GIRASOL SOLAR

UVM Universidad del Valle de México

PROFESOR: Ing. Alfredo de la Barrera González.

INTEGRANTES:

Bocanegra Curiel Marco

Carrillo Mata José Martin

Flores Moreno Isis Ixchel

León Luna Omar

Sujeto a cambio.

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INDICE

RESUMEN……………………………………………………………………………………………………………………………….3

INTRODUCCION………………………………………………………………………………………………………………………6

ANTESEDENTES………………………………………………………………………………………………………………………8

ENERGIA SOLAR……………………………………………………………………………………………………………………..9

HISTORIA DE LAS CELDAS SOLARES………………………………………………………………………………………11

DESARROLLO…………………………………………………………………………………………………………………………15

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OBJETIVOS DEL PROYECTO

Diseño e implementación de un sistema alternativo de consumo de energía eléctrica, por un consumo ecológico, con un costo de “X” en un periodo de 3 meses, dirigido a sectores socioeconómicos con un nivel medio alto en adelante.

ALCANCE

Implementar un método de energía alternativa en zonas suburbanas y rurales mediante la energía solar por medio de un celda fotovoltaica con un efecto llamado girasol, ya que lo que se busca es tener un mejor rendimiento y aprovechamiento de la energía solar.

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RESUMEN

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¿Qué es la energía solar?

La energía solar es la energía obtenida mediante la captación de la luz y el calor emitidos por el Sol.

La radiación solar que alcanza la Tierra puede aprovecharse por medio del calor que produce a través de la absorción de la radiación, por ejemplo en dispositivos ópticos o de otro tipo. Es una de las llamadas energías renovables, particularmente del grupo no contaminante, conocido como energía limpia o energía verde. Si bien, al final de su vida útil, los paneles fotovoltaicos pueden suponer un residuo contaminante difícilmente reciclable al día de hoy.

La potencia de la radiación varía según el momento del día, las condiciones atmosféricas que la amortiguan y la latitud. Se puede asumir que en buenas condiciones de irradiación el valor es de aproximadamente 1000 W/m² en la superficie terrestre. A esta potencia se la conoce como irradiación.

La radiación es aprovechable en sus componentes directa y difusa, o en la suma de ambas. La radiación directa es la que llega directamente del foco solar, sin reflexiones o refracciones intermedias. La difusa es la emitida por la bóveda celeste diurna gracias a los múltiples fenómenos de reflexión y refracción solar en la atmósfera, en las nubes y el resto de elementos atmosféricos y terrestres. La radiación directa puede reflejarse y concentrarse para su utilización, mientras que no es posible concentrar la luz difusa que proviene de todas las direcciones.

La irradiación directa normal (o perpendicular a los rayos solares) fuera de la atmósfera, recibe el nombre de constante solar y tiene un valor medio de 1354 W/m² (que corresponde a un valor máximo en el perihelio de 1395 W/m² y un valor mínimo en el afelio de 1308 W/m²).

¿Qué es un panel solar o panel fotovoltaico?

Los módulos fotovoltaicos o colectores solares fotovoltaicos (llamados a veces 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 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.

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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.

En resumen, las celdas solares tienen la posibilidad de ayudarnos a depender menos de los combustibles fósiles, pero todavía hace falta mucha investigación para llegar a un punto en el cual sea relativamente barato hacer el cambio.  Por ahora, las celdas solares tienen aplicaciones en mercados muy específicos, donde exista abundancia de luz solar todo el año, y la luz eléctrica sea demasiado cara. 

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INTRODUCCION

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Este trabajo consta de la realización de un panel solar (panel fotovoltaico) que cuente con un efecto girasol, es decir, que el panel tendrá un seguimiento con respecto al sol durante el transcurso del día así como también por las estaciones del año, de tal manera que se incremente de forma considerable el aprovechamiento de la energía solar a comparación de los paneles estáticos, ya que estos solo están dirigidos a cierta ubicación a la que se puede aprovechar la energía, pero al transcurrir el día, este panel no aprovecha del todo la energía solar.

Al desarrollar el efecto girasol, se logra contrarrestar lo que sucede con el panel estático por lo mencionado anteriormente.

El aprovechamiento de un panel fotovoltaico de tipo estático es de un 10 al 15%. Y con el efecto girasol se puede lograr un rendimiento del 50 al 90% de la energía solar, todo depende del tipo de celda solar, si es de silicio policristalina o de silicio monocristalino.

Este trabajo va a estar constituido de dos fases:

Fase1. (Parte mecánica.) Fase2: (Parte electrónica y automatización.)

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ANTECEDENTES

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Energía 0Solar

La energía solar es la energía producida por el sol y que es convertida a energía útil por el ser humano, ya sea para calentar algo o producir electricidad (como sus principales aplicaciones).

Cada año el sol arroja 4 mil veces más energía que la que consumimos, por lo que su potencial es prácticamente ilimitado.

La intensidad de energía disponible en un punto determinado de la tierra depende, del día del año, de la hora y de la latitud. Además, la cantidad de energía que puede recogerse depende de la orientación del dispositivo receptor.

Actualmente es una de las energías renovables más desarrolladas y usadas en todo el mundo.

¿De qué manera convertimos la energía solar en energía útil para su uso cotidiano?

Esta energía renovable se usa principalmente para dos cosas, aunque no son las únicas, primero para calentar cosas como comida o agua, conocida como energía solar térmica, y la segunda para generar electricidad, conocida como energía solar fotovoltaica.

Los principales aparatos que se usan en la energía solar térmica son los calentadores de agua y las estufas solares.

Para generar la electricidad se usan las células solares, las cuales son el alma de lo que se conoce como paneles solares, las cuales son las encargadas de transformarla energía eléctrica.

Sus usos no se limitan a los mencionados aquí, pero estas dos utilidades son las más importantes. Otros usos de la energía solar son:

Potabilizar agua Estufas Solares Secado Evaporación Destilación Refrigeración

Dentro de las energías renovables que más se están usando, la solar es la más importante hasta el momento, con inversiones en tecnología e instalaciones millonarias. Se construyen decenas de granjas solares alrededor del mundo para generar cientos de megawatts de electricidad, con las cuales se genera energía eléctrica a partir de energías verdes o limpias lo cual ayuda enormemente a combatir el calentamiento global.

Como hemos visto la energía solar es la energía renovable más utilizada en todo el mundo, pero aun no es una energía disponible para las personas, es muy cara aún. Para que los precios bajen la producción tiene que ser mayor, por lo que nos toca la responsabilidad de empezar a usarla para que en un futuro cercano sea accesible para todas las personas de este planeta.

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Las celdas solares (o paneles fotovoltaicos, como se les conoce a veces) están en todos lados ahora.  Desde calculadoras de bolsillo, hasta vehículos, casas particulares, proyectos gubernamentales, y satélites espaciales, su uso se está masificando.  Su capacidad de generar electricidad solamente con la luz solar las hace muy útiles en una variedad de situaciones.

A pesar que las celdas solares, o celdas fotovoltaicas, existen desde hace mucho tiempo, es solo recientemente que avances tecnológicos han permitido utilizarlas de manera eficaz, y a un precio razonable.   El reciente aumento en el precio de petróleo ha creado una demanda increíble por métodos alternativos de energía, con lo cual las celdas solares han experimentado un nuevo auge.

En este artículo, veremos como funcionan las celdas solares, cuáles son sus ventajas y desventajas, y cuáles son los usos principales que se les ha dado a la fecha.

Como siempre, si quieres comentar o hacer alguna pregunta respecto al tema, pon tu pregunta en los foros de explicame.org!

Fundamentos de una celda solar

Una celda solar o panel fotovoltaico convierte energía proveniente de la luz en energía eléctrica.   El término celda solar se utiliza normalmente para especificar aquellas celdas que utilizan luz proveniente del sol, mientras que se especifica una celda fotovoltaica cuando no está definida la fuente de la luz a utilizar.

Ya que la mayor fuente de luz que conocemos es el Sol, casi siempre se utiliza la luz solar para generar electricidad, además que es una fuente de luz totalmente gratis. al menos durante las horas que dura un día (estas horas pueden variar dependiendo de la ubicación geográfica y física de la celda).  La desventaja principales es que no es posible generar energía durante horas de la noche.   Existen varias maneras de solucionar estos problemas, pero primero veamos una breve reseña de la historia de las celdas solares.

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Historia de las celdas solares o fotovoltaicas

El efecto foto-voltaico utilizado en las celdas solares fue reconocido por primera vez por Alexandre Becquerel.  Sin embargo, no fue sino hasta 1883 cuando se construyó la primera celda solar, por Charles Fritts.  Este último produjo una celda solar solo 1% eficiente (es decir, solo podía aprovechar el 1% de la energía en la luz, el otro 99% era desperdiciado).  Fue hasta 1954 cuando los Laboratorios Bell, descubrieron que ciertos semiconductores, cuando eran contaminados a propósito, se volvían extremadamente sensibles a la luz.  

Este último descubrimiento llevó a la creación de celdas solares que eran eficientes a un 6%, lo cual ya las hacía viables para ciertas aplicaciones.  Este avance hizo posible que se lanzara al espacio en 1958 el primer satélite con celdas solares, el Sputnik 3.  En la actualidad, y debido a constantes avances en el área, se ha logrado obtener hasta un 42% de eficiencia en conversión de energía.

 

Componentes básicos de una celda solar

Toda celda solar moderna consta usualmente de los siguientes componentes:

Placa de vidrio, que permite ingresar la luz, pero protege a los semiconductores en la celda de los elementos.

Plancha de semiconductores tipo n y tipo p.  El tipo n tiene una concentración de electrones mucho más alta que la del tipo p, y ambos están contaminados a propósito con átomos de otros elementos como el boro y el galio.

Trayectoria por donde pueden circular los electrones para ir del semiconductor tipo n al tipo p.  Esto es usualmente dos capas que rodean a la plancha de semiconductores, que actúan como un conductor de electrones entre las dos capas de semiconductores.

Finalmente, usualmente se le agrega una capa anti-reflectiva entre la placa de vidrio y el semiconductor, para minimizar la pérdida de luz por reflejo.

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Funcionamiento de una celda solar

Pero, cómo logra la celda solar convertir luz en energía eléctrica?  El secreto está en los fotones que son parte de todo rayo de luz.  Los fotones no son más que la partícula elemental de toda señal electromagnética, así como los átomos son la partícula elemental de toda la materia.  Todo fotón contiene una cantidad infininetismal de energía (4x10-19 joules, si estás interesado), y toda luz visible al ojo humano lleva grandes cantidades de fotones.  Es la energía contenida en toda esta masa de fotones la que aprovecha la celda solar para convertir a electricidad.

El siguiente es el proceso básico, repetido millones de veces, que permite a una celda solar generar energía eléctrica:

Los fotones pegan en la superficie de la celda, usualmente de vidrio.  Ese permite pasar la luz a la capa de semiconductor n.

Los átomos en la capa de semiconductores tipo n se excitan, "soltando" electrones, lo que genera un exceso de electrones en la misma.

La capa de semiconductor tipo p tiene deficiencia de electrones, lo cual atrae a los electrones excitados provenientes de la capa tipo n.  En términos eléctricos, se genera una diferencia de potencial entre ambas capas de semiconductor, mejor conocido como voltaje.

Ya que la única manera de llegar del semiconductor tipo n al p es a través del cable que une a ambas, los electrones escogen esta vía.  Esto causa un campo eléctrico en este cable, y esta es la corriente eléctrica que estamos buscando.

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Manufactura de celdas solares

En la actualidad, la mayoría de celdas solares se construyen en módulos rígidos de 36 celdas o más, conectadas en serie y en paralelo, para generar el voltaje y corriente que se necesita.   Al mismo tiempo, después de la capa de vidrio, se le pone una capa antireflectiva al silicón, lo que minimiza la luz desperdiciada por el reflejo.  Finalmente, alrededor de ambas capas de silicón, se ponen los contactos que componen los polos positivo y negativo de la celda solar.

Aunque este diseño funciona muy bien para edificios y terrazas, que es donde usualmente se colocan estas celdas, es un problema cuando se intentan adaptar a botes y/o vehículos, por lo que actualmente se trabaja también en maneras de hacer celdas solares flexibles, las cuales puedan adaptarse fácilmente a las curvas aerodinámicas de automóviles y barcos.  Estos también podrían hacer menos frágiles las celdas planas, minimizando el riesgo de dañarse, y bajando sus costos de instalación.

Eficiencia  de las celdas solares

Como mencionamos al principio, la eficiencia de las celdas solares es bastante baja.   Las primeras convertían menos del 1% de la luz recibida en energía eléctrica.  Esto ha ido mejorando poco a poco, y actualmente se logra normalmente entre un 15% y 25% de eficiencia en las mejores celdas disponibles comercialmente.  Algunas celdas de materiales avanzados han logrado llegar a un 42% de eficiencia, pero no en procesos industrializados de producción, sino en condiciones controladas en laboratorio.

Aunado a la baja eficiencia de las celdas solares, está el hecho que son relativamente caras producirlas.  Se estima que, en la actualidad, una instalación doméstica de celdas solares cuesta

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aproximadamente $9/watt.  Esto quiere decir que, para poder proveer energía para una bombilla de 100 watts, se necesitaría invertir $900, y esto solamente proveería energía de día.   Para evitar esto, usualmente los sistemas de celdas solares se instalan junto con sistemas automáticos de baterías y conmutación, los cuales permiten almacenar energía cuando no se utiliza durante el día, y poder utilizarla durante la noche, cuando es más necesaria.   Toda esta complejidad, sin embargo, agrega costos adicionales, así como delays por mantenimiento.

Finalmente, existen diversos problemas:  Si aún una pequeña parte de la celda solar la cubre alguna sombra, la eficiencia de la celda en su totalidad se vé disminuida drásticamente.  Además, para maximizar la generación eléctrica, se debe optimizar su ángulo y orientación dependiendo de la ubicación geográfica y hasta los patrones de clima del lugar donde se instalará.  Si no se toma todo esto en cuenta, la celda solar no generará lo suficiente para justificar su instalación y uso. 

Producción de energía solar fotovoltaica

Alemania es en la actualidad el segundo productor mundial de energía solar fotovoltaica tras Japón, con cerca de 5 millones de metros cuadrados de colectores de sol, aunque sólo representa el 0,03% de su producción energética total. La venta de paneles fotovoltaicos ha crecido en el mundo al ritmo anual del 20% en la década de los noventa. En la UE el crecimiento medio anual es del 30%, y Alemania tiene el 80% de la potencia instalada.El crecimiento actual de las instalaciones de energía solar fotovoltaica está limitado en 2006 por la falta de materia prima en el mercado (silicio de calidad solar) al estar copadas las fuentes actuales. Diversos planes se han establecido para nuevas factorías de este material en todo el mundo, incluyendo en Mayo de 2006 la posibilidad de que se instale una en España con la colaboración de los principales actores del mercado.

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DESARROLLO

Material:

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Tubo de 4” de diámetro Tubo de 2” de diámetro 2 Rodamientos de bolas de la serie 6212 P100 de 1” 1 bisagra 2 motores de torque Engranes Sensores de temperatura Pic. 16F887

Nota: lista sujeta a cambios

Primaria fase

-Parte mecánica

El tubo de 2” es donde va a ir nuestra base del panel solar, la cual va a soportar nuestro la celda, esta base se va a realizar con el P100 o también conocido como marquito el cual tendrá dimensiones de 1m*80cm, se escogió este material ya que es ligero y soporta estar a la intemperie, ya teniendo esto, se pasa a unir nuestro marco con el tubo de 2” con una bisagra, al tubo de 2” se le realizara un corte en uno de los extremos estimado de 45° para que pueda tener una movilidad de 260°(estimados)

Ya que se que hemos unido nuestras piezas pasamos a insertar nuestro tubo de 2” a los rodamiento de serie 6212

Vista frontal previa tubo 2”

Base de la celda solar

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Rodamiento 6212

Tubo de 2”

Soporte metálico

Tubo de 4”

Ya insertado los dos rodamientos en nuestro tubo(a estas uniones le llamaremos juego 1), se tienen que insertar nuestro jugo 1 al juego dos, que consta de el tubo de 4” soldado a una base que es la que nos lo va a sostener en el piso.

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ANEXOS

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FINANCIAMIENTO

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Financiamiento de proyectos de mecanismos de desarrollo (MDL) en el banco Bancomext.

Institución del Gobierno Federal, para incrementar la competitividad internacional de las empresas mexicanas, vinculadas directa o indirectamente a la exportación y a la sustitución de importaciones.

Misión:

- Impulsar el crecimiento de las empresas mexicanas.- Incrementar su participación en los mercados globales.- Ofrecen soluciones integrales que fomenten la inversión y fortalezcan la competitividad.- Atraer inversión extranjera.- Otorgar créditos y otros servicios financieros.

Proyectos MDL

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Apoyo a proyectos MDL

Financiamiento de proyectos MDL

"BANCOMEXT podrá otorgar créditos para la implementación y puesta en operación de proyectos MDLa través de los siguientes esquemas de financiamiento:

a) Proyectos Estructurados(basado en la generación propia del proyecto)b) Proyectos de Inversión(basado en garantías)c) Garantías Selectivas (garantía hasta del 50% a la Banca comercial que apoye este tipo de

proyectos).

"Los proyectos deberán apegarse a metodologías autorizadas por la Junta Ejecutiva del MDL que aseguren la reducción de GEI y cumplan con los criterios de desarrollo sostenible para nuestro país.