5. Cálculos sobre producción energética

Unidad 6. Elementos básicos de las instalaciones fotovoltaicas autonomas
1. El acumulador o batería
1.1. Elementos constituyentes de una batería
1.2. Principio químico del funcionamiento de una batería
1.3. Tipos de acumuladores
1.4. Los acumuladores de Plomo-ácido
1.5. Los procesos químicos en una batería de Plomo-ácido
1.6. Variantes mejoradas del acumulador de Plomo-ácido
1.7. Los acumuladores de Níquel-Cadmio (Ni-Cd)
1.8. Parámetros que definen el comportamiento de las baterías o acumuladores
1.9. Ubicación de los acumuladores
1.10. Mantenimiento de las baterías de Pb-ácido
1.11. Asociación de acumuladores
1.12. Modalidades de utilización de la carga de un acumulador
1.13. Selección del acumulador
1.14. Dimensionado del acumulador
1.15. Diodos de bloqueo y diodos de bypass o desviación
2. El regulador o controlador de carga
2.1. Tipos de reguladores
2.2. Parámetros de un regulador
2.3. Conexionado del regulador
2.4. Ubicación del regulador
2.5. Algunos reguladores del mercado
2.6. Elección y dimensionado del regulador
3. La corriente alterna
3.1. El inversor (ondulador o convertidor)
3.2. Tipos de inversores
3.3. Características de los inversores autónomos
3.4. Algunos inversores comerciales
3.5. Dimensionado de un inversor
4. El cable eléctrico como enlace de componentes
4.1. Canalización y sustentación de los cables
4.2. Requisitos que debe cumplir el cableado
4.3. Características eléctricas de los conductores
5. Dispositivos de maniobra y protección eléctrica
5.1. El fusible
5.2. El interruptor magnetotérmico
5.3. El interruptor o disyuntor diferencial
5.4. Conexión de tierra
5.5. Varistor
5.6. Observaciones adicionales sobre las protecciones eléctricas
5.7. Normas de seguridad para la correcta conexión y desconexión de los distintos elementos de una instalación
5.8. Esquemas y dimensionado de protecciones
6. Elementos de bajo consumo más adecuados para las instalaciones aisladas de red
6.1. Iluminación
6.2. Electrodomésticos

Unidad 7. Elementos básicos de las instalaciones fotovoltaicas de bombeo directo
1. Clasificación de las bombas hidráulicas
1.1. Clasificación según la fuente de energía que las mueve
1.2. Clasificación de las bombas hidráulicas según el principio de funcionamiento
1.3. Clasificación de las bombas hidráulicas según su emplazamiento
1.4. Clasificación de las bombas hidráulicas según la presión que pueden ejercer
2. Tipos de motores eléctricos y sus elementos
2.1. Motores eléctricos de corriente continua (CC)
2.2. Motores eléctricos de corriente alterna (CA)
2.3. Motores universales (CC y CA)
3. Las instalaciones fotovoltaicas de bombeo directo
3.1. Bombeo directo con CC
3.2. Bombeo directo con CA
3.3. Elementos adicionales de las instalaciones
3.4. Enlaces de interés

Unidad 8. Elementos básicos de las instalaciones fotovoltaicas conectadas a la red
1. Revisión de los fenómenos y magnitudes básicas del electromagnetismo
1.1. Bobinas y condensadores
1.2. Energía magnética
1.3. La corriente alterna
1.4. La corriente alterna trifásica
2. Los sistemas fotovoltaicos de conexión a red y sus componentes
3. El inversor de conexión a red
3.1. Tipos de inversores según la el tipo de CA de salida
3.2. Controles que realiza el inversor de conexión a red
3.3. Parámetros eléctricos de los inversores de red
3.4. Ubicación
3.5. Relación entre la potencia del generador FV y la del inversor
4. El cableado
4.1. Tipos de cables según las intensidades y temperaturas admisibles
4.2. Parámetros a los que deben ajustarse los conductores
5. Dispositivos de protección
5.1. Fusibles
5.2. Interruptores magnetotérmicos
5.3. Interruptor diferencial ID
5.4. Dispositivo de vigilancia de aislamiento
5.5. Varistores
5.6. Puesta a tierra
5.7. Protecciones en el sector de CC
5.8. Protecciones en el sector de CA
5.9. Esquemas de sistemas fotovoltaicos con sus protecciones
5.10. Cuadro general de protección y medida
6. Criterios técnicos para el diseño de las instalaciones conectadas a red