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Ensayo

P
Pablo Diaz

Ensayo energía solar fotovoltaica

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ASIGNATURA:
DHTIC
Ensayo
PUEBLA, PUE.
PRESENTA:
Beciez Bedolla Erick
Díaz Domínguez Juan Pablo
Hernández Gutiérrez Alfredo G.
Sánchez Miranda María del Pilar
PROFESOR
Mtra. GABRIELA YAÑEZ PEREZ
JUNIO 2017
Energía Solar Fotovoltaica en uso residencial
“El uso de energías alternas como medio para la consecución de un desarrollo
sustentable en beneficio de la humanidad”
Debido a la contaminación ambiental, consecuencia de la quema de
combustibles fósiles y al aumento en el precio de los mismos en los últimos años,
ha llevado a distintos países a buscar alternativas para la obtención de energía
eléctrica. Una de las alternativas es la energía solar fotovoltaica, este tipo de
energía tiene la ventaja de ser una fuente inagotable de energía, se encuentra en
todos lados, no emite ningún tipo de contaminante al medio ambiente y su uso es
adecuado para abastecer de energía eléctrica a zonas donde el tendido eléctrico
es inaccesible como por ejemplo, las zonas rurales, islas o ciudades pequeñas.
Introducción:
El desarrollo de la sociedad actual está ligado al uso de la energía eléctrica,
aunque su producción ha tenido efectos negativos para el medio ambiente. A
medida que ha aumentado su utilización, los efectos han sido más notables.
El uso de la energía solar fotovoltaica para obtener electricidad contribuye a
disminuir la contaminación atmosférica que se genera debido a la quema de
combustibles fósiles, además de que a largo plazo representa un beneficio
económico para el consumidor final.
Contaminación Ambiental
La generación de energía con combustibles fósiles es la principal fuente de
contaminación ambiental en el mundo y gran parte de la energía producida es
eléctrica. Las consecuencias de dicha contaminación son evidentes, el deterioro
de la calidad del aire, deterioro de la salud, el cambio climático, etc.
En la actualidad se ha incrementado la conciencia sobre la contaminación
que se produce al generar energía eléctrica de forma convencional, gracias a esta
situación, en la mayoría de los países desarrollados han buscado la forma de
producir energía eléctrica de manera más eficiente y mucho más amigable con
nuestro medio ambiente, siendo uno de los temas más importantes de
investigación.
Energía Solar
Una de las opciones para disminuir el uso del petróleo como combustible
para producir energía eléctrica es el uso de la energía solar. La energía
proveniente del sol tiene muchas ventajas, es abundante, gratuita, no contamina y
su uso se puede extender hasta lugares donde no existe el tendido eléctrico.
La cantidad de energía solar que incide anualmente en la Tierra es diez
veces superior a las reservas de combustibles fósiles y uranio juntas. También,
que el Sol es el origen de casi todas las fuentes de energía renovable. Y toda
energía que se obtenga de las fuentes de energía renovables representa, sin
merma del nivel de vida o de la potencia industrial, un importante ahorro de
combustibles fósiles, que deberían reservarse al máximo dada su escasez, para
su utilización en aplicaciones en las que son insustituibles.
La energía solar es la única fuente renovable que pueden aprovechar más
de siete mil millones de personas de todo el mundo; personas que necesitan la
tecnología solar para no desarraigarse de su hábitat natural en la búsqueda de un
espejismo de prosperidad urbana.
Sistema solar fotovoltaico.
Se le llama sistema solar fotovoltaico al sistema integrado por distintos
elementos que interactúan entre sí para la conversión de la energía solar a
energía eléctrica, los componentes del sistema solar fotovoltaico son los paneles,
controlador, baterías e inversor. Los paneles son los circuitos de celdas
fotovoltaicas que generan la electricidad.
Los controladores son los dispositivos encargados de regular la cantidad de
energía suministrada por el panel fotovoltaico. Las baterías son las encargadas de
acumular la energía para disponer de ella cuando el panel no genere energía
eléctrica. El panel fotovoltaico y baterías entregan corriente directa, los equipos
eléctricos que hay en los hogares del país funcionan con corriente alterna de onda
senoidal, el inversor tiene la función de cambiar la corriente directa por corriente
alterna.
La energía solar fotovoltaica se produce por medio de paneles solares o
fotovoltaicos, los cuales captan la radiación luminosa del sol y es transformada en
energía eléctrica. Estos paneles se encuentran compuestos por células solares o
fotovoltaicas las cuales son responsables de transformar la energía luminosa en
electricidad, ésta generalmente se almacena para el consumo de una instalación,
la cual puede ser desde una casa hasta una industria.
Se deben considerar los siguientes puntos:
 La carga eléctrica determina el número de bloques funcionales que deben
formar parte del sistema.
 Diariamente, el sistema deberá mantener un balance energético entre la
cantidad generada y la consumida.
Al analizar dichas características del sistema fotovoltaico veremos que el
costo se incrementa cuando hay un desbalance energético durante períodos de
insolación baja o nula.
El aprovechamiento de la energía solar ha experimentado un gran avance
en los últimos años, y van encontrándose más aplicaciones a medida que el precio
de las celdas fotovoltaicas disminuye. Esto va unido a la liberación del mercado
eléctrico, que permite que cualquier usuario pueda ser productor de energía,
consumiendo de la red solo cuando tiene más demanda, o cuando las condiciones
atmosféricas no permiten generar lo suficiente. Una ventaja de este tipo de
energía es que es, quizá, la única fuente de energía renovable que se puede
instalar masivamente en las grandes zonas urbanizadas.
La ubicación geográfica de México lo hace un país con buenos recursos
para generar energía solar. Mientras emergen opciones prometedoras para reducir
el impacto en el cambio climático, todavía es incierta su aplicación y factibilidad. El
problema de abastecer la creciente demanda de electricidad en México convierte
su análisis en tema de agenda constante; la explotación de estos recursos
ayudaría a disminuir los picos de demanda que se le exigen a la compañía
suministradora (cfe)
Pese a que todavía es pequeña la oferta comercial, el actual mercado
fotovoltaico crece aproximadamente al 20% anual. Las empresas están
produciendo grandes y significativos avances para articular el mercado, pero
ahora, la inercia existente favorece a las fuentes energéticas más contaminantes
debido al incorrecto funcionamiento de un sistema de precios que no refleja su
auténtico costo real económico, social y medioambiental.
Uso residencial
La implementación de la energía solar fotovoltaica genera mayor impacto
en su uso residencial dada su facilidad de instalación y los beneficios sobre el libre
aprovechamiento de la energía.
Para que se pueda apreciar todas las ventajas que este sistema ofrece, las
aplicaciones de tipo residencial deben tener suficiente capacidad para alimentar
una gran variedad de cargas y estos sistemas pueden resultar la alternativa más
económica para los propietarios de residencias en lugares donde no es posible
hacer llegar la red de energía eléctrica. Los sistemas fotovoltaicos también son
elegidos por casas de campo, cabañas de vacaciones, casas rodantes y barcos
debido a que contribuyen a la tranquilidad de los propietarios. Los sistemas
fotovoltaicos son silenciosos y el suministro de energía es automático y gratuito.
El panel solar se debe colocar en un área soleada, procurando que reciba la
mayor cantidad de energía solar posible. Este panel debe estar conectado con la
batería de 12V mediante el controlador de carga. Este controlador verificará que la
carga de la batería no sobrepase el valor máximo recomendado por el fabricante
(aproximadamente 13.5V). La batería está conectada al circuito inversor, el cual
mediante un multivibrador astable, genera pulsos cuadrados que son amplificados
y entregados a un transformador que nos dará a la salida un voltaje de 120V con
corriente máxima de aproximadamente 1 A.
Toda la tecnología solar fotovoltaica, para transformar la luz solar en
electricidad, se basa en materiales semiconductores que resultan relativamente
caros debido a sus costosos sistemas de fabricación (aunque en los últimos años
ha visto una bajada espectacular de costos). Así, para obtener volúmenes
importantes de electricidad, es necesario disponer de amplias superficies de
paneles fotovoltaicos, lo que en la concepción convencional de la fotovoltaica se
traduce en el empleo de mucho material fotovoltaico, resultando caro.

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Ensayo

  • 1. ASIGNATURA: DHTIC Ensayo PUEBLA, PUE. PRESENTA: Beciez Bedolla Erick Díaz Domínguez Juan Pablo Hernández Gutiérrez Alfredo G. Sánchez Miranda María del Pilar PROFESOR Mtra. GABRIELA YAÑEZ PEREZ JUNIO 2017
  • 2. Energía Solar Fotovoltaica en uso residencial “El uso de energías alternas como medio para la consecución de un desarrollo sustentable en beneficio de la humanidad” Debido a la contaminación ambiental, consecuencia de la quema de combustibles fósiles y al aumento en el precio de los mismos en los últimos años, ha llevado a distintos países a buscar alternativas para la obtención de energía eléctrica. Una de las alternativas es la energía solar fotovoltaica, este tipo de energía tiene la ventaja de ser una fuente inagotable de energía, se encuentra en todos lados, no emite ningún tipo de contaminante al medio ambiente y su uso es adecuado para abastecer de energía eléctrica a zonas donde el tendido eléctrico es inaccesible como por ejemplo, las zonas rurales, islas o ciudades pequeñas. Introducción: El desarrollo de la sociedad actual está ligado al uso de la energía eléctrica, aunque su producción ha tenido efectos negativos para el medio ambiente. A medida que ha aumentado su utilización, los efectos han sido más notables. El uso de la energía solar fotovoltaica para obtener electricidad contribuye a disminuir la contaminación atmosférica que se genera debido a la quema de combustibles fósiles, además de que a largo plazo representa un beneficio económico para el consumidor final.
  • 3. Contaminación Ambiental La generación de energía con combustibles fósiles es la principal fuente de contaminación ambiental en el mundo y gran parte de la energía producida es eléctrica. Las consecuencias de dicha contaminación son evidentes, el deterioro de la calidad del aire, deterioro de la salud, el cambio climático, etc. En la actualidad se ha incrementado la conciencia sobre la contaminación que se produce al generar energía eléctrica de forma convencional, gracias a esta situación, en la mayoría de los países desarrollados han buscado la forma de producir energía eléctrica de manera más eficiente y mucho más amigable con nuestro medio ambiente, siendo uno de los temas más importantes de investigación. Energía Solar Una de las opciones para disminuir el uso del petróleo como combustible para producir energía eléctrica es el uso de la energía solar. La energía proveniente del sol tiene muchas ventajas, es abundante, gratuita, no contamina y su uso se puede extender hasta lugares donde no existe el tendido eléctrico. La cantidad de energía solar que incide anualmente en la Tierra es diez veces superior a las reservas de combustibles fósiles y uranio juntas. También, que el Sol es el origen de casi todas las fuentes de energía renovable. Y toda energía que se obtenga de las fuentes de energía renovables representa, sin merma del nivel de vida o de la potencia industrial, un importante ahorro de combustibles fósiles, que deberían reservarse al máximo dada su escasez, para su utilización en aplicaciones en las que son insustituibles. La energía solar es la única fuente renovable que pueden aprovechar más de siete mil millones de personas de todo el mundo; personas que necesitan la
  • 4. tecnología solar para no desarraigarse de su hábitat natural en la búsqueda de un espejismo de prosperidad urbana. Sistema solar fotovoltaico. Se le llama sistema solar fotovoltaico al sistema integrado por distintos elementos que interactúan entre sí para la conversión de la energía solar a energía eléctrica, los componentes del sistema solar fotovoltaico son los paneles, controlador, baterías e inversor. Los paneles son los circuitos de celdas fotovoltaicas que generan la electricidad. Los controladores son los dispositivos encargados de regular la cantidad de energía suministrada por el panel fotovoltaico. Las baterías son las encargadas de acumular la energía para disponer de ella cuando el panel no genere energía eléctrica. El panel fotovoltaico y baterías entregan corriente directa, los equipos eléctricos que hay en los hogares del país funcionan con corriente alterna de onda senoidal, el inversor tiene la función de cambiar la corriente directa por corriente alterna. La energía solar fotovoltaica se produce por medio de paneles solares o fotovoltaicos, los cuales captan la radiación luminosa del sol y es transformada en energía eléctrica. Estos paneles se encuentran compuestos por células solares o fotovoltaicas las cuales son responsables de transformar la energía luminosa en electricidad, ésta generalmente se almacena para el consumo de una instalación, la cual puede ser desde una casa hasta una industria. Se deben considerar los siguientes puntos:  La carga eléctrica determina el número de bloques funcionales que deben formar parte del sistema.
  • 5.  Diariamente, el sistema deberá mantener un balance energético entre la cantidad generada y la consumida. Al analizar dichas características del sistema fotovoltaico veremos que el costo se incrementa cuando hay un desbalance energético durante períodos de insolación baja o nula. El aprovechamiento de la energía solar ha experimentado un gran avance en los últimos años, y van encontrándose más aplicaciones a medida que el precio de las celdas fotovoltaicas disminuye. Esto va unido a la liberación del mercado eléctrico, que permite que cualquier usuario pueda ser productor de energía, consumiendo de la red solo cuando tiene más demanda, o cuando las condiciones atmosféricas no permiten generar lo suficiente. Una ventaja de este tipo de energía es que es, quizá, la única fuente de energía renovable que se puede instalar masivamente en las grandes zonas urbanizadas. La ubicación geográfica de México lo hace un país con buenos recursos para generar energía solar. Mientras emergen opciones prometedoras para reducir el impacto en el cambio climático, todavía es incierta su aplicación y factibilidad. El problema de abastecer la creciente demanda de electricidad en México convierte su análisis en tema de agenda constante; la explotación de estos recursos ayudaría a disminuir los picos de demanda que se le exigen a la compañía suministradora (cfe) Pese a que todavía es pequeña la oferta comercial, el actual mercado fotovoltaico crece aproximadamente al 20% anual. Las empresas están produciendo grandes y significativos avances para articular el mercado, pero ahora, la inercia existente favorece a las fuentes energéticas más contaminantes debido al incorrecto funcionamiento de un sistema de precios que no refleja su auténtico costo real económico, social y medioambiental.
  • 6. Uso residencial La implementación de la energía solar fotovoltaica genera mayor impacto en su uso residencial dada su facilidad de instalación y los beneficios sobre el libre aprovechamiento de la energía. Para que se pueda apreciar todas las ventajas que este sistema ofrece, las aplicaciones de tipo residencial deben tener suficiente capacidad para alimentar una gran variedad de cargas y estos sistemas pueden resultar la alternativa más económica para los propietarios de residencias en lugares donde no es posible hacer llegar la red de energía eléctrica. Los sistemas fotovoltaicos también son elegidos por casas de campo, cabañas de vacaciones, casas rodantes y barcos debido a que contribuyen a la tranquilidad de los propietarios. Los sistemas fotovoltaicos son silenciosos y el suministro de energía es automático y gratuito. El panel solar se debe colocar en un área soleada, procurando que reciba la mayor cantidad de energía solar posible. Este panel debe estar conectado con la batería de 12V mediante el controlador de carga. Este controlador verificará que la carga de la batería no sobrepase el valor máximo recomendado por el fabricante (aproximadamente 13.5V). La batería está conectada al circuito inversor, el cual mediante un multivibrador astable, genera pulsos cuadrados que son amplificados y entregados a un transformador que nos dará a la salida un voltaje de 120V con corriente máxima de aproximadamente 1 A. Toda la tecnología solar fotovoltaica, para transformar la luz solar en electricidad, se basa en materiales semiconductores que resultan relativamente caros debido a sus costosos sistemas de fabricación (aunque en los últimos años ha visto una bajada espectacular de costos). Así, para obtener volúmenes importantes de electricidad, es necesario disponer de amplias superficies de paneles fotovoltaicos, lo que en la concepción convencional de la fotovoltaica se traduce en el empleo de mucho material fotovoltaico, resultando caro.
  • 7. Para ahorrar energía y reducir el costo inicial de un sistema fotovoltaico, se debe tomar en consideración las opciones siguientes: • Usar lámparas fluorescentes, pues tienen un rendimiento de cuatro a cinco veces mayor que las incandescentes. • Considerar el uso de artefactos como refrigeradores, hornos, cocinas, secadores de ropa, calentadores de agua, televisiones, radios, etc. • Usar artefactos de alto rendimiento. Las baterías se deben instalar en un ambiente de temperatura controlada, por lo que es conveniente proveer de ventilación adecuada y con protección en caso de derrames del electrolito corrosivo. No se deben exponer las baterías a llamas o chispas eléctricas. Se recomiendan baterías de tipo industrial con ciclo de descarga profunda para las residencias que siempre estén ocupadas. Debido a la demanda variable de carga, se recomienda usar controladores de carga para estos sistemas. Los controles deben tener capacidad de expansión futura. Se debe tratar que estos controladores sean lo más simples posibles para en caso de falla detectarla de manera fácil y rápida. El elemento principal para esta aplicación es el inversor. Un inversor debe ser capaz de arrancar y alimentar a todas las cargas anticipadas. El inversor es un circuito relativamente sencillo que genera una señal alterna a partir de la señal de corriente directa dada por la batería. Los inversores de onda cuadrada proporcionan una salida conmutada de C.A., poco control de voltaje, capacidad de protección contra sobrevoltajes transitorios y una distorsión armónica considerable. Estos sistemas son los menos costosos, pueden ser utilizados con televisiones, computadoras, focos, lámparas fluorescentes e incandescentes, pero no pueden ser usados con artefactos que
  • 8. requieren de una variación senoidal de la señal, como es el caso de los motores de C.A.. Los sistemas solares fotovoltaicos se pueden clasificar en 2 tipos. • Sistema solar fotovoltaico aislado. • Sistema solar fotovoltaico interconectado. Sistema solar fotovoltaico aislado. Un sistema fotovoltaico aislado, consiste en los módulos de los paneles fotovoltaicos, un arreglo de baterías de ciclo profundo, un controlador y un inversor. Este sistema aislado como su nombre lo dice no recibirá energía eléctrica de ningún otro medio que no sean los paneles fotovoltaicos, es por eso que es necesario la implementación que un arreglo de baterías para solventar los momentos en que el panel no esté produciendo energía eléctrica. La cantidad de baterías irá en función del consumo Cálculo y diseño de Sistema Solar Fotovoltaico para uso doméstico 16 diario de energía y de los días que se consideren de respaldo sin que los paneles no produzcan energía debido al mal tiempo, puede ser desde 1 día hasta los días que se deseen. Hay que tomar en cuenta que mientras más días uno considere habrá que aumentar la cantidad de baterías, esto incrementará el costo del sistema considerablemente. Sistema fotovoltaico interconectado. Un sistema fotovoltaico interconectado, consiste en módulos fotovoltaicos y un inversor el cual se puede conectar con la red eléctrica pública (CFE), de modo tal que si el sistema fotovoltaico genera una mayor energía de la que se está consumiendo en el hogar, el excedente de energía es inyectado a la red de distribución de CFE. Esta operación se mide empleando un medidor bidireccional,
  • 9. así la cantidad suministrada a la red pública y la energía consumida de la red puede ser medida y CFE factura la diferencia. Si la diferencia es positiva, se genera un crédito a favor en el cual puede consumirse dentro de un periodo de 12 meses. Este sistema no requiere baterías por lo que su costo es menor comparado con el sistema aislado, sin embargo requiere que exista un punto de interconexión con la red de distribución de CFE. Rentabilidad del sistema solar fotovoltaico para domicilio de bajo y alto consumo eléctrico. Tarifas CFE. Tarifa 1 para el Distrito Federal (febrero 2014). Servicio doméstico. Aplicación. Esta tarifa se aplicará a todos los servicios que destinen la energía para uso exclusivamente doméstico, para cargas que no sean consideradas de alto consumo de acuerdo a lo establecido en la Tarifa DAC, conectadas individualmente a cada residencia, apartamento, apartamento en condominio o vivienda. Estos servicios sólo se suministrarán en baja tensión y no deberá aplicárseles ninguna otra tarifa de uso general. Cuotas. Cargos por energía consumida Consumo básico $ 0.795 por cada uno de los primeros 75 (setenta y cinco) kilowatts-hora. Consumo intermedio $ 0.966 por cada uno de los siguientes 65 (sesenta y cinco) kilowatts-hora. Consumo excedente $ 2.826 por cada kilowatt-hora adicional a los anteriores, estas cuotas cambian mensualmente establecidas por la CFE.
  • 10. Mínimo mensual. El equivalente a 25 (veinticinco) kilowatts-hora. Depósito de garantía. El importe que resulte de aplicar el cargo por energía del consumo básico del numeral 2 a los consumos mensuales que se indican, según los casos: 100 (cien) kilowatts-hora para los servicios suministrados con 1 hilo de corriente. 300 (trescientos) kilowatts-hora para los servicios suministrados con 2 hilos de corriente. 350 (trescientos cincuenta) kilowatts-hora para los servicios suministrados con 3 hilos de corriente. Conclusiones: En esta investigación se estudian los conceptos de las energías renovables, y su implementación en el uso residencial, con lo cual podemos darnos cuenta de su importancia para la vida y que se debe encaminar la producción de energía hacia las fuentes renovables, Teniendo en cuenta que la energía solar es una de las mayores fuentes de energía (es prácticamente ubicua), partimos para estudiar los conceptos de la energía solar fotovoltaica y ver los principales dispositivos tecnológicos que conforman los sistemas fotovoltaicos. Pensando en, disminuir la contaminación ambiental, y en el ahorro y uso eficiente de la energía, así como también en las ventajas y desventajas que trae consigo este tipo de energía, nos dimos cuenta de que México, debido a su ubicación le permite ser uno de los países con mejores recursos para la producción de esta energía, lo cual hasta el momento no ha sido aprovechado como debería, la tecnología tampoco ha avanzado lo suficiente para hacer rentable este sistema, seguimos dependiendo en su gran mayoría del uso de combustibles fósiles, con esto se busca dar a conocer este sistema, para ayudar a que se siga estudiando sobre el de manera que se logre implementar lo más posible en todo el mundo para de esta manera contribuir al cuidado del planeta
  • 11. Referencias: David J. C. (1996). Solar energy in the context of energy use, energy transportation and energy storage, Philosophical Transactions: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, (13 August 2013), 1-24 Valenzuela J.D (2013) instalación de un sistema fotovoltaico interconectado a la red eléctrica, Que para obtener el título de ingeniero. Facultad de ingeniería Universidad autónoma de México. México ciudad universitaria junio 2013, 58,71. Morillón G. D, (2017). Revista Mundo Hvacr. Ciudad de México. Extraído el 21 de junio de 2017 de: https://www.mundohvacr.com.mx/mundo/2009/08/viviendas-sustentables-en-mexico/ Hammarström, L. (2012). Overview: Capturing the Sun for Energy Production, Ambio, 41, 103-107. Extraido el 19 Junio, 2017 de http://www.jstor.org/stable/41417411 Escuela técnica superior de ingeniería industrial (2010) Universidad Politécnica de Catalunya Barcelona España, extraido el 19 de junio de 2017 de: https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099.1/7538/Anexo%20II%20%20La%20energ%20a%20solar% 20fotovoltaica.pdf?sequence=3 Barcena M. A. (2014) Aprovechamiento de la energía solar fotovoltaica dentro de un proyecto de vivienda sustentable. Tesis para obtener el título de ingeniero eléctrico. Facultad de Ingeniería Universidad autónoma de México, DF, México Swanson, R. M. (2009). Photovoltaics Power Up, Science, 324(5929) 891-892. Extraido el 19 Junio, 2017 de http://www.jstor.org/stable/20493935 Energía solar fotovoltaica como fuente de energía renovable global [PDF] (s.f.). Extraido el 8 Junio, 2017 de http://www.renac.de/index.php?id=68 Durán, L. E. (2012). Beneficios ambientales, sociales y tecnológicos, por la implementación de sistemas de abastecimientos energéticos, mediante el empleo de energías renovables. (Sistema fotovoltaico). Tesis para obtener el título de Ingeniero Químico, Facultad de Estudios Superiores Zaragoza, Universidad Nacional Autónoma de México, DF, México.