Investigación y desarrollo de energía sostenible con colaboración abierta (Open Source)

Investigación y desarrollo
de energía sostenible con
colaboración abierta
(Open Source)
presentado por Rodger Evans, LEARS de
CICESE
para el Encuentro nacional de energías 2011
TEC de Monterey en Sonora Norte

Wednesday, November 16, 11

¿Quiénes somos?
• CICESE; http://www.cicese.edu.mx
• Centro de Investigación Cientíﬁca y
Educación Superior de Ensenada

• LEARS; http://alternas.cicese.mx
• Laboratorio de Energía Alterna Renovable
y Sostenible

• R. Evans; revans@cicese.mx
• M. Castro; moisesc@cicese.mx
• A. Garcia-Rosas; angarcia@cicese.mx

Actualmente

• Infrastructura
• “Bootstraping”
• “Eat your own dogfood”

R.Evans 2011


Actualmente

¿Por qué comprar problemas de otra persona
cuando usted puede hacer su propia?

R.Evans 2011


Resumen

Ciencia y colaboración abierta (Open Source)
Proyectos OpenSource actuales
Proyectos en LEARS
Red de todo
Calculador energético
Arreglo heliostático amo-esclavo

R.Evans 2011


Resumen

Red de todo medición y control

Calculador energético simulación y diseño

Arreglo heliostático amo- construcción y
esclavo concentración

¿? conversión y aplicación

R.Evans 2011


Ciencia es una cultura
-y cómo comunicamos deﬁne la cultura


Patentes, publicación, y secretos
comerciales
Publicación es lo opuesto a secretos comerciales
compartir conocimientos
copy right (derechos a copiar)
literatura, arte, código de computación

R.Evans 2011


Patentes, publicación, y secretos
comerciales
Publicación es lo opuesto a secretos comerciales
compartir conocimientos
copy right (derechos a copiar)
literatura, arte, código de computación
Patentes: tipo de publicación
monopolio- tiempo para desarrollar
procesos no obvios, maquina, artículo de
manufactura o composición de materia
R.Evans 2011


¿ por qué ?

competencia
a vender
defender al innovador
bienestar del negocio/individuo

R.Evans 2011


¿ Por qué no ?

caro
abogados
desarrollo rápido y extensivo
falta fondos
mejoramiento del diseño
bienestar de la sociedad en general
R.Evans 2011


Open Source

tipo de publicación
eliminar patentes
colaboración abierta
e.g.
Linux (Mac OSX, Ubuntu...), apache,
Drupal ...
R.Evans 2011


Open source

GNU
MIT
Creative commons
http://creativecommons.org.mx/

R.Evans 2011


Investigación y desarrollo de energía sostenible con
colaboración abierta (Open Source) by Rodger
Evans is licensed under a Creative Commons
Attribution 3.0 Unported License.


Nuestro intento
Laboratorio federal
Trabajamos para la sociedad de
México
Menos complicaciones
administración, abogados etc..
Ser parte de comunidad general
Desarrollo de tecnología
R.Evans 2011


Nuestro intento

Diseños hechos con texto
openSCAD
¿ electronica ?
Compartido en linea
www.github.com
Construcción pruebas e investigación de diseños
concentrador heliostático, calculador energético,
red de sensores
R.Evans 2011


Herramientas

openSCAD
http://www.arduino.cc/
github.org
Arduino http://reprap.org/

Octave/scilab http://www.makerbot.com/
linux (mac?)
http://www.instructables.com
slideshare.com

R.Evans 2011


Proyectos de open source actuales

Reprap/makerbot: impressora 3D
Open Energy monitor
Red sensoral
Eólico
Oleaje
bicicleta (python)
R.Evans 2011


MakerBot

Bre Petis

ﬂickr.com Matsubue

RepRap

R.Evans 2011


Arduino

R.Evans 2011


Red para todo
Monitoreo Experimentos

Control Resolución espacial de
ambiente
Compartir

Modular

R.Evans 2011


Red de sensores y control
• Inalámbrica
• sensores de corriente
• sensores de medio ambiente
• datos en línea

R.Evans 2011


• Inalámbrica
• sensores de corriente
• sensores de medio ambiente
• datos en línea

• control de circuito
• control de aparatos
(heliostático)

R.Evans 2011


arduino

ADE 7753
RS-485
RS-485

Zig Zig
RS-485 arduino Bee
ZigBee
Bee

R.Evans 2011


RS-485 RS-485

arduino ADE 7753 arduino ADE 7753

RS-485
Zig
RS-485 arduino Bee

ZigBee Zig
Bee
Zig
RS-485 arduino Bee
85
S -4
R

RS-485

arduino ADE 7753

R.Evans 2011


R.Evans 2011


A. GARCIÁ ROSAS
R.Evans 2011


HTTPS://GITHUB.COM/SUNNYCANUCK/REDDETODO

R.Evans 2011


Calculador Energético

CICESE y Comisión Estatal de Energía
de Baja California
Ayuda en cálculos para FV

R.Evans 2011


Simulación
medio ambiente
camino solar
temperatura de aire
viento

R.Evans 2011


Calculador energetico
Simulación
Respuesta
foto-voltaico
eólica
foto-térmico
Iluminación solar

R.Evans 2011


simulación
economía de consumo
préstamo
tarifas CFE
gas LP
agua
CO2
R.Evans 2011


CaminoSolar 100 días
E S W

Cenit-arriba

horizontal

az
R.Evans 2011


Camino solar intensidad solar
Camino solar
5.00
Intensidad solar
800

3.75

600

2.50

400
azmut altitude
1.25

200

intensidad
0
Jan 1, 2011 10:50 PM Jan 2, 2011 3:50 AM Jan 2, 2011 8:50 AM
0
Jan 1, 2011 10:50 PM Jan 2, 2011 3:50 AM Jan 2, 2011 8:50 AM

R.Evans 2011


Respuesta
Angulo dispositivo y sol
Cos(diff)
Reﬂexión del vidrio

R.Evans 2011


Energía producida mensualmente

400

300

kWh
200

100

ene feb mar abr may jun 0
jul aug sep oct nov dec
mes

R.Evans 2011


Consumo Panaderia artesanal

2300

1725

Consumo (kWh)
1150

575

0
ene feb mar abr may jun jul ago sep oct nov dec

Mes



2300

1725

Consumo (kWh)
1150

575

0
ene feb mar abr may jun jul ago sep oct nov dec

Perﬁl de Consumo
Mes

1200

900
600

300

2010 0
2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020
ene feb mar abr may jun
jul ago sep oct nov dec


Tarifa 1

3.00

2.25

1.50

0.75

Jul-07
Mar-08 0
Nov-08
Aug-09
Apr-10
Dec-10
Aug-11

R.Evans 2011


Tarifa 1A

3.00

2.25

1.50

0.75

Jul-07
Mar-08
Nov-08 0
Aug-09
Apr-10
Dec-10
Aug-11

R.Evans 2011


Tarifa 1B

3.00

2.25

1.50

0.75

0

Dec-06
Aug-07
Apr-08
Dec-08
Aug-09
Apr-10
Dec-10
Aug-11

R.Evans 2011


Tarifa 1E

3.00

2.25

1.50

0.75

Dec-06
Aug-07 0
Apr-08
Dec-08
Aug-09
Apr-10
Dec-10
Aug-11

R.Evans 2011


Tarifa 1F

3.00

2.25

1.50

0.75

Dec-06
Aug-07
Apr-08 0
Dec-08
Aug-09
Apr-10
Dec-10
Aug-11

R.Evans 2011


4

3

2
DAC- Temporada de verano
DAC- Temporada de fuera de verano
1

0
Dec-06 May-07 Oct-07 Mar-08 Aug-08 Jan-09 Jun-09 Nov-09 Apr-10 Sep-10 Feb-11 Jul-11

80

60

40
DAC- carga ﬁjo

20

0
Dec-06 May-07 Oct-07 Mar-08 Aug-08 Jan-09 Jun-09 Nov-09 Apr-10 Sep-10 Feb-11 Jul-11

R.Evans 2011


tarifa comercial cargo fijo
50.0

37.5

25.0

12.5

0
1-07 5-07 9-07 1-08 5-08 9-08 1-09 5-09 9-09 1-10 5-10 9-10 1-11 5-11 9-11 1-12

tarifa comercial
3.00

2.25

1.50

0.75

0
1-07 5-07 9-07 1-08 5-08 9-08 1-09 5-09 9-09 1-10 5-10 9-10 1-11 5-11 9-11 1-12

Basico primeros 50 kWh
Intermedio siguientes 50kWh
excidente
R.Evans 2011
carga ﬁjo


Enero tarifa
2.0

1.9

1.8

1.7

1.6
2007 2008 2009 2010 2011

R.Evans 2011


Enero tarifa
2.0

1.9
+STDEV

promedio

1.8

-STDEV

1.7

1.6
2007 2008 2009 2010 2011

R.Evans 2011


Tarifa básica

3.00

2.25

1.50

0.75

enero feb marzo abril mayo junio 0
julio agusto sep oct nov dec

R.Evans 2011


Predicciones para recibos de CFE

4,000.000

3,000.000

2,000.000

1,000.000

0
Jan 1, 2010 Jan 1, 2011 Jan 1, 2012 Jan 1, 2013 Jan 1, 2014 Jan 1, 2015 Jan 1, 2016

recibo recibo modiﬁcado

R.Evans 2011


Gastos totales

400,000.000

300,000.000

200,000.000

100,000.000

0

Jan 1, 2010Jan 1, 2011Jan 1, 2012Jan 1, 2013Jan 1, 2014Jan 1, 2015Jan 1, 2016Jan 1, 2017Jan 1, 2018Jan 1, 2019Jan 1, 2020

gastos: actuales gastos: autoﬁnaciado gastos: prestamo

R.Evans 2011


250,000.000

227,500.000

205,000.000

182,500.000

160,000.000
Jan 1, 2016 Apr 1, 2016 Jul 1, 2016 Oct 1, 2016 Jan 1, 2017 Apr 1, 2017 Jul 1, 2017 Oct 1, 2017 Jan 1, 2018

gastos: actuales gastos: autoﬁnaciado gastos: prestamo

R.Evans 2011


Cálculos futuros
cambio de instalaciones
lamparas
gas LP
calefacción de agua y ambiente
CO2 y agua dulce

R.Evans 2011


Donde

https://github.com/duvahazard/
Calculador-Energetico

R.Evans 2011


Proyectos en LEARS

Heliostático amo-esclavo
montura
control
electrónicas
óptica
R.Evans 2011


Concentración solar
• Sol

• 1kW/m2 ≈ 4 kWh/(día* m2)

• 0.25o/min

• fuente de fotones

• vacío

• campo magnético del tierra

• atmósfera


sol


Irradiancia solar
Distancia sol-tierra
órbita elíptica
atmósfera
latitud
fecha
actividad solar
años


conversión

Foto-térmico

@T
conducción q = kA
@x
4 4
radiación q = A(T1 T2 )
convección q = hA(T1 T2 )

R.Evans 2011


conversión

equilibrio térmica

4
T =S
2
S = 1.0kW/m

8 W
= 5.67 ⇥ 10
m2 K 4
T = 364K = 91.27 C

R.Evans 2011


Industrial

Domestico

Comercial

10-100kWh/dia

4-7kWh/(m2*dia)

10-30 m2
R.Evans 2011



Industrial 2300

Consumo (kWh)
1725

Domestico 1150

575

Comercial ene mar may jul sep nov
0

Mes

10-100kWh/dia

4-7kWh/(m2*dia)

10-30 m2
R.Evans 2011


Potencia

Energia

Temperatura

R.Evans 2011


Potencia tamaño

Energia tiempo

Temperatura concentración

R.Evans 2011


1D
¿2D?

R.Evans 2011


2

R.Evans 2011


2

2

R.Evans 2011


motor

control

motor

R.Evans 2011


motor

control

motor

=$1,000 USD por 1-2 m2
R.Evans 2011


esclavo esclavo esclavo esclavo amo
motor

control

motor

R.Evans 2011


motor

control

motor

motor

control

motor

motor

control

motor
R.Evans 2011

control

R.Evans 2011


control

• WiFi
• ZigBee
• Eithernet
• RS 232

• fecha
• Posición heliostáticos
• intensidad de iluminación

R.Evans 2011


R.Evans 2011

Transmisión

pic of transmission

R.Evans 2011

Óptica y control

Activo o predeﬁnido
“a stopped watch is right twice a
day”
“but a moving watch incorrectly set is
never right”

R.Evans 2011


Control activo

2-ejes azmut y elevación

¿nubes? luz neta

R.Evans 2011


Divisores de voltaje contra ángulo

150

113

75
Vertical

38

0
-150.00 -120.00 -90.00 -60.00 -30.00 0 30.00 60.00 90.00 120.00 150.00

R.Evans 2011



150
1200

113
900
Horizotal

75
Vertical

600

38
300

0
-150.00 -120.00 -90.00 -60.00 -30.00 0 30.00 60.00 90.00 120.00 150.00

R.Evans 2011



150
1200

113
900
Horizotal

75
Vertical

600

1-1024

38
300

2º/15±3
0
-150.00 -120.00 -90.00 -60.00 -30.00 0 30.00 60.00 90.00 120.00 150.00

R.Evans 2011


arreglo heliostático
modular
rastrear o re dirigir
integración con red de ediﬁcio
nosotros
infraestructura para experimentos
monitoreo de iluminación solar
R.Evans 2011


Usos

1-2 ejes
directo
concentrado
https://github.com/sunnycanuck/Heli-
stato-Amo-Esclavo

R.Evans 2011


In ﬁn

• Inspirar
• Comunicar
• Aprender
• Jugar
R.Evans 2011


Gracias

Rodger Evans
revans@cicese.mx
sunnycanuck@gmail.com


Investigación y desarrollo de energía sostenible con colaboración abierta (Open Source)

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