Sistema de alimentación para luz de polarización de sensores espectrales

Abstract

La energía solar fotovoltaica, basada en células de silicio, ha experimentado un crecimiento exponencial en los últimos años. La gran actividad investigadora enfocada en esta tecnología ha contribuido a la mejora de la eficiencia y reducción del coste, colocándola así en una de las energías a tener en cuenta en el marco de las energías renovables. El presente proyecto se centra en el estudio de células de alta eficiencia, basadas en otros semiconductores diferentes al silicio, conocidos como semiconductores III-V por la presencia de materiales de esos grupos de la tabla periódica. Las células solares multi-unión son capaces de duplicar la eficiencia de los módulos fotovoltaicos de silicio convencionales en base a un mejor aprovechamiento del espectro solar. Como consecuencia, esta tecnología requiere una caracterización más exhaustiva del recurso solar, especialmente de su composición espectral. El objetivo de este proyecto es desarrollar un espectrómetro basado en las propias células multi-unión como sensores espectrales sensibles a zonas concretas del espectro. El fin de este espectrómetro es la caracterización del recurso solar en plantas fotovoltaicas de concentración, con el objetivo de determinar la influencia de las variaciones espectrales en la energía producida por los sistemas de concentración. Se pretende añadir al sensor, ubicado en un tubo colimador, un dispositivo que gestione tanto la medición de la energía recibida, como regular el tipo luz incidente en el sensor. El tratamiento de dicha luz será uno de los puntos principales del proyecto, que aparte de la luz solar, será necesaria luz artificial para saturar el sensor y así poder analizar de manera independiente cada una de las áreas del espectro. El dispositivo consistirá en un regulador de intensidad lumínica, implementado mediante una bomba de carga (convertidor DC/DC) que alimentará unos diodos LEDs, encargados de generar esta luz artificial. Debido al comportamiento de la célula multi-unión, se tendrá que diseñar también un circuito que polarice el sensor. Finalmente, el gobierno de la instrumentación y la medición de la energía recibida será gestionado por un datalogger habitual en este tipo de estaciones meteorológicas. La alimentación y la interconexión de los distintos elementos se hará a través del circuito acondicionador donde se centralizarán los distintos elementos y funcionalidad. Las pruebas y verificaciones de conjunto del espectrómetro serán realizadas en las instalaciones del Instituto de Energía Solar, para evaluar el comportamiento en un simulador de concentración fotovoltaico. Posteriormente se analizarán las posibles aplicaciones en plantas reales con su comportamiento en el exterior.

Abstract:

Photovoltaic solar energy, based on silicon cells, has experienced an exponential growth in recent years, on the basis of a intense research activity focused on this technology that has contributed to the improvement of efficiency and cost reduction, placing it in one of the energies to take into account in the framework of renewable energies. The present project focuses on the study of high efficiency cells, based on other semiconductors than silicon, known as III-V semiconductors due to the presence of materials from these groups of the periodic table. The multijunction solar cells are capable of doubling the efficiency of conventional silicon photovoltaic modules based on a better use of the solar spectrum. As a consequence, this technology requires a more exhaustive characterization of the solar resource, especially its spectral composition. The objective of this project is to develop a spectrometer based on the multijunction cells themselves as spectral sensors sensitive to specific areas of the spectrum. The purpose of this spectrometer is the characterization of the solar resource in photovoltaic plants of concentrator systems, accounting of the real installed power, the influence of the spectral variations in the energy produced and how it varies with the boundary conditions. It is intended to add to the sensor, located in a collimator tube, a device that manages both the measurement of the received energy, and to regulate the type of incident light in the sensor. The treatment of this light will be one of the main points of the project, that apart from sunlight, artificial light will be needed to saturate the sensor and thus be able to independently analyze each of the areas of the spectrum. The device will consist of a light intensity regulator, implemented by means of a charge pump (DC / DC converter) that will power LED diodes, responsible for generating this artificial light. Due to the behavior of the multijunction cell, a circuit that polarizes the sensor must also be designed. Finally, the government of the instrumentation and the measurement of the received energy will be managed by a datalogger, usual in this type of meteorological stations. The feeding and the interconnection of the different elements will be done through the conditioning circuit where the different elements and functionality will be centralized.