Energía Solar

Rafael Ruiz PortilloDepartamento de Ingeniería

raruiz@syscom.com.mx

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Energía Solar

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Energía Solar

Se denomina Energía Solar Fotovoltaica a una forma de obtención de energía eléctrica a través de paneles solares.

Energía Solar Los paneles, módulos o colectores fotovoltaicos están formados por dispositivos semiconductores tipo diodo que, al recibir radiación solar, se excitan y provocan saltos electrónicos, generando una pequeña diferencia de potencial en sus extremos.

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El acoplamiento en serie de varios de estos fotodiodos permite la obtención de voltajes mayores en configuraciones muy sencillas y aptas para alimentar dispositivos electrónicos.

Energía SolarEs una generación de energía limpia, no contamina.

Fuentes de energía no renovables como el petróleo eventualmente de acabarán y seguirán incrementando en precio.

La Energía Solar puede

satisfacer cualquier necesidad.

Energía SolarLa energía solar es la que se obtiene directamente de la luz Solar. La radiación solar incidente en la Tierra puede aprovecharse, por su capacidad para calentar, o directamente, a través del aprovechamiento de la radiación en dispositivos ópticos o de otro tipo. Es un tipo de energía renovable y limpia, lo que se conoce como ENERGÍA VERDE.

Energía Solar

Fue Albert Einstein quien en 1905, escribió el trabajo científico con la teoría que explicaba este fenómeno, trabajo por el cual ,recibió el Premio Nobel de Física en 1921. Es este un fenómeno cuántico y evidencia el que la energía contenida en la luz, se entrega en paquetes de energía, o cuantos.

Energía Solar

La radiación incidente sobre la superficie foto sensible, puede ser electromagnética (luz infrarroja, visible, ultra violeta, rayos x o gamma), o radiación de partículas cargadas (electrones, protones, partículas alfa o beta).

Energía Solar

La luz que choca sobre la superficie de ciertos materiales (el más usado es el silicio), da lugar a una corriente de electrones.

Una celda solar comercial, es un “sándwich” de silicio dopado (mezclado) con fósforo (lado negativo) y boro (lado eléctricamente positivo).

Energía Solar

El silicio, es el componente principal de la sílice (combinación de silicio y oxígeno que abunda en la naturaleza, formando el cuarzo, el cristal de roca, etc.) de las arenas de las playas. Luego de depurar el silicio, se fabrican bloques de silicio mono cristalino (depende de las técnicas de fabricación),

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Del silicio se obtienen obleas las cuales son dopadas con boro y luego con fósforo.

Provistas de contactos eléctricos adecuados se conectan con otras celdas, dando lugar a los grandes paneles, o módulos solares de uso comercial e industrial .

Energía Solar

Por los años cincuenta, en los Bell Laboratories se presentó la primera célula solar capaz de convertir la luz en electricidad utilizando un semiconductor de silicio.

Energía Solar

Los módulos solares han sido usados con éxito desde el inicio de la era espacial, como fuentes de energía para satélites y naves.

Energía SolarSe llama efecto fotoeléctrico la liberación de los electrones de enlaces con átomos  y moléculas de la sustancia bajo acción de la luz (visible, infrarroja y ultravioleta).

Energía Solar

En este proceso se emplean celdas fotovoltaicas, las cuales son semiconductores sensibles a la luz solar.

De manera que cuando se expone a ésta, se produce en la celda una circulación de corriente eléctrica entre sus dos caras.

Energía Solar

Una instalación fotovoltaica típica está formada por los equipos destinados a:

PRODUCIR.

REGULAR.

ALMACENAR y si se requiere, TRANSFORMAR la energía eléctrica.

Energía Solar

Placas fotovoltaicas: Son un conjunto de celdas conectadas entre sí, que generan electricidad en corriente continua.

Para su mejor aprovechamiento se deben orientar (teniendo en cuenta la ubicación y latitud) con el fin de obtener un mayor rendimiento.

Energía Solar Regulador de carga

Tiene por función proteger a la batería contra las sobrecargas y contra las descargas.

Además se emplea para proteger a las cargas en condiciones extremas de operación, y para proporcionar información al usuario.

Energía Solar

Regulador de carga: Debido a que las baterías necesitan de protección contra sobre carga y sobre descargas, el uso de los controladores es indispensable en un sistema de energía fotovoltaica.

Energía Solar Regulador de carga

La mayoría de los fabricantes de controladores integran en una sola unidad el controlador de cargas, controlador de descargas y regulador de voltaje.

Cuando no se tiene un controlador con capacidad suficiente para todas las cargas podemos agregar otro regulador.

Energía Solar Operación del controlador

Desconecta al módulo cuando el voltaje llega a 14.3 Volt.

Reconecta al módulo cuando el voltaje de la batería baja a 13.5 Volt.

Desconecta las cargas cuando el voltaje baja a 10.5 Volt.

Reconecta las cargas cuando el voltaje de la batería sube a 13.5 volt.

La capacidad del controlador debe de ser:30% Superior a Isc del sistema Fotovoltaico30% Mayor a la corriente máxima de la carga.

Energía Solar

Baterías: Son el almacén de la energía eléctrica generada.

En este tipo de aplicaciones normalmente se utilizan baterías de CICLO PROFUNDO, las que tienen como característica importante, soportar descargas más severas sin dañarse.

Tipos de baterías

Baterías de ciclo profundo

La capacidad de las baterías de ciclo profundo se especifica en AMPER HORA (Ah).Una batería de 100 Ah, tiene la capacidad de mantener una carga de 10 A por un lapso de 10 horas o una carga de 20 A por un lapso de 5 h.

Tipos de baterías

Baterías para descarga profunda

Se utilizan para almacenar energía y alimentar motores eléctricos pequeños, alumbrado y equipo electrónico.

Lanchas eléctricas, energía solar son las aplicaciones más frecuentes.

Tipos de baterías

Baterías para descarga profunda

También se consiguen con electrolito GEL o semisólido que aunque son más caras y pesadas reúnen ciertos requisitos en algunas aplicaciones.

Tipos de baterías

Baterías Plomo Ácido

Este tipo de batería ha sido usado por muchos años en los acumuladores de los vehículos siendo en las últimas décadas que se invento el electrolito de GEL semisólido para ciertos usos diferentes.

Energía Solar

Tipos de baterías

Baterías Automotrices

Con electrolito líquido poseen una gran capacidad de descargar un fuerte fluido de corriente en un relativo corto tiempo con el objeto de proporcionar la altísima energía que requiere el arrancador del motor de gasolina.

Tipos de baterías

Baterías Automotrices

Tienen el inconveniente de no poder ser descargadas a profundidad, pues quedan dañadas y no se pueden restaurar cargándolas ni tampoco ejercitándolas.

Energía solar

Terminales de baterías

Carga de baterías

Para cargar una batería se requiere una fuente de energía con voltaje ligeramente mayor que el de la batería para que la corriente fluya hacia la batería y no al revés. 2, 5, 7 Volt más arriba y la corriente fluye suavemente hacia la batería casi siempre a través de una resistencia o de un regulador electrónico para evitar sobrecargas o sobre corrientes que pueden dañar la batería internamente..

Carga de baterías

Ninguna batería puede ser cargada en forma instantánea, más bien requieren carga lenta.

En los últimos años la tecnología ha desarrollado baterías que pueden ser cargadas en 2 ó 3 horas.

PREGUNTAS?

Energía Solar

Cableado: Son los conductores que transportan la energía eléctrica generada por los paneles fotovoltaicos y deben ser capaces de soportar la corriente necesaria.

Energía Solar

Éstos cables deben ser capaces de soportar los rayos solares así como las lluvias, por lo tanto debe usarse del tipo especial para intemperie.

Energía Solar Selección de cables

14 12 10 8 6 4 2 1 1 32 51 82 130 207 329 523 6602 16 26 40 65 103 164 261 3304 8.0 13 20 32 52 82 130 165 6 5.5 8.5 13 21 34 54 87 110 8 4.0 6.5 10 16 26 41 65 8210 3.5 5.0 8.0 13 20 32 52 6615 2.0 3.5 5.5 8.5 13 21 34 43 20 - 2.5 4.0 6.5 10 16 26 3325 - - 3.5 5.0 8.0 13 21 26 30 - - 2.5 4.0 7.0 11 17 22 35 - - - 3.5 5.5 9.0 15 1940 - - - - 5.0 8.0 13 16 45 - - - - 4.5 7.0 11 1450 - - - - 4.0 6.5 10 13

Calibre del Cable (AWG)Amperes

Distancia en metros (m)

Energía Solar Selección de cables

Calibre del Cable (AWG)Amperes

Distancia en metros (m)

0 00 000 00001 832 1049 1323 16682 416 524 661 8344 207 262 331 4176 138 175 220 2788 104 131 165 20810 83 104 132 16715 55 79 88 11120 41 52 66 83 25 33 42 53 66 30 27 35 44 55 35 23 29 37 47 40 20 26 33 41 45 18 23 29 37 50 16 21 26 33

Energía Solar Instalación Típica

Energía Solar Terminología

Insolación.- Cantidad de energía solar que choca en la superficie de un cuerpo, medida en Watt (W) por metro cuadrado. A nivel del mar la luz solar produce 1000 a 1500 W/m2.

Eficiencia.- Relación expresada en porcentaje del aprovechamiento de un recurso.

Horas Solares Pico.- Tiempo en el que un módulo genera su máxima energía.

Energía Solar Terminología

Potencia Pico (Pp).- Potencia máxima generada por módulo solar.Voltaje pico (Vpp).- Voltaje máximo generado por módulo solar. Corriente pico (Ipp).- Amperaje máximo generado por módulo solar.Corriente en corto circuito (Isc).- Amperaje generado al poner un módulo en corto circuito.Voltaje en circuito abierto (Voc).- Voltaje generado al poner el módulo en circuito abierto.

Energía Solar

Por sus características de manufactura los paneles solares se fabrican en 3 tipos diferentes

Tipos de módulos

Energía Solar

Silicio Monocristalino.- Un solo cristal de silicio alta pureza. Alto costo de fabricación. Eficiencia 12-17%.

Silicio Policristalino.- Hecho de varios cristales. Menor costo de fabricación. Eficiencia 10-13%.

Silicio Amorfo.- Estructura de cristales sin forma. Más bajo costo de fabricación. Eficiencia 8-10%.

Tipos de módulos

Energía Solar

Se componen de un conjunto de celdas de silicio, las cuales producen de entre 0.9 y 1.2 Voltios c/u cuando el sol está a pico.

Los módulos fotovoltaicos tienen una vida útil de más de 20 años, con una degradación mínima.

Garantía de 2 años contra defectos de fabricación.

Tipos de módulos

InversoresEnergía Solar

Los inversores de corriente permiten transformar la corriente continua de 12 Vcd almacenada en la batería del sistema solar, en corriente alterna a 110 Vca, para de esta manera utilizar aparatos electrónicos normales.

Inversores

La corriente alterna se presenta bajo la forma de onda senoidal y una de las principales características que definen a un inversor de corriente es el tipo de onda que son capaces de generar.

Podemos clasificar en tres tipos a los inversores de corriente

Inversores

Inversores de onda Cuadrada: Este tipo de inversores son los más económicos del mercado, sirven para conectar pequeños aparatos electrónicos. Este tipo de inversores generan alta distorsión armónica.

Inversores

Inversores de onda Senoidal Modificada: Este tipo de inversores son los más instalados, operan prácticamente con cualquier aparato electrónico, sí su potencia es suficiente arrancan motores, generan baja distorsión armónica.

Inversores

Inversores de onda Senoidal Pura: Por su calidad de onda, muy baja distorsión armónica, robustez y confiabilidad, este tipo de inversores se ocupa principalmente en telecomunicaciones.

Su precio es elevado para otro tipo de aplicaciones.

Inversores

Forma de onda que proporcionan los distintos tipos de inversores.

Corriente Directa

Convertidores CD a CDEn corriente directa los transformadores no funcionan para convertir un voltaje bajo a un voltaje alto o viceversa. El método más sencillo es utilizar un convertidor para cambiar la CD en CD.

Corriente Directa

Convertidores CD a CD

El uso de convertidores es caro y mucho más mientras más eficiente es y claro entre más corriente maneje.

Por eficiencia se entiende el transformar al máximo la energía eléctrica y mínimas pérdidas por calor.

Corriente Directa

Convertidores CD a CDEn muchos casos resulta más conveniente utilizar inversores para aumentar el voltaje en CA y luego reducirlo utilizando un transformador al voltaje adecuado.

Conductor a tierra

Es sin duda el conductor más importante que debe existir en una instalación eléctrica. Su función principal es la seguridad. Si existe algún problema en el circuito con la corriente que circula en un aparato, dicha corriente será dirigida hacia tierra por este conductor evitando que el usuario sufra un shock eléctrico.

PREGUNTAS?

Energía Solar Horas solares pico

Energía Solar Instalación

Energía Solar Instalación

Energía Solar Instalación

Energía Solar Instalación

Energía Solar Instalación

Energía Solar Orientación

Energía Solar Orientación

Con una brújula encontrar el sur

Energía Solar Orientación

El Sur real o Sur geográfico

se encuentra a 10º sureste del Sur magnético

Energía Solar Inclinación

Para lograr la eficiencia máxima de un modulo Fotovoltaico se debe :

Instalar perpendicular a los rayos del sol.

Hemisferio Norte; Al sur geográfico.

Inclinación; Latitud del lugar + 5, 10 ó 15º de acuerdo al lugar geográfico.

Energía Solar Inclinación

La inclinación varía de acuerdo a la latitud donde se instale el Sistema Fotovoltaico.

Energía Solar Instalación

Por ejemplo: En Cd. de México su Latitud es 19.2 grados. La inclinación deberá quedar de 24.2 grados.

Energía Solar Inclinación

Energía Solar Inclinación

Calibrando la inclinación adecuada de acuerdo a la latitud del lugar.

Energía Solar Inclinación

Podemos fabricarNuestro medidor de grados utilizando un transportador escolar modificado.

Energía Solar Inclinación

Energía Solar Inclinación

Energía Solar Orientación

Para lograr la eficiencia máxima de un modulo Fotovoltaico se debe :

Instalar perpendicular a los rayos del sol.

Hemisferio Norte; Al sur geográfico.

Inclinación; Latitud del lugar + 5, 10 ó 15º de acuerdo al lugar geográfico.

PREGUNTAS?

Energía Solar Orientación

Los MÓDULOS FOTOVOLTAICOS no deben ser afectados por sombras ya que esto ocasiona que la corriente generada se reduzca drásticamente.

Energía Solar Arreglo de módulos

PARALELO en este arreglo la corriente se suma de acuerdo a la cantidad de módulos, el voltaje no cambia.

Energía Solar Arreglo de baterías

PARALELO en este arreglo la corriente se suma de acuerdo a la cantidad de baterías, el voltaje no cambia.

Energía Solar Arreglo de módulos

SERIE a 24 V. En este arreglo el voltaje se suma de acuerdo a la cantidad de módulos, la corriente no cambia.

Energía Solar Arreglo de baterías

SERIE a 24 V. En este arreglo el voltaje se suma de acuerdo a la cantidad de baterías, la corriente no cambia.

Energía Solar Arreglo de módulos

SERIE a 48 V. En este arreglo el voltaje se suma de acuerdo a la cantidad de módulos, la corriente no cambia.

Energía Solar Arreglo de baterías

SERIE a 48 V. En este arreglo el voltaje se suma de acuerdo a la cantidad de baterías, la corriente no cambia.

PREGUNTAS?

Energía Solar Soportes

Energía Solar Soportes

Energía Solar Soportes

Energía Solar Rastreadores

El uso de rastreadores incrementa la eficiencia del sistema de energía solar.

Incremento de las horas solares pico entre un 25 y 30%.

Energía Solar Rastreadores

Energía Solar Rastreadores

Energía Solar Rastreadores

Energía Solar Alumbrado

Energía Solar

Señalizado en vialidades

Energía Solar Alumbrado

Alumbrado publico

Energía Solar Alumbrado

Componentes para iluminación

Energía Solar Alumbrado

Alumbrado residencial

Energía Solar

Clínicas rurales

Energía Solar

Iluminación rural

Energía Solar Comunicaciones

Energía Solar Refrigeración

Energía Solar Publicidad

Energía Solar Aplicaciones especiales

Energía Solar Aplicaciones especiales

Energía Solar Aplicaciones especiales

Energía Solar Sistemas eólicos

La energía eólica es otra de las fuerzas renovables disponibles.

Ocupan menos espacio físico que la energía solar.

Dependemos de la velocidad del viento.

Energía Solar Sistemas eólicos

Sistemas muy eficientes si se tiene la velocidad de viento requerida (12 m/s).

Generador Eólico de 400 Watts.

Se puede combinar con sistemas fotovoltaicos.Bajo mantenimiento.

Energía Solar Sistemas eólicos

Existen sistemas eólicos que pueden aportar grandes potencias de acuerdo a las necesidades de los usuarios.

Energía Solar Bombeo

Energía Solar

Carga Dinámica TotalA – Elevación vertical en metros o pies

B – Nivel estático del agua (espejo del agua)

C – Nivel de bombeo en metros o pies

Pf – Perdida por fricción (0.05)

CDT – A+B+C+Pf

Bombeo

Energía SolarBombeo

Energía SolarBombeo

Energía SolarBombeo

Energía Solar Bombeo

Energía Solar Bombeo

Energía Solar Calculo

3 Lámparas de 20 Watt

Tiempo de operación 5 h.

3 Días de autonomía

Energía Solar Calculo

5 Lámparas de 15 Watt a 12 Vcd. c/u

Tiempo de operación:3 trabajarán 6 h.2 trabajarán 4 h.

3 días de respaldo

Energía Solar Calculo

Repetidora de radio VHF,

Voltaje de operación 12 Vcdconsumos:Standby 1 A

Transmisión 10 A

Transmitirá 10 minutos de cada hora.

3 días de respaldo

Energía Solar Calculo

Alumbrado Público.

Lámpara de LED 30 WTiempo de operación 10 h.

Con 3 días de respaldo

Energía Solar Calculo

1 Cámara HWD12SMN.1 Transmisor de Video

Consumo cámara 1.25 A en 24 Vca

Consumo transmisor 1.25 A en 12 Vcd.

Tiempo de operación 24 h.Con 3 días de respaldo

Energía Solar Calculo

Televisor y equipo SKY

TV 70 WSKY 30 WTV Tiempo de operación 5 h.

Además 4 Focos de 20 W c/u

Tiempo de operación 4h.

Con 2 días de respaldo

GRACIAS POR SU PARTICIPACIÓN

Rafael Ruiz PortilloDepartamento de Ingeniería

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