CAPITULO 1

INTRODUCCIÓN

En éste proyecto se representa el funcionamiento de la energía solar; su fuente primordial de generación es gracias al sol, es por ello que es una energía renovable, limpia y no daña al medio ambiente.

La energía solar en la opción de las celdas fotovoltaicas se implementará en una casa habitación para que suministre energía a las necesidades básicas de estas.

1.1 ANTECEDENTES: [8]

La tierra recibe 174 petavatios de radiación solar entrante ¨insolación¨, aproximadamente el 30% es reflejada de vuelta al espacio mientras que el resto es absorbida por las nubes, los océano y las masa terrestres.

La cantidad de energía solar recibida anual es tan vasta que equivale aproximadamente al doble de toda la energía producida jamás por otras fuentes de energía no renovables como son el petróleo, el carbón, el uranio y el gas naturas.

En los últimos 60 años, se ha detectado un aumento de las concentraciones de gases invernaderos por causa de la acción del hombre. El uso generalizado de los combustibles fósiles, el debilitamiento de la capa de ozono y la desaparición de grandes masas boscosas están favoreciendo el aumento de la temperatura en la tierra, provocando un futuro incierto para nuestras próximas generaciones.

Por todo ello, nos vemos obligados a apostar por la energía solar, un recurso limpio, inagotable, de fácil instalación, con una vida prolongada y que se adapta perfectamente al ámbito rural y urbana.

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1.2 EL APROVECHAMIENTO DE LA LUZ SOLAR [8]

Podemos observar que la tierra recibe de forma diaria los rayos del sol, este aprovechamiento hacia el planeta lo conocemos como energía solar que es el único aporte que recibe la tierra y se sirve de el.

La posibilidad de convertir directamente la luz en electricidad fue descubierta por el físico Beckerel por medio del llamado efecto fotovoltaico. Merced al mismo, cuando un determinado material es iluminado con la parte visible del espectro solar parte de los electrones que configuran sus átomos absorben la energía que portan los fotones, se liberan de las fuerzas que los ligan al núcleo y adquieren libertad de movimiento.

Además, al salir de su estructura, el electrón deja un espacio o hueco que tiende a atraer a cualquier electrón que haya quedado libre. Así pues, los fotones de la luz han sido capaces de liberar una serie de electrones que se desplazan de su átomo hasta que el hueco creado en otro, los atrae y los fija de nuevo.Para convertir este movimiento en una corriente eléctrica, es necesario conseguir que el movimiento de los electrones no sea errático sino direccionado, lo cual implica el crear un campo eléctrico en el seno del material. La forma más usual de crear ese campo eléctrico interno es impurificar el material con pequeñísimas cantidades de otros átomos (típicamente boro y fósforo).

Para especificar la Radiación Solar Terrestre, es necesario definir los siguientes conceptos:

Radiación Solar Directa: Es la radiación que incide directamente del sol.

Radiación Solar Difusa: Es la radiación dispersada por los agentes atmosféricos (nubes, polvo, etc.)

Radiación Solar Reflejada: Es la radiación reflejada por el suelo o por los objetos cercanos.

En la figura 2.2 se ilustra como actúan las diferentes radiaciones que se originan por la acción del sol.

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Figura 2.2 Radiación Difusa, Radiación Directa y Radiación Reflejada.

1.3 EL SOL COMO PRINCIPAL FUENTE DE ENERGÍA [8]

El sol, fuente de vida y origen de las demás formas de energía que el hombre ha utilizado desde los albores de la Historia, puede satisfacer todas nuestras necesidades, si aprendemos como aprovechar la luz que continuamente derrama sobre el planeta. Ha brillado en el firmamento desde hace unos cinco mil millones de años, y se calcula que todavía no ha llegado ni a la mitad de su existencia.La cantidad de energía que el Sol vierte diariamente sobre la Tierra es diez mil veces mayor que la que se consume al día en todo el Planeta.

1.4 LA ENERGIA SOLAR [4-8]

Es la energía que recibimos del Sol, y cuya primera sensación es la luz del día y el calor. Al ser el espacio una entidad vacía la energía no puede llegar más que a través del fenómeno de la radiación y por ello, de toda la inmensa cantidad de procesos que se generan en el Sol, sólo los que son el resultado de sus emisiones electromagnéticas

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son los que atraviesan la atmósfera y nos llegan en forma de energía solar. Si no prestamos mucha atención, de lo que nos llega podemos distinguir fenómenos distintos como la luz y el calor. Si hiciésemos una especie de radiografía detallada nos encontraríamos con que esa energía es la suma de muchas más de dos.

La medida que indica las posibles radiaciones que emite un cuerpo y qué cantidad de las mismas se concentran en los distintos rangos de longitud de onda, es una especie de foto de la radiación y se conoce como el espectro.

Una primera observación del espectro nos dice que el conjunto de la radiación que recibimos es un conjunto de radiaciones electromagnéticas, de diferentes longitudes de onda, que varían entre 0,2 y 4 micras. La relación entre esa longitud de onda y su poder energético es inversa. Las radiaciones de menor longitud son las de más capacidad y viceversa.

El espectro de nuestra radiación nos mostraría que sólo emitimos radiación de mucha longitud de onda, lo que se traduce por una muy baja energía. No todas las ondas del espectro contribuyen a todos los fenómenos sino que, por el contrario, existe una delimitación clara de longitudes de onda y efectos.La luz sólo está producida por las ondas cuyas longitudes de onda están entre 0,35 micras correspondientes al color violeta, y 0,75 micras correspondientes al rojo. Por encima y por debajo de estos valores, no se produce luz visible para el ojo humano. El calor se produce de forma mayoritaria en el intervalo que va de 0.5 a 0.78 micras lo que se acopla bastante bien a la parte de los colores que van del amarillo al rojo. Quizás por eso cuando tenemos que poner un color a un fenómeno que no lo tiene como es el calor, le ponemos el rojo.Es importante tener presente que en el caso de la radiación solar, la radiación térmica se emite en una longitud de onda pequeña, ya que este detalle es el que permite que el vidrio pueda utilizarse como aislante. La estructura molecular del vidrio es una especie de rejilla en la que los átomos están separados por una distancia similar a la de la longitud de onda que llega del Sol. El vidrio es transparente a la luz y al calor que llega del Sol. Pero no al calor que emitimos nosotros o el resto de elementos de una casa porque la longitud de onda de esa radiación es mucho mayor y ya no es capaz de atravesar la malla que forman los átomos del vidrio.

Otra definición sobre la energía solar sería la energía contenida en la radiación solar que es transformada mediante los correspondientes dispositivos, en forma térmica o eléctrica, para su consumo posterior allá donde se necesite. El elemento encargado deCaptar la radiación solar y transformarla en energía útil es el panel solar, pudiendo ser de dos clases: captadores solares térmicos y módulos fotovoltaicos. La energía solar es

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una de las fuentes de energía que más desarrollo está experimentando en los últimos años y que más expectativas tiene para el futuro.

1.4.1 ENERGÍA SOLAR TÉRMICA

La energía solar térmica consiste en el aprovechamiento de la energía procedente del Sol para transferirla a un medio portador de calor, generalmente agua o aire. La tecnología actual permite también calentar agua con el calor solar hasta producir vapor y posteriormente obtener energía eléctrica.

Actualmente los sistemas solares térmicos de baja temperatura (inferior a 100 °C) han alcanzado la madurez tecnológica y comercial en España, existiendo más de 700.000 m2 instalados a finales de 2004. Estos sistemas son suficientes para suplir aproximadamente dos tercios del consumo energético para agua caliente, tanto sanitaria como industrial. Son sistemas tecnológicamente sencillos, fáciles de instalar y que se amortizan en pocos años.La aplicación más generalizada de los sistemas solares es la generación de Agua Caliente Sanitaria (ACS), tanto en servicios de hoteles como en viviendas, residencias, hospitales, campings, instalaciones deportivas y otros tipos de dependencias municipales. Sin embargo, no es todavía una aplicación extendida en nuestro país el uso de energía solar para calefacción, debido a que cuando las necesidades son máximas es cuando las condiciones meteorológicas resultan más adversas. De cara al futuro se están introduciendo mejoras técnicas mediante solares especiales y avanzando en aspectos de diseño en la instalación de calefacción por “suelo radiante”.

1.4.2 ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA

La energía solar fotovoltaica consiste en la transformación directa de la radiación solar en energía eléctrica. Esto se consigue aprovechando las propiedades de los materiales semiconductores mediante las células fotovoltaicas. El material base para su fabricación suele ser el silicio. Cuando la luz del Sol (fotones) incide en una de las caras de la célula genera una corriente eléctrica que se suele utilizar como fuente de energía.

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La fabricación de estas células resulta un proceso realmente costoso, tanto económicamente como en tiempo. Aunque el material con el que están fabricadas (silicio) es muy abundante en la Tierra, su procesamiento es laborioso y complicado: se requieren procesos especiales para elaborar los lingotes de silicio, de los cuales se cortarán posteriormente las obleas (células), motivo por el cual resulta todavía un producto de costo elevado. El silicio reciclado a partir de la industria electrónica también sirve como materia prima para producir el silicio de grado solar. En la actualidad se están preparando otros materiales de mayor rendimiento. Es importante que todas las células que componen un panel solar fotovoltaico tengan las mismas características, lo que significa que después de la fabricación de las mismas, hay que seguir un proceso de clasificación y selección.

La energía solar se puede transformar de dos maneras:

1.- Utiliza una parte del espectro electromagnético de la energía del sol para producir calor. A la energía obtenida se le llama energía solar térmica. La transformación se realiza mediante el empleo de colectores térmicos.

2.- Utiliza la otra parte del espectro electromagnético de la energía del sol para producir electricidad. A la energía obtenida se le llama energía solar fotovoltaica. La transformación se realiza por medio de módulos o paneles solares fotovoltaicos.

La energía solar fotovoltaica se utiliza para hacer funcionar lámparas eléctricas, para iluminación o para hacer funcionar radios, televisores y otros electrodomésticos de bajo consumo energético, generalmente, en aquellos lugares donde no existe acceso a la red eléctrica convencional.

Es necesario disponer de un sistema formado por equipos especialmente construidos para realizar la transformación de la energía solar en energía eléctrica. Este sistema recibe el nombre de sistema fotovoltaico y los equipos que lo forman reciben el nombre de componentes fotovoltaicos. En el Capítulo 2, se explica el funcionamiento básico y las características más importantes de cada uno de los componentes del sistema fotovoltaico.

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CAPÍTULO 2APLICACIONES DE LA ENERGÍA SOLAR

2.1 INTRODUCCIÓN

Se han ensayado todos los usos citados de la energía solar en escala de laboratorio, pero no se han llevado a la escala industrial. En muchos casos, el costo de la realización de estas operaciones con energía solar no puede competir con el costo al usar otras fuentes de energía, ello debido a la alta inversión inicial. La mayor parte de los estudios de los problemas de utilización de esta energía está relacionada con problemas económicos.

2.2 USOS POSIBLES DE LA ENERGÍA SOLAR [9-10]

Las instalaciones solares pueden considerarse clasificadas por tres tipos de aplicación:

Primero, hornos solares, usados como medio de laboratorio para obtener altas temperaturas en diversos estudios y propuestos para usos semiindustriales.

En segundo lugar, los usos potenciales de dispositivos solares sencillos, como cocinas, refrigerantes y bombas de irrigación en regiones no industrializadas, con radiación segura y en donde los actuales recursos de energía no son satisfactorios o resulten caros.

Un tercer grupo de aplicación de energía solar podrá competir en el futuro económicamente con otras fuentes de energía en algunas zonas de países industrializados, como los EE.UU., si los adelantos técnicos en este campo o los cambios en el costo de la energía de otras fuentes llegan a alterar su costo relativo.

Los problemas con que se tropieza para recoger la energía solar, almacenarla y usar la energía resultante, son los mismos para numerosos usos potenciales de esta fuente de energía y se estudian uno por uno.

Se han ensayado todos los usos citados de la energía solar en escala de laboratorio, pero no se han llevado a la escala industrial. En muchos casos, el costo de la realización de estas operaciones con energía solar no puede competir con el costo al usar otras

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fuentes de energía, ello debido a la alta inversión inicial. La mayor parte de los estudios de los problemas de utilización de esta energía está relacionada con problemas económicos.

2.2.1 CALEFACCIÓN SOLAR COMO MEDIO DE BIENESTAR

La calefacción solar tiene interés principalmente por dos razones; en primer lugar, la calefacción para bienestar importa, en los Estados Unidos, por ejemplo, aproximadamente un tercio de las demandas totales de energía para calefacción, y en segundo lugar, las módicas temperaturas empleadas para calefacciones recintos permiten el uso de colectores de plancha plana que funcionan a temperaturas relativamente bajas y con rendimiento razonablemente bueno.

Los estudios de calefacción doméstica indican que el colector de plancha plana orientado en la posición indicada e incluido en la estructura del edificio como parte integrante de ella, es el tipo de colector para esta aplicación.

El tamaño del colector y el número de unidades de almacenamiento se determinan por la carga de calefacción del edificio, el análisis del tiempo solar y los costos de combustible.

En el norte de Chile, por ejemplo, resultaría muy práctico y económico confiar en la energía solar para toda la carga de consumo de la zona, para diversos usos.

La calefacción solar es el uso de la energía solar para proveer de calentamiento de agua o un espacio (como una recamara). La calefacción solar se divide en dos grupos:

• La calefacción solar activa usa bombas que mueven el aíre o líquido del colector solar al edificio o el área de almacenamiento.• La calefacción solar pasiva no requiere de equipo eléctrico o mecánico para operar, y depende del diseño de la estructura o la casa que capte, almacene y distribuya el calor por toda la edificación.

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2.2.2 ENFRIAMIENTO Y REFRIGERACIÓN

El uso de energía solar para enfriamiento de recintos o acondicionamiento de aire tiene atractivo porque hay una buena relación entre el suministro de energía y la demanda de enfriamiento y por la posibilidad de usar una parte de todo el sistema de calentamiento solar para el acondicionamiento del aire. Se han propuesto varios sistemas básicos para el acondicionamiento de aire por energía solar, entre ellos los sistemas de deshumectación y de enfriamiento por absorción de calentados por el sol.

Los términos Frío solar y refrigeración solar se refieren a sistemas que usan la energía solar para la refrigeración de ambientes. La aplicación más frecuente es el acondicionamiento de aire, tanto en edificios como en ambientes móviles (sobre todo vehículos). Existen sistemas basados en fotovoltaica y otros en energía solar térmica.La tecnología del frío solar parte de una idea aparentemente contradictoria: aprovechar el calor para generar frío. Teniendo en cuenta que el consumo eléctrico sube considerablemente durante los meses de verano por el uso de los aparatos de aire acondicionado, la generalización de esta tecnología puede suponer un desarrollo muy positivo en la implantación de nuevas aplicaciones de las energías renovables y en la reducción de dichas puntas de consumo eléctrico.

El funcionamiento de cualquier máquina de refrigeración por absorción se basa en tres fenómenos físicos elementales:

1. Cuando un fluido se evapora absorbe calor y cuando se condensa cede calor.2. La temperatura de ebullición de un líquido varía en función de la presión, es

decir, a medida que baja la presión, baja la temperatura de ebullición.3. Hay establecidas parejas de productos químicos que tienen cierta afinidad a la

hora de disolver el uno al otro.

2.2.3 HORNOS SOLARES

Los hornos solares son reflectores parabólicos o lentes construidos con precisión para enfocar la radiación solar en superficies pequeñas y de este modo poder calentar "blancos" a niveles altos de temperatura.

La utilidad de los hornos solares aumenta con el uso de heliostatos, o espejo plano móvil, para llevar la radiación solar a un reflector parabólico. Esto permite el montaje estacionario de una parábola de ordinario en posición vertical, con lo cual se pueden

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colocar aparatos para atmósfera controlada y movimiento de muestras, soportes de blancos, y otros, sin necesidad de mover todo el equipo.

Se construyen hornos solares de hasta 3 metros de diámetro con espejos de una sola pieza de aluminio, cobre o de otros elementos y se han construido hornos más grandes de múltiples reflectores curvos. Imagen a la derecha, horno solar industrial.

El primer panel forrado de papel aluminio, encontrado Inclinadamente a un lado de la caja refleja la luz y la rebota hacia el interior de la caja donde se va concentrando el calor poco a poco hasta generar una considerable cantidad de calor en donde se van a poner a calentar los alimentos, los paneles forrados de aluminio en el interior de la caja también rebotan los rayos solares provocando un mayor calentamiento, el vidrio hace que el calor se concentre y no salga y el color negro de toda la caja hace que se atraiga rápidamente el calor y eleve su temperatura.

Ventajas.• El horno solar es una alternativa para disminuir el consumo de artículos contaminantes como los hidrocarburos que producen gases como el dióxido de carbono y el metano.• Es de bajo costo, se puede usar casi en cualquier parte del mundo y utiliza materiales sencillos• Produce una gran cantidad de calor la cual llega a cocer verduras o arroz y hasta pude hornear pan• Es muy usado en países pobres como Nepal donde no hay estufas o panilla• No contamina pues funciona a base de rayas solares y no emite desechos de hidrocarburos, dióxido de carbono o metanoDesventajas.• Tarda de 2 a 3 horas en cocinar los alimentos.• No tiene la misma capacidad y tecnología que las estufas actuales.• Para las amas de casa sería un desperdicio de tiempo pues necesitan rapidez a la hora de hacer la comida.

2.2.4 DESTILACIÓN

La destilación es el proceso de eliminación de Sal del Agua. Se realiza mediante la aplicación de una fuente de calor al agua para convertirlo a vapor, para purificar el agua.

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Los destiladores solares pueden ser construidos de muchas formas y con diferentes materiales, así como pueden ser destinados a diferentes usos. Pueden ser fijos o portátiles, perennes o transitorios. Pueden ser construidos masivamente en industrias, o uno por uno in situ e incluso pueden ser de construcción casera.

2.2.4.1 FUNCIONAMIENTO

El empleo de los destiladores solares supone en esencia reproducir en pequeñas escala el ciclo natural del agua. Existen muchas configuraciones de destiladores solares aunque en todos ellos operan por el mismo principio. la radiación solar atraviesa el metacrilato transparente y calienta el agua sucia contenida en la bandeja negra , que se va evaporando. El vapor de agua se condensa en pequeñas gotitas al entrar en contacto con las paredes del invernadero, que están más frías que el ambiente interior del destilador. Estas gotas van resbalando por los laterales inclinados del destilador, yendo a caer en la bandeja de aluminio. Esta bandeja de recogida del agua limpia está inclinada, de manera que todas las gotas confluyan en el tubo de salida. La destilación se lleva a cabo en forma tal que se evite cualquier desintegración. Es el proceso básico que tiene lugar en una refinería. La destilación solar también es posible en un pozo de tierra. Un taladro cónico es cavado en el suelo y una Copa que se coloca en la parte inferior de la misma. Una lámina de plástico se suspende durante la Copa, con el punto más bajo de descanso directamente a través de la Copa. Una pequeña roca en el centro del plástico generalmente lo pesos y define el punto más bajo. Grandes rocas asegurar el plástico por encima de la superficie. Agua recopila sobre el plástico y se ejecuta en la taza.

2.2.4.2 TIPOS DE DESTILADORES

Destilador solar de dos vertientes

Un destilador solar de dos vertientes nos permitirá llegar a obtener hasta medio litro de agua destilada en un día de sol. Puede parecerte que el agua obtenida durante toda una jornada soleada no sea gran cosa, pero es conveniente recordar que, mediante la destilación solar, se obtiene agua potable en muchos lugares del mundo.

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Destilador solar de invernadero

Este es un modelo de destilador solar de gran tamaño. Se trata de estructuras de invernaderos que en su interior albergan un estanque de agua de poca profundidad y con el fondo de color negro. El agua evaporada se condensa en las paredes del invernadero y se desliza hacia los receptáculos situados en la base de las paredes. En esencia es el mismo modelo que el destilador solar de dos vertientes pero de grandes proporciones.

El destilador de caseta

El destilador solar de caseta es el más conocido y difundido en el mundo y consiste en una caseta de material semitransparente, generalmente vidrio, que se coloca sobre una peseta o bandeja que contiene agua a destilar. Por la forma de la caseta y la forma en que ésta atrapa el calor, proveniente de la energía solar, les ha valido el nombre de “destiladores de invernaderos” o Solar Still en inglés.

El destilador de poceta

El destilador de poceta o bandeja se caracteriza por su sencillez y su facilidad de construcción y está formado por una poceta hecha generalmente con materiales de la construcción (Ladrillos o Bloques, piedra de arena), angulares de acero y láminas de vidrios. Su construcción es la más sencilla de todas y debe ser in situ, realizada principalmente por un albañil. Se recomienda su uso en instalaciones relativamente grandes hechas con recursos propios.

Destilador de cascada

El destilador de cascada toma su nombre porque al llenarse o al limpiarse, el agua corre en forma de cascada, no así en su funcionamiento normal, cuando el agua contenida en el destilador permanece prácticamente estática. La purificación de fluida específicamente la desalación o destilación de agua, utilizando como fuente energética la radiación solar, es una técnica ya desarrollada con grandes ventajas económicas, sobre todo por el ahorro de electricidad o petróleo, así como la calidad del agua obtenida. Las experiencias acumuladas son contundentes en demostrar que la destilación solar del agua de mar o salobre es una opción tecnológica y económicamente factible. Los destiladores solares pueden ser construidos de muchas formas y con diferentes materiales, así como pueden ser destinados a diferentes usos. Pueden ser fijos o portátiles perennes o transitorios.

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Pueden ser construidos masivamente en industrias, o uno por uno in situ e incluso pueden ser de construcción casera. Electricidad o petróleo, así como la calidad del agua obtenida. Las experiencias acumuladas son contundentes en demostrar que la destilación solar del agua de mar o salobre es una opción tecnológica y económicamente factible.

2.2.5 FOTOSINTESIS

La fotosíntesis es la transformación de la energía luminosa en energía química. Su importancia no es de índole menor, pues prácticamente toda la energía consumida por la vida de la biosfera terrestre procede de la fotosíntesis.

El motor de todo el mecanismo es la luz solar; el proceso culmina finalmente con la transformación de la energía luminosa en energía química.

La fotosíntesis se realiza en dos fases o etapas: la reacción lumínica, y la reacción en la oscuridad. La reacción lumínica actúa en presencia de luz con independencia de la temperatura reinante (siempre que ésta no sobrepase determinados límites). Por su parte, la reacción en la oscuridad tiene lugar con independencia de la luz pero no de la temperatura, aunque ésta última debe mantenerse igualmente dentro de unos límites para que sea efectiva.

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CAPITULO 3

UTILIZACIÓN DE CELDAS FOTOVOLTAICAS

3.1 INTRODUCCIÓN

La energía solar fotovoltaica consiste en la transformación directa de la radiación solar en energía eléctrica. Esto se consigue aprovechando las propiedades de los materiales semiconductores mediante las células fotovoltaicas. El material base para su fabricación suele ser el silicio. Cuando la luz del Sol (fotones) incide en una de las caras de la célula genera una corriente eléctrica que se suele utilizar como fuente de energía.

La fabricación de estas células resulta un proceso realmente costoso, tanto económicamente como en tiempo. Aunque el material con el que están fabricadas (silicio) es muy abundante en la Tierra, su procesamiento es laborioso y complicado: se requieren procesos especiales para elaborar los lingotes de silicio, de los cuales se cortarán posteriormente las obleas (células), motivo por el cual resulta todavía un producto de costo elevado. El silicio reciclado a partir de la industria electrónica también sirve como materia prima para producir el silicio de grado solar. En la actualidad se están preparando otros materiales de mayor rendimiento. Es importante que todas las células que componen un panel solar fotovoltaico tengan las mismas características, lo que significa que después de la fabricación de las mismas, hay que seguir un proceso de clasificación y selección.

3.2. TIPOS DE PANELES.

Haciendo una gran división podemos decir que tenemos dos clases distintas de paneles solares dependiendo del uso que le queramos dar principalmente, los paneles solares para el calentamiento del agua generalmente para uso doméstico o colectores solares, estos paneles solares son los que se puede ver principalmente en los tejados

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de algunas casas y edificios, a través de un circuito cerrado calientan agua que es almacenada en un depósito para su posterior uso doméstico.

La otra parte de la división se tiene en los paneles solares fotovoltaicos estos paneles están destinado a la producción de energía eléctrica a partir de las células de silicio, su uso principal se da para instalaciones aisladas a la red, en las cuales las llegada de la red eléctrica general se hace complicada o imposible, un uso que se esta haciendo de forma muy masiva de los paneles solares son las plantas solares dedicadas a la producción eléctrica de forma fotovoltaica.

Las placas fotovoltaicas se dividen en:

Cristalinas

Monocristalinas: Se componen de secciones de un único cristal de silicio (reconocibles por su forma circular u octogonal, donde los 4 lados cortos, si se observa, se aprecia que son curvos, debido a que es una célula circular recortada).

Policristalinas: Cuando están formadas por pequeñas partículas cristalizadas.

Amorfas: Cuando el silicio no se ha cristalizado.

Su efectividad es mayor cuanto mayor son los cristales, pero también su peso, grosor y coste. El rendimiento de las primeras puede alcanzar el 20% mientras que el de las últimas puede no llegar al 10%, sin embargo su coste y peso es muy inferior.

3.3 VENTAJAS DE LAS CELDAS FOTOVOLTAICAS [8]

Las celdas fotovoltaicas son confiables y silenciosas, no tienen partes móviles y duran 30 años o más si se las recubre con vidrio o plástico.

Pueden ser instaladas rápida y fácilmente, necesitan poco mantenimiento.

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No producen dióxido de carbono durante su uso y la contaminación de agua y aire durante su operación es baja y la contaminación de aire durante su operación es baja y la contaminación de aire durante su manufactura también.

A pesar de que el día este nublado no dejaras de producir energía ya que las células generan electricidad a partir de la radiación solar no la del calor.

3.3.1 COMPARADOS CON LOS SISTEMAS TRADICIONALES COMO: PILAS, VELAS.

No necesitan combustible, utilizan la luz de sol como fuente de energía Mejor calidad de luz No contaminan el medio ambiente y no afectan la salud porque no producen

humo. Permite realizar actividades productivas durante la noche. Los costos de operación y mantenimiento son mínimos.

3.3.2 MEDIO AMBIENTE

Las energías renovables no producen emisiones CO2 y otros gases contaminantes a la atmosfera.

Como la materia prima es el sol este es inagotable.

3.3.3 ESTRATÉGICAS

Disminuye mucho la dependencia de alguna empresa.

3.3.4 SOCIOECONÓMICAS

Son más baratas que las convencionales y las crean mucho más empleo que las convencionales.

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3.4 COMPONENTES PRINCIPALES DE LAS CELDAS FOTOVOLTAICAS. [6-5]

Las partes principales que componen a las celdas fotovoltaicas son de suma importancia ya que estas cuentan con diversos equipos que logran conformarla para la generación de energía eléctrica y así suministrarla a un punto para la utilidad de la población. Estas partes se presentan a continuación.

3.4.1 REGULADOR DE CARGA

Son dispositivos electrónicos que controla el nivel de carga y descarga de la batería.

Evita que la batería se sobre cargue. Asegura que el voltaje de la batería no sea mayor al permitido en los equipos

conectados. Asegura la vida útil de la batería.

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Fig. 3.1 MODULO FOTOVOLTAICO TÍPICO

3.4.2 BATERÍA

Las baterías reciben y almacenan la energía que se genera durante el día para luego usarla cuando se necesite.

Normalmente se utilizan batería de 12 voltios y con una capacidad entre 80 a 100 ampere-hora.

Las baterías automotrices son las más utilizadas por su bajo costo. Tienen una vida útil y el mantenimiento es mínimo. No se recomienda su uso en zonas calientes.

Las baterías solares, soportan mejor las descargas profundas que las automotrices pueden durar entre 3 o 4 años.

3.4.3 ACUMULADOR

Los acumuladores generalmente son del tipo alcalino, resultando muy sensibles a la carga excesiva y su vida depende de las condiciones del mantenimiento.

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Fig.3.2 BATERIA PARA SISTEMAS FOTOVOLTAICAS

3.4.4 CONVERTIDORES CC/CA

Los convertidores CC/CA se emplean cuando resulta necesario transformar la corriente continua generada por las celdas fotovoltaicas en corriente alterna para los consumos que utilizan ese tipo de suministro.

3.4.5 DESCONECTADORES DE CARGA

Los desconectadores de descarga son aparatos que sirven para controlar el estado de descarga de los acumuladores, ya que una excesiva descarga puede provocar daños irreparables al equipo, en lo que atañe a su vida útil.

3.4.6 CONCENTRADORES LUMINOSOS

Los concentradores luminosos dirigen la energía solar hacia la superficie activa de los paneles. Los mismos utilizan lentes y espejos, y en muchos casos cuentan con sistemas automáticos para seguir el desplazamiento de la orientación del sol. Esta concentración mejora el rendimiento de las celdas, pues permite la utilización de superficies sensibles menores que las que se necesitarían sin su instalación, para obtener la misma potencia eléctrica.; pero también debe tenerse en cuenta que todo sistema óptico produce una pérdida de luz.

3.5 APLICACIÓN DE LAS CELDAS FOTOVOLTAICAS EN LA ACTUALIDAD [4,5]

La energía solar fotovoltaica tiene multitud de aplicaciones, desde la aerospacial hasta juguetes pasando por las calculadoras y la producción de energía a gran escala para el consumo en general o a pequeña escala para consumo en pequeñas viviendas. Principalmente se diferencian dos tipos de instalaciones:

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las de conexión a red, donde la energía que se produce se utiliza íntegramente para la venta a la red eléctrica de distribución.

las aisladas de red, que se utilizan para autoconsumo, ya sea una vivienda asilada, una estación repetidora de telecomunicación, bombeo de agua para riego, etc.

Las principales aplicaciones de los sistemas aislados son:– Electrificación de viviendas y edificios, principalmente para iluminación y

electrodomésticos de baja potencia– Alumbrado público– Aplicaciones agropecuarias y ganaderas– Bombeo y tratamiento de agua– Antenas de telefonía aisladas de la red– Señalización y comunicaciones

Algunas de las aplicaciones de estos sistemas son las siguientes:– Instalaciones en tejados, terrazas, etc. de viviendas que dispongan de conexión a la red de distribución eléctrica: Se aprovecha la superficie del tejado para colocar sistemas modulares de fácil instalación.– Plantas de producción: Son aplicaciones de carácter industrial que pueden instalarse en zonas rurales no aprovechadas para otros usos (“huertas solares”,“cooperativas energéticas”) o sobrepuestas en grandes cubiertas de zonas urbanas (aparcamientos, zonas comerciales, etc.)– Integración en edificios: Consiste en la sustitución de elementos arquitectónicos convencionales por nuevos elementos arquitectónicos que incluyen el elemento fotovoltaico, y que por tanto son generadores de energía (recubrimientos de fachadas, muros cortina, parasoles, pérgolas, etc.)

3.5.1 SISTEMAS DE ILUMINACIÓN

A menudo se requiere iluminación en lugares remotos donde el costo de emplear energía de la red es demasiado alto. Tales aplicaciones incluyen la iluminación de seguridad, ayudas a la navegación (boyas y faros), señales iluminadas en los caminos, señales en cruces ferroviarios y la iluminación de aldeas. Las células solares pueden satisfacer tales usos, aunque siempre se requerirá de una batería de almacenaje. Estos sistemas generalmente consisten de un panel fotovoltaico más una batería de almacenaje, un acondicionador de energía y una lámpara fluorescente de C.C. de baja

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tensión y alta eficiencia. Estos sistemas son muy populares en áreas remotas, especialmente en países en vías de desarrollo y es uno de los usos principales de células solares.

3.5.2 TELECOMUNICACIONES Y SISTEMAS DE MONITOREO REMOTOS

Las buenas comunicaciones son esenciales para mejorar la calidad de vida en áreas alejadas. Sin embargo el costo de energía eléctrica de hacer funcionar estos sistemas y el alto coste de mantenimiento de los sistemas convencionales han limitado su uso. Los sistemas fotovoltaicos han proporcionado una solución rentable a este problema con el desarrollo de estaciones repetidoras de telecomunicaciones en área remotas. Estas estaciones típicamente consisten de un receptor, un transmisor y un sistema basado en una fuente de alimentación fotovoltaica. Existen miles de estos sistemas instalados alrededor del mundo y tienen una excelente reputación por su confiabilidad y costos relativamente bajos de operación y mantenimiento.

Principios similares se aplican a radios y televisiones accionadas por energía solar, los teléfonos de emergencia y los sistemas de monitoreo. Los sistemas de monitoreo remotos se pueden utilizar para recolectar datos del tiempo u otra información sobre el medio ambiente y transmitirla automáticamente vía radio a una central.

3.5.3 SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS

En áreas alejadas la energía eléctrica se utiliza a menudo para desinfectar o purificar agua para consumo humano. Las celdas fotovoltaicas se utilizan para alimentar una luz fuerte ultravioleta utilizada para matar bacterias en agua. Esto se puede combinar con un sistema de bombeo agua accionado con energía solar.

La desalinización del agua salobre se puede alcanzar mediante sistemas fotovoltaicos de ósmosis inversa.

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UNIDAD 4

COSTOS DE UNA INSTALACION FOTO VOLTAICA

4.1.-INTRODUCCIÓN

La generación de energía solar fotovoltaica es la manera más inteligente de producir electricidad. Las energías regenerativas son el futuro. La energía fotovoltaica se desarrolla con un gran potencial hacia una tecnología clave del siglo XXI. De todas las energías renovables, la solar es la que ofrece el potencial más prometedor. Es inagotable a escala humana y alcanza para cubrir una gran parte de la demanda energética mundial. La tecnología de la energía fotovoltaica convence hoy día a más gente mundialmente. La generación de electricidad solar es económica y no contaminante. Gracias a la modularidad de las aplicaciones se pueden realizar tanto plantas eléctricas con una potencia de unos milivatios como también centrales eléctricas de cientos de kilovatios. La transformación de la radiación solar en energía eléctrica tiene un amplio espectro de aplicaciones aisladas de la red y conectadas a la red.

4.2 CARGA A CONSIDERAR A UNA CASA HABITACION. [2]

A continuación se dará a conocer los componentes para la instalación de una celda fotovoltaica en una casa habitación los componentes más importantes son las siguientes.

4.2.1 CALCULO DEL NÚMERO DE LA BATERIA

La función prioritaria de las baterías en un sistema de generación fotovoltaico es la de acumular la energía que se produce durante las horas de luminosidad para poder ser utilizada en la noche o durante periodos prolongados de mal tiempo.Otra importante función de las baterías es la de proveer una intensidad de corriente superior a la que el dispositivo fotovoltaico puede entregar. Tal es el caso de un motor,

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que en el momento del arranque puede demandar una corriente de 4 a 6 veces su corriente nominal durante unos pocos segundos.

El banco de baterías, usualmente se usan baterías de carro, dependiendo de la corriente necesaria será la cantidad de corriente disponible.

Una batería de carro te proporciona 12V CC con un promedio en corriente de 100A/hora, si tu consumo máximo será de 20A/h una batería podrá soportar unas 5 horas.

Necesitas comprar o fabricar un UPS o inversor para convertir la CC en CA de 120V de 15 a 20A.

Para cargar las baterías necesitaras una tensión en directa de 14 a 15V y dependiendo de la cantidad de celdas que coloques en paralelo, será la corriente para cargar las baterías.

No hay una regla en relación a la cantidad de corriente que necesitas para cargar la batería, pero entre más corriente sea capaz de entregarte los paneles solares la recarga será más rápida, para que sea aceptable la corriente deberá pasar los 5A.

4.2.2 CALCULO DEL NUMERO DE PANELES

Los paneles o módulos fotovoltaicos (llamados comúnmente paneles solares, aunque esta denominación abarca otros dispositivos) están formados por un conjunto de celdas (células fotovoltaicas) que producen electricidad a partir de la luz que incide sobre ellos (electricidad solar). El parámetro estandarizado para clasificar su potencia se denomina potencia pico, y se corresponde con la potencia máxima que el módulo puede entregar bajo unas condiciones estandarizadas, que son:

- radiación de 1000 W/m² - temperatura de célula de 25 °C (no temperatura ambiente).

Las placas fotovoltaicas se dividen en:

Cristalinas

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Monocristalinas: se componen de secciones de un único cristal de silicio (reconocibles por su forma circular u octogonal, donde los 4 lados cortos, si se observa, se aprecia que son curvos, debido a que es una célula circular recortada).

Policristalinas: cuando están formadas por pequeñas partículas cristalizadas.

Amorfas: cuando el silicio no se ha cristalizado.

Su efectividad es mayor cuanto son mayores los cristales, pero también su peso, grosor y coste. El rendimiento de las primeras puede alcanzar el 20% mientras que el de las últimas puede no llegar al 10%, sin embargo su coste y peso es muy inferior.

4.2.3 INVERSOR DE TENSIÓN

El inversor de tensión como se muestra en la figura 1.8, se utiliza para convertir la Corriente continua (CC) de la batería en Corriente Alterna (AC) y a su vez elevando la tensión de 12, 24 , 48 voltios a 110 o 220, pudiendo así utilizar los artefactos domiciliarios. Su dimensionado, debe estar relacionado a la potencia máxima de los artefactos a utilizar simultáneamente. Se encuentran disponibles en distintos modelos de voltaje y potencias. Se fabrican de acuerdo a su Potencia Voltaje y tipo de Onda de acuerdo a su uso específico (Iluminación, Motores, Electrodomésticos).

Figura 1.8 Inversor de Tensión.

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4.2.4 CALCULO DEL REGULADOR DE CARGA

Dispositivo encargado de proteger a la batería frente a sobrecargas y sobre descargas profundas.El regulador de tensión controla constantemente el estado de carga de las baterías y regula la intensidad de carga de las mismas para alargar su vida útil. También genera alarmas en función del estado de dicha carga.Los reguladores actuales introducen micro controladores para la correcta gestión de un sistema fotovoltaico. Su programación elaborada permite un control capaz de adaptarse a las distintas situaciones de forma automática, permitiendo la modificación manual de sus parámetros de funcionamiento para instalaciones especiales. Incluso los hay que memorizan datos que permiten conocer cuál ha sido la evolución de la instalación durante un tiempo determinado.Para ello, consideran los valores de tensión, temperatura, intensidad de carga y descarga, y capacidad del acumulador.Existen dos tipos de reguladores de carga, los lineales y los conmutados

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Fig.4.1 REGULADOR DE CARGA

4.2.5 ACCESORIOS ELÉCTRICOS.

SOQUET

LÁMPARAS

APAGADOR

CABLES

CONTACTOS

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Fig.4.2 SOQUET

Fig.4.3 LÁMPARAS

Fig.4.4 APAGADOR

Fig.4.5 CABLES

4.3 RECOMENDACIONES DE USO [3-7]

• Sitúe el módulo en un lugar que nunca esté a la sombra. Fíjese en los árboles y edificios cercanos. Recuerde que el sol varía su posición a lo largo del año y que los árboles crecen.

• El módulo se instalará de manera que el aire pueda circular libremente a su alrededor. De este modo, se consigue disminuir la temperatura de trabajo de las células y consecuentemente, mejorar el rendimiento del módulo.

• Si se montan varios módulos, evite que se hagan sombra entre sí.

• Si se usa un regulador, colóquelo en un lugar fácilmente accesible para que el usuario pueda comprobar los elementos de control. En el momento de su conexión se respetarán las polaridades eléctricas de todos los elementos, conectándolos en el siguiente orden: batería, módulos y consumo.

• La sección de conductores empleados debe asegurar que la caída de tensión en la instalación no sobrepase el 2 % de la tensión nominal de la misma.

• La interconexión entre módulos se realizará de forma aérea mediante los cables con conectores suministrados.

• Instale el módulo sobre la estructura de soporte mediante tornillería específica. Se recomienda métrica 6X20. No debe perforarse el marco del módulo. Las cotas de los módulos se encuentran especificadas en las fichas técnicas de los mismos.

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Fig.4.6 CONTACTOS

• Para más detalles acerca de los cables de conexión y los diodos consultar la ficha de especificaciones técnicas del módulo.

Figura 4.7 Conexión de los Componentes del Sistema Híbrido.

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4.4 COSTOS [1,3,]

A continuación se presentara los elementos y costos del mismo, para realizar una instalación utilizando una celda fotovoltaica en una casa habitación. De la tabla 4.1

TOTAL

$8,273.00

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TABLA.4.1 LISTA DE COMPONENTES Y PRECIOS

COMPONENTES$ COSTOS

Un panel fotovoltaico $1,559.00

Un regulador de carga $1,192.00

Una batería $3,432

2 lámparas de 13 watt $ 40.00

Accesorios eléctricos.(sockets, apagadores, cable, contactos)

$400.00

Inversor $1,650.00

REFERENCIAS.

[1]http://www.isofoton.com/technical/material/pdf/productos/fotovoltaica/modulos/ Manual-instalacion-modulos-fotovoltaicos_esp.pdf

[2] http://www.solostocks.com/venta-productos/energias-renovables/solar fotovoltaica/placas-solares-folovoltaicas/placa-panel-solar-monocristalino-50wp-para-pequenas-instalciones-fotovoltaicas-5079103

[3]http://mx.preciomania.com/search_attrib.php/topcat_id=30/form_keyword=solar%2Bpanel/rd=1

[4]http://www.solarlandsl.com/proddetail.asp?prod=MorningstarSunSaver10L12v

[5]http://energia-solar.com.mx/tienda/product.php?id_product=85

[6]http://www.textoscientificos.com/energia/aplicaceldas

[7]http://www.instalacionenergiasolar.com/energia/celdas-fotovoltaicas.html

[8]http://www.solarizate.org/pdf/castellano/profesor/PROFESOR.pdf

[9]http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/meie/martinez_h_d/capitulo1.pdf

[10]http://www.profesorenlinea.cl/fisica/EnergiaSolar.htm

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