Análisis experimental del desempeño de paneles fotovoltaicos bifaciales con diferentes tipos de albedo
En el ámbito de la producción de energía eléctrica mediante Fuentes No Convencionales de Energía Renovable (FNCER), la tecnología fotovoltaica bifacial (bPV) se reconoce como una innovación destacada. Su capacidad para captar la radiación solar reflejada le permite superar la eficiencia de los módul...
- Autores:
-
Fuentes Quiñonez, Diego Armando
Dueñas Puentes, Camilo Enrique
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2024
- Institución:
- Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
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En el ámbito de la producción de energía eléctrica mediante Fuentes No Convencionales de Energía Renovable (FNCER), la tecnología fotovoltaica bifacial (bPV) se reconoce como una innovación destacada. Su capacidad para captar la radiación solar reflejada le permite superar la eficiencia de los módulos monofaciales (mPV). Esta característica ha impulsado un aumento en la investigación sobre bPV en los últimos cinco años, centrándose en aspectos como la altura de instalación, configuración espacial, inclinación, orientación y el albedo del suelo. Para la investigación, se desplegó un sistema fotovoltaico con seguimiento continuo durante seis días, examinando superficies de concreto, arena e impermeabilizante reflectivo con albedos de 0.12, 0.22 y 0.28. Los resultados indican que el módulo bifacial con un albedo de 0.12 mejoró la producción energética en un 4,4% en comparación con el módulo monofacial, mientras que para los albedos de 0.22 y 0.28, el incremento en la eficiencia fue del 6,29% y 6,7%, respectivamente. Además, los resultados del análisis financiero muestran que realizar instalaciones fotovoltaicas con módulos bifaciales trae mayores beneficios económicos que usar módulos monofaciales, lo cual permite concluir que esta tecnología se beneficia en gran manera dadas las condiciones climáticas de los emplazamientos tropicales. |
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Su capacidad para captar la radiación solar reflejada le permite superar la eficiencia de los módulos monofaciales (mPV). Esta característica ha impulsado un aumento en la investigación sobre bPV en los últimos cinco años, centrándose en aspectos como la altura de instalación, configuración espacial, inclinación, orientación y el albedo del suelo. Para la investigación, se desplegó un sistema fotovoltaico con seguimiento continuo durante seis días, examinando superficies de concreto, arena e impermeabilizante reflectivo con albedos de 0.12, 0.22 y 0.28. Los resultados indican que el módulo bifacial con un albedo de 0.12 mejoró la producción energética en un 4,4% en comparación con el módulo monofacial, mientras que para los albedos de 0.22 y 0.28, el incremento en la eficiencia fue del 6,29% y 6,7%, respectivamente. Además, los resultados del análisis financiero muestran que realizar instalaciones fotovoltaicas con módulos bifaciales trae mayores beneficios económicos que usar módulos monofaciales, lo cual permite concluir que esta tecnología se beneficia en gran manera dadas las condiciones climáticas de los emplazamientos tropicales.RESUMEN ...........................................................................................................13 ABSTRACT ..........................................................................................................14 1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................15 2. JUSTIFICACIÓN ..............................................................................................16 3. MARCO CONTEXTUAL...................................................................................17 3.1 MARCO CONCEPTUAL ............................................................................... 17 Energía Fotovoltaica: .......................................................................................... 17 Paneles solares fotovoltaicos: ............................................................................. 18 Módulo fotovoltaico monofacial: .......................................................................... 18 Módulo fotovoltaico bifacial: ................................................................................ 18 Tecnologías de los módulos fotovoltaicos bifaciales ........................................... 20 Bifaciality factor: .................................................................................................. 20 Ganancia Bifacial ................................................................................................ 21 3.1.2. Softwares para estimar la potencia fotovoltaica bifacial ........................... 23 3.1.3. Sistemas de Generación Fotovoltaica ...................................................... 25 3.1.4 Dimensionamiento de un sistema fotovoltaico conectado a red ................ 27 3.2 MARCO CONTEXTUAL.................................................................................30 3.3 MARCO LEGAL .............................................................................................33 Norma NTC 2050 ................................................................................................ 33 RETIE ................................................................................................................. 34 CREG 174 de 2021 ............................................................................................. 34 3.4 ANTECEDENTES ..........................................................................................35 4. OBJETIVOS .....................................................................................................37 4.1. OBJETIVO GENERAL ................................................................................. 37 4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................ 37 4.3. LIMITACIONES ........................................................................................... 37 5. METODOLOGÍA .............................................................................................38 5.1. CARACTERIZACIÓN DEL EMPLAZAMIENTO, REVISIÓN DE ANTECEDENTES Y SELECCIÓN DE VARIABLES DE ESTUDIO .................... 38 6. DESARROLLO DEL PROYECTO ...................................................................40 6.1 CARACTERIZACIÓN DEL EMPLAZAMIENTO, REVISIÓN DE ANTECEDENTES Y SELECCIÓN DE VARIABLES DE ESTUDIO .................... 40 6.1.1 Ubicación Y Condiciones Del Emplazamiento ........................................... 40 Selección de la altura de la instalación fotovoltaica respecto al suelo. ............... 41 Selección de los albedos a usar en el experimento ............................................ 43 6.2 DISEÑO EXPERIMENTAL ............................................................................ 45 6.3 DISEÑO E INSTALACIÓN DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO ..................... 48 6.3.1 Diseño e instalación de la estructura ........................................................ 48 6.3.2 Diseño del sistema fotovoltaico .................................................................. 49 6.4 DESARROLLO DEL EXPERIMENTO............................................................57 Definición de variables ........................................................................................ 57 Recolección De Datos ......................................................................................... 57 Análisis estadístico.............................................................................................. 61 6.5. EVALUACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS ...........................................64 6.5.1 Análisis De Rendimiento De Las Tecnologías Bifacial Y Monofacial ......... 64 Nivel 1: Panel Bifacial 450w Y Superficie Impermeabilizante Reflectivo (Albedo 0,28) .................................................................................................................... 64 Nivel 2: Panel Bifacial 450w Y Superficie Arena (Albedo 0,22) ........................... 67 Nivel 3: Panel Bifacial 450w Y Superficie Concreto (Albedo 0.12) ...................... 69 Nivel 4: Panel Monofacial 490w .......................................................................... 70 6.5.2 Resultados y comparación de rendimientos de los 4 escenarios ............... 71 6.6 ANÁLISIS DE RESULTADOS DEL SEGUNDO EXPERIMENTO ..................72 Nivel 1: Panel Bifacial 450w Y Superficie Impermeabilizante Reflectivo (Albedo 0,28) .................................................................................................................... 72 Nivel 2: Panel Bifacial 450w Y Superficie Arena (Albedo 0,22) ........................... 73 Nivel 3: Panel Bifacial 450w Y Superficie Concreto (Albedo 0.12) ...................... 74 Nivel 4: Panel Monofacial 490w .......................................................................... 75 6.7 ANÁLISIS FINANCIERO ................................................................................82 CONCLUSIONES ................................................................................................85 RECOMENDACIONES ........................................................................................86 REFERENCIAS ...................................................................................................87 ANEXOS ..............................................................................................................89PregradoIn the field of electrical energy production through Non-Conventional Renewable Energy Sources (FNCER), bifacial photovoltaic (bPV) technology is recognized as an outstanding innovation. Its ability to capture reflected solar radiation allows it to exceed the efficiency of monofacial (mPV) modules. This feature has driven an increase in research on bPV in the last five years, focusing on aspects such as installation height, spatial configuration, inclination, orientation and ground albedo. For the investigation, a photovoltaic system was deployed with continuous monitoring for six days, examining concrete, sand and reflective waterproofing surfaces with albedos of 0.12, 0.22 and 0.28. The results indicate that the bifacial module with an albedo of 0.12 improved energy production by 4.4% compared to the monofacial module, while for albedos of 0.22 and 0.28, the increase in efficiency was 6.29%. and 6.7%, respectively. Furthermore, the results of the financial analysis show that carrying out photovoltaic installations with bifacial modules brings greater economic benefits than using monofacial modules, which allows us to conclude that this technology benefits greatly given the climatic conditions of tropical sites.Modalidad Presencialapplication/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombiahttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Análisis experimental del desempeño de paneles fotovoltaicos bifaciales con diferentes tipos de albedoExperimental analysis of the performance of bifacial photovoltaic panels with different albedo groundsIngeniero en EnergíaUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABPregrado Ingeniería en Energíainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1finfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPEnergy resourcesNCREEnergy efficiencTechnological innovationsEnergyEnergy engineeringElectricity sectorSolar power plantsInnovaciones tecnológicasEnergíaIngeniería en EnergíaRecursos energéticosSector eléctricoCentrales solaresFNCERBPVAlbedoEficiencia energéticaM. Alam, M. S. Gul, and T. Muneer, “Performance analysis and comparison between bifacial and monofacial solar photovoltaic at various ground albedo conditions,” Renewable Energy Focus, vol. 44, pp. 295–316, 2023, doi: https://doi.org/10.1016/j.ref.2023.01.005.P. P. J. Sebastián, “Evaluación de viabilidad para la implementación de la tecnología fotovoltaica bifacial en un emplazamiento tropical analizando diferentes escenarios.” 2022. [Online]. Available: http://hdl.handle.net/20.500.12749/18902H. Sánchez, C. Meza, S. Dittmann, and R. Gottschalg, The effect of clearance height, albedo, tilt and azimuth angle in bifacial PV energy estimation using different existing algorithms. 2020.W. Gu, T. Ma, S. Ahmed, Y. Zhang, and J. Peng, “A comprehensive review and outlook of bifacial photovoltaic (bPV) technology,” Energy Convers Manag, vol. 223, p. 113283, 2020, doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2020.113283.C. J. Gil Arrieta, “Modelo de predicción de irradiación solar ajustado al clima de Barranquilla, para el dimensionamiento de sistemas fotovoltaicos,” 2017.M. G. Borrull, “Performance Optimization of Bifacial Module PV Power Plants Based on Simulations and Measurements.” 2019.J. C. Perez Álvarez, “Guía para el dimensionamiento de sistemas solares fotovoltaicos conectados y aplicación de la resolución CREG 030 de 2018 para inyectar excedentes de energía a la red,” Universidad de Antioquia, 2019.F. J. Reyniel Ariel, “Sistemas fotovoltaicos con módulos bifaciales: estudio comparativo de su rendimiento (PR) en distintas condiciones de irradiancia y temperatura,” Oct. 2019. Nov. 10, 2023. [Online]. Available: http://hdl.handle.net/10317/8202A. Mermoud and B. Wittmer, “Bifacial shed simulations with PVsyst : Bifacial Workshop.” 2017.M. Serrano Hernandez, “Dimensionado de Sistemas FOTOVOLTAICOS Aislados,” Dec. 2018.J. Alvarado Ladrón de Guevara, “Diseño y cálculo de una instalación fotovoltaica aislada,” Universidad Politécnica de Madrid, 2018.C. D. Petrel Higuita, “Diseño de sistema solar fotovoltaico aisl ado e individual en el corregimiento bocas del atrato turbo,” Universidad de Antioquia, 2021.ITRPV, “International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV) 2018 Results,” 2020.ICONTEC, NTC 2050. Bogotá, Cundinamarca: Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación, 2020.Ministerio de Minas y Energía, “RETIE,” https://www.minenergia.gov.co/documents/3809/Anexo_General_del_RETIE_vigente_actualizado_a_2015-1.pdf.CREG, Resolución 174 de 2021. Colombia: https://gestornormativo.creg.gov.co/gestor/entorno/docs/resolucion_creg_0174_2021.htm, 2021.A. Cuevas, A. Luque, J. Eguren, and J. del Alamo, “50 Per cent more output power from an albedo-collecting flat panel using bifacial solar cells,” Solar Energy, vol. 29, no. 5, pp. 419–420, 1982, doi: https://doi.org/10.1016/0038-092X(82)90078-0.C. 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