Universidad Nacional Autnoma de HondurasUNAH

Departamento de QumicaAsignatura: QQ-100Qumica FundamentalCatedrtica: Licda. Claudette BentezSeccin: 08:00Informe Proyecto FinalEstudiantes Ing. Elctrica IndustrialProyecto: Celda FotovoltaicaIntegrantes:Edwin Estivenson Paz Snchez20102300243

Mario Wilfredo Ucles Trejo20151005089

Jos Fernando Villalobos20151001177

Tegucigalpa MDC 07 de diciembre 2015

ndiceIntroduccinPg. 3

ObjetivosPg. 4

Energa SolarPg. 5

Materiales de la celular fotovoltaicaPg. 6

MetodologaPg. 6-10

Mtodo CientficoPg. 11-13

ConclusionesPg. 14

AnexosPg. 15-17

BibliografaPg. 18

Introduccin.

La produccin de energa elctrica a partir de la luz del sol se conoce como efecto fotovoltaico, que consiste en convertir la luz solar en energa elctrica por medio de unos dispositivos semiconductores denominados clulas fotovoltaicas. Las clulas estn elaboradas con de silicio e impurezas de otros elementos qumicos (boro y fsforo), capaces de generar cada una corriente de 2 a 4 A, a un voltaje de 0,46 a 0,48 V. Estas clulas se agrupan en serie sobre paneles solares para conseguir un voltaje mayor. Parte de la radiacin incidente se pierde por reflexin y otra parte por transmisin. El resto es capaz de hacer saltar electrones de una capa a otra creando una corriente proporcional a la radiacin incidente.

Objetivos

Aplicar los conocimientos de Qumica fundamental mediante el desarrollo de un panel electro fotovoltaico. Comprender la relacin de la qumica en el campo de la ingeniera elctrica mediante el desarrollo de este proyecto. Identificar los elementos qumicos con los que se desarroll la clula fotovoltaica. Analizar como se transforma la energa lumnica compuesta de fotones en energa elctrica mediante el flujo de electrones. Observar las reacciones redox con el fin de identificar cual se oxida y el que se reduce en el desarrollo del panel fotovoltaico.

ENERGA SOLAR

LaEnerga solares la que llega a la Tierra en forma de radiacin electromagntica (luz, calor y rayos ultravioleta principalmente) procedente del Sol, donde ha sido generada por un proceso de fusin nuclear. El aprovechamiento de la energa solar se puede realizar de dos formas: porconversin trmica de alta temperatura (sistema fototrmico) y porconversin fotovoltaica(sistema fotovoltaico).Laconversin trmica de alta temperaturaconsiste en transformar la energa solar en energa trmica almacenada en un fluido. Para calentar el lquido se emplean unos dispositivos llamados colectores.Laconversin fotovoltaicaconsiste en la transformacin directa de la energa luminosa en energa elctrica. Se utilizan para ello unas placas solares formadas por clulas fotovoltaicas (de silicio o de germanio).

Ventajas:Es una energa no contaminante y proporciona energa barata en pases no industrializados.

Inconvenientes:Es una fuente energtica intermitente, ya que depende del clima y del nmero de horas de Sol al ao. Adems, su rendimiento energtico es bastante bajo.

La Celda Fotovoltaica Materiales ymtodos. MATERIALES. Caja de madera o carton Papel de aluminio Pintura esmalte Hilo de cobre monopolar Sulfato de cobre, cloruro sdico Pasta dentfrica y limn PolmetroMETODOLOGA.Forramos la tapa de una caja de cartn con papel de aluminio. En el centro delimitamos una franja trasversal pintada con esmalte sinttico y sobre la que se montar una resistencia formada con un hilo de cobre monopolar dispuesto en zigzag,zona frontalde resistencia. Esta zona una vez preparada se impregnar con una solucin de zumo de limn y pasta dentfrica.A ambos lados de esta zona quedan dos reas de papel de aluminio que se cubrirn con una disolucin de cloruro sdico y sulfato de cobre y sobre la que posteriormente se esparcirn virutas de acero,zonas semiconductoras laterales.Comprobada el correcto funcionamiento de la misma se ensayar una reaccin REDOX:Las reacciones redox son aquellas en las que se produce una transferencia de electrones entre dos especies. Uno de los reactivos cede electrones y se oxida, especie reductora, mientras que el que acepta los electrones se reduce, especie oxidante. Las reacciones redox siempre transcurren por sistemas de pares conjugados. El reductor da electrones y se oxida mientras que el oxidante gana esos electrones y se reduce.Un ejemplo muy sencillo de llevar a cabo es la reaccin entre el aluminio metlico y una sal de cobre (II). El aluminio, Al, puede oxidarse perdiendo electrones y convertirse en Al3+, el Cu2+puede ganar electrones y pasar a Cu segn la siguiente reaccin:3 Cu+2+ 2 Al 3 Cu + 2 Al+3Cuando se trata de equilibrios redox la reaccin puede describirse como el resultado de dos semirreacciones, una de reduccin:Cu2++ 2 e Cuy otra de oxidacin:Al Al+3+ 3 ePara llevarla a cabo basta con poner un poco de alguna sal de cobre (II) (p.e. cloruro de cobre o sulfato de cobre) En nuestro caso utilizamos sulfato de cobre sobre papel de aluminio (del que se usa en casa) y aadir unas gotas de agua. Al poco tiempo comienza a adquirir un color pardo y se desprenden gases y calor de forma bastante espectacular. Si el papel de aluminio puede llegar a perforarse si fino y hay cantidad suficiente de sal de cobre.Hay que tener algo de cuidado con las proyecciones ya que la mezcla se calienta bastante (es una reaccin exotrmica). El papel de aluminio llega a agujerearse y queda recubierto de un residuo de color pardo. El aluminio se disuelve en el agua y el residuo pardo es el cobre metlico que se forma por reduccin.

La espontaneidad de la reaccin viene dada por los potenciales redox del cobre y del aluminio:El potencial de oxidacin del Al es:Al(s) Al3+(aq)+ 3e +1.68 VEl potencial de reduccin del cobre es:Cu2+(aq)+ 2e Cu(s) +0.34Siendo el potencial de la ecuacin general +2,02 V2 Al(s) 2 Al3+(aq)+ 6e + 1,68 V3 Cu2+(aq)+ 6e 3 Cu(s) + 0,34 VDe las cuales la ecuacin general del proceso sera:3 Cu+2+ 2 Al 3 Cu + 2 Al+3 + 2,02 VLa Energa libre de Gibbs mide la espontaneidad de una reaccin electroqumica. Cuando esta magnitud adquiere valor es negativo la reaccin es espontanea en el sentido en el que est propuesta. Si por el contrario la Energa libre de Gibbs es positiva la reaccin es espontnea en sentido inverso.G = n . F . ESiendo:G = Energa libre de Gibbsn = nmero de electronesF = Faraday, la carga de un mol de electrones, 96500 CE = Potencial redox de la reaccinPor lo que se deduce analticamente que la reaccin es espontnea.A las zonas semiconductoras laterales se ha aadido una disolucin saturada de NaCl, CuSO4y virutas de acero con lo que de todo lo anterior se deduce que en estas zonas tenemos un coctel de iones y metales:Las mezclas de los productos qumicos son sencillas llevando las mezclas hasta el punto de saturacin, Agua con sulfato de cobre y agua con cloruro sdico. Es importante ir diluyendo progresivamente la disolucin de sulfato de cobre para evitar que esta degrade por completo el papel de aluminio. Para ello se ensaya previamente este paso aparte. Encontrando las siguientes concentraciones ptimas: En 250 ml de jugo de limn, disolver una medida de crema dental (lo que echamos en el cepillo de dientes, 1,5 g de media) En 250 ml de agua aadimos 3 g de cloruro de sodio y 0,8 g de sulfato de cobre (II).Otras precauciones a tener en cuenta en el montaje son: procurar que la celda con la resistencia quede completamente aislada del resto del panel. Revisar los contactos y asegurarse que el sol incida directamente sobre la superficie de la placa.El conjunto una vez formado se expone a Sol lo que activa los procesos redox y se activa el funcionamiento. El objeto de este trabajo es estudiar la relacin la superficie de las distintas zonas de la placa. Para ello se prepararon dos tipos de relacin entre superficies en dos tamaos distintos:Dimensiones 2231 cm:Relacin rea semiconductora izda.-frontal-semiconductora drcha. 1:1:1Relacin rea semiconductora izda.-frontal-semiconductora drcha. 1:2:1Fig 1: Relacin 1:1:1

Fig 2: Relacin 1:2:1Dimensiones 4431 cm:Relacin rea semiconductora izda.-frontal-semiconductora drcha. 1:1:1Relacin rea semiconductora izda.-frontal-semiconductora drcha. 1:2:1

Fig 1: Relacin 1:1:1

Fig 2: Relacin 1:2:1Una vez acabada la construccin de la base del panel se ha procedido a la instalar la resistencia de cobre en a modo de zigzag en la zona frontal, encima esmaltada. Se procede a establecer las conexione: un polo conectado a la resistencia de cobre y la otra al papel de aluminio que recubre la base.Sobre las zonas semiconductoras laterales se aplica son un pincel la disolucin NaCl y la de CuSO4. Posteriormente se esparcen virutas de acero por encima.Por el contrario sobre la semiconductora intermedia se aplica zumo de limn y una disolucin con fluoruro de sodio, pasta dentfrica.Despus de esperar entre 2 y 4 horas para que todos los procesos electroqumicos se estabilicen se exponen los paneles al sol y mediante un polmetro se procede a registrar la intensidad u el voltaje de la corriente generada.

Etapa del Mtodo Cientfico.Una vez expuesta al Sol la celda se has registrado los siguientes valores de voltaje e intensidad: relacin reas 1:1:1, Voltaje 1.2 V, Intensidad 0,15 AA medida que aumentan las dimensiones de las placas aumenta la energa obtenida en las mismas (aumento de la fuerza electromotriz y de la intensidad).La relacin entre las distintas zonas (semiconductora izquierda, frontal y semiconductora derecha) no parece influir en los valores de voltaje e intensidad registrados.En cuanto a la duracin de las mismas se ha apreciado que las de mayor tamao duran ms tiempo, 55 das, que las ms pequeas, 38 das.De todo lo anteriormente expuesto podemos concluir que es posible construir una clula fotovoltaica con materiales de uso cotidiano y con un coste mnimo.Cabe matizar que dada la composicin qumica de sus componentes esta placa no es una clula solar propiamente dicha. En realidad se trata de una de una pila electroqumica ya que en ella tiene lugar una reaccin electroqumica. A pesar de ello la luz del Sol activa el proceso, y solo en presencia de luz los electrolitos reaccionan con el metal, por lo que sera unapila electroqumica solar.Por otro lado cuanto mayor sea la superficie de la placa mayor es la energa que se puede obtener de ella. Del mismo modo en otros experimentos se ha comprobado que la relacin de la dimensiones entre las distintas reas o zonas de las placas influye significativamente en el rendimiento de las mismas siendo la relacin entre las zonas semiconductora izquierda, frontal y semiconductora derecha. 1:2:1 result ser sensiblemente ms eficiente.

En el experimento hecho por:TecnopoleA los 55 das -paneles grandes- o 38 das paneles pequeos- empieza a disminuir el voltaje generado por lo que se debe reemplazar el papel de aluminio por otro nuevo y volver a preparar las soluciones, prueba del carcter electroqumico del panel. Si bien en los paneles ms pequeos hay que proceder a remplazar antes sus componentes ya que la cantidad de estos es menos debido a sus dimensiones.En cuanto a la duracin de los paneles se aprecia que los ms grandes duran ms tiempo ya que la cantidad de electrolitos, metales y otros reactivos es mayor. Esto es consecuencia ms del carcter electroqumico del panel que de su carcter fotovoltaico.Hay que recordar que en las placas fotovoltaicas no se produce un deterioro de los materiales en un periodo de tiempo breve, das o meses. Por el contrario las pilas electroqumicas agotan los reactivos de los electrodos y precisan de su reposicin para que sigan funcionando.

Conclusiones

La composicin qumica de sus componentes esta placa no es una clula solar propiamente dicha. En realidad se trata de una de una pila electroqumica ya que en ella tiene lugar una reaccin electroqumica. A pesar de ello la luz del Sol activa el proceso, y solo en presencia de luz los electrolitos reaccionan con el metal, por lo que sera una pila electroqumica solar. cuanto mayor sea la superficie de la placa mayor es la energa que se puede obtener de ella. Del mismo modo se ha comprobado que la relacin de la dimensiones entre las distintas reas o zonas de las placas influye significativamente en el rendimiento de las mismas siendo la relacin entre las zonas semiconductora izquierda, frontal y semiconductora derecha. En cuanto a la duracin de los paneles se aprecia que los ms grandes duran ms tiempo ya que la cantidad de electrolitos, metales y otros reactivos es mayor. Esto es consecuencia ms del carcter electroqumico del panel que de su carcter fotovoltaico. Hay que recordar que en las placas fotovoltaicas no se produce un deterioro de los materiales en un periodo de tiempo breve, das o meses. Por el contrario las pilas electroqumicas agotan los reactivos de los electrodos y precisan de su reposicin para que sigan funcionando.

Anexos Foto1. Tapa de una caja de paquetes de folios como base del panel.

Foto2. Forrado con papel de alumnio de la base del panel.

Foto 3. Pintado de la zona semiconductora intermedia con esmalte sinttico.

Foto 4. Primera fase de la construccin de los paneles.

Foto 5. Pintado de la segunda capa de la zona intermedia semiconductora.

Foto 6. Relacin de tamaos de los distintos paneles ensayados y la relacin entre sus reas centrales y laterales 1:2:1 y 1:1:1.

Foto 7. Montaje de la resistencia central.

Foto 8. Vista en perspectiva del panel acabado.

Bibliografa.

http://www.monografias.com/trabajos97/aprovechamiento-energia-solar-como-energia-renovable/aprovechamiento-energia-solar-como-energia-renovable.shtml, http://www.greenestenergy.com/placas%20solares/PLACAS%20SOLARES.html, http://exterior.pntic.mec.es/pvec0002/e_solar.htm, http://www.solartronic.com/Ayuda/Preguntas_Frecuentes/, http://energiafotovoltaica15.wordpress.com/about/, http://www.cecu.es/campanas/medio%20ambiente/res&rue/htm/guia/solar.htm http://servicios.laverdad.es/cienciaysalud/4_2_35.html, http://energiasolarok.blogspot.com/2009/07/celulas-de-gratzel-en-edificios.html, http://www.finland.org.au/Public/default.aspx?contentid=194258&nodeid=35603&culture=es-ES,

2