CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

DIAGRAMA DE GHANTT

COSTO TOTAL DEL PROYECTO

Modelo Matemático

Inicialmente se realizó una toma de datos en base al panel fotovoltaico con el que contamos. Se realizo un circuito sencillo que contaba de una resistencia fija de 200 ohms, dos multímetros  (uno para medir la corriente y uno para el voltaje) y nuestro panel fotovoltaico.
Se hizo una toma de datos cada 15 min. A continuación se mostrará la potencia generada por el panel vs el tiempo.

Análisis de resultados:

Potencia generada en 1 día: 13.64 Wh día 

Potencia generada en 1 mes: 409.2Wh mes

Potencia de consumo en 1 mes Casa: 300 kWh = 300000Wh  mes

Paneles requeridos: 300000Wh/ 409.2Wh = 733 paneles.

BATERIAS

El siguiente gráfico muestra el comportamiento de descarga de una batería recargable AAA de 2300 mAh de capacidad.  Después de analizar los datos, se obtuvo que la carga de la batería era de 1327 mAh, lo cual es menor respecto al valor dado por el fabricante.

Cotización

Para lograr la implementación de un sistema fotovoltaico que  supla una demanda energética de 300 KW-h, es necesario tener la siguiente lista de materiales:

8 Paneles solares policristalino 150 w/12 V                                                      613.000 c/u
4 Baterías Secas 12 V/ 170 Amperios                                                                590.000 c/u
1 Regulador de carga para baterías de sistemas solares                                     299.000
1 Inversor solar  “Solar river“  2300 W                                                             593.000
1 Cableado eléctrico                                                                                           250.000
Mano de obra  (Mantenimiento incluido por un año)                                        250.000

Cotización realizada en “Solar- Energía renovable“

IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO EN CASA DE LA CIUDAD DE CALI

El objetivo de este proyecto es implementar un sistema fotovoltaico para cumplir los requerimientos energéticos de una casa en la ciudad de Cali. Para ello es necesario comprender el proceso del sistema fotovoltaico y la función de cada uno de sus componentes.

Proceso: La luz solar entra sobre la superficie de la celda, donde es convertida en energía eléctrica. Después esta energía es recogida y conducida hasta un controlador o regulador de carga, que se encarga de enviar a toda o parte de esta energía hasta el banco de baterías en donde es almacenada, cuidando que no se excedan los límites de sobrecarga y sobre descarga. Como se sabe, durante las horas que no hay radiación solar es necesario utilizar la energía almacenada en la batería. Después, la corriente que sale del regulador es transformada en el inversor de corriente directa a corriente alterna, para poder finalmente alimentar los diferentes dispositivos de la casa.


Componentes:

Clase 6 Noviembre

ANGULO DE INCLINACION PANEL

Con el propósito de hallar el ángulo de inclinación del panel fotovoltaico, se hizo uso de la siguiente tabla:

Tabla Nº1: Ángulos de inclinación para sistemas fijos

Para calcular la latitud de Cali se utilizo el siguiente link.

http://latitude-longitude.net/

Donde del anterior link se halló la latitud de Cali. Posteriormente el ángulo de inclinación que resulta es de 15 grados. Cabe recalcar que el sol sale todos los días de Este a Oeste, dicha trayectoria es relevante al momento de instalar los paneles (mirando hacia el sur).

Donde el la radiación promedio de Cali, esta representado en la siguiente gráfica:

La luz del sol en un día es de 12 horas, pero la radiación pico se genera durante sólo 5 horas.

ESTADÍSTICAS – INDICADORES A ESCALA MUNDIAL

Gráfico 1. Capacidad instalada acumulada mundial de la energía fotovoltaica hasta el año 2013[1]

La gráfica muestra como  a partir del año 2004 la energía solar fotovoltaica ha experimentado un crecimiento anual  promedio de  40% logrando en el año 2013 tener una capacidad instalada de 138 GW equivalente a 138000 MW. 
Este crecimiento está vinculado principalmente al precio de acceso a la energía solar(Gráfico 2), que ha bajado progresivamente  ante una mayor producción de sistemas fotovoltaicos, esta última ha sido posible debido a  políticas de promoción de esta energía renovable (con sus variables en  cada país y región), disminución en precios del silicio, avance de la tecnología fotovoltaica y mejora en las eficiencias de los paneles fotovoltaicos. 

Gráfico 2.  Disminución en el precio de un panel solar en los últimos 9 años.[3]

                     

        Gráfico 3. Potencia acumulada mundial de la energía fotovoltaica a 2010[1] 

• Los países principales por potencia instalada en 2010, por orden, fueron:Alemania (7.408 MW), Italia (2.321 MW), República Checa (1.490 MW) Japón (990 MW) y EE.UU. (980 MW).
• La potencia mundial instalada en el año 2010 fue de 16.600 MW, lo que supuso un incremento del 72% de la potencia mundial acumulada con respecto al año 2009.
• El 79% de la potencia mundial instalada en 2010 fue en la Unión Europea, con más de 13.240 MW. Dentro de la Unión Europea el mercado alemán fue claramente el preponderante representando el 59% de todo el mercado europeo.
• Japón ha instalado 990 MW en 2010 llegando a una potencia total instalada de 3,6 GW.
• EE.UU. instaló en 2010 980 MW, alcanzando aproximadamente los 2,7 GW de potencia acumulada.
• Italia con una potencia total acumulada de 3,4 GW se convierte en el segundo mercado mundial en el año 2009 y 2010, habiendo instalado 711 MW y 2.321 MW respectivamente.

Gráfico 4.Proyección de generación de energía eléctrica de los sistemas fotovoltaicos en todo el mundo por  sector de uso final.[1]

Se prevee que para el año 2050, la energía fotovoltaíca genere el 10% de toda la energía eléctrica total.

USOS EN COLOMBIA

•   Por su posición geográfica en la zona Ecuatorial,Colombia posee un gran potencial e  en energías primarias, lo que le ha permitido la explotación de energías alternativas como la solar, por dicha posición cuenta con radiación solar constante en la mayoría de las regiones,la duración del efecto solar  puede ser hasta de 12 horas.
 •     Una muestra de lo anterior es las distintas empresas a nivel nacional que se están encargando de la producción o importación de paneles solares y la instalación de estos en el país, entre las cuales se encuentran:
•Solar plus energy
•ALTA ingeniería

 •   Aproximadamente 6 MW de energía solar han sido instalados en Colombia (equivalente a aproximadamente 78,000 paneles solares), 57% está distribuido para aplicaciones rurales y 43 % para torres de comunicación.


       •   Plan de capacitación de técnicos en energía solar fotovoltaica en el SENA: propuestas para fomentar el conocimiento de las energías renovables, como este plan, que tiene la meta de capacitar más de 400 expertos en esta clase de fuentes alternativas de electricidad en los próximos años.

CUÁNTOS PANELES?

Antes de realizar el paso a paso para calcular el número de paneles, se escogió la empresa Solar de Cali como proveedora de los paneles solares. Después de observar costos y calidad se optó  por  el tipo de panel solar EDK con las siguientes especificaciones:

Área superficial: 1.81 m2 
Espesor: 0,4 m 
Potencia generada: 0,11 kWh.

Paso a paso 

1. Para saber cuantos paneles son necesarios para suplir la energía en una casa de la ciudad de Cali, primero se necesita conocer el consumo de ésta al mes. Se encontró que en promedio una casa consume 300 kWh en el mes(recibo).

2.  Encontrar el consumo por día, dividiendo el consumo del mes entre los 30 días de este. Así, se obtiene que la energía consumida es 10 kWh al día.

3. Ese consumo se divide por el número de horas que hay luz en la ciudad para encontrar el numero de Kw que se necesitan producir por hora. En promedio las ciudades de Colombia tienen luz 12 horas. Después de realizar el cálculo se obtiene 0,833 kWh.

4.  Para finalmente encontrar el número de paneles se divide el numero de Kw que se necesitan producir por hora entre los Kw que provee el panel por hora. Es decir 
0,833 kWh / 0,11 kWh = 8. 

En conclusión, se necesitarán 8 paneles para suplir la demanda de energía en una casa en Cali.  

MODELO IMPLEMENTACIÓN PANELES EN CASA DE LA CIUDAD DE CALI

MODELO EN 3D - PANEL FOTOVOLTAICO

sketch up - Puente

Sketch Up

INTRODUCCIÓN

Como ya se sabe, los recursos en la tierra son finitos y cada día se agotan más. Por ejemplo, el petróleo que es fuente de energía es un recurso finito, se predice que para el año 2050 se habrán agotado todas las reservas. Es por esto que hoy en día se habla de las energías renovables , es decir que se obtienen de fuentes naturales inagotables, ya sea por la gran cantidad de energía que contienen o porque se pueden regenerar por medios naturales y que no son contaminantes como las energías obtenidas por medio de combustibles fósiles.

Aqui se encontrará información y  una  aplicación de la energía renovable fotovoltaica. Esta energía  utiliza  la Energía solar , que es aquella obtenida mediante la captación de la luz y el calor emitidos por el sol,  a través de paneles solares,  transformandola en electricidad.El fenómeno físico que ocurre  en el proceso de transformación de energía solar a eléctrica es el llamado efecto fotovoltaíco.
Actualmente,  esta energía se puede destinar a  satisfacer numerosas necesidades como luces y diversos equipos. 

EL EFECTO FOTOVOLTAICO

Es la base del proceso mediante el cual una célula fotovoltaica o panel solar convierte la luz solar en electricidad. Es importante mencionar que  la luz solar está compuesta por fotones, o partículas energéticas. Cuando los fotones inciden sobre el panel,  pueden ser reflejados o absorbidos, solo cuando un fotón es absorbido, la energía del fotón se transfiere a un electrón de un átomo del panel. Con esta nueva energía, el electrón es capaz de escapar de su posición normal asociada con un átomo para formar parte de un una corriente en un circuito eléctrico.

Las partes más importantes del panel  solar son las capas de semiconductores, ya que es donde se crea la corriente de electrones. Estos semiconductores son materiales especialmente tratados para formar dos capas diferentes dopadas (tipo p y tipo n). Cuando la luz solar incide en el panel, en la parte tipo n  se liberan electrones que forman parte de la corriente eléctrica generada en el campo eléctrico que se forma en la unión(imagen). 
Es importante concluir que estas células se fabrican partir de este tipo de materiales, es decir, materiales que actúan como aislantes a baja temperatura y como conductores cuando superan la rigidez dieléctrica porque  se aumenta la energía.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS

VENTAJAS

*Los paneles duran aproximadamente 30 años o más si se las recubre con vidrio o plástico

*Pueden ser instalados rápida y fácilmente, necesitan poco mantenimiento

*El coste de los componentes disminuye a medida que avanza la tecnología

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

*Evita contaminación acústica

*Contribuye al desarrollo sostenible 

*La mayor producción coincide con las horas de mayor consumo.

*El uso de energía fotovoltaica es un factor importante de competitividad e innovación a nivel Industrial.

*Es un sistema de aprovechamiento de energía idóneo para zonas donde el tendido eléctrico no llega o es dificultoso y costoso su traslado.

PANEL SOLAR EN ISLA ARTIFICIAL DE UROS (Lago Titikaka)

DESVENTAJAS

*La transformación de energía solar en eléctrica todavía es muy cara

*Las instalaciones de energía solar ocupan grandes superficies de terreno

*La energía de radiación recibida es reducida, dependiendo de la regiones

*Los precios de los paneles fotovoltaicos suelen ser caros por la presencia del silicio ya que existe un gran desabastecimiento en la oferta de este elemento

*Los sistemas fotovoltaicos no producen humo; sin embargo, durante el proceso de carga las baterías liberan al ambiente hidrógeno en cantidades moderadas.

Conclusiones

-Es muy importante conocer los grandes beneficios para el ambiente al hacer uso de energías renovables como la Fotovoltaica.

-El presente proyecto nos permitió profundizar mucho más de las energías renovables  en general, como una  tendencia mundial con creciente auge.

-El presente proyecto nos permitió  introducirnos  al campo de la electrónica, generándonos varios puntos de vista valiosos que no contemplábamos  anteriormente.

-Por medio del presente proyecto vemos una oportunidad de implementar algunos cambios ,con el fin de  contener características funcionales  bajo un determinado y estructurado ambiente .

Usos de la energía Fotovoltaíca

Algunas aplicaciones  del uso de energías fotovoltaícas son:

-Electrificación completa

-Producción para la venta a red

-Alumbrado a exteriores

-Uso Agrícola

                                                    

Elaboración del Proyecto

A través de la manipulación de elementos de electrónica básica como multímetros, condensadores, resistencias, protoboard,cable eléctrico, interruptores, bombillos leds y con el uso de algunas herramientas como:soldador eléctrico o de estaño, soldadura de estaño y pinza pelacables se elaboró un circuito que permite o impide el flujo de energía (proveniente del panel solar) por medio de un interruptor. De forma similar se implementó un segundo interruptor que impide el flujo de energía del panel y paralelamente permite un flujo de enegía del condensador (almacena energía).
Para lograr lo dicho anteriormente, fue necesario conocer y entender la continuidad presente en el cable eléctrico y protoboard. A demás se entendió el concepto de elementos polarizados tales como los leds, protoboard (algunos) y por otra parte, se entendió el concepto fundamental para que ocurra un flujo de corriente eléctrica como lo es: la diferencia de potencial eléctrico (voltaje) y la definción de un circuíto cerrado.

REFERENCIAS

• IEA – INTERNATIONAL ENERGY AGENCY (2010) Technology Roadmap. Solar photovoltaic energy. [recurso electrónico] (formato PDF) Disponible en: http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/pv_roadmap.pdf

•Unidad de Planeación Minero Energética – UPME. (2005) Mapa de Brillo Solar [Internet], Ministerio de Mi- nas y Energía, Bogotá D.C. Disponible en: http://www. upme.gov.co/Docs/Atlas_Radiación_Solar/3-Mapas_Bri- llo_Solar.pdf. 

•Diseño de prototipo de sistema solar fotovoltaico optimizando el ángulo de inclinación de los paneles solares. Disponible en:  dialnet.unirioja.es/descarga/articulo/4212357.pdf

•GUIA TÉCNICA DE APLICACIÓN PARA INSTALACIONES DE ENERGÍAS RENOVABLES INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS. Disponible en: http://www.agenergia.org/files/resourcesmodule/@random49914e4ed9045/1234263307_GuiaFotovoltaicaGobCan.pdf

• Gas Natural Fenosa. Energía solar fotovoltaica. (consultado en línea el 18.09.2014) disponible en: http://www.empresaeficiente.com/es/catalogo-de-tecnologias/energia-solar-fotovoltaica#ancla

•Becquerel, Alexandre-Edmond; Mnc bibliografias  [Consultado: 28.09.2014] [En línea] En: http://www.mcnbiografias.com/app-bio/do/show?key=becquerel-alexandre-edmond

•Becquerel, Alexandre-Edmond; Encyclopedia.com [Consultado: 28.09.2014] [En línea] En: http://www.encyclopedia.com/doc/1G2-2830900329.html

•Celdas Solares; Yoreme’s Weblog[Consultado: 28.09.2014] [En línea] En: http://yoreme.wordpress.com/2008/06/17/celdas-solares/Solar Cell; Encyclopedia Britannica [Consultado: 28.09.2014] [En línea] En: http://www.britannica.com/EBchecked/topic/552875/solar-cell/45872/Development-of-solar-cells#ref289546

•Solar plus energy [Consultado: 28.09.2014] [En línea] En: http://www.solarplusonline.com/ALTA ingeniería XXI [Consultado: 28.09.2014] [En línea] En: http://www.altaingenieriaxxi.com/index.php?option=com_content&view=article&id=48&Itemid=63

•Colombia, un mercado con potencia en energía solar; LR [Consultado: 28.09.2014] [En línea] En: http://www.larepublica.co/responsabilidad-social/colombia-un-mercado-con-potencial-en-energ%C3%ADa-solar_3773

•Energía solar Colombia; Energreencol [Consultado: 28.09.2014] [En línea] En: http://www.energreencol.com/energia_solar/ Sena formará técnicos en energía solar fotovoltaica; Portafolio [Consultado: 28.09.2014] [En línea] En: http://www.portafolio.co/economia/sena-formara-tecnicos-energia-solar-fotovoltaica

•Normatividad sobre Energía Solar Térmica y Fotovoltaica; Carlos Andrés Álvarez Álvarez, Francisco Javier Serna Alzate [Consultado: 28.09.2014] [En línea] En: http://www.cidet.org.co/sites/default/files/documentos/uiet/normatividad_sobre_energia_solar_termica_y_fotovoltaica.pdf

•VELA N. Fundamentos, dimensionado y aplicaciones de la energía solar fotovoltaica. Acumuladores de energía solar fotovoltaica. Volumen I. 2006. Ed. Ciemat. ISBN:84-77834-514-0

•CASTRO GIL, Manuel. “Energía solar fotovoltaica. Monografías Técnicas de Energías Renovables”, Vol. 7. Sevilla : Progensa, 2000.

•Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE). 2007. “Guía Práctica de la Energía. Consumo Eficiente y Responsable”. Madrid.

•“Energía solar fotovoltaica para venta a red”. Disponible en Web. http://www.galbersolar.es/Dossier%20Venta%20a%20Red.pdf [Consulta: Septiembre 2014].