Universidad de Jaén

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Guía docente 2018-19 - 13113003 - Electrónica aplicada a los sistemas fotovoltaicos



TITULACIÓN: Grado en Ingeniería electrónica industrial
CENTRO: ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR (JAÉN)
CURSO: 2018-19
ASIGNATURA: Electrónica aplicada a los sistemas fotovoltaicos
GUÍA DOCENTE
1. DATOS BÁSICOS DE LA ASIGNATURA
NOMBRE: Electrónica aplicada a los sistemas fotovoltaicos
CÓDIGO: 13113003 CURSO ACADÉMICO: 2018-19
TIPO: Optativa
Créditos ECTS: 6.0 CURSO: 4 CUATRIMESTRE: SC
WEB: http://dv.ujaen.es/docencia/goto_docencia_crs_433168.html
2. DATOS BÁSICOS DEL PROFESORADO
NOMBRE: AGUILAR PEÑA, JUAN DOMINGO
IMPARTE: Teoría - Prácticas [Profesor responsable]
DEPARTAMENTO: U133 - ING. ELECTRÓNICA Y AUTOMATICA
ÁREA: 785 - TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA
N. DESPACHO: 90 - A3-430 E-MAIL: jaguilar@ujaen.es TLF: 953212348
TUTORÍAS: https://uvirtual.ujaen.es/pub/es/informacionacademica/tutorias/p/610
URL WEB: http://blogs.ujaen.es/jaguilar/
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1903-1264
NOMBRE: ALMONACID PUCHE, GABINO
IMPARTE: Teoría - Prácticas
DEPARTAMENTO: U133 - ING. ELECTRÓNICA Y AUTOMATICA
ÁREA: 785 - TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA
N. DESPACHO: A3 - A3-437 E-MAIL: galmona@ujaen.es TLF: 953212433
TUTORÍAS: https://uvirtual.ujaen.es/pub/es/informacionacademica/tutorias/p/23910
URL WEB: http://www10.ujaen.es/conocenos/departamentos/ingauto/4744
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6484-8903
3. PRERREQUISITOS, CONTEXTO Y RECOMENDACIONES
PRERREQUISITOS:
-
CONTEXTO DENTRO DE LA TITULACIÓN:

Se sitúa en segundo semestre del último curso del Grado de Ingeniería, cuando el alumno tiene unos conocimientos básicos de otras materias relacionadas con la electrónica, y ha cursado una asignatura obligatoria de fundamentos de energía solar fotovoltaica. Esta asignatura es complemento de las demás asignaturas de la mención y trata de abordar conceptos básicos de electrónica como el funcionamiento de la célula, módulo solar y por otra parte algunos cocimientos más avanzados como reguladores, convertidores dc-dc aplicados al mpp e inversores.

RECOMENDACIONES Y ADAPTACIONES CURRICULARES:

Para la correcta asimilación de los contenidos que se imparten, es muy aconsejable que el alumno haya cursado la asignatura troncal de fundamentos de Energía solar Fotovoltaica, la optativa de Instalaciones Fotovoltaicas del primer cuatrimentre y tenga los conocimientos impartidos en las asignaturas de Electrónica Analógica y Electrónica de Potencia.

 

El alumnado que presente necesidades específicas de apoyo educativo, lo ha de notificar personalmente al Servicio de Atención y Ayudas al Estudiante para proceder a realizar, en su caso, la adaptación curricular correspondiente.
4. COMPETENCIAS Y RESULTADOS DE APRENDIZAJE
Código Denominación de la competencia
CB2R Que los estudiantes sepan aplicar sus conocimientos a su trabajo o vocación de una forma profesional y posean las competencias que suelen demostrarse por medio de la elaboración y defensa de argumentos y la resolución de problemas dentro de su área de estudio
CB3R Que los estudiantes tengan la capacidad de reunir e interpretar datos relevantes (normalmente dentro de su área de estudio) para emitir juicios que incluyan una reflexión sobre temas relevantes de índole social, científica o ética.
CB4R Que los estudiantes puedan transmitir información, ideas, problemas y soluciones a un público tanto especializado como no especializado.
CB5R Que los estudiantes hayan desarrollado aquellas habilidades de aprendizaje necesarias para emprender estudios posteriores con un alto grado de autonomía.
CEX2 Conocimiento de los fundamentos y aplicaciones de la electrónica analógica. Capacidad para diseñar sistemas electrónicos analógicos.
CEX4 Conocimiento aplicado de electrónica de potencia. Capacidad para diseñar sistemas electrónicos de potencia.
CT2 Capacidad para la gestión de la información, manejo y aplicación de las especificaciones técnica y la legislación necesaria para la práctica de la ingeniería.
CT4 Capacidad para aplicar nuevas tecnologías incluidas las tecnologías de la información y la comunicación.
 
Resultados de aprendizaje
Resultado 63 Analizar el papel que desempeñan los convertidores estáticos en una instalación de energía solar fotovoltaica.
Resultado 64 Comprender la necesidad de utilización de diodos de paso y de bloqueo en SFV
Resultado 65 Analizar el efecto del sombreado parcial sobre el funcionamiento de un SFV
Resultado 66 Comprender la necesidad de utilización de un regulador en sistemas fotovoltaicos
Resultado 67 Distinguir las configuraciones típicas de inversores autónomos y conectados a red
Resultado 68 Analizar el funcionamiento de un sistema FV en el punto de máxima potencia y analizar los distintos algoritmos de control empleados para controlar el circuito de potencia.
Resultado 70 Capacidad de elección del modelo de inversor adecuado a una instalación
Resultado 71 Analizar los distintos tipos de lámparas del mercado y la elección adecuada en instalaciones fotovoltaicas autónomas y comparar los distintos tipos de balastos electrónicos en sistemas de iluminación fotovoltaica
Resultado 72 Interpretación de documentación técnica sobre elementos de una instalación solar fotovoltaica
Resultado 73 Empleo de técnicas de simulación electrónica en el diseño de sistemas fotovoltaicos
Resultado 74 Comprender las diferentes partes de un sistema de monitorización en una instalación de energía solar fotovoltaica.
5. CONTENIDOS

Sistema fotovoltaico. Diodos de bloqueo y de paso. Efecto del sombreado sobre el funcionamiento del SFV. Reguladores. Seguidores del punto máximo
de potencia: circuitos de control y potencia, algoritmos de control.
Inversores autónomos. Inversor conectado a red: Configuración y principios de funcionamiento, rendimiento y otras características. Modelos
comerciales. Alimentación de sistema de iluminación en instalaciones de
ESF:Lámparas. Arranque electrónico. Monitorización de instalaciones.

TEORÍA(25h)

UNIDAD Nº 1. INTRODUCCIÓN (4h) (Resultados Aprendizaje 63)

Lección 1.- Introducción, distribución temporal, bibliografía, prácticas(2h)
Lección 2.- Introducción a la electrónica en Instalaciones de energía solar fotovoltaica. Dispositivos electrónicos.  Eficiencia (2h).



UNIDAD Nº 2. LA CÉLULA SOLAR Y EL GENERADOR FOTOVOLTAICO (8h) (Resultados Aprendizaje 64,65)

Lección 3. -La célula solar. Estructura y principio de funcionamiento, eficiencia, pérdidas. Tipos de células FV. Células multiunión. Fabricación células solares (2h)
Lección 4. -La célula solar. Característica I-V Modelo ideal, modelo real (2h)
Lección 5.- Interconexionado de células, módulo FV. Fabricación y tipos (2h).
Lección 6.- Generador. Sombreado de módulos fotovoltaicos: Efectos en el  funcionamiento del generador. Punto caliente. Diodo de paso (2h).


UNIDAD Nº 3. REGULADORES ELECTRÓNICOS (2h) (Resultados Aprendizaje 66)

Lección 7- Regulador de carga. Circuito electrónico en reguladores de carga. Algoritmos de carga. Criterios de selección, hojas de características comerciales de reguladores de carga (2h)

UNIDAD Nº 4. Seguidores del punto máximo de potencia (MPPT), circuitos de control y potencia (algoritmos de control) (4h) (Resultados Aprendizaje 68)

Lección 8.- Seguimiento del punto de máxima potencia. Circuitos electrónicos de potencia (2h)
Lección 9.- Seguimiento del punto de máxima potencia y algoritmos de control MPP: Algoritmos de control indirectos. Algoritmos de control directos. Otros algoritmos de control (2h)


UNIDAD Nº 5. Inversores en Sistemas fotovoltaicos(6h) (Resultados Aprendizaje 67,69,70)

Lección 10.-Inversores: Principios y requerimientos. Circuitos de potencia (2h)
Lección 11.-Circuitos de Potencia en inversores SFA y SFCR. Técnicas de control (2h)
Lección 12.- Configuraciones avanzadas. Características de fabricantes.(2h)

UNIDAD Nº 6. OTROS DISPOSITIVOS ELÉCTRICOS Y ELECTRÓNICOS DE INTERÉS(2h)

Lección 13.Monitorización. Iluminación:Balastos electrónicos. LED (2h) (Resultados Aprendizaje 71)

Común a las distintas unidades didácticas: Resultados Aprendizaje 72

6. METODOLOGÍA Y ACTIVIDADES
 
ACTIVIDADES HORAS PRESEN­CIALES HORAS TRABAJO AUTÓ­NOMO TOTAL HORAS CRÉDITOS ECTS COMPETENCIAS (códigos)
A1 - Clases expositivas en gran grupo
  • M1 - Clases magistrales
  • M2 - Exposición de teoría y ejemplos generales
25.0 37.5 62.5 2.5
  • CB2R
  • CB3R
  • CB4R
  • CB5R
  • CEX2
  • CEX4
  • CT2
  • CT4
A2R - Clases en pequeño grupo
  • M10R - Aulas de informática
  • M6R - Actividades practicas
  • M7R - Seminarios
  • M9R - Laboratorios
30.0 45.0 75.0 3.0
  • CEX2
  • CEX4
  • CT2
  • CT4
A3 - Tutorías colectivas/individuales
  • M14 - Supervisión de trabajos dirigidos
  • M15 - Seminarios
  • M17 - Aclaración de dudas
  • M18 - Comentarios de trabajos individuales
5.0 7.5 12.5 0.5
  • CEX2
TOTALES: 60.0 90.0 150.0 6.0  
 
INFORMACIÓN DETALLADA:

TEORIA 
SEMINARIOS GRUPO: DUDAS Y ACLARACIONES, EXPOSICIONES DE TRABAJOS

Hay dos tipos de prácticas, las de simulación con ordenador en áula de informática (Práctica PS) y las de laboratorio con montaje practico (PL).

PRÁCTICAS DE LABORATORIO  (sesiones de 2h)  

PL1 Carga electrónica capacitiva para la obtención de la curva característica VI de un módulo FV. Trazadores de curvas. Trazado de curva VI de una célula fotovoltaica mediante una carga capacitiva 
PL2 Trazado de curva VI de módulo FV con trazador de curvas
PL3:Trazado curva módulo con con sombreado parcial 
PL4 Convertidor elevador con CI ( LM2577 National Semiconductor)(4h)

PRACTICAS SIMULACION (PS)(sesiones 2h) (Resultados Aprendizaje 73) :

INTRODUCCIÓN(2h)
PS1. Introducción a la simulación con Pspice de sistemas fotovoltaicos (2h)

CÉLULA FV (2h) 
PS2. Modelo de la célula solar: Simulación de curva característica V-I de la célula mediante Pspice en condiciones estándar. Simulación en cualquier condición y paso a condiciones estándar. Efectos de las resistencia serie y paralelo. Efectos de la temperatura e irradiancia. Modelo régimen transitorio: Comportamiento ante un estímulo de irradiancia y temperatura a lo largo de un dia(2h).

MÓDULOY GENERADOR FV(4h)
PS3. Simulación del comportamiento de conexión de células serie y paralelo. Efectos del sombreado. Diodo de paso (2h) .
PS4.Simulación módulo fotovoltaico.  Conexión serie y paralelo módulos FV. Simulación del comportamiento de un generador fotovoltaico (2h).

CONVERTIDORES(6h)
PS5.Convertidores DC/DC, aplicación a los SFV: Reductor, elevador(2h).
PS6. Simulación inversor trifásico (4h).

TRABAJO:  Lazos de control en los convertidores dc/dc. seguidores MPP (Pspice-Matlab), con exposición en clase.

Planteamiento de posibles Trabajos Fin de grado dentro de la asignatura: 

1. Trazado de curva VI de un módulo fotovoltaico(Carga electrónica)
2. Convertidores dc-dc y algoritmo de control MPPT ( con microcontrolador)
3. Simulación de convertidores de potencia y algoritmos de control MPPT con Pspice.-Matlab
4. Simulación de SFV mediante MATLAB-SIMULINK, PSPICE

7. SISTEMA DE EVALUACIÓN
 
ASPECTO CRITERIOS INSTRUMENTO PESO
Asistencia y/o participación en actividades presenciales y/o virtuales Asistencia y participación Asistencia y participación 20.0%
Conceptos teóricos de la materia Conceptos teóricos de la materia evaluando los distintos resultados de aprendizaje detallados anteriormente Dominio de los conocimientos teóricos y operativos de la materia. Realización de cuestionarios tipo test 40.0%
Realización de trabajos, casos o ejercicios Diseño y desarrollo Práctico / simulación de circuitos en SFV. Realización de los distintos ejercicios propuestos sobre comportamiento y modelos utilizados en la simulación de sistemas fotovoltaicos. Modelo de la célula, módulo y generador fotovoltaico y comportamiento en diversas condiciones de funcionamiento Realización de prácticas y evaluación de la documentación elaborada 40.0%
El sistema de calificación se regirá por lo establecido en el RD 1125/2003 de 5 de septiembre por el que se establece el sistema europeo de créditos y el sistema de calificaciones en la titulaciones universitarias de carácter oficial
INFORMACIÓN DETALLADA:

De acuerdo con la distribución presentada anteriormente se evaluarán las distintas competencias relacionadas con esta materia  CEX2,CEX4,CT2,CT4 y los distintos resultados del aprendizaje desde el R63 al R73 mediante las distintas actividades y examenes propuestos.

Cada resultado de aprendizaje coincide con la parte de la materia correspondiente señalada anteriormente.

 

NOTA final =(Asistencia y participación trabajo y exposición oral *0.2+Teoría*0,4+prácticas*0,4)

  • Se puntuará la asistencia  clase de teoría y la realización del trabajo elegido ( en grupo de dos alumnos) , junto con la exposición oral dedeberá realizarse del mismo
  • El Examén  de teoría consistirá en unas preguntas tipo verdadero y falso, mas unas preguntas teóricas conceptuales r elacionadas con los conceptos estudiados, pidiendo tener algun problema corto.
  • Para la parte de prácticas se evaluará la asistencia a las mismas ( asistencia*0.35+guiones*0,35+examen*0,3)
8. DOCUMENTACIÓN / BIBLIOGRAFÍA
ESPECÍFICA O BÁSICA:
  • Planning and installing photovoltaic systems: a guide for installers, architects and engineers. Edición: 3rd ed.. Autor: -. Editorial: Abingdon : Routledge, 2013  (C. Biblioteca)
  • Fundamentos, dimensionado y aplicaciones de la energía solar fotovoltaica. Edición: -. Autor: -. Editorial: Madrid: CIEMAT, 2009  (C. Biblioteca)
  • Sistemas fotovoltaicos: introducción al diseño y dimensionado de instalaciones de energía solar foto. Edición: 2ª ed. rev. y aum. Autor: Alonso Abella, Miguel. Editorial: Madrid: SAPT, 2006  (C. Biblioteca)
  • Electricidad solar fotovoltaica. Edición: -. Autor: Lorenzo, Eduardo. Editorial: Mairena del Aljarafe (Sevilla): Progensa, 2006-  (C. Biblioteca)
GENERAL Y COMPLEMENTARIA:
  • Photovoltaics : system design and practice . Edición: -. Autor: Häberlin, Heinrich. Editorial: Chichester, West Sussex : John Wiley & Sons Ltd, 2012  (C. Biblioteca)
  • Alternative energy in power electronics. Edición: -. Autor: -. Editorial: Amsterdam: Elsevier, 2015  (C. Biblioteca)
  • Power electronics and control techniques for maximum energy harvesting in photovoltaic systems [Recu. Edición: -. Autor: -. Editorial: Boca Raton, FL : CRC Press, 2013  (C. Biblioteca)
  • Handbook of photovoltaic science and engineering. Edición: 2nd ed. Autor: -. Editorial: West Sussex : John Wiley & Sons, 2011  (C. Biblioteca)
9. CRONOGRAMA (segundo cuatrimestre)
 
Semana A1 - Clases expositivas en gran grupo A2R - Clases en pequeño grupo A3 - Tutorías colectivas/individuales Trabajo autónomo Observaciones
Nº 1
28 ene. - 3 feb. 2019
2.00.00.0 0.0 UNIDAD Nº 1.- INTRODUCCIÓN Lección 1.- Presentación Lección 2.- Introd. a la electrónica en Instalaciones de energía solar fotovoltaica. Dispositivos electrónicos. Eficiencia
Nº 2
4 - 10 feb. 2019
4.00.00.0 2.0 UNIDAD Nº 2. LA CÉLULA SOLAR Y EL GENERADOR FOTOVOLTAICO Lección 3. -La célula solar. Estructura y principio de funcionamiento, eficiencia, pérdidas. Tipos de células FV. Células multiunión. Fabricación células solares. Lección 4. -La célula solar. Característica I-V Modelo ideal, modelo real
Nº 3
11 - 17 feb. 2019
2.02.00.0 6.0 Lección 5.- Interconexionado de células, módulo FV. Fabricación y tipos.. PL2 Trazado de curva VI de módulo FV con trazador de curvas
Nº 4
18 - 24 feb. 2019
2.02.00.0 6.0 Lección 6.- Sombreado de módulos FV: Efectos en el funcionamiento del generador. Punto caliente. Diodo de paso. PL3 Medida módulo FV en condiciones de sombreado.
Nº 5
25 feb. - 3 mar. 2019
2.02.00.0 6.0 UNIDAD Nº 3. REGULADORES ELECTRÓNICOS Lección 7.- Regulador de carga. Circuito electrónico en reguladores de carga.Algoritmos de carga.Criterios de selección, hojas de características comerciales de reguladores de carga. PL1 Carga electrónica para la obtención de la curva característica VI de un módulo FV. Trazadores-LAB. Trazado de curva VI mediante una carga capacitiva
Nº 6
4 - 10 mar. 2019
2.02.00.0 6.0 UNIDAD Nº 4. SEGUIDORES DEL PUNTO MÁXIMO DE POTENCIA (MPPT), CIRCUITOS DE CONTROL Y POTENCIA (ALGORITMOS DE CONTROL) Lección8.- Seguimiento del punto de máxima potencia.Circuitos electrónicos de potencia. PS 1.- Introducción a la simulación con Pspice Aplicado a los sistemas fotovoltaicos
Nº 7
11 - 17 mar. 2019
2.02.00.0 6.0 Lección 9.- Seguimiento del punto de máxima potencia y algoritmos de control MPP. PS 2. Modelo de la célula solar.Simulación de curva V-I y potencia de la célula mediante Pspice
Nº 8
18 - 24 mar. 2019
2.02.00.0 6.0 AJUSTE
Nº 9
25 - 31 mar. 2019
2.02.00.0 6.0 Simulación de algoritmos de control del punto de máxima potencia(explicar clase , hacer en grupo trabajo casa) PS 3. Simulación del comportamiento de conexión de células serie y paralelo.Efectos del sombreado.Diodo de paso.
Nº 10
1 - 7 abr. 2019
2.02.00.0 6.0 UNIDAD Nº 5. INVERSORES EN SISTEMAS FOTOVOLTAICOS. Lección 10.-Inversores: Principios y requerimientos. Circuitos de potencia PS4.Modulo fotovoltaico. . Conexión serie y paralelo módulos. Simulación del comportamiento de un GFV.
Nº 11
8 - 14 abr. 2019
2.02.00.0 8.0 Lección 11.-Circuitos de Potencia en inversores SFA y SFCR. Técnicas de control PS5.Convertidores DC/DC, aplicación a los SFV: Reductor, elevador.
Período no docente: 15 - 21 abr. 2019
Nº 12
22 - 28 abr. 2019
2.02.00.0 8.0 Lección 12.- Configuraciones avanzadas. Características de fabricantes.(2h) PS 6. Simulación inversor trifásico. Trifásico PWM. Otras configuraciones
Nº 13
29 abr. - 5 may. 2019
2.02.00.0 8.0 UNIDAD Nº 5. OTROS DISPOSITIVOS. Lección 13.-Monitorización. Sensores de interés Iluminación. Balastos electrónicos. LED PL4.-Convertidores dc-dc I con CI.
Nº 14
6 - 12 may. 2019
0.02.02.0 8.0 Exposiciones de trabajos sobre Simulación de algoritmos de control del punto de máxima potencia PL4.-Convertidores dc-dc II.
Nº 15
13 - 17 may. 2019
0.02.04.0 8.0 Exposiciones de trabajos sobre Simulación de algoritmos de control del punto de máxima potencia
Total Horas 28.0 26.0 6.0 90.0