informe de proyecto de corregido2

7/13/2019 Informe de Proyecto de Corregido2

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA

(Creada por ley N 25265)

FACULTAD DE INGENIERA ELECTRNICASISTEMAS

ESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE ELECTRNICA

PROYECTO DE INVESTIGACION

EJECUTORES : CCAHUAY HUAMANI, Juan Erwin

COSINGA VALDIVIA, Gilmer

ZARATE PEREZ, Edinson Bismarck

ASESOR : Ing. ALMIDON ELESCANO, ngel

FECHA DE INICIO : 07/04/14

FECHA DE CULMINACIN : 06/08/14

PampasTayacaja

2014

SEGUIDOR FOTOVOLTAICO EN LA OBTENCIN DEENERGIA ELECTRICA


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AGRADECIMIENTO

Agradecemos por el apoyo incondicional a nuestro asesor, por ayudarnos, darnos

todas las facilidades para la ejecucin de este proyecto

Y a cada uno de los integrantes del grupo del proyecto, quienes son el futuro de

esta casa de estudios que estn en plena formacin acadmica y

profesionalmente.


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DEDICATORIA

El presente proyecto realizado lo dedicamos a

nuestros padres, quienes da a da nos brindan

su apoyo incondicional, as mismo al docente

del curso quien nos brinda su amplio

conocimiento para el buen desarrollo del

proyecto.


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PREMBULO

La Universidad Nacional de Huancavelica, Facultad de Ingeniera Electrnica -

Sistemas como parte integral de la sociedad, est llamado a contribuir al

mejoramiento de la calidad de vida de la sociedad, para satisfacer diariamente las

necesidades de la sociedad en beneficio y desarrollo, de carcter informativo

permanente y dinmico, que considera al hombre como verdadero sujeto actor

capaz de generar trabajo social til que lo habilite para producir bienes y servicios,

logrado con el ejercicio del pensamiento superior, enmarcado en lo critico, creativo

y tico mediante la adquisicin y desarrollo de habilidades.

A travs del trabajo, mostraremos el proceso para llegar a construir y programarun seguidor solar, basado en un algoritmo de posicionamiento solar, y no enun sistema de sensores de luz, matiz muy importante a tener en cuenta encuanto precisin. A partir de este algoritmo astrofsico crearemos un programa quepueda prever la posicin solar en cualquier momento y durante unintervalo cualquiera, paralelamente,construiremos una maqueta de un seguidor solar, y programaremos un PIC para

que a travs de los datos generados por el primer programa, aquel coordine lasacciones los motores de la maqueta y as poder obtener siempre el ngulo ptimopara el aprovechamiento mximo de energa


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INDICEAGRADECIMIENTO .............................................................................................................................. 2

DEDICATORIA ...................................................................................................................................... 3

PREMBULO ........................................................................................................................................ 4

CAPTULO I .......................................................................................................................................... 9

PROBLEMA .......................................................................................................................................... 9

1.1 PLANTENAMIENTO DEL PROBLEMA .................................................................................. 9

1.2 FORMULACIN DEL PROBLEMA. ............................................................................................. 9

1.2.1 PROBLEMA GENERAL ......................................................................................................... 9

1.2.2 PROBLEMA ESPECFICO ...................................................................................................... 91.3 OBJETIVO .................................................................................................................................. 9

1.3.1 OBJETIVO GENERAL ............................................................................................................ 9

1.3.2 OBJETIVOS ESPECFICOS. .................................................................................................. 10

1.3 JUSTIFICACION ........................................................................................................................ 10

1.3.1 JUSTIFICACIN TERICA................................................................................................... 10

1.3.2 JUSTIFICACIN SOCIAL ..................................................................................................... 10

1.3.3 JUSTIFICACIN TECNOLGICA. ........................................................................................ 11

1.3.4 JUSTIFICACIN CIENTFICA ............................................................................................... 11

1.3.5 JUSTIFICACIN ECONMICA. ........................................................................................... 11

1.4 FACTIBILIDAD DE ESTUDIO. .................................................................................................... 11

CAPTULO II ....................................................................................................................................... 12

MARCO TERICO ............................................................................................................................... 12

2.1 ANTECEDENTES. ...................................................................................................................... 12

DISEO DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO PARA LA GENERACIN DE ENERGAELCTRICA EN EL COBAEV 35 XALAPA; presentado por Hctor Domnguez

Gonzlez, Mxico 2012. ........................................................................................................... 12

CASOS INSTALADOS EN EL MUNDO. .............................................Error! Bookmark not defined.

LOCAL. La instalacin de paneles solares en la localidad de Acraquia provincia de Tayacaja

departamento de Huancavelica, ubicadas a 3200 m. s. n. m lugar donde la universidad nacional

de Huancavelica realizando diferentes modificaciones en las instalaciones que busca mejorar

el confort energtico del terreno de la escuela acadmico profesional de zootecnia. ............ 13


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NACIONAL. Estudio de la radiacin solar para la instalacin de energa fotovoltaica en mdulos

de viviendas ubicadas en alturas mayores a 3500 m.s.m. en la provincia de Castrovirreyna,

regin de Huancavelica, realizado por el Centro de Energas Renovables UNI. ....................... 13

SISTEMAS AISLADOS .................................................................................................................. 14

2.2 BASES TERICAS ..................................................................................................................... 14

ENERGA .................................................................................................................................... 14

PRINCIPIO DE LA CONSERVACIN DE LA ENERGA ................................................................... 15

ENERGAS RENOVABLES Y NO RENOVABLES ............................................................................. 16

RADIACIN SOLAR ..................................................................................................................... 16

PROPIEDADES RADIANTES ........................................................................................................ 17

MODELO CORPUSCULAR DE LA LUZ .......................................................................................... 18

2.3 CLULA FOTOVOLTAICA ...................................................................................................... 18

CONEXIONADO EN SERIE Y PARALELO DE LA CLULAS FOTOVOLTAICAS ................................. 22

TIPOS DE FABRICACIN DE LA CLULA FOTOVOLTAICA ........................................................... 24

LA ENERGA SOLAR SUSTENTABLE DE LA CONVERSIN DE ENERGA ELCTRICA DE LAS CLULAS

FOTOVOLTAICAS ........................................................................................................................ 24

2.4 EL SISTEMA FOTOVOLTAICO .................................................................................................. 25

2.5 PANELES O MDULO FOTOVOLTAICO:.................................................................................. 25

2.5.1 ACUMULADOR ELCTRICO Y REGULADOR DE CORRIENTE .............................................. 25

2.5.2 CLCULO DE LAS PARTES DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO ................................................. 26

2.6 HIPTESIS ................................................................................................................................ 29

2.6.1 HIPTESIS GENERAL. ........................................................................................................ 29

2.6.2 HIPTESIS ESPECFICAS .................................................................................................... 29

2.7 DEFINICIN DE TRMINOS ..................................................................................................... 29

2.7.1 PANEL SOLAR: ................................................................................................................... 29

DENTIFICACIN DE VARIABLES ................................................................................................. 31DEFINICION OPERATIVA DE VARIABLES E INDICADORES........................................ 31

CAPTULO III ...................................................................................................................................... 32

METODOLOGIA DE LA INVESTIGACIN ............................................................................................. 32

3.1 AMBITO DE ESTUDIO ........................................................................................................ 32

3.1.1 GEOGRAFICAMENTE .................................................................................................. 32


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3.2 TIPO DE INVESTIGACIN .................................................................................................. 33

3.3 NIVEL DE INVESTIGACIN ................................................................................................ 33

3.5 METODO DE INVESTIGACION ........................................................................................... 33

3.6 DISEO DE INVESTIGACION ............................................................................................. 34

3.7. POBLACIN, MUESTRA Y MUESTREO ................................................................................... 35

POBLACIN: .............................................................................................................................. 35

MUESTRA:.................................................................................................................................. 35

3.8 TCNICAS Y PROCEDIMIENTOS DE RECOLECCIN DE DATOS......................................... 35

3.9 TCNICAS DE PROCESAMIENTO Y ANLISIS DE DATOS .................................................. 35

CPITULO IV ...................................................................................................................................... 36

ASPECTO ADMINISTRATIVO .............................................................................................................. 36

4.1 RECURSOS HUMANOS ............................................................................................................ 36

4.2 RECURSOS MATERIALES ......................................................................................................... 37

4.3 CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES ........................................................................................... 38

4.4 PRESUPUESTO ......................................................................................................................... 38

4.5 FINANCIAMIENTO ................................................................................................................... 39

BIBLIOGRAFA .................................................................................................................................... 41

ndice De Referencias ........................................................................................................................ 43


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NDICE DE FIGURAS Y TABLAS

Figura 1: Casa solar trmica en San Francisco de Raymina, Vilcashuamn,

Ayacucho, fuente (CER-UNI, 2012).14Figura 2: Intercambio de radiacin entre dos superficies diferenciales.18

Figura3: Barrera de potencial V que se genera en la juntura PN19

Figura4: Circuito equivalente elctrico de la celda fotovoltaica...20

Figura 5 curva caracterstica de tensin corriente de la clula

fotovoltaica21

Figura6: Clulas fotovoltaicas en serie22

Figura7 Clulas fotovoltaicas en paralelo...23 Figura8 Clulas fotovoltaicas en serie y paralelo..23

Figura9: Esquema general de un sistema fotovoltaico: modificado26

Figura10: seguidor solar30

Figura11: Localidad de pampas..33

Figura 12: Posicin de la tierra en la eclptica en 4 momentos distintos del ao35

Tabla1.operatizacion de las variables.31

Tabla2.autores36

Tabla3.asesor.....36

Tabla4.recursos Materiales..38

Tabla5. Cronograma de actividades...39

Tabla6.presupuesto...39

Tabla7.financiamiento...39

Tabla8.problemas, objetivos, hiptesis, variables40


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CAPTULO I

PROBLEMA

1.1 PLANTENAMIENTO DEL PROBLEMAAnte la problemtica que enfrenta la regin de Huancavelica y todo el pas, a causa

de la falta de energa elctrica para comunidades dispersas, alejadas de puntos de

suministro o de difcil acceso.

Es por tal motivo que se realiza la investigacin para implementar y programacin

de un seguidor solar en un panel solar, que suministre energa elctrica a viviendas

en zonas rurales y ms pobres de la regin.

1.2 FORMULACIN DEL PROBLEMA.

1.2.1 PROBLEMA GENERAL

Cmo disear un sistema de control programable del seguidor solar para tener

una ganancia mucho mejor de energa durante las horas que el sol irradia energa

solar?

1.2.2 PROBLEMA ESPECFICO

Cunto de tensin debemos de obtener con el suministro elctrico Fotovoltaico?

Cunto, mejora el seguidor solar, para suministrar energa elctrica fotovoltaica en

una vivienda, La eficiencia de tensin a obtener durante el da?

1.3 OBJETIVO

1.3.1 OBJETIVO GENERAL

Especificar, disear y desarrollar un prototipo de energa fotovoltaico con seguidor

del Sol para un proceso de generacin de energa elctrica.


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1.3.2 OBJETIVOS ESPECFICOS.

Definir el concepto de seguidor solar y sus aplicaciones.

Disear un prototipo de seguidor solar en dos ejes de libertad. Programar un sistema de control del seguidor solar teniendo en cuenta

los algoritmos de seguimiento solar

Construir una maqueta funcional de un seguidor solar, como apoyo para la

explicacin del software creado.

Cuantificar la ganancia de radiacin solar durante el da para poder almacenar

energa elctrica en el banco de bateras.

Determinar, la mejora del sistema de acuerdo a las situaciones climticas.

1.3 JUSTIFICACION

1.3.1 JUSTIFICACIN TERICA

El estudio de la teora inherente al sistema fotovoltaico y seguidores solares sirve

como base de diseo para determinar condiciones iniciales de diseo. El

entendimiento de las ecuaciones que describen la generacin de energa

fotovoltaica permiten determinar de manera numrica un aproximado de la energaque se puede producir con el sistema instalado.

El estudio de las causas del movimiento relativo del sol sirve para comprender su

naturaleza, funcionamiento y caractersticas para soportar la seleccin y diseo del

seguidor solar y servir como base para futuras investigaciones.

1.3.2 JUSTIFICACIN SOCIAL

La falta de energa elctrica en lugares alejados no permite el avance: tecnolgico,

acadmico, social, econmico, etc.Por lo que nuestro sistema electrnico automtico de seguidor solar, con paneles

solares mejora la calidad de vida de los habitantes y el desarrollo de nuestro pas.


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1.3.3 JUSTIFICACIN TECNOLGICA.Mediante la aplicacin de los avances tecnolgicos, nos permite aprovechar la

energa solar con mayor eficiencia el mismo que ser transferido en forma deenerga elctrica.

1.3.4 JUSTIFICACIN CIENTFICA

El estudio de la conversin de la energa solar del sol y de conversin de la energa

electromagntica en energa elctrica que se genera en las zonas rurales de la

regin, nos permitir dimensionar la capacidad del panel solar (fotovoltaico), que

permita dimensionar la capacidad de cargar energa elctrica en el banco de

bateras.

1.3.5 JUSTIFICACIN ECONMICA.

Beneficia a los usuarios que habitan en lugares alejados de un suministro

elctrico.

Ya que reduce el egreso econmico de las familias, puesto que ellos anteriormente

compraban velas, mecheros, etc.

Ahora con este sistema ya podrn utilizar la luz elctrica.

1.4 FACTIBILIDAD DE ESTUDIO.La factibilidad del estudio de investigacin est sustentada en lo siguiente:

a. Tecnolgica; tenemos en el mercado nacional los sistemas de generacin

elctrica fotovoltaica.

b. Social; se cuenta con polticas a nivel nacional y regional en mitigar la

electrificacin elctrica en las zonas ms necesitadas del pas.

c. En lo econmico; se cuenta con polticas de apoyo en la investigacin por

parte de la universidad nacional de Huancavelica, donde se cuenta con el

FOCAM.


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CAPTULO IIMARCO TERICO

2.1 ANTECEDENTES.

DISEO DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO PARA LA GENERACIN DEENERGA ELCTRICA EN EL COBAEV 35 XALAPA; presentado porHctor Domnguez Gonzlez, Mxico 2012.En esta tesis el autor disea y construye un sistema de generacin elctrica por

medio de sistemas fotovoltaicos (clulas fotovoltaicas), en paralelo con el sistema

elctrico convencional, para alimentar al Colegio de Bachilleres del Estado deVeracruz (COBAEV), con el propsito de reducir costos de consumo elctrico y

promover la utilizacin de sistemas energticos amigables al medio ambiente.

PROTOTIPO FOTOVOLTAICO CON SEGUIMIENTO DEL SOL PARAPROCESOS ELECTROQUMICOS;presentado por Vctor Eulises RiveraChvez, Ecuador 2011.En esta tesis el autor construye un prototipo funcional de un sistema fotovoltaico

para su aplicacin como fuente de energa para procesos electroqumicos, con la

adicin al sistema de un seguidor solar para mejorar su eficiencia. Se realiz el

anlisis de los mdulos fotovoltaicos para determinar de manera terica la mejora

que se obtendra con un seguidor solar y la cantidad de energa que producira el

sistema.

HUERTA SOLAR FOTOVOLTAICA DE (17 x 100kW) PARAJE EL HERRADERO

MESAS DE IBOR (CCERES); esta tesis fue presentado por Magaa Castaeda

Humberto.2008 En esta tesis el autor construye un prototipo para un sistema

fotovoltaico de 1.700 kW (1,7 megavatios) de potencia de generacin de energa,

conectada a la red elctrica, como resultado de la unin de 17 sistemas

fotovoltaicos de 100 kW de potencia nominal unitaria, ubicados en las parcelas del

huerto.


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SEGUIDOR DEL PUNTO DE MXIMA POTENCIA DE UN SISTEMA

FOTOVOLTAICO MONOFSICO, OPTIMIZADO PARA EL ESTADO DE

YUCATN;presentado por Carlos Morcillo Herrera.MXICO-2008.

En esta tesis el autor disea un sistema para Caracterizar las condiciones del

microclima para la ciudad de Mrida, Yucatn que afecta la eficiencia de los

paneles solares, para determinar el potencial de energa solar y de generacin de

electricidad en Mrida, Yucatn.

La instalacin de paneles solares en la localidad de Acraquia provincia deTayacaja departamento de Huancavelica, ubicadas a 3200 m. s. n. m lugar

donde la universidad nacional de Huancavelica realizando diferentes

modificaciones en las instalaciones que busca mejorar el confort energtico

del terreno de la escuela acadmico profesional de zootecnia.

Estudio de la radiacin solar para la instalacin de energa fotovoltaica en mdulos

de viviendas ubicadas en alturas mayores a 3500 m.s.m. en la provincia de

Castrovirreyna, regin de Huancavelica, realizado por el Centro de Energas

Renovables UNI.

CASA SOLAR TRMICA, CON TRAGALUCES, INVERNADERO ADOSADO Y

COCINA MEJORADA, UN PROYECTO DE CERUNI, CON APOYO DE GVEP

La Universidad Nacional de Ingeniera (UNI) viene construyendo viviendas con

energa elctrica fotovoltaica en zonas rurales de la sierra del pas ubicadas por

encima de los 3 mil metros de altitud alejadas de puntos de suministro, las cuales

permiten a sus moradores mejorar la calidad de vida, e incrementar el nivel

acadmico, econmico, etc. (CER-UNI, 2012).


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Casa solar en San Francisco de Raymina, Vilcashuamn, Ayacucho generando

12energa elctrica.

Figura 1: Casa solar trmica en San Francisco de Raymina, Vilcashuamn.

SISTEMAS AISLADOSSe emplean en lugares con acceso complicado a la red elctrica y en los que

resulta ms fcil y econmico instalar un sistema fotovoltaico que tender una lnea

de enganche a la red elctrica general. Estos sistemas los podemos encontrar, por

ejemplo, en:

Zonas rurales aisladas.

reas de pases en vas de desarrollo sin conexin a red.

Iluminacin de reas aisladas y carreteras.

Sistemas de comunicacin (repetidores deseal, boyas, balizas de sealizacin,

SOS en carreteras y autopistas).

2.2 BASES TERICAS

ENERGALa energa de los cuerpos se puede definir como la capacidad del mismo para

producir trabajo, la energa se puede manifestar en formas diferentes como por

ejemplo: masa y energa definida por la ecuacin de Einstein, donde Ees

la energa,mes la masa del cuerpo y Ces la velocidad de la luz; del mismo modo


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la energa expresada por la ecuacin de Planck en el que expresa la energa

cuntica de la radiacin dada por la ecuacin , donde hes la constante de

Planck y es la frecuencia de la radiacin, la energa cintica est dada por

, donde mes la masa del cuerpo y vla velocidad que tiene el cuerpo; la

energa angular est dado por

,donde I es el momento de inercia del

cuerpo alrededor de su eje y W es la velocidad angular; la energa potencial por

unidad de volumen est dado por

, dondees el campo elctrico; para el

campo magntico la energa por unidad de volumen est dado por

, donde

Hes la intensidad de campo magntico ; para el capacitor que almacena la energa

est dado por

, donde C es la capacidad y V es la tensin en las

terminales del capacitor, la energa almacenada en un inductor est dado por

, donde L es la inductancia e Ies la corriente que circula por el inductor;

del mismo modo entonces la energa se puede encontrar en el calor, en la luz del

sol, en el viento, en el agua de un rio, en la madera al arder, en los vegetales, en el

carbn, en el gas, y otros cuerpos ( Palacios & Valls, 1989; Roldan ,2008;

Schallenberg et al,2008).

PRINCIPIO DE LA CONSERVACIN DE LA ENERGAComo se puede observar en el vivir diario la energa elctrica se trasforma en

energa mecnica, energa angular, en energa electromagntica, en calor o

viceversa ejemplo el calor del vapor nueve turbinas para generar energa elctrica,

la luz que incide en una celda fotovoltaica trasforma la luz en energa elctricas, la

energa cintica del viento mueve las paletas de una turbina que genera la

electricidad, la energa potencial del agua que cae desde un desnivel de altura

mueve las turbinas de un generador elctrico y as se puede mencionar muchas de

ellas y se puede concluir que la energa se puede pueden convertir y transformar


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en otras formas de energa( Palacios & Valls, 1989; Roldan ,2008; Schallenberg et

al,2008).

ENERGAS RENOVABLES Y NO RENOVABLES

RENOVABLES

Son las energas que se pueden renovar o son inagotables y son las que provienen

de la energa que llega a nuestro planeta de forma continua, como consecuencia

de la radiacin solar o de la atraccin gravitatoria de la Luna, entre ellas tenemos

energa hidrulica, solar, elica, biomasa, geotrmica y las marinas (Roldan,2008;Schallenberg et al,2008).

NO RENOVABLES

Son las energas que se encuentran en nuestro planeta y son limitadas, las

energas no renovables al transformarse en otra energa son consumidas o

desaparecen, en la actualidad la demanda mundial de energa en la actualidad se

satisface con este tipo de fuentes energa tales como el carbn, el petrleo, el gas

natural y el uranio (Roldan, 2008; Schallenberg et al, 2008).

RADIACIN SOLAREl sol es una fuente de energa renovables para todos los seres vivos de muestro

planeta tierra, la energa que genera sta estrella es de 3,87x101026Joule por cada

segundo, la misma que es radiada a todo el espacio en forma de calor y campo

electromagntico o flujo de fotones o luz, la misma que llega a la tierra durante todo

el ao en 4,03x101024Joule, que equivale a6 720veces la necesidad energtica

del mundo, los fotones que parten del sol recorren unos 500 segundos una

distancia de150 millones de kilmetros y al llegar a la superficie de la atmosfera

terrestre con una intensidad de 1 360 wm-2, la radiacin solar caracterizada por su

frecuencia o longitud de onda, abarca el espectro continuo , mayormente en el

rango de longitud de onda comprendidos entre 0,3 al 3,0 m, del cual


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aproximadamente la mitad corresponde al infrarrojo, el 40% corresponde a la luz

visible (0,4al 0,7 m) y 10%al ultravioleta (


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Figura 2: Intercambio de radiacin entre dos superficies diferenciales, separados a

una distancia r, haciendo ngulo con lanormal respectiva de cada rea y

abarcando un ngulo solido d. Estando el emisor a la temperatura T: modificado

de Anbal Valera, 1993

MODELO CORPUSCULAR DE LA LUZUn haz de luz est compuesto por una corriente de pequeos paquetes o cuantos

de energa, denominado fotones, y cada fotn acarrea una cantidad de energa que

depende de su frecuencia y est dado por la expresin de Einstein

,

donde h=633x10-36Jses la constante de Planck y C=300x106ms-1es la velocidad

de la luz, es la frecuencia del fotn yes la longitud de onda del haz (Rubio,

1994, Jardon & Linares y Miranda, 1995; Bob,1998; Calvo , 2002).

2.3 CLULA FOTOVOLTAICAEl diodo semiconductor es la junta de dos semiconductores dopados, un

semiconductor de silicio dopado con fosforo har enlaces covalentes con el silicio

y dejando un electrn libre sin enlace, este electrn libre tiene carga negativa y el

ion dopado o donador tendr carga elctrica positiva, por lo que el material

semiconductor dopado elctricamente neutro tiene electrones libres por cada

enlace y se les conoce con el nombre de semiconductor tipo N; si el material de

silicio se dopara con boro, sus enlaces covalentes no completaran el cuarto

enlace, quedando un enlace sin completar y sera un portador libre o llamado

hueco de carga elctrica positiva y el ion aceptor se carga elctricamente negativo,


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formndose de esta forma un material semiconductor elctricamente neutro de tipo

P. La juntura de estos dos materiales formara el diodo semiconductor, algunos

electrones del material tipo N pasan al lado del material tipo P ocupando losenlaces covalentes libres del material tipo P, resulta as que el material tipo Pse

carga negativamente y el material pio N se carga positivamente, producindose en

la juntura un campo elctrico llamado barrera de potencial elctrico V, (ver figura

2.6), impidiendo que los electrones del semiconductor tipo Nsigan fluyendo hacia

el material tipo P; la ecuacin aproximada que da la caracterstica tensin corriente

del diodo semiconductor es la dada por la ecuacin de Shockley:

;Donde iD=corriente que circula por el diodo, VD= Tensin deldiodo con el nodo positivo con respecto ctodo, Is= corriente de saturacin

inversa, n=coeficiente de emisin cuyo valor varia de 1 a 2 (Millman & Halkias,

1972; Boylestad & Nashelsky, 1994; Muhammad, 2000).

Figura3: Barrera de potencial V que se genera en la juntura PN


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Si incide en un semiconductor fotones con una energa mayor que la requerida

para liberar un electrn de su enlace, estos fotones son absorbidos y generan

pares electrones y huecos libres, ocurre esto en la interface de un diodo PN,debido a la fuerza sobre los electrones generados por el campo elctrico existente

en la interface, estos electrones son empujados a la regin N y los huecos a la

regin P; se produce as una tensin elctrica, y si los dos contactos del diodo

estn conectados a una resistencia externa, fluye una corriente elctrica. Este

fenmeno es el llamado efecto fotovoltaico y representa una transformacin directa

de la energa radiante en energa elctrica (Valera, 1993; Boylestad & Nashelsky,

1994; Green, 2000).El efecto fotovoltaico de la clula fotovoltaica permite la transformacin de la

energa electromagntica en energa elctrica directa, la clula fotovoltaica es una

juntura de dos semiconductores tipo P y de tipo N, formando un diodo

semiconductor sensible a la luz cuya corriente est dado por la siguiente ecuacin:

Donde q= 1.602176x10-19C es la carga elctrica del electrn, K= 6.626176x10

-

23/moles la constante de Boltzmann, Ioes la corriente inversa de saturacin del

diodo su valor depende de los materiales de construccin de la clula, IyVson las

tensiones generadas por la clula, T es la temperatura absoluta que se encuentra

la juntura PN de la clula fotovoltaica, If es la corriente foto generada, RpyRsson

resistencias internas de la celda real en paralelo y serie respectivamente, en la

figura se muestra el circuito equivalente elctrico real de la celda fotovoltaica

(Valera, 1993).


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Figura4: Circuito equivalente elctrico de la celda fotovoltaica (Modificado de Anbal

Valera P, 1993).

La curva caracterstica de tensin corriente se muestra en la figura 2.8, en la que

se observa en ella que la corriente aumenta con respecto a la frecuencia de la

intensidad luminosa en mayor proporcin que la tensin (Boylestad & Nashelsky,

1994)

Figura 5 curva caracterstica de tensin corriente de la clula fotovoltaica

(modificado de Robert Boylestad & Louis Nashelsky, 2000)

La eficiencia de la clula solar se determina dividiendo la potencia elctrica

generada con respecto a la potencia que proporciona la fuente luminosa, ecuacin

siguiente:

Los niveles tpicos de eficiencia varan de 10 a 40% (Boylestad & Nashelsky, 1994)


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CONEXIONADO EN SERIE Y PARALELO DE LA CLULAS FOTOVOLTAICAS

La celda fotovoltaica comercial de silicio tiene un punto de trabajo caracterstico de

(0.45 V y 30mA cm-2) para lograr mayor tensin y corriente elctrica se tendr que

hacer arreglos en serie y en paralelo y as tener la estructura de un panel

fotovoltaico con ciertas caractersticas de tensin (12V, 24V)y corriente propio del

panel solar (Valera, 1993; Roldan, 2008).

Para obtener un panel de mayor capacidad en tensin habr que colocar las

clulas fotovoltaicas en serie como se muestra en la figura (Espinoza & Horn, 1992;Valera, 1993; Roldan, 2008).

Figura6: Clulas fotovoltaicas en serie (modificado de Anbal Valera P, 1993).

Para obtener un panel de mayor capacidad en corriente habr que colocar las

clulas fotovoltaicas en paralelo como se muestra en la figura 2.10.


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Figura7 Clulas fotovoltaicas en paralelo (modificado de Anbal Valera P, 1993).

Para obtener un panel de mayor capacidad en corriente y tensin habr que

colocar las clulas fotovoltaicas en paralelo y en serie como se muestra en la

figura.

Figura8 Clulas fotovoltaicas en serie y paralelo (modificado de Anbal Valera P,

1993).

La luz es una radiacin electromagntica y es una forma de energa y en un da

soleado la energa irradiada en la superficie de la tierra es de ( 1kWm -2) la misma

que puede ser aprovechada por el sistema fotovoltaico( Roldan, 2008).


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TIPOS DE FABRICACIN DE LA CLULA FOTOVOLTAICALa formacin de la unin p-n mediante la deposicin de varios materiales (boro y

fsforo generalmente), y su integracin en la estructura de silicio cristalino quefinalmente provee a la clula de contactos elctricos adecuados; los tipos de

clulas segn su estructura son:

SILICIO MONOCRISTALINO: material de silicio caracterizado por una disposicin

ordenada y peridica de tomo, de forma que solo tiene una orientacin cristalina,

es decir, todos los tomos estn dispuestos simtricamente (Sc-Si single crystal).

Presentan un color azulado oscuro y con un cierto brillo metlico. Alcanzan

rendimientos de hasta el 17% (Schallenberg et al, 2008).

SILICIO POLICRISTALINO: silicio depositado sobre otro sustrato, como una

capa de10 a 30 micrmetros y tamao de grano entre 1 micrmetro y 1 mm. Las

direcciones de alineacin van cambiando cada cierto tiempo durante el proceso de

deposicin. Alcanzan rendimientos de hasta el 12% (Schallenberg et al, 2008).

SILICIO AMORFO:compuesto hidrogenado de silicio, no cristalino, depositado

sobre otra sustancia con un espesor del orden de 1 micrometro (am-Si, o am-Si-H).

No existe estructura cristalina ordenada, y el silicio se ha depositado sobre un

soporte transparente en forma de una capa fina. Presentan un color marrn y gris

oscuro. Esta tecnologa permite disponer de clulas de muy delgado espesor y

fabricacin ms simple y barata, aunque con eficiencia del 6-8% (Schallenberg et

al, 2008).

LA ENERGA SOLAR SUSTENTABLE DE LA CONVERSIN DE ENERGAELCTRICA DE LAS CLULAS FOTOVOLTAICAS

La sustentabilidad es un trmino que es equivalente al potencial de desarrolloinmerso en ecosistema (Elizalde, 2003). Las fuentes de energa sustentables e

inagotables para la produccin de electricidad, que se encuentra en la tierra son las

energas renovables, nuclear y el hidrogeno, la energa solar como fuente de

energa renovables en el proceso de generacin de energa elctrica por medio de


25/44

sistema fotovoltaico y como fuente de energa limpia libre de emisiones de gas de

efecto invernadero (Bazn, 2004).

El sistema fotovoltaico es el sistema de electrificacin moderno, autnomo y limpio,

usadas en la electrificacin rural; se han instalado en 500 000 hogares rurales en

todo el mundo y se abastece de la energa del sol (Rodrguez & Sarmiento, 2011).

2.4 EL SISTEMA FOTOVOLTAICOPara generar la energa elctrica a partir de un sistema fotovoltaico, hay que

componerla por sus elementos correspondientes como se muestra en la figura 8 yse describen a continuacin:

2.5 PANELES O MDULO FOTOVOLTAICO:son la encargada de la transformacin de la energa electromagntica provenientes

del sol en energa elctrica, cada panel proporciona una tensin (V) corriente (I) y

potencia(P) continua (DC) , a fin de conseguir mayor corriente en el sistema se

tendr que hacer un arreglo en paralelo ( suma de corrientes ) y para obtener

mayor tensin en el sistema se tendr que hacer un arreglo en serie ( suma de

tensiones ), sumando en cada una de ellas la potencia individual del panel otros

(Roldan, 2008; Escobar et al., 2009).

2.5.1 ACUMULADOR ELCTRICO Y REGULADOR DE CORRIENTE

Est conformado por el banco de bateras y su finalidad es de acumular la energa

de exceso o no consumo por la carga proveniente de los paneles, esta energa es

suministrada a la carga elctrica bajo el control del regulador de corriente en

especial en las horas pico de generacin elctrica desviando el exceso de energa

hacia las bateras y suministrando este exceso de energa en las horas que no

genera el sistema hacia la carga. Las bateras son elegidas de acuerdo a ciertos

factores de la carga tales como: el tipo de carga al que se destina el sistema, la

potencia de la carga y el ciclo de consumo previsto y otros. El regulador de


26/44

corriente es la encargada de desconectar el banco de condensadores cuando ha

llegado a su capacidad de almacenamiento de carga elctrica as mismo apertura

la conexin con el modulo fotovoltaico en las horas de no generacin a fin de que lacorriente no regrese a los paneles y los dae, as mismo interrumpe la conexin

con la carga en los instantes en que el modulo fotovoltaico o el banco de bateras

no cuente con la energa suficiente que solicita la carga elctrica hasta que el

banco de bateras se cargue con suficiente energa para seguir suministrando

(Roldan, 2008; Escobar et al., 2009).

Figura9 Esquema general de un sistema fotovoltaico:

2.5.2 CLCULO DE LAS PARTES DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO

El consumo energtico ET(Watt-H) se determina calculando la potencia elctrica

requerida por las horas de trabajo al da de la carga, y se puede calcular con la

ecuacin 1.

(1)

Donde E energa requerida por el sistema fotovoltaico dado en Watt-H y R es la

prdida global o parmetro de rendimiento global del sistema y se determina por la

ecuacin 2:


27/44

(2)

En donde kb es el coeficiente de prdidas por rendimiento del acumulador, vale 0,1

en sistemas con descargas profundas y 0,05 para sistemas que no demanden

descargas intensas; kces el coeficiente de prdidas en el convertidor y vale 0.05

para convertidores sinusoidales puros y 0,1 para convertidores en otras

condiciones de trabajo; kv es el coeficiente de perdidas varias, ella agrupa otras

perdidas como el rendimiento de red, efecto Joule y otros, su valor es 0,05 a 0,15

como valores de referencia; kaes el coeficiente de auto descarga diario y su valor

est determinado como sigue : 0,002 para bateras de baja auto descarga (Ni- Cd),

0,005 para bateras estacionarias de Pb-acido (lo ms habituales) y 0,012 para

bateras de alta auto descarga; Nes el nmero de das autonoma de la instalacin,

sern los das que la instalacin deba operar bajo una irradiacin mnima (das

nublados continuos), en los cuales se va a consumir ms energa de la que el

sistema fotovoltaico va a ser capaz de generar; Pdes la profundidad de descarga

diaria de la batera, esta profundidad de descarga del banco de bateras no

exceder el 80% (Escobar et al., 2009; Agustn , 2010).

Una vez definida la utilidad energtica real E, se obtiene la capacidad C decorriente requerida por el sistema en A-H necesario, del siguiente modo, ecuacin

3:

(3)

SiendoV la tensin nominal del sistema fotovoltaico; as mismo esta cantidad de

corriente ser la capacidad mnima CMi n B de almacenamiento por el banco debatera (Escobar et al., 2009; Agustn, 2010).

Para encontrar el nmero de bateras a emplear se deben conocer cuantas se van

a instalar en serie a fin de obtener la tensin nominal del sistema fotovoltaico y en

paralelo para obtener la corriente requerida por la carga, los mismos que se

determinan por la ecuacin 4 y 5 respectivamente:


28/44

(4)

(5)

BP: nmero de bateras en paralelo

CMin B: capacidad mnima del banco de bateras en [A-h]

CBAT: capacidad de la batera en [A-h]

BS: nmero de bateras en serie

V: voltaje nominal del sistema en [V]

VNom B: voltaje de la batera en [V]

(Escobar et al., 2009)

El numero requerido de bateras se determina multiplicando BP*BS (Escobar et al.,

2009)

El nmero de paneles solares NPnecesarios se calcula del siguiente modo,

ecuacin 6:

(6)

Donde WPes la potencia nominal del panel y HPS es las horas pico de la zona que

es numricamente equivalente a la irradiancia en kWattm -2 de la zona (Agustn,

2010).

El regulador depende del nmero de paneles que se deben regular y se

dimensiona con un 15 o 20 % de ms de la corriente de la carga y se determina

con la siguiente ecuacin 7:

(7)

Donde

IMax R: corriente mxima del regulador en [A]

IM: corriente nominal del panel a potencia mxima en [A]

Np: nmero de paneles en paralelo


29/44

Mp: margen de potencia en (%)

(Escobar et al., 2009).

El nmero de reguladores se determina por la siguiente expresin, ecuacin 8:

(8)

Dnde:

NReg: nmero de reguladores requeridos

IMAX R: corriente mxima del regulador en [A]

IR: corriente del regulador, dato de placa en [A]

La potencia del inversor depende de la potencia que se requiere entregar a la carga

y la potencia que entrega el inversor debe ser mayor a la requerida por la carga

(Escobar et al., 2009).

2.6 HIPTESIS

2.6.1 HIPTESIS GENERAL.

El sistema seguidor solar con suministro elctrico fotovoltaico influye en la

obtencin de energa elctrica para uso domstico.

2.6.2 HIPTESIS ESPECFICAS

El aumento de ganancia de la radiacin solar para la generacin de la energa

elctrica.

El sistema de control de giro al simtrico al sol.

2.7 DEFINICIN DE TRMINOS

2.7.1 PANEL SOLAR:

Se denomina al arreglo de clulas fotovoltaicas en paralelo para obtener mayor

corriente, o en serie para obtener mayor tensin, los paneles solares son


30/44

transductores de la energa de la radiacin solar (fotn) a elctrica (electrones)

para su consumo.

Figura10; seguidor solar
http://4.bp.blogspot.com/-ELhQ66WC2rE/UOChKpaFlBI/AAAAAAAACYY/SELMN4ftdt8/s1600/placa+seguimiento+al+sol+proyecto+Oleguer+Canal+y+Ricard+Lado.png


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IDENTIFICACIN DE VARIABLES

VARIABLE INDEPENDIENTE:

Sistema de control de seguidor solar con suministro elctrico por generador

fotovoltaico.

VARIABLE DEPENDIENTE:radiacin solar, energa elctrica.

DEFINICION OPERATIVA DE VARIABLES E INDICADORESOPERACIONALIZACIN DE LAS VARIABLES

VariableDefinicin

Operacional IndicadorCategora o

Escala

Criterio de

Medicin

de las

categoras

a. variable Independiente (causa)

Sistema seguidor solar

panel solar genera

energa elctrica

Medicin del

consumo

elctrico

Potencia

Elctrica

Baja 800

watts

Watt

b. variable dependiente (efecto)

Radiacin solar

Medicin del

aumento de la

intensidad solar

en el ambiente

en el exterior deuna vivienda

Incidencia

solar

Baja 20 C

C

Tabla1.operatizacion de las variables.


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CAPTULO III

METODOLOGIA DE LA INVESTIGACIN

3.1 AMBITO DE ESTUDIO

El mbito del plan de Tesis est circunscrito a lo siguiente:

3.1.1 GEOGRAFICAMENTE

Regin : Huancavelica

Provincia : Tayacaja

Distrito : Pampas

Superficie : 10907km

Zona : E. A. P. de Electrnica

Longitud : 74'52' 02 de longitud oeste

Latitud : 12 23'42 de latitud sur

Altitud : 3.260m.s.n.m
http://es.wikipedia.org/wiki/Kil%C3%B3metro_cuadradohttp://es.wikipedia.org/wiki/Metros_sobre_el_nivel_del_marhttp://es.wikipedia.org/wiki/Metros_sobre_el_nivel_del_marhttp://es.wikipedia.org/wiki/Kil%C3%B3metro_cuadrado


33/44

Figura11. Localidad de pampas

3.2 TIPO DE INVESTIGACINEn la investigacin es tipo aplicada y tecnolgica. La tecnologa avanzada para la

conversin de energa electromagntica proveniente del sol en energa elctrica,

con el avance tecnolgico empleando mecanismos elctricos y electrnicos como

son sensores (LDR), motores (trico o paso a paso), micro controlador (PIC), panel

solar, la estructura fsica de la planta, etc. para aprovechar la energa fotovoltaica

durante el da.

3.3 NIVEL DE INVESTIGACIN

Segn la investigacin terica sobre la energa solar directa es el resultado del

proceso de fusin nuclear que da lugar en la superficie del sol. Tomando en cuenta

la cantidad de energa que genera este proceso, la tierra recibe menos de una

millonsima parte, de la cual proporcionalmente con el tamao de nuestro planeta

es una gran cantidad de energa.

3.4 METODO DE INVESTIGACION
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Centro_de_Pampas.jpg


34/44

Para la realizacin del seguidor solar se debe proceder al desarrollo de los

siguientes pasos, los cuales nos darn cada vez las pautas a seguir para el

correcto desempeo del mismo.En primera instancia se analiza la existencia de seguidores solares de cualquier

tipo alcanzable dentro del mercado competitivo ms cercano, encontrando

solamente seguidores de venta en internet y haciendo su adquisicin va

paquetera, por lo que no se cont con la oportunidad de analizarlos de forma

presencial. Una vez realizada esta tarea se debe proceder a identificar cules son

las caractersticas distintivas o de valor para cada tipo de seguidor. Alcanzado el

punto referencial, se debe considerar la proyeccin del diseo de un modelo quepresente ventajas de desempeo, mayor economa en algn aspecto y en esencia

que sea un diseo ms robusto e ntegro.

En este seguidor solar se implementar la utilizacin de un PIC, el cual ser el

encargado de realizar la tarea de comparacin entre las diferentes lecturas de

resistencia que arrojarn dos fotoceldas situadas en la parte superior del eje y al

lado del rea efectiva. Asimismo se necesitar la elaboracin de un puente h para

invertir las polaridades del motor de corriente directa y otros componentes delsistema que realizarn tareas diversas dentro del circuito electrnico.

3.5 DISEO DE INVESTIGACION

El diseo de investigacin es terica y experimental.

Para el desarrollo de la investigacin, se considera las mediciones de lux durante el

da, cada 3 horas y en 5 das calendaras. Y tambin durante los meses de invierno

verano y otoo respectivo en la EAP de electrnica.


35/44

Figura 12 Posicin de la tierra en la eclptica en 4 momentos distintos del ao.

3.6. POBLACIN, MUESTRA Y MUESTREO

POBLACIN:est constituida por toda la radiacin solar medida durante el da.

MUESTRA: radiacin solar medidas y escogidas que se llevara en lugar del EAP

electrnica.

3.7. TCNICAS Y PROCEDIMIENTOS DE RECOLECCIN DE DATOS

El Para obtener la controlabilidad del seguidor de solar que estar en la EAP deelectrnica, donde se implementara el proyecto y luego se tomara mediciones

respectivas para la mejorar el proyecto.

3.8. TCNICAS DE PROCESAMIENTO Y ANLISIS DE DATOS


36/44

De los datos de la muestra obtendremos la media y su varianza con los software

estadsticos conocidos como el SPS, SAS y EXEL, los mismos que nos permitir

comparar en la prueba de hiptesis, as mismo al graficar el histograma nospermitir observar la simetra de los datos (simtrico, simtrico +, simtrico -); al

calcular la curtsis se podr observar la concentracin de los datos sobre la media.

CPITULO IV

ASPECTO ADMINISTRATIVO

4.1 RECURSOS HUMANOSAUTORES

NOMBRES Y APELLIDOS E.A-P

Ccahuay Huamani, Juan Erwin

Cosinga Valdivia Gilmer

Zarate Perez, Edinson Bismarck.

Electrnica

Electrnica

Electrnica

Tabla2.autores

ASESOR

NOMBRES Y APELLIDOS Institucin

Ing. Almidn Elescano, ngel UNH.


37/44

Tabla3.asesor

4.2 RECURSOS MATERIALES

CDIGO

DE LA

PARTIDA

DENOMINACIN

DE LA PARTIDA

DESCRIPCIN MONTO (S/.)

5.3.11.30 Materiales de

Consumo

Servicio de Internet 10

lapicero 1

SUB TOTAL 11

5.3.11.51 Equipamiento y

Materiales:

DESCRIPCIN MONTO (S/.)

Panel Solar 1kit 15

Ampermetro 20 5

Voltmetro 01 Kit 30

Bateras 01 equipo 30

Sensores de luz 4 kit 5

01 Kit 2

SUB TOTAL (S/.) 87

CDIGO DE LA DENOMINACIN DE DESCRIPCIN MONTO


38/44

PARTIDA LA PARTIDA (S/.)

1 Otros servicios de

terceros

Instalacin del Equipo 10

TOTAL (S/.) 108

Tabla4.recursos materiales

4.3 CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

Actividades MESESABR MAY JUN JUL AGO

Organizacin, Elaboracin del Plan de

proyectoX

Bsqueda de informacin, seleccin de

la informacin, diseo del prototipo y

experimentacin

X

Experimentacin, recoleccin de datos y

experimentacin XExperimentacin, recoleccin de datos y

experimentacin

Presentacin del informe final y

sustentacin de la tesis

X X

Tabla5. Cronograma de actividades

4.4 PRESUPUESTO

Tenemos estimado gastos que se har en el desarrollo del proyecto, que a

continuacin se detalla:


39/44

Item. Cant. Descripcin del Producto Precio Unit. Valor

1 4 Panel solar pequeo 15 15

2 4 Batera de 1AH y 12V 20 20

5 4 Sensores de luz 0.5 2

TOTAL 37

Tabla6.presupuesto

4.5 FINANCIAMIENTO

Descripcin Presupuesto

Aporte por el autor S/.150.00

Tabla7.financiamiento

MATRIZ DE CONSISTENCIA:Ttulo: Influencia de control de motor con la luz en el panel solar para el mejor aprovechamiento de

la energa solar.

PROBLEMA OBJETIVOS HIPOTESIS VARIABLES


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Tabla8.problemas, objetivos, hiptesis, variables

GeneralCmo influye el sistema de controldel motor con la luz en el panel solar

para el mejor aprovechamiento de laenerga solar?

Evaluar la influencia delsistema de control delmotor.

El sistema de control delmotor influye para mejorarel aprovechamiento de la

energa solar.

Cunto, mejora el panel solar en elaprovechamiento de la energa solar?

Generar mayor cantidad decorriente.

El sistema de control en elpanel influye para generarenerga elctrica.

Dependiente:Panel solarEnergaelctrica


41/44

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