Diseño de grandes centrales fotovoltaicas con módulos bifaciales

Cazorla Sánchez, Sonia (2019). Diseño de grandes centrales fotovoltaicas con módulos bifaciales. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. y Sistemas de Telecomunicación (UPM), Madrid.

Description

Title: Diseño de grandes centrales fotovoltaicas con módulos bifaciales
Author/s:
  • Cazorla Sánchez, Sonia
Contributor/s:
  • Navarte Fernández, Luis
  • Hogan Teves de Almeida, Rita
Item Type: Final Project
Degree: Grado en Ingeniería Electrónica de Comunicaciones
Date: 17 December 2019
Subjects:
Freetext Keywords: Energía fotovoltaica
Faculty: E.T.S.I. y Sistemas de Telecomunicación (UPM)
Department: Ingeniería Telemática y Electrónica
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

El incremento de demanda energética de las últimas décadas ha llevado a la instalación de numerosas centrales fotovoltaicas por todo el mundo. Debido a esta demanda se han realizado avances en la tecnología que permiten aprovechar mejor la energía solar como, por ejemplo, la tecnología de los módulos fotovoltaicos bifaciales. La producción industrial de módulos bifaciales empezó en España en los años 80. Sin embargo, esta producción y el uso de módulos fotovoltaicos bifaciales no logró el despliegue a gran escala en el mercado mundial hasta los días de hoy. Los módulos bifaciales se diferencian de los tradicionales en que pueden producir energía por ambas caras del módulo y, de esta forma, se genera mayor energía por unidad de área. Sin embargo, se desconoce cuánta es esta ganancia de energía, lo que plantea incertidumbres a la hora de diseñar plantas fotovoltaicas con módulos bifaciales para aprovechar su bifacialidad. El propósito es evaluar esa ganancia de energía en función de distintos parámetros de diseño de la central fotovoltaica con el objetivo de proponer la mejor disposición de los módulos bifaciales en la central para aprovechar su bifacialidad. Para ello, se ha realizado una comparativa entre la productividad de los módulos monofaciales y los bifaciales cuando se instalan tanto sobre estructuras estáticas como sobre un seguidor a un eje horizontal norte sur. La tarea consiste en simular la productividad de la central en función de los parámetros más característicos de cada estructura mediante la herramienta web de simulación SISIFO y observar la diferencia de energía producida entre módulos bifaciales y monofaciales. También se ha estudiado el impacto de la latitud y del coeficiente de reflectividad del suelo como factores a considerar. En primer lugar, se estudia un caso típico y se analizan los resultados comparando la energía obtenida de las diversas combinaciones entre módulos monofaciales y bifaciales con estructuras estáticas y con seguimiento. Se observan ganancias en irradiancia y energía de 7-8% y 5% respectivamente. Seguidamente se realiza un análisis de la sensibilidad de la productividad con el fin de obtener el valor óptimo de los parámetros de diseño de la central fotovoltaica para conseguir la mayor producción de energía. Para ello se evalúa la separación entre filas y la altura de la estructura. Posteriormente, se evalúa el efecto de la latitud y la dependencia de la ganancia con la reflectividad del suelo. Tras el análisis de sensibilidad, se proponen las mejores alternativas de diseño con módulos bifaciales en estructuras estáticas y con seguimiento a un eje norte sur que optimicen la producción de energía. Se propone una separación normalizada entre filas de 1,5 y una altura de 0,8 para las estructuras estáticas y una separación entre filas de 3 y una altura de 0,8 para el seguidor. Debido a que los módulos bifaciales tienen un mayor coste que los monofaciales, se ha realizado un estudio económico para evaluar su viabilidad de su uso en las centrales fotovoltaicas. Una evaluación de la tasa interna de rentabilidad a lo largo de 20 años demuestra que la utilización de módulos bifaciales es factible económicamente siempre que el coste adicional de la inversión inicial sea inferior al 6%. Abstract: The increase in energy demand in recent decades has led to the installation of numerous photovoltaic plants around the world. Due to this demand, advances such as the technology of bifacial photovoltaic modules have been implemented to allow better use out of solar energy. Industrial production of bifacial modules began in the eighties in Spain. However, this production and the use of bifacial photovoltaic modules has not achieved large-scale deployment in the global market until nowadays. Bifacial modules differ from traditional ones in their ability to produce energy on both sides of the module and, consequently, generating more energy per unit area. However, there is a lack of knowledge when it comes to design photovoltaic plants with bifacial modules to take advantage of their bifaciality. The purpose is to evaluate the energy gain and to find the best disposition of the bifacial modules in the plant to take advantage of their bifaciality. To achieve this, a comparison of the productivity between the monofacial and bifacial modules has been made, studying the cases of PV generators monted on static structures and trackers. The task is to simulate the productivity of large PV plants depending on the most significant design parameters of each structure and observe the difference between the energy produced with bifacial and monofacial modules using the SISIFO web simulation tool. The impact of latitude and reflectivity coefficient of the soil have also been studied as factors to be considered. First, a typical case is studied, and the results are analysed by comparing the energy obtained from the various combinations between monofacial and bifacial modules with static structures and trackers. Irradiance and energy gains of 7-8% and 5% respectively are observed. An analysis of productivity sensitivity is then carried out in order to obtain the optimum value of the design parameters of the PV plant to achieve the highest energy production. To do so, the separation between rows and the height of the structure is evaluated. Then, the effect of latitude and the dependence of the gain with the reflectivity of the soil are also evaluated. After the sensitivity analysis, design alternatives with bifacial modules in static structures and with trackers that optimize energy production are proposed. A separation between rows of 1.5 and a height of 0.8 is proposed for static structures and a separation between rows of 3 and a height of 0.8 for the tracker. Because bifacial modules have a higher cost than monofacial modules, an economic study has been carried out to assess their viability when installing them in photovoltaic plants. An evaluation of the internal rate of return over 20 years demonstrates that the use of bifacial modules is economically feasible provided that the additional cost of the initial investment is less than 6%.

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Item ID: 66512
DC Identifier: https://oa.upm.es/66512/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:66512
Deposited by: Biblioteca Universitaria Campus Sur
Deposited on: 24 Mar 2021 10:45
Last Modified: 05 May 2021 22:30
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