La curva característica de Tensión -Corriente de una célula fotovoltáica nos puede suministrar mucha y valiosa información acerca de la calidad de la célula, además de poder observar cómo afectan los diversos factores en la generación de energía fotoeléctrica. En el siguiente experimento determinaremos dicha curva. Para ello fijamos la célula horizontalmente y aplicamos un flexo con una bombilla de 60 W sobre la superficie de la célula a una distancia de 2 cm aprox.
El tipo de célula es monocristalina y es un rectángulo de 50 x 50 mm formado por 8 células conectadas en serie. Puesto que obtuvimos un valor de Voc = 3,44 V el valor de tensión por cada célula en las condiciones del experimento fue de 0,43 V.
A continuación se realiza el siguiente montaje:
Fig. 1. Montaje.
Utilizamos dos multímetros digitales para medir la tensión de la célula y la corriente que sale. Para la carga hemos empleado un potenciómetro multivuelta lineal ( 0,25 % de linealidad ) y de 1k ( 5% ) de resistencia máxima. Primero, antes de realizar dicho montaje medimos la tensión de circuito abierto y la corriente de cortocircuito mediante el amperímetro con la punta roja al positivo y la negra al negativo. Con esto tenemos las coordenadas de los dos puntos inicial y final de la gráfica V-I. Como es bien sabido la curva V-I depende fuertemente de la temperatura.
Fig. 2. Disposición de los instrumentos.
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Fig. 3. Detalle de los polímetros.
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Tensión de circuito abierto "Open circuit" en función de la temperatura.
Sobre la célula dispusimos de un termómetro digital para medir la temperatura. Es importante realizar todas las mediciones a la misma temperatura puesto que tenemos distintas curvas V-I según la temperatura. La siguiente gráfica experimental muestra la dependencia de la tensión de circuito abierto con el aumento de temperatura. Se puede apreciar un coeficiente negativo de temperatura ( la tensión disminuye cuando la temperatura aumenta ) como era de esperar.
Tensión open circuito en función de la temperatura. Temperatura.xls
Fig.4. Termómetro usado.
De los datos de la gráfica obtenemos un coeficiente negativo de -0,2 V/ºC. Además se puede apreciar que esta disminución es proporcional y lineal ( es una recta ) a las variaciones de temperatura.
Una vez realizado el montaje y esperado el tiempo pertinente para que se alcance el equilibrio térmico se gira el potenciómetro a tope hacia uno de los lados. No importa hacia que lado sea. Después se va girando lentamente a pasos y se van anotando los valores de tensión y corriente para cada posición. Cuantos más puntos obtengamos mejor será la precisión de la curva. Se tomaron 48 valores para realizar la gráfica.
Resultados.
Fig. 5. Datos tomados.
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Fig. 6. Determinación del punto de máxima potencia.
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La curva V-I que se obtuvo tiene la siguiente forma:
Curva V-I experimental para una temperatura de la célula de 50 ºC. Curva.xls
El punto de máxima potencia se obtuvo para una tensión de 2,75V y una corriente de 15,9 mA, dando una potencia máxima de 43,72 mW. Cuando la célula trabaja en este punto entrega su energía de la forma más eficiente posible. La medidas se realizaron con una temperatura estable de 50º C en la célula. Las siguientes gráficas muestran la potencia entregada en función de la resistencia de carga aplicada.
Potencia en función de la resistencia de carga
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Corriente en función de la resistencia de carga.
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Puede verse como la potencia entregada es prácticamente lineal a la variación de resistencia de carga hasta el punto de máxima potencia, descendiendo de forma no lineal pasado este punto. La corriente se mantiene constante mientras no llegamos al punto de máxima potencia, después decae de forma no lineal.
Algunos cálculos.
El factor de forma define la calidad de la célula y sigue la siguiente ecuación:
FF = ( Ipmp x Vpmp ) / ( Isc x Voc )
donde:
Ipmp: Corriente el el punto de máxima potencia.
Vpmp: Tensión en el punto de máxima potencia.
Isc: Corriente de cortocircuito.
Voc: Tensión "open circuit".
calculamos... FF = ( 0,0159 x 2,75) / ( 0,0194 x 3,44 ) = 0,65.
Valor próximo a paneles comerciales pero un poco bajo.
Resultados para una resistencia de carga de 10k.
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Curva potencia vs resistencia para carga 0-10k.
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No queria irse hasta haberlo comprendido...
