Introduction
Energia solar fotovoltaica
Imagineu que sou uns grans inversors i voleu augmentar el vostre patrimoni. Per això, adquiriu una parcel·la molt gran situada al camp però, mira per on, per motiu de la normativa del vostre ajuntament no s'hi pot construir res ja que és una zona protegida. Vos heu estat informant i la millor opció que teniu és posar-hi una instal·lació fotovoltaica.
Per una banda, podreu produir energia que després vendreu i n'obtindreu un benefici i, per altra banda, estareu contribuint al medi ambient amb la producció d'energia renovable. Per tant, al final tot són avantatges!
Així, resolent els problemes que se us presenten en aquesta activitat podreu calcular la vostra instal·lació fotovoltaica, la seva producció total, els elements que necessiteu i el preu de cada un d'ells. Així, sabreu d'una manera estimada quina serà la inversió incial d'aquest gran projecte.
Endavant! Però primer de tot...
Què és l'energia solar fotovoltaica?
L'energia solar fotovoltaica és una font d'energia renovable consistent en l'obtenció d'energia elèctrica gràcies a cèl·lules fotoelèctriques. [1]
Més concretament, l'energia solar fotovoltaica aprofita la radiació solar transformant-la directament en energia elèctrica mitjançant l'efecte fotovoltaic, que consisteix en l'emissió d'electrons per un material quan se l'il·lumina amb radiació electromagnètica (en aquest cas radiació solar). [2]
L'efecte fotovoltaic es va reconèixer per primera vegada el 1839 pel físic francès Becquerel, però no va ser fins l'any 1883 que va ser construïda la primera cèl·lula solar per Charles Fritts amb una eficiència d'un 1%. El 1946, Russel Ohl va patentar la moderna unió entre els materials semiconductors que actualment s'utilitza. Però l'avanç tecnològic més important va arribar l'any 1954 quan els Laboratoris Bell, experimentant amb semiconductors, van desenvolupar la primera cèl·lula fotovoltaica de silici, amb un rendiment del 4,5%. [1]
Task
Per la realització d'aquesta tasca, se us distribuirà en grups de tres persones. És molt important que feu un bon equip per poder fer totes les feines encomanades correctament.
Primer de tot, haureu de completar l'explicació de què és l'energia solar fotovoltaica que hi ha a la introducció per així convertir-vos en experts.
Tot seguit, fareu el càlcul de la mida de la vostra parcel·la, triareu els models de panells fotovoltaics, fareu un pressupost aproximat i calculareu la producció de la vostra instal·lació.
Finalment elaborareu un informe amb totes les parts i ho exposareu als vostres companys.
Process
Venga, va! Ara us toca a vosaltres posar-vos mans a la feina! Haureu de fer les activitats que s'indiquen a continuació
Activitat 1
Completar l'explicació teòrica iniciada en la introducció sobre l'energia solar fotovoltaica. En aquesta informació serà imprescindible que hi hagi l'explicació dels següents termes:
- Radiació solar.
- Efecte fotovoltaic.
- Cèl·lula fotovoltaica i tipus.
- Elements d'una instal·lació fotovoltaica: placa fotovoltaica i estructures de suport.
- Orientació i inclinació de les plaques.
- Incidència d'ombres
Per realitzar aquesta activitat podeu consultar la pàgina següent, on hi trobareu quasi tota la informació. [3]
Activitat 2
Calcular la superfície i diferents mesures de la parcel·la i fer-ne un esbós on s'hi indiquin les cotes més significatives.
En aquest vídeo [4] trobaràs informació sobre com mesurar distàncies i superfícies utilitzant l'eina de Google Maps.
Activitat 3
Determinar l’orientació i la inclinació òptima dels panells.
[5]
Amb l'eina que es presenta en aquesta pàgina és possible conèixer aquests valors. (Nota: seleccionau l'opció Connectat a xarxa i podeu fer servir qualsevol valor en els apartats Base de dades de radiació solar, tecnologia FV, Potencia FV pico instalada, Pèrdues del sistema i Posició de muntatge, però és molt important seleccionar l'opció Optimitzar inclinació i azimut). [6]
Activitat 4
Amb el valor trobat en l'apartat anterior, calcular la separació necessària entre les files de panells perque no hi hagi sombres entre ells (suposar unes dimensions dels panells de 200x100cm). Podeu veure un exemple de càlcul d'aquest tipus aquí. [7]
Tot seguit, dimensionar la instal·lació fotovoltaica, és a dir, trobar el nombre total de panells que es podran instal·lar en la parcel·la.
Activitat 5
Triar els panells de la vostra instal·lació fotovoltaica i realitzar un pressupost aproximat. Es poden fer servir els catàlegs següents o altres:
Tarifa Albasolar [8]
Finalment, amb el model seleccionat i el número total de plaques, calcular la potència total de la vostra instal·lació.
Activitat Final
Fer una recopilació amb tota la informació de les diferents activitats i preparar una presentació per exposar-la en grup a la resta de companys. Aquesta presentació no haurà d'excedir dels 12 minuts i s'avaluarà segons la rúbrica que s'exposa en el següent apartat.
Evaluation
L'avaluació final del treball realitzat pels alumnes serà resultat d'una avaluació de les diferents activitats elaborades, l'observació directa dels alumnes per part del professor durant le realització del projecte, la coavaluació realitzada durant les presentacions orals i una autoavaluació.
Així, els criteris de qualificació seran els següents:
| Criteri d'avaluació | Criteri de qualificació |
|---|---|
| Nota mitjana 5 activitats | 40% |
| Observació directa | 35% |
| Coavaluació | 15% |
| Autoavaluació | 10% |
Durant les presentacions al final del projecte, els grups es coavaluaran entre ells i el professor també ho farà mitjançant la rúbrica de la presentació oral que es presenta a continuació.
| Criteris d'avaluació | 1 | 2 | 3 | 4 | Puntuació |
|---|---|---|---|---|---|
| Preparació | Han fet moltes rectificacions. Dubten molt. | Han fet bastantes rectificacions. De tant en tant sembla dubtar. | Exposició fluida. Molts pocs errors. | Es nota un bon domini del tema. No cometen errors. No dubten. | |
| Interès | No mantenen gens l’interès del públic. | Els costa aconseguir o mantenir l’interès del públic | Interessa bastant al principi però es fa una mica monòtona. | Atreu l’atenció del públic i manté l’interès durant tota l’exposició | |
| Exposició | Molts fragments no s’entenen. | Costa entendre alguns fragments. | Veu clara, poca vocalització. | Veu clara, bona vocalització, entonació adequada | |
| Suport | Suport visual no adequat. | Suport visual poc adequat. | Suport visual adequat. Interessant i en la mesura justa. | L’exposició s’acompanya de suports audiovisuals en diversos formats atractius i de molt bona qualitat. |
La qualificació final del grup de la presentació oral serà igual a la (Puntuació total*10)/16. Així, es farà la mitjana per cada un que hagi coavaluat el grup.
A més, cada alumne respondra a una rúbrica d'autoavaluació:
| Energia solar fotovoltaica | Sí, sense cap problema (4) | Tendria alguna dificultat (3) | Tendria moltes dificultats (2) | No ho sabria fer (1) |
|---|---|---|---|---|
| Series capaç de definir en poques paraules el que és una instal·lació fotovoltaica? | ||||
| Creus que reconeixeries una instal·lació d'aquest tipus si la veiessis? | ||||
| Podries argumentar per què és positiu aprofitar l'energia solar d'aquesta manera? | ||||
| Canviant la parcel·la inicial, series capaç de tornar calcular tots els passos tot sol? | ||||
| Sabries explicar per què s'ha d'elegir una orientació i una inclinació dels panells òptimes? |
Així, la qualificació final de cada un de l'autoavaluació seria el resultat de dividir la puntuació total entre 2.
Conclusion
Felicitats! Ja heu calculat tant la potència total de panells fotovoltaics que podreu instal·lar en la vostra parcel·la i ja coneixeu quin serà el pressupost estimat que necessitareu per la vostra inversió inicial.
Heu fet una feina en equip excel·lent i gràcies a això ja sou uns experts en l'àrea de fotovoltaica. A més amb el vostre projecte contribuiu a millorar el medi ambient amb la producció d'energia renovable i, a més, vos convertiu en uns productors importants d'energia elèctrica de la vostra zona!
El següent pas seria calcular tots els elements necessaris de la instal·lació apart dels panells fotovoltaics (inversors, cables, elements de protecció, elements de mesura, etc.) per fer una estimació molt més precisa del pressupost inicial. També es podria calcular la producció elèctrica real horària i estimar així a quant es podria vendre l'energia. D'aquesta manera seria possible fer un càlcul del termini de recuperació de la inversió inicial i els beneficis a 10 anys vista, per exemple.
Esper que hagueu après molt bé com fer-ho i en un futur pogueu ampliar encara més els vostres coneixements.
Credits
Aquesta activitat està dirigida per als alumnes de primer de batxillerat de l'assignatura de Tecnologia Industrial. Al currículum de batxillerat de les Illes Balears, en l'annex de tecnologia de batxillerat, s'hi especifiquen els següents continguts que es treballen en aquesta tasca:
BLOC 5. RECURSOS ENERGÈTICS
- Energia: unitats i tipus.
- Formes de producció dels diferents tipus d’energies. Avantatges i desavantatges de cada forma de producció segons el cost, l’impacte ambiental i la sostenibilitat.
- Conscienciació de la necessitat de fer un desenvolupament sostenible.
L'activitat té una durada de quatre sessions de 55 minuts.
Les fonts emprades són les següents:
[1] Energia solar fotovoltaica, Viquipèdia. Recuperat de: https://ca.wikipedia.org/wiki/Energia_solar_fotovoltaica
[2] Solar fotovoltaica, Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE). Recuperat de: https://www.idae.es/ca/tecnologias/energias-renovables/uso-electrico/solar-fotovoltaica
[3] Instal·lacions solars fotovoltaiques, Electricitat i electrònica, Institut Obert de Catalunya (IOC). Recuperat de: https://ioc.xtec.cat/materials/FP/Materials/0801_IEA/IEA_0801_M06/web/html/media/fp_iea_m06_material_paper.pdf
[4] Cómo Calcular o Medir el Área de una Zona Usando Google Maps - Paso a Paso, Mira Cómo Se Hace. Vídeo de Youtube.
[5] ¿Cómo afecta la orientación e inclinación de las placas solares?, Sunfields Europe. Recuperat de: https://www.sfe-solar.com/noticias/articulos/como-varia-la-captacion-de…
[6] PHOTOVOLTAIC GEOGRAPHICAL INFORMATION SYSTEM, European Comission. Recuperat de: https://re.jrc.ec.europa.eu/pvg_tools/es/#PVP
[7] Fotovoltaica de autoconsumo. Distancia entre filas de paneles, Todo Fotovoltaica. Recuperat de: https://www.todofotovoltaica.com/fotovoltaica-autoconsumo-distancia-entre-filas-de-paneles/
[8] Tarifa PVP Marzo 2021, Albasolar. Recuperat de: https://albasolar.es/wp-content/uploads/2016/11/Cat%C3%A1logo-Albasolar.pdf
[9] Tarifa de precios, Salvador Escoda. Recuperat de: https://www.salvadorescoda.com/tarifas/A-Energia_Fotovoltaica_2020-def.pdf
Teacher Page
Joan Danús Jaume. Professor de tecnologia.