Investigación y desarrollo de energía sostenible con
colaboración abierta (Open Source)
presentado por Rodger Evans, LEARS de CICESE
para el Encuentro nacional de energías 2011TEC de Monterey en Sonora Norte
Wednesday, November 16, 11
¿Quiénes somos?• CICESE; http://www.cicese.edu.mx
• Centro de Investigación Científica y Educación Superior de Ensenada
• LEARS; http://alternas.cicese.mx
• Laboratorio de Energía Alterna Renovable y Sostenible
• R. Evans; [email protected]
• M. Castro; [email protected]
• A. Garcia-Rosas; [email protected], November 16, 11
Actualmente
• Infrastructura
• “Bootstraping”
• “Eat your own dogfood”
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
Actualmente
¿Por qué comprar problemas de otra persona cuando usted puede hacer su propia?
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
Resumen
Ciencia y colaboración abierta (Open Source)
Proyectos OpenSource actuales
Proyectos en LEARS
Red de todo
Calculador energético
Arreglo heliostático amo-esclavo
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
Red de todo
Calculador energético
Arreglo heliostático amo-esclavo
medición y control
simulación y diseño
construcción y concentración
conversión y aplicación¿?
Resumen
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
Ciencia es una cultura-y cómo comunicamos define la cultura
Wednesday, November 16, 11
Patentes, publicación, y secretos comerciales
Publicación es lo opuesto a secretos comerciales
compartir conocimientos
copy right (derechos a copiar)
literatura, arte, código de computación
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
Patentes, publicación, y secretos comerciales
Publicación es lo opuesto a secretos comerciales
compartir conocimientos
copy right (derechos a copiar)
literatura, arte, código de computación
Patentes: tipo de publicación
monopolio- tiempo para desarrollar
procesos no obvios, maquina, artículo de manufactura o composición de materia
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
¿ por qué ?
competenciaa venderdefender al innovador
bienestar del negocio/individuo
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
¿ Por qué no ?
caroabogadosdesarrollo rápido y extensivofalta fondosmejoramiento del diseño
bienestar de la sociedad en generalR.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
Open Source
tipo de publicacióneliminar patentescolaboración abiertae.g.
Linux (Mac OSX, Ubuntu...), apache, Drupal ...
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
R.Evans 2011
Open source
GNUMITCreative commons
http://creativecommons.org.mx/
Wednesday, November 16, 11
R.Evans 2011
Open source
GNUMITCreative commons
http://creativecommons.org.mx/
Wednesday, November 16, 11
Investigación y desarrollo de energía sostenible con colaboración abierta (Open Source) by Rodger Evans is licensed under a Creative Commons
Attribution 3.0 Unported License.
Wednesday, November 16, 11
Nuestro intento
Laboratorio federalTrabajamos para la sociedad de México
Menos complicacionesadministración, abogados etc..
Ser parte de comunidad generalDesarrollo de tecnología
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
Nuestro intento
Diseños hechos con texto
openSCAD
¿ electronica ?
Compartido en linea
www.github.com
Construcción pruebas e investigación de diseños
concentrador heliostático, calculador energético, red de sensores
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
http://www.arduino.cc/
http://reprap.org/
http://www.makerbot.com/
http://www.instructables.com
Herramientas
openSCAD
github.org
Arduino
Octave/scilab
linux (mac?)
slideshare.com
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
Proyectos de open source actuales
Reprap/makerbot: impressora 3DOpen Energy monitorRed sensoralEólicoOleajebicicleta (python)
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
Bre Petis
Matsubueflickr.com
MakerBot
Wednesday, November 16, 11
R.Evans 2011
RepRap
Wednesday, November 16, 11
R.Evans 2011
RepRap
Wednesday, November 16, 11
Arduino
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
Arduino
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
Arduino
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
Arduino
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
Arduino
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
Arduino
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
Red para todoMonitoreo
Control
Compartir
Modular
Experimentos
Resolución espacial de ambiente
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
R.Evans 2011
• Inalámbrica• sensores de corriente• sensores de medio ambiente• datos en línea
Red de sensores y control
Wednesday, November 16, 11
R.Evans 2011
• Inalámbrica• sensores de corriente• sensores de medio ambiente• datos en línea
Red de sensores y control
• control de circuito• control de aparatos
(heliostático)
Wednesday, November 16, 11
Red de sensores y control
arduino
arduinoRS-485 ZigBee
ADE 7753
ZigBee
RS-4
85
ZigBee
RS-485
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
ZigBee
ZigBee
arduinoRS-485ZigBee
RS-485arduinoRS-485
ZigBee
arduino ADE 7753
RS-485
arduino ADE 7753
RS-485
arduino ADE 7753
RS-485
RS-4
85
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
A. GARCIÁ ROSASR.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
HTTPS://GITHUB.COM/SUNNYCANUCK/REDDETODO
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
CICESE y Comisión Estatal de Energía de Baja California
Ayuda en cálculos para FV
Calculador Energético
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
Simulación
medio ambiente
camino solar
temperatura de aire
viento
Calculador energético
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
Calculador energetico
Simulación
Respuesta
foto-voltaico
eólica
foto-térmico
Iluminación solar
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
simulación
economía de consumo
préstamo
tarifas CFE
gas LP
agua
CO2
Calculador energético
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
CaminoSolar 100 días
az
SE W
horizontal
Cenit-arriba
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
Camino solar intensidad solar
0
1.25
2.50
3.75
5.00
Jan 1, 2011 10:50 PM Jan 2, 2011 3:50 AM Jan 2, 2011 8:50 AM
Camino solar
azmut altitude
0
200
400
600
800
Jan 1, 2011 10:50 PM Jan 2, 2011 3:50 AM Jan 2, 2011 8:50 AM
Intensidad solar
intensidad
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
Respuesta
Angulo dispositivo y sol
Cos(diff)
Reflexión del vidrio
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
0
100
200
300
400
kWh
ene feb mar abr may jun jul aug sep oct nov decmes
Energía producida mensualmente
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
0
575
1150
1725
2300
Consumo (kW
h)
ene feb mar abr may jun jul ago sep oct nov dec
Mes
Consumo Panaderia artesanal
Wednesday, November 16, 11
0
575
1150
1725
2300
Consumo (kW
h)
ene feb mar abr may jun jul ago sep oct nov dec
Mes
Consumo Panaderia artesanal
0
300
600
900
1200
2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020
Perfil de Consumo
ene feb mar abr may junjul ago sep oct nov dec
Wednesday, November 16, 11
0
0.75
1.50
2.25
3.00
Jul-07Mar-08
Nov-08Aug-09
Apr-10Dec-10
Aug-11
Tarifa 1
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
0
0.75
1.50
2.25
3.00
Jul-07Mar-08
Nov-08Aug-09
Apr-10Dec-10
Aug-11
Tarifa 1A
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
0
0.75
1.50
2.25
3.00
Dec-06 Aug-07Apr-08
Dec-08Aug-09
Apr-10Dec-10
Aug-11
Tarifa 1B
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
0
0.75
1.50
2.25
3.00
Dec-06Aug-07
Apr-08Dec-08
Aug-09Apr-10
Dec-10Aug-11
Tarifa 1E
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
0
0.75
1.50
2.25
3.00
Dec-06Aug-07
Apr-08Dec-08
Aug-09Apr-10
Dec-10Aug-11
Tarifa 1F
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
0
1
2
3
4
Dec-06 May-07 Oct-07 Mar-08 Aug-08 Jan-09 Jun-09 Nov-09 Apr-10 Sep-10 Feb-11 Jul-11
0
20
40
60
80
Dec-06 May-07 Oct-07 Mar-08 Aug-08 Jan-09 Jun-09 Nov-09 Apr-10 Sep-10 Feb-11 Jul-11
R.Evans 2011
DAC- carga fijo
DAC- Temporada de veranoDAC- Temporada de fuera de verano
Wednesday, November 16, 11
0
0.75
1.50
2.25
3.00
1-07 5-07 9-07 1-08 5-08 9-08 1-09 5-09 9-09 1-10 5-10 9-10 1-11 5-11 9-11 1-12
tarifa comercial
Basico primeros 50 kWhIntermedio siguientes 50kWhexcidente
0
12.5
25.0
37.5
50.0
1-07 5-07 9-07 1-08 5-08 9-08 1-09 5-09 9-09 1-10 5-10 9-10 1-11 5-11 9-11 1-12
tarifa comercial cargo fijo
carga fijo
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
1.6
1.7
1.8
1.9
2.0
2007 2008 2009 2010 2011
Enero tarifa
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
1.6
1.7
1.8
1.9
2.0
2007 2008 2009 2010 2011
Enero tarifa
promedio
-STDEV
+STDEV
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
1.6
1.7
1.8
1.9
2.0
2007 2008 2009 2010 2011
Enero tarifa
promedio
-STDEV
+STDEV
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
0
0.75
1.50
2.25
3.00
enero feb marzo abril mayo junio julio agusto sep oct nov dec
Tarifa básica
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
0
1,000.000
2,000.000
3,000.000
4,000.000
Jan 1, 2010 Jan 1, 2011 Jan 1, 2012 Jan 1, 2013 Jan 1, 2014 Jan 1, 2015 Jan 1, 2016
Predicciones para recibos de CFE
recibo recibo modificado
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
0
100,000.000
200,000.000
300,000.000
400,000.000
Jan 1, 2010Jan 1, 2011Jan 1, 2012Jan 1, 2013Jan 1, 2014Jan 1, 2015Jan 1, 2016Jan 1, 2017Jan 1, 2018Jan 1, 2019Jan 1, 2020
Gastos totales
gastos: actuales gastos: autofinaciado gastos: prestamo
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
160,000.000
182,500.000
205,000.000
227,500.000
250,000.000
Jan 1, 2016 Apr 1, 2016 Jul 1, 2016 Oct 1, 2016 Jan 1, 2017 Apr 1, 2017 Jul 1, 2017 Oct 1, 2017 Jan 1, 2018
gastos: actuales gastos: autofinaciado gastos: prestamo
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
Cálculos futuros
cambio de instalacioneslamparas
gas LPcalefacción de agua y ambiente
CO2 y agua dulce
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
Donde
https://github.com/duvahazard/Calculador-Energetico
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
Proyectos en LEARS
Heliostático amo-esclavomonturacontrol
electrónicasóptica
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
Concentración solar
• Sol
• 1kW/m2 ≈ 4 kWh/(día* m2)
• 0.25o/min
• fuente de fotones
• vacío
• campo magnético del tierra
• atmósfera
Wednesday, November 16, 11
sol
Wednesday, November 16, 11
Irradiancia solar
Distancia sol-tierra
órbita elíptica
atmósfera
latitud
fecha
actividad solar
años
Wednesday, November 16, 11
sol
Wednesday, November 16, 11
sol
Wednesday, November 16, 11
Foto-térmico
conducción
radiación
convección
q = �kA
@T
@x
q = hA(T1 � T2)
q = �A(T 41 � T 4
2 )
conversión
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
equilibrio térmica
�T 4 = S
S = 1.0kW/m2
� = 5.67⇥ 10�8 W
m2K4
T = 364K = 91.27�C
conversión
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
Wednesday, November 16, 11
Wednesday, November 16, 11
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
Wednesday, November 16, 11
Industrial
Domestico
Comercial
10-100kWh/dia
4-7kWh/(m2*dia)
10-30 m2
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
Industrial
Domestico
Comercial
10-100kWh/dia
4-7kWh/(m2*dia)
10-30 m2
0
575
1150
1725
2300
Consumo (kW
h)
ene mar may jul sep nov
Mes
Consumo Panaderia artesanal
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
Potencia
Energia
Temperatura
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
Potencia
Energia
Temperatura
tamaño
tiempo
concentración
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
� �
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
� �
1D¿2D?
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
�
��
��
2
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
�
��
��
2
��
2
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
control
motor
motor
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
=$1,000 USD por 1-2 m2
control
motor
motor
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
esclavoesclavo amo
motor
motor
control
esclavoesclavo
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
esclavoesclavo amo
motor
motor
control
esclavoesclavo
esclavoesclavo amo
motor
motor
control
esclavoesclavo
esclavoesclavo amo
motor
motor
control
esclavoesclavo
R.Evans 2011Wednesday, November 16, 11
control
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
control
• fecha• Posición heliostáticos• intensidad de iluminación
• WiFi• ZigBee• Eithernet• RS 232
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
Wednesday, November 16, 11
Wednesday, November 16, 11
Wednesday, November 16, 11
Wednesday, November 16, 11
Wednesday, November 16, 11
Wednesday, November 16, 11
Wednesday, November 16, 11
Wednesday, November 16, 11
Wednesday, November 16, 11
Wednesday, November 16, 11
Wednesday, November 16, 11
Wednesday, November 16, 11
Wednesday, November 16, 11
Wednesday, November 16, 11
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
Transmisión
pic of transmission
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
Transmisión
pic of transmission
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
Óptica y control
Activo o predefinido“a stopped watch is right twice a day”“but a moving watch incorrectly set is never right”
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
Control activo
2-ejes
¿nubes?
azmut y elevación
luz neta
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
Wednesday, November 16, 11
Wednesday, November 16, 11
Wednesday, November 16, 11
Wednesday, November 16, 11
Wednesday, November 16, 11
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
0
38
75
113
150
-150.00 -120.00 -90.00 -60.00 -30.00 0 30.00 60.00 90.00 120.00 150.00
Verti
cal
Divisores de voltaje contra ángulo
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
0
38
75
113
150
-150.00 -120.00 -90.00 -60.00 -30.00 0 30.00 60.00 90.00 120.00 150.00
Verti
cal
0
300
600
900
1200
-150.00 -120.00 -90.00 -60.00 -30.00 0 30.00 60.00 90.00 120.00 150.00
Horiz
otal
Divisores de voltaje contra ángulo
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
0
38
75
113
150
-150.00 -120.00 -90.00 -60.00 -30.00 0 30.00 60.00 90.00 120.00 150.00
Verti
cal
0
300
600
900
1200
-150.00 -120.00 -90.00 -60.00 -30.00 0 30.00 60.00 90.00 120.00 150.00
Horiz
otal
Divisores de voltaje contra ángulo
1-10242º/15±3
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
arreglo heliostáticomodular
rastrear o re dirigirintegración con red de edificio
nosotrosinfraestructura para experimentosmonitoreo de iluminación solar
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
Usos
1-2 ejesdirectoconcentradohttps://github.com/sunnycanuck/Heli-stato-Amo-Esclavo
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11
In fin
• Inspirar
• Comunicar
• Aprender
• Jugar
R.Evans 2011
Wednesday, November 16, 11