practica 7,8,9
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PRACTICA ENERGIA RENOVABLETRANSCRIPT
UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA
PRACTICA Nº 7, 8 y 9
“CONSTRUCCION DE UNA COCINA SOLAR TIPO CAJA”
“INSTALACION DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO-SFV”
“PRUEBAS DE COCCIÓN EN COCINAS SOLARES”
CURSO: ENERGIAS RENOVABLES
PROFESORA: JUDITH RAMÍREZ CANDIA
INTERGRANTES:
ENZO PABLO HURTADO MENA
JUAN CARLOS VILCHEZ
KAREN ARANGUREN TUTAYA
RENZO GONZALEZ
MARIO PÉREZ
2014-II
PRACTICA N°7
CONSTRUCCION DE UNA COCINA SOLAR TIPO CAJA
INTRODUCCIÓN
El diseño y construcción de una cocina solar depende en buena parte de la imaginación y
posibilidades de cada uno .Se podría decir que hay tantas cocinas solares como usuarios
de las mismas, ya que al diseñarla, se le pueden imprimir las características que la hagan
más adecuada a cada necesidad.
OBJETIVO
Construir una cocina solar tipo caja con materiales reciclados. Evaluar su funcionamiento
a fin de demostrar los principios del diseño solar pasivo
METODOLOGIA
Materiales:
01 Caja de pizza
02 pliegos de papel aluminio
01 pliego de cartulina negra
Bolsa de plástico transparente/papel celofán
Cinta adhesiva
Cuerda
Papel periódico
Tijeras ,cutter, marcadores
01 espejo de 20x20 cm
Pegamento
INSTRUCCIONES
Montar la caja y abrir, luego proceder a revisar y reforzar los bordes de tapa
En los laterales de la cocina, armar una zona de asilamiento con papel periódico
y reforzó con cartón Pegar el papel aluminio con la superficie brillante hacia adentro en la tapa de la
caja y en los laterales de la base interior de la caja, evitando hacer la menor
cantidad de arugas posible.
Cortar la cartulina negra del tamaño de la base interior de la caja y pego, lo cual
ayudara a adsorber la luz solar entrante
Estirar con cuidado la envoltura de plástico sobre la abertura de la caja, sellando
los bordes con cinta para sellar el aire interior.
Cubra cualquier fuga de aire de los alrededores de los bordes de la caja con cinta,
excepto mientras se asegura que la caja todavía se puede abrir, para que se
pueda colocar los alimentos en el interior y los pueda quitar mas tarde
Exponer la cocina al sol sobre una superficie plana y nivelada
Se utilizó un hilo y cinta adhesiva para atar y ajustar el reflector, de modo que la
luz del sol se refleja en el horno y especialmente sobre la superficie negra de la
cocina
Coloque los alimentos en un plato de papel e introduzca al interior en el interior
del horno. Deje cocinar los alimentos, vigile el ángulo reflector de vez en cuando
para asegurarse de que este recibiendo la luz solar en el interior del horno
Añadir solapas de adicción para reflejar la luz solar en el horno. Esto puede
aumentar sustancialmente la ganancia del horno. Esto requerirá un poco de cartón
extra (de unas cajas, viejas por ejemplo), y un poco de papel de aluminio adicional,
pegamento e hilos para ajustar la solapas.
TAREA
Documento el proceso de construcción y prueba de su cocina tipo caja
1. Se montó la caja y abrió ,luego se procedió a revisar y reforzar los bordes de tapa
En los laterales de la cocina, se armó una zona de asilamiento con papel
periódico y reforzó con cartón
2. Se pegó el papel aluminio con la superficie brillante hacia adentro en la tapa de la
caja y en los laterales de la base interior de la caja, evitando hacer la menor
cantidad de arugas posible.
3. Se cortó la cartulina negra del tamaño de la base interior de la caja y pego, lo cual
ayudara a adsorber la luz solar entrante
4. Se estiro con cuidado la envoltura de plástico sobre la abertura de la caja, sellando
los bordes con cinta para sellar el aire interior .Se cubrió cualquier fuga de aire de
los alrededores de los bordes de la caja con cinta
5. Se expuso la cocina al sol sobre una superficie plana y nivelada, con un hilo y
cinta adhesiva se ató y ajusto el reflector, de modo que la luz del sol se refleje en
el horno y especialmente sobre la superficie negra de la cocina. Asimismo se tomó
los datos de campo con respecto a la radiación y temperatura de la caja, asi como
temperatura ambiente y velocidad del viento.
6. Finalmente se debe de colocar los alimentos en el interior del horno, dejándose
cocinar los alimentos y siempre vigilando el ángulo reflector de vez en cuando
para asegurarse de que este recibiendo la luz solar en el interior del horno. Pero
no se contaba con tiempo suficiente para esperar que se cocinen los alimentos ,
no se puedo llevar a cabo la experiencia
Referencie los fundamentos físicos de la operación de su cocina
El funcionamiento de un horno solar (cocina solar tipo caja) se basa principalmente en
algunos principios físicos:
EFECTO INVERNADERO
Este efecto permite aumentar el calor dentro del horno. Es el resultado del calor en
espacios cerrados en los que el sol incide a través de un material transparente como el
cristal o el plástico. La luz visible pasa fácilmente a través del cristal y es absorbida y
reflejada por los materiales que estén en el espacio cerrado.
La energía de la luz que es absorbida principalmente por los metales se convierte en
energía calorífica, la cual tiene una mayor longitud de onda. La mayoría de esta energía
radiante, a causa de esta mayor longitud de onda, no puede atravesar el cristal y por
consiguiente es atrapada en el interior del espacio cerrado. La luz reflejada, o se absorbe
por los otros materiales en el espacio o atraviesa el cristal si no cambia su longitud de
onda.
REFLEXIÓN
Cuanta mayor cantidad de luz solar entre por la caja, mayor será la cantidad de energía
dentro de ella, es por esto que generalmente se usan reflectores externos para aumentar
la cantidad de luz solar incidente.
CONDUCCIÓN
La segunda ley de la termodinámica plantea que el calor siempre viaja de lo caliente a lo
frío. El calor dentro de una cocina solar se pierde fundamentalmente por conducción,
radiación y convección.
El calor dentro de una cocina solar se pierde cuando viaja a través de las moléculas de
todo el material de la caja hacia el aire fuera de la caja. Es por esto, que en todo diseño
tradicional de un horno solar se usa un material llamado aislante térmico (como el corcho).
RADIACIÓN
Lo que está tibio o caliente despide olas de calor, o irradia calor a su alrededor. Estas olas
de calor se irradian de los objetos calientes a través del aire o el espacio. La mayor parte
del calor radiante que se despide de las ollas calientes dentro de una cocina solar se
refleja de vuelta a las ollas. Aunque los vidrios transparentes atrapan la mayoría del calor
radiante, un poco escapa directamente a través del vidrio. El cristal atrapa el calor
radiante mejor que la mayoría de los plásticos.
CONVECCIÓN
Las moléculas de aire pueden entrar y salir de la caja a través de huecos o
imperfecciones en la construcción, o al abrir la puerta; así, el aire caliente escapa del
horno. Es por esto que si se quiere reducir las pérdidas de calor por este fenómeno se
debe de fabricar un horno hermético y abrir la puerta lo menos posible.
ALMACENAJE DE CALOR
Cuando la densidad y el peso de los materiales dentro del armazón aislado de la cocina
solar aumentan, la capacidad de la caja de mantener el calor se incrementa. Si
introducimos en el horno metales, cazuelas pesadas, agua o comida dura que tarda
mucho tiempo en calentarse, la energía entrante se almacena como calor en estos
materiales pesados, retardando que el aire de la caja se caliente.
Estos materiales densos, cargados con calor, seguirán irradiando ese calor dentro de la
caja, manteniéndola caliente durante un largo período aunque el día se acabe.
VOLUMEN DE LA CAJA
Siendo todo igual, cuanto más grande sea el área de acumulación solar de la caja en
relación al área de pérdida de calor de la misma, tanto más alta será la temperatura de
cocción.
El sol, de forma generalizada, se mueve de este a oeste, es por esto que una cocina solar
puesta de cara al sol de mediodía debe ser más larga en la dimensión este/oeste para
hacer un mejor uso del reflector sobre un periodo de cocción de varias horas. Mientras el
sol viaja a través del cielo, esta configuración da como resultado una temperatura de
cocción más constante.
COLOR
Los cuerpos, al incidir sobre ellos una radiación y dependiendo de sus características
superficiales, absorben una parte de la radiación y reflejan el resto. El color que absorbe
más luz y energía radiante que incide sobre él, es el color negro.
Realice la caracterización de su cocina considerando: Descripción física de la
cocina, verificación de aspectos ergonómicos y de seguridad. Calidad de materiales
y evaluación del mantenimiento de la cocina. Utilice el procedimiento de ensayo
definido por la Red Iberoamericana de Cocción Solar de Alimentos (RICSA)
Las cocinas tipo caja, están fabricadas a partir de varios materiales. Cada uno de ellos
presenta ventajas y desventajas de rendimiento y/o económicas. A continuación un
pequeño detalle de los materiales que posiblemente se pueden usar:
DESCRIPCION FISICA DE LA COCINA
ESTRUCTURA (CAJA DE CARTON)
Muchos materiales que se comportan bien estructuralmente son demasiado densos para
ser buenos aislantes. Para proporcionar las dos cosas, tanto cualidades de estabilidad
estructural como de buen aislante, se necesita normalmente utilizar materiales distintos
para la estructura y para el aislamiento.
A no ser que se use una cocina que vaya a estar donde llueva, el cartón será más que
suficiente. El cartón es muy manejable y soporta muy bien el calor. El papel se quema
aproximadamente a 200 °C (415º F) y una cocina no alcanzará tal temperatura.
AISLANTE TÉRMICO (PAPEL PERIODICO)
A fin de que la caja alcance en su interior temperaturas lo suficientemente altas para
cocinar, los muros y la parte inferior de la caja deben tener un buen valor de aislamiento
(retención de calor).
Cuando se construye una cocina solar, es importante que los materiales aislantes rodeen
el interior de la cavidad donde se cocina de la caja solar por todos los lados excepto por el
lado acristalado normalmente el superior. Los materiales aislantes deben ser instalados
para permitir la mínima conducción de calor desde los materiales estructurales del interior
VENTANA
de la caja hacia los materiales estructurales del exterior de la caja. Cuanta menos pérdida
de calor haya en la parte inferior de la caja, más altas serán las temperaturas de cocción.
VENTANA (PAPEL CELOFAN)
Una superficie de la caja debe ser transparente y encararse al sol para suministrar calor
vía efecto invernadero.
La gente, generalmente, dice que el vidrio funciona hasta un 10% mejor que el plástico. Y
hay razones para creer esto, ya que en condiciones de viento, el vidrio no deja soltar tanto
calor como el plástico. El plástico, por el contrario, es recomendado ya que es mucho
menos frágil, fácil de transportar y funciona perfectamente. Un plástico fácil de obtener es
el de las bolsas de plástico para hornos. Estos generalmente están de venta en
supermercados. Hay muchos otros productos que también pueden funcionar, como
el Plexiglás.
REFLECTORES(PAPEL ALUMINIO Y ESPEJOS )
Se emplean uno o más reflectores para hacer rebotar luz adicional dentro de la caja solar
a fin de aumentar la temperatura de cocción. Este componente es opcional en climas
ecuatoriales pero incrementa el resultado de cocción en regiones templadas del mundo.
Para los reflectores se puede usar tanto aluminio como espejo, los espejos reflejan mejor,
pero son muy frágiles y costosos.
SUPERFICIE ABSORBEDORA (CARTULINA NEGRA )
El color que absorbe más luz y energía radiante que incide sobre él, es el color negro, por
lo que se empleó como material para la base de la caja, el cual tendrá la energía
suficiente para cocinar los alimentos
.
VERIFICACION DE ASPECTOS DE SEGURIDAD, ERGONOMICOS Y DE CALIDAD
SEGURIDAD
ERGONOMICOS
ASPECTOS DE CALIDAD
CASOS Muy probable Poco probable Nulo
Quemaduras por el uso normal:contacto con ella o alimento
caliente,quemaduras por luz concentrada,quemaduras por
contacto con vapor
X
Heridas por elementos existentes(angulos,puntas,etc) X
Quemaduras por falla(desborde de liquidos,sobrepresion,etc) X
Quemaduras o heridas por inestabilidad (ante vientos o al
moverla para inspeccionar la comida)
Heridas cuando no este en uso X
Heridas en caso de roturas:colapso de estructura,vidrios ,etc. X
CASOS Facil Medianamente facil Dificil
Proteccion al no usarla X
Transporte X
Facilidad de operación:armado y desarmado para dejarla
operativaX
Seguimiento solar :giro y correcion delangulo del reflector
cada 45 ° o menosX
Operación con viento X
introduccion de alimentos :puerta anterior con bisagras X
Limpieza de cocina X
Limpieza de ollas X
Elementos de control : evaluar forma de uso de tal
elementoX
ALTA (>3años) MEDIA(1.5-3años) BAJA(<1año)
Superficies absorbentes:evaluar resistencia al calor,vapor
humedad,radiacion UVCartulina negra X
Superficies reflejantes Papel luminio X
Cubierta transparente:vidrios float Espejo X
Aislamiento termico Papel periodico X
Otros componentes:proteccion exterior Carton X
Otros componentes:regulador de inclinacion Pabilo X
DURABILIDADMATERIALELEMENTOS
Evaluación sensorial de los alimentos
DATOS DE CAMPO:
Se obtuvo los datos de las diferentes variables ambientales de la cocina solar tipo caja,
pero por falta de tiempo no se pudo llevar a cabo la cocción de los alimentos por lo que no
se pudo llevar a cabo su evaluación sensorial.
VARIABLE AMBIENTAL DATO
T°Ambiente (C°) 26
T° Interior de caja (C°) 51
Velocidad del viento (m/s) 3.4
Radiacion solar (W/m2) 514.7
PRACTICA N°8
PRUEBAS DE COCCIÓN EN COCINAS SOLARES
INTRODUCCIÓN
Las cocinas y hornos solares son sencillas aplicaciones que aprovechan la energía del sol
para cocinar alimentos. Se basan en un recipiente aislante que acumula por efecto
invernadero la radiación solar, en el caso de los hornos, o que recibe y concentra esta
misma radiación en un punto focal donde se coloca el recipiente, en el caso de las
cocinas solares parabólicas.
OBJETIVO Evaluar el funcionamiento de una cocina solar tipo caja y parabólica.
METODOLOGIA
Materiales:
01 Cocina tipo caja
01 Cocina tipo parabólica
Alimentos precocidos
Accesorios, insumos, utensilios de cocina
INSTRUCCIONES
TAREA
Referencie los fundamentos físicos de la operación de las cocinas utilizadas
El funcionamiento de las cocinas utilizadas se basa principalmente en algunos principios
físicos:
EFECTO INVERNADERO
Uno de los principios básicos de captación de la radiación solar es lo que se conoce como
efecto invernadero. Éste se basa en la propiedad que tienen algunos materiales como el
vidrio de dejarse atravesar por la radiación solar, pero reflejar sólo una parte. Si dentro de
un receptáculo de vidrio, además, el color básico de los materiales es el negro, éstos
concentran con una gran dosis la energía recibida, de manera que los rayos infrarrojos no
tengan bastante energía para escaparse a través del vidrio. Esta conversión de la
radiación solar en energía calorífica a través de los rayos infrarrojos, que permite que la
temperatura de los objetos en su interior aumente, se conoce como efecto invernadero. La
temperatura alcanzada por los materiales afectados por el efecto invernadero se puede
transmitir por conducción y ésta permite, por ejemplo, cocinar los alimentos.
FORMA
Una propiedad de los discos esféricos con la superficie cóncava es que son capaces de
recoger y concentrar las ondas luminosas y sonoras. Según los metros cuadrados de este
receptáculo, la profundidad y la brillantez de la superficie, se alcanza (en un punto
separado del centro de la esfera que se conoce como punto focal) una determinada
temperatura.
El nivel de calor capaz de concentrar por una pantalla parabólica puede ser de miles de
grados cuando la superficie es enorme.
REFLEXIÓN
Cuanta mayor cantidad de luz solar entre por la caja, mayor será la cantidad de energía
dentro de ella, es por esto que generalmente se usan reflectores externos para aumentar
la cantidad de luz solar incidente.
CONDUCCIÓN
La conducción de calor o transmisión de calor por conducción es un proceso de
transmisión de calor basado en el contacto directo entre los cuerpos, sin intercambio de
materia, por el que el calor fluye desde un cuerpo a mayor temperatura a otro a menor
temperatura que está en contacto con el primero. La propiedad física de los materiales
que determina su capacidad para conducir el calor es la conductividad térmica.
La transmisión de calor por conducción, entre dos cuerpos o entre diferentes partes de un
cuerpo, es el intercambio de energía interna, que es una combinación de la energía
cinética y energía potencial de sus partículas microscópicas: moléculas, átomos y
electrones.
RADIACIÓN
Se conoce por radiación solar al conjunto de radiaciones electromagnéticas emitidas por
el Sol. El Sol se comporta prácticamente como un cuerpo negro que emite energía
siguiendo la ley de Planck a una temperatura de unos 6000 K. La radiación solar se
distribuye desde el infrarrojo hasta el ultravioleta. No toda la radiación alcanza la
superficie de la Tierra, pues las ondas ultravioletas, más cortas, son absorbidas por los
gases de la atmósfera fundamentalmente por el ozono.
CONVECCIÓN
La convección es una de las tres formas de transferencia de calor y se caracteriza porque
se produce por medio de un fluido (líquido o gas) que transporta el calor entre zonas con
diferentes temperaturas. La convección se produce únicamente por medio de materiales
fluidos. Lo que se llama convección en sí, es el transporte de calor por medio del
movimiento del fluido, por ejemplo: al trasegar el fluido por medio de bombas o al calentar
agua en una cacerola, la que está en contacto con la parte de abajo de la cacerola se
mueve hacia arriba, mientras que el agua que está en la superficie, desciende, ocupando
el lugar que dejó la caliente.
La transferencia de calor implica el transporte de calor en un volumen y la mezcla de
elementos macroscópicos de porciones calientes y frías de un gas o un líquido.
COLOR
Podemos decir que el color que caracteriza a los diferentes cuerpos es una magnitud
determinante de su correspondiente capacidad para reflejar la radiación solar. Los objetos
negros absorben toda la luz solar, mientras que los blancos la reflejan casi toda. Esta
capacidad de reflexión de la radiación solar es lo que genéricamente se conoce como
albedo. En términos generales, el albedo del planeta Tierra, por ejemplo, es de 0,37, es
decir, que refleja en el espacio un 37% de la luz que recibe del Sol.
Documento el proceso de cocción de los alimentos en las cocinas solares
COCINA PARABÓLICA
1. Se tiene que hacer una limpieza previa de la zona de reflactancia, para que ocurra
con el mayor rendimiento posible.
2. Luego se ubica la cocina parabólica orientada hacia el norte.
3. Con la ayuda del disco de inclinación colocado a la derecha de la cocina,
buscamos orientarla de tal manera que en dicho instrumento se refleje la menor
sombra posible.
4. Ya ubicada la cocina en su óptima posición se espera a que los rayos solares
incidan y aumente la temperatura.
5. Finalmente se colocan los alimentos en la parte superior especialmente diseñada
para ello.
COCINA TIPO CAJA
6. Se procede a buscar el ángulo de inclinación de la tapa de la cocina hasta que el
haz de luz sea reflejado en la parte superior de la superficie que recibe el calor
(para así asegurar que todos los rayos van a rebotar en la cocina)
7. Luego se asegura con ayuda de una madera ajustada con diferentes orificios para
tener fijo este ángulo de inclinación de la tapa.
8. Luego dejar expuesta al sol para su precalentamiento.
9. Por último colocar los alimentos y esperar el tiempo necesario para su cocción.
Realice una descripción de las variables estudiadas y su importancia en la
operación de la cocina.
Fecha: 15 de noviembre del 2014
Lugar: La Molina
Variables ambientales: -
VARIABLE AMBIENTAL DATO
Radiación solar (W/m2) 514.7
Velocidad de viento (m/s) 3.4
T° ambiente (°C) 26
La ubicación geográfica en que trabaje la cocina solar condiciona la temperatura, esto es
debido al efecto que tiene la latitud en la incidencia de los rayos solares. Cuanto más
cerca del ecuador terrestre (latitud 0°) se podrán generar mayores temperaturas.
Las condiciones atmosféricas también son determinantes, las temperaturas más elevadas
se alcanzarán en días de cielo claro, soleado, sin nubosidad, con niveles mínimos de
contaminación y porcentajes bajos de humedad. Estos factores determinan el nivel de
energía solar disponible y en consecuencia la potencia que pueda desarrollar dicha
cocina.
La época del año y la hora que se utiliza la cocina solar influyen también, en verano el sol
está más alto y su incidencia sobre la superficie de la tierra permite captar más cantidad
de energía, lo cual permitirá obtener temperaturas mayores que las obtenidas en inverno.
Recorrido aparente del sol para esta fecha: 20.5°
-Realice una descripción del proceso de cocción (tiempos de cocción y análisis
organolépticos) y compare con un tipo de cocción convencional según convenga
(cocina a gas, horno eléctrico, otros).
La cocción en las cocinas solares requiere de un mayor tiempo para que los alimentos
puedan ser aptos para el consumo. En la cocina parabólica el tiempo de cocción fue
menor en comparación al de la caja. Para nuestro caso utilizamos “nuggets” que son
trozos de pollo untados en harina y que ya vienen listos para llevarlos a la cocina, el
tiempo en la cocina solar parabólica fue de 27 minutos y para la cocina tipo caja fue de 1
hora y 10 minutos. En los cuadros siguientes se detalla la clasificación organoléptica que
se realizó en clases.
COCINA SOLAR PARABÓLICA
COCINA SOLAR DE CAJA
COLOR OLOR SABOR
Muy agradable Muy agradable
Agradable Agradable X Agradable X
Desagradable Desagradable
Jamás lo comería Jamás lo comería
Se realizó la comparación de la cocción de los nuggets con sistemas convencionales de
cocina a gas natural y se obtuvo los siguientes resultados.
Tipo de cocción Nuggets 5 unidades Tiempo de cocción
Cocina a gas natural 8 minutos
Cocina solar Parabólica 25 minutos
Parrilla -
Tipo de cocción Nuggets 5 unidades Tiempo de cocción
Cocina a gas natural 8 minutos
Cocina solar Caja 1 h 10 minutos
Parrilla -
COLOR OLOR SABOR
Muy agradable Muy agradable
Agradable X Agradable X
Desagradable Desagradable
Jamas lo comeria Jamas lo comeria
Se concluye que para nuestro caso en estas determinadas condiciones el tiempo de
cocción en cocina solar parabólica fue mucho menor que el de cocina tipo caja. Los
parámetros organolépticos para ambos casos permiten el consumo de los alimentos
cocidos sin ningún problema.
Hemos visto que las cocinas solares pueden servir de gran utilidad en comunidades alejas
donde el acceso a sistemas convencionales de gas natural u otras fuentes de energía es
difícil, en algunas provincias del Perú, especialmente en la serranía la radiación solar es
casi todo el año y en cantidades altas, lo que permitiría el uso adecuado de estos
sistemas de cocción solar.
PRACTICA N°9
INSTALACION DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO-SFV
INTRODUCCIÓN
Se debe seleccionar adecuadamente el lugar para la instalación del panel. Las
consideraciones iniciales recomendadas son:
a. Identificar el punto de salida del sol y su trayectoria(norte)
b. Evitar obstáculos que generen sombras sobre el panel y limiten el acceso al sistema.
c. Identificar un área que de suficiente espacio en el techo, sobre postes o sobre la tierra.
d. Perfeccione el ángulo de la inclinación y la orientación de los paneles lo más posible;
paneles dando al sol y en una cuesta igual a una latitud (de no menor de 15°) o de 15°
más para nivelar fluctuaciones estacionales.
e. La estructura del techo o del palo/marco de soporte debería ser bastante fuerte para
llevar el peso de los paneles y suficientemente fuerte para soportar la fuerza extra del
viento (especialmente en áreas tempestuosas es un requisito importante).
f. Los paneles deben ser montados de tal manera que todavía sean accesibles para la
limpieza y el servicio. Esto también se aplica a la unidad de control y la batería.
g. Los paneles deben ser situados cerca de la unidad de control y las baterías para así
evitar el uso de cables largos, los cuales son más caros y causan más perdidas de
electricidad. También mantenga los cables de la unidad de control a los puntos de uso
final tan corto como sea posible.
OBJETIVO
Instalar un SFV con capacidad de alimentar una carga. Evaluar su funcionamiento.
METODOLOGIA
Materiales:
01 Panel solar
01 regulador/controlador solar
01 batería
01 conjunto/sistema solar (carga)
01 caja de herramientas
01 tabla de conexiones
Juego de cables
Instalación de un sistema fotovoltaico
Paso 1: conecte 02 cables de salida (01 rojo + 01 negro -) a los bornes de la caja
posterior del panel. Instale el panel FV según las consideraciones de inclinación sobre el
soporte. Asegure los sistemas de fijación.
Paso 2: Instale dos cables (01 rojo + 01 negro -) en los bornes de la batería, recuerde
utilizar terminales (tipo pinza o tipo “o”) para los cables. Seguidamente coloque la batería
y el panel de control en los lugares apropiados. Espera la conexión del controlador.
Asegúrese que el cable de color negro esté conectado al borne negativo de la batería, y el
cable de color rojo esté conectado al borne positivo de la batería
Paso 3: Instale el sistema de control (controlador sobre una caja de pase o sobre un
soporte de madera). Seguidamente conecte los 02 cables del panel (paso1) guiándose
por la polaridad mostrada en el controlador.
Prosiga con la conexión de 02 cables de la batería. Seguidamente conecte 02 cables (01
rojo + 01 negro -) que servirá para la alimentación de las cargas, asegúrese que esta
conexión termine en una bornera, de esta forma podrá alimentar varias cargas.
MONITOREO DEL SISTEMA.
Requiere contar con 01 multímetro, 01 solarímetro, 01 termómetro digital para placa y un
anemómetro. Revise la tabla N°1: Monitoreo del sistema.
Panel solar:
Mida el voltaje generado por el panel solar en vacío (sin carga, es decir sin tener
ningún equipo conectado y encendido), antes de conectarlo al equipo.
Medir la corriente de carga del panel. Verifique en la especificación del equipo la Ip
max.
Sobre el controlador mida la corriente de consumo de la carga.
Batería:
Medición sin carga (en vacío), sobre los bornes.
Medición con carga activada.
Tabla N°1: Monitoreo del SFV
tiempo Radiación
W/m2
V
viento
m/s
T°
Amb.
Panel solar Regulador Batería
(sin
carga)
Volt.
T°
placa
Sin carga V
Panel
Volt.
V
Batería
Volt.
I
Amp.
V
Volt.
-- 514.7 3.4 26°C -- -- -- -- -- --
-- -- -- -- -- -- -- -- -- --
TAREA
Referencie los fundamentos físicos de la operación del SFV.
LOS MATERIALES
Ciertos materiales de las celdas de energía solar, denominados semiconductores tienen
sus electrones de valencia ligados a los átomos con energías muy semejantes a las de los
fotones que constituyen la luz solar. Cuando ésta incide sobre el semiconductor sus
fotones rompen los enlaces y los electrones de valencia quedan libres para circular por el
semiconductor. Algo análogo ocurre también con el enlace roto, llamado “huecos”, que
saltando de un átomo a otro puede también moverse con cierta libertad.
Estos electrones libres (negativos) y estos huecos (positivos), creados en los puntos
donde hay iluminación, tienden a difundirse hacia las regiones oscuras y por lo tanto con
menos densidad de ellos. Sin embargo, al moverse ambas partículas en el mismo sentido
no dan lugar a corriente eléctrica, y antes o después se recombinan restableciendo el
enlace roto. No obstante, si en algún lugar próximo a la región donde estas parejas de
electrones y huecos han sido creados recombinan restableciendo el enlace roto. No
obstante, si en algún lugar próximo a la región donde estas parejas de electrones y
huecos han sido creados recombinan restableciendo el enlace roto. No obstante, si en
algún lugar próximo a la región donde estas parejas de electrones y huecos han sido
creadas, se crea un campo eléctrico en el interior del semiconductor, este campo separa a
los electrones de los huecos, haciendo que cada uno circule en dirección opuesta y por
consiguiente dando lugar a una corriente eléctrica neta en el sentido del citado campo
eléctrico.
EFECTO FOTOVOLTAICO
Las aplicaciones de la energía solar fotovoltaica están basadas en el aprovechamiento del
efecto fotovoltaico. De forma muy resumida y desde el punto de vista eléctrico, el “efecto
fotovoltaico” se produce al incidir la radiación solar sobre los materiales que definimos al
principio, denominados semiconductores. La energía recibida provoca un movimiento
caótico de electrones en el interior del material. Si se unen dos regiones de un
semiconductor a las que artificialmente se ha dotado de concentraciones diferentes de
electrones, (mediante la adición de las sustancias que denominamos dopantes, como
pueden ser el fósforo y el boro), se provoca un campo electrostático constante que
reconducirá el movimiento de electrones en la dirección y sentido que se desee.
Recordemos que al material formado por la unión de dos zonas de concentraciones
diferentes de electrones la denominamos unión PN. La cara iluminada será el tipo N y la
no iluminada será el tipo P.
De esta forma, cuando sobre la célula solar fotovoltaica incide la radiación solar, aparece
en ella una tensión análoga a la que se produce entre las bornas de una pila. Mediante la
colocación de contactos metálicos en cada una de las caras puede“extraerse” la energía
eléctrica, que es utilizada en distintas aplicaciones.
EFECTO DE LA RESISTENCIA SERIE
Una célula solar ideal genera energía eléctrica que puede ser suministrada íntegramente
a una carga. Una célula real, por el contrario, poseerá una cierta resistencia serie en la
que se perderá parte de la potencia. La resistencia serie modifica la forma de la curva V-I
de manera que Pmax resulta reducida respecto a la misma célula con Rs=0.
El efecto negativo de la resistencia serie se hace muy importante en células que reciben
luz concentrada puesto que la potencia disipada en una resistencia vale I2R.
REFLEXIÓN DE LA LUZ
Un elemento que afecta a la absorción de la luz por las células, aparte de las propiedades
ópticas intrínsecas del material, es la reflexión en la superficie de la célula por causa de la
discontinuidad del índice de refracción en la interface.
El índice de refracción de los semiconductores es bastante elevado, de 3,5 a 4,5, lo cual
produce una reflexión muy importante de la luz en la superficie.
ESTRUCTURA DE LA CÉLULA SOLAR
El material de base es el silicio, y el campo eléctrico se consigue introduciendo impurezas
de manera controlada (dopando) con materiales que presenten exceso o defecto de
electrones con respecto al silicio. Así, si en uno de los lados de la célula introducimos
átomos donadores, es decir con exceso de electrones, como podría ser el fósforo,
obtendríamos lo que se llama la capa n de la célula, es decir, una zona con densidad de
electrones mayor. Si en el otro lado introducimos átomos aceptadores, es decir, con
defecto de electrones como podría ser el boro, obtendríamos una zona con densidad de
huecos mayor que el resto del dispositivo. La diferencia de concentraciones entre
electrones y huecos crea un campo eléctrico, y el conjunto así formado se denomina
unión p-n. La mayoría de las células solares están formadas a partir de una unión p-n, a la
que se añaden unos contactos metálicos para poder extraer la corriente hacia el exterior.
Capa anti reflexiva (AR). Se diseña con objeto de reducir las pérdidas por
reflexión superficial, con una reflectancia mínima a cierta longitud de onda.
Malla de metalización. Se prepara de manera que permita la colección adecuada
de electrones introduciendo una resistencia mínima, y además teniendo en cuenta
que debe permitir el mayor paso posible de luz hacia el interior del dispositivo. La
estructura más empleada es la que se muestra en el dibujo, en forma de peine.
Las capas activas del semiconductor, el emisor o capa n, y la base o capa p.
como puede observarse el grosor del emisor es mucho menos que el de la base.
El grosor de las células solares ha ido disminuyendo con el tiempo, pero pueden
considerarse valores típicos de células entre 250 y 350 μm.
El contacto metálico posterior, que normalmente se realiza en toda la superficie de
la célula.
Documente el proceso de instalación y evaluación del SFV.
PASO 1 Instale el panel FV según las consideraciones de inclinación (previamente descritas).
Asegúrese que el panel esté instalado fijamente de tal manera que no pueda caerse
debido a fuertes vientos, lluvias, granizadas, temblores, etc.
PASO 2
Coloque la batería y el panel de control en los lugares apropiados. No haga las
conexiones eléctricas todavía.
PASO 3
Conecte el panel de control, siga las instrucciones del fabricante de la unidad de control
(difieren ligeramente según la marca del controlador), pero se puede seguir el orden
siguiente:
Utilizando un multímetro mida el voltaje de las baterías en vacío (sin carga), antes de
conectarlos al equipo.Asegúrese que el cable de color negro esté conectado al borne
negativo de la batería, y el cable de color rojo esté conectado al borne positivo de la
batería.
Mida el voltaje generada por el panel solar en vacío (sin carga, es decir sin tener ningún
equipo conectado y encendido), antes de conectarlo al equipo.
PASO 4 Conecte los alambres del panel solar a la unidad de controlador. Cables provenientes del
panel solar conectados a los conectores del controlador. Conecte los cables que
correspondan según las señales gráficas del controlador.
PASO 5
Conecte los alambres de la batería a la unidad de control.
Conecten los cables que correspondan según las señales gráficas del controlador.
PASO 6
Conecte los cables de la carga (focos u equipos) al controlador
PASO 7
Inmediatamente después de terminar las conexiones, mida el voltaje de la batería.
Realice una descripción de las variables estudiadas y su importancia en
la operación del SFV.
LA RADIACIÓN
La radiación propagada en forma de ondas electromagnéticas (rayos UV, rayos
gamma, rayos X, etc.) se llama radiación electromagnética, mientras que la llamada
radiación corpuscular es la radiación transmitida en forma de partículas subatómicas
(partículas α, partículas β, neutrones, etc.) que se mueven a gran velocidad, con
apreciable transporte de energía.
Si la radiación transporta energía suficiente como para provocar ionización en el
medio que atraviesa, se dice que es una radiación ionizante. En caso contrario se
habla de radiación no ionizante. El carácter ionizante o no ionizante de la radiación es
independiente de su naturaleza corpuscular u ondulatoria.
Son radiaciones ionizantes los rayos X, rayos γ, partículas α y parte del espectro de la
radiación UV entre otros. Por otro lado, radiaciones como los rayos UV y las ondas de
radio, TV o de telefonía móvil, son algunos ejemplos de radiaciones no ionizantes.Los
niveles de radiación ultravioleta dependen de varios factores
LA HORA DEL DÍA
El sol está en su punto más alto en el cielo alrededor del mediodía. A esa hora, la
distancia que recorren los rayos solares dentro de la atmósfera es más corta y los
niveles de radiación son los más altos. Temprano en la mañana y al final de la tarde,
los rayos solares atraviesan la atmósfera de forma oblicua, lo cual reduce en gran
medida su intensidad. Esto determinara la posición del panel para recibir más
radiación en las diferentes horas de radiación.
ÉPOCA DEL AÑO
El ángulo de incidencia de la luz solar varía según las estaciones, con lo cual varía
también la intensidad de los rayos ultravioleta. La intensidad de la radiación es más
alta durante los meses de verano por la cercanía de la tierra al sol. Se deberá
considerar la época del año para saber la orientación del panel solar.
LATITUD
La intensidad de los rayos solares es más fuerte en el ecuador, ya que el sol pasa por
la parte más alta del cielo y la distancia recorrida por los rayos ultravioleta dentro de la
atmósfera es más corta. Además, el espesor de la capa de ozono es menor en los
trópicos que en las latitudes medias y altas, por lo que hay menos ozono para
absorber la radiación ultravioleta mientras atraviesa la atmósfera. A latitudes más
altas, el sol está más bajo en el cielo, por lo que los rayos ultravioleta deben recorrer
una distancia mayor a través de las capas de la atmósfera en donde hay más ozono, y
en consecuencia la radiación ultravioleta es menor en esas latitudes.
ALTITUD
La intensidad de la radiación aumenta con la altitud, ya que hay menos atmósfera para
absorber los rayos dañinos del sol. Por lo tanto la exposición al sol aumenta con la
altitud. Lo que es positivo para los paneles solares ya que habrá más entrada de
energía.
CONDICIONES CLIMÁTICAS
Las nubes reducen el nivel de radiación, pero no la eliminan completamente. Según el
espesor de las nubes, es posible recibir radiación aunque está no sea la que el panel
solar necesite para generar energía.
LUZ REFLEJADA
Algunas superficies, como la nieve, la arena, la hierba y el agua pueden reflejar gran
parte de la radiación que reciben. Debido a la reflexión, la intensidad de la radiación
puede ser mayor de lo que parece, incluso en zonas de sombra.
EL OZONO ESTRATOSFÉRICO
La capa de ozono absorbe la mayoría de la radiación ultravioleta, pero el nivel de
absorción varía según la época del año y los cambios climáticos. Además, esta
absorción ha disminuido a medida que la capa de ozono se ha ido reduciendo a
consecuencia de la emisión industrial de sustancias que destruyen el ozono.