Aplicaciones prácticas
Disculpen las molestias, estamos trabajando.......
este aviso era para los que de alguna manera se metieron en el blog durante su construcción.
Representación gráfica de una celda solar.....
Las celdas fotovoltaicas son elementos que producen electricidad al incidir la luz sobre su superficie. La fuente de luz utilizada generalmente es el sol, considerando su costo marginal nulo. Estas celdas también son conocidas como baterías solares, fotopilas o generadores helio voltaicos.
El lugar en el que decidimos instalar los paneles solares, fue el techo del invernadero; teniendo un pequeño inconveniente, la copa del árbol de la chirimoya que nos proyectaba sombras sobre la superficie del panel.
Por pura lógica decidimos podar esa parte, para evitar las sombras que se proyectarían; sobre todo en las horas de la tarde.....
Leyendo información de la instalación de los paneles nos dimos cuenta que es necesario evitar este tipo de sombras.......
Si una de las celdas conectadas en serie queda oscurecida, aunque sea parcialmente, de forma que sólo recibe una parte de la energía solar que llega a las que la rodean, sólo podrá generar una corriente limitada. Si la carga aplicada al panel solar es tal que demanda una corriente superior a dicha corriente limitada, la celda afectada funcionará en sentido inverso, lo que provoca su calentamiento y acarrea un riesgo de ruptura.
Por todo lo anterior, resulta evidente que es muy importante que los paneles no reciban sombras de obstáculos cercanos, ni hacerse sombra mutuamente en cualquier horario y época del año.
Las celdas fotovoltáicas modernas están formadas generalmente por una juntura semiconductora P-N de silicio de gran superficie y reducido espesor (típico: 0,3 mm), similar a la utilizada en los diodos de estado sólido; pero cuando la unión P-N se emplea como generador fotovoltaico, el sentido del flujo de los electrones es opuesto al que se observa cuando se lo usa como rectificador.
En la transición entre las capas P y N (capas con dopaje positivo y negativo respectivamente) se forma por difusión una capa límite en la que se establece una barrera de potencial. Para lograr un buen rendimiento energético, la capa límite deberá encontrarse lo mas cerca posible de la superficie expuesta a la luz.
La celda se completa mediante los contactos óhmicos (no rectificadores) en las capas P y N, de reducida resistencia eléctrica para no provocar caídas de tensión adicionales.
Se fabrican celdas solares circulares y rectangulares de cerca de 100 mm de lado. Estas últimas se emplean cuando se requiere un óptimo aprovechamiento del espacio, como en los satélites artificiales; resultando algo más caras que las circulares.
Al incidir la luz sobre la juntura, una parte de la luz se refleja (energía perdida) y la otra penetra en el semiconductor. Los fotones que ingresan con energía suficiente liberan cada uno un par electrón-hueco. Los portadores de carga liberados se propagan por el cristal mediante difusión o bajo la influencia de un campo eléctrico. Los electrones pueden recombinarse durante su recorrido, pero si un portador minoritario (electrón en la zona P, hueco en la zona N) alcanza la capa límite de la barrera de potencial, queda atraído por el campo eléctrico de esa capa y penetra en la región en que son mayoritarios los portadores de igual signo.
Por otro lado, el campo de la capa límite retiene los portadores mayoritarios en la región en que han sido liberados.
De este modo, cualquiera que sea la región en que queda absorbido el fotón y liberados los portadores de carga, el efecto fotovoltáico produce un desplazamiento de portadores que da lugar a una diferencia de potencial aprovechable de alrededor de 0,5 V entre los electrodos a circuito abierto. La barrera de potencial impide que el proceso se revierta, aunque puede existir una pequeña corriente de fuga. En circuito cerrado la corriente pasa por la carga del borne P al N, por el exterior de la célula.
Después de podar la copa del árbol, nuestros paneles quedaron libres para recibir los rayos del Dios Sol, prácticamente desde su aparición en las montañas hasta su ocaso.......
Este esquema nos muestra los elementos necesarios para una alimentación a 12 v.c.c.
Cuando se necesita suministrar corriente alterna, es necesario emplear un Inversor, el cual convertirá la corriente directa (12 v.c.d) de la batería a corriente alterna de 120 v.c a.
En la foto se muestran los dispositivos que son necesarios para el control y monitoreo del equipo:.
Regulador: el regulador electrónico de voltaje se conecta entre los paneles solares y la batería; este dispositivo está ajustado para que se conecte a 13volts y desconecte a 14.2 volts; soportando como máximo una carga de 8 amperes.
Inversor: el inversor electrónico está diseñado para convertir los 12 v.c.d de la batería en 120 v.c.a ; con un consumo máximo de 400 watts
.
Amperímetro: adicionamos un ampérimetro de corriente continua de 0 a 15 amperes para monitorear la salida de la batería; siendo necesario también un voltímetro para monitorear el voltaje de esta.
Batería para almacenar la carga: La Batería 31T/S-190M es una batería especial "Solar" de la marca LTH de 12 volts de ciclo profundo.........lNota: las baterías para los automóviles no son recomendables para estos usos......
Como primer paso, conectamos la batería con el inversor y alimentamos una lámpara y posteriormente los elementos eléctricos de una pecera........sin llegar a una descarga más allá de 11 volts de la batería, para evitar su deterioro.......
Cuando tuvimos terminada la instalación de los paneles solares en su sitio, procedimos a recargar la batería..........
Debido a nuestra inexperiencia en estos sistemas, nos hemos ido con pies de plomo para evitar dañar los elementos del equipo........
Este esquema nos muestra un sistema para aparatos que funcionen con 12 v.c.c.
Este otro, por tener un aparato para convertir la C.C. del acumulador en C.A. es el adecuado para aparatos que funcionan con C.A.
Así la curva tensión-corriente trazada en la oscuridad (O) resulta igual a la de un diodo ordinario, mientras que la curva correspondiente a la incidencia sobre la celda de una determinada iluminación (E), resulta de la traslación de la curva anterior, proporcional a la energía luminosa recibida.
Analizando la curva (E) se ve, que en el primer cuadrante (1), correspondiente al diodo con polarización directa, la característica no sale del origen, pues a corriente nula la tensión en bornes no es cero (Vco).
En el tercer cuadrante (3), la curva (O) indica la corriente inversa de fuga en la oscuridad en función de la tensión inversa, mientras que la curva (E) da la variación de esa corriente con la iluminación. Aquí la celda funciona como fotodiodo.
Finalmente, en el cuarto cuadrante (4), la celda funciona como generador de energía, siendo la región de trabajo normal de las celdas fotovoltaicas. En estas condiciones, la potencia que entrega pasa por un máximo (Pm) para determinados valores de tensión (Vm) y corriente (Im), fijados en función de la resistencia óptima de carga (Rm = Vm / Im ).
En la práctica, las celdas fotovoltaicas trabajan con dificultad fuera del cuarto cuadrante (4), sobre todo, la tensión inversa que pueden soportar es pequeña, lo que obliga a la instalación de un diodo de protección en serie para prevenir daños.
En una celda determinada, el rendimiento energético es función del reparto espectral de los fotones, lo que equivale a decir que, con radiaciones de determinadas longitudes de onda (colores) proporciona más energía eléctrica que con otras.
Si una de las celdas conectadas en serie queda oscurecida, aunque sea parcialmente, de forma que sólo recibe una parte de la energía solar que llega a las que la rodean, sólo podrá generar una corriente limitada. Si la carga aplicada al panel solar es tal que demanda una corriente superior a dicha corriente limitada, la celda afectada funcionará en sentido inverso, lo que provoca su calentamiento y acarrea un riesgo de ruptura.
Para solucionar este inconveniente, se limita la tensión inversa máxima que puede producirse añadiendo diodos en paralelo, situados habitualmente en la caja de conexiones, para proteger a las celdas del sobrecalentamiento debido a sombras parciales en la superficie del panel.
Análogamente, si una de las celdas conectadas en paralelo queda oscurecida, aunque sea parcialmente, de forma que sólo recibe una parte de la energía solar que llega a las que la rodean, sólo podrá generar una tensión limitada, menor a las restantes en paralelo. Entonces la celda afectada funcionará como receptor si la tensión de funcionamiento se hace superior a la suya a circuito abierto; lo que también provoca sucalentamiento y acarrea un riesgo de ruptura.
Para solucionar este inconveniente, se añaden diodos anti-retorno, situados habitualmente en la caja de conexiones, para proteger a las celdas del sobrecalentamiento debido a sombras parciales en la superficie del panel.
Por todo lo anterior, resulta evidente que es muy importante que los paneles no reciban sombras de obstáculos cercanos, ni hacerse sombra mutuamente en cualquier horario y época del año.
Analisis
En las especificaciones del equipo nos dicen:
Cinco horas de sol, nos suministran 5 x 72 x 7 días ......158 amp ó 2520 watts semanales.
En México las podríamos subir a 8 horas.....entonces tendríamos 8 x 72 x 7 = 4032 watts .
A la semana 4 kilowatts.
Al mes 16 kilowatts.
En mi último recibo de Luz veo que me costó a $ 2.00 el KW. lo que quiere decir que tenemos la posibilidad de ahorrarnos al mes 2 x 16 = $32.00 pesos.....
Si el equipo nos costó en números redondos $6,000.00 pesos, lo amortizaremos en 187 meses ó 16 años.........
Esperemos tener la paciencia para coincidir en el tiempo y platicarles como me fue.
Bajo estos números, todos se preguntaran que propósito se tiene el hacer la inversión:
Respuestas:
Primero.- Los seis mil pesos en mi bolsillo los hubiera gastado en otras chucherias.
Segundo:- Me doy la oportunidad de familiarizarme con el sistema.
Tercero.- Me divierto.
Cuarto.- Puedo tener energía eléctrica cuando se va la luz.
Quinto.- Mis abuelos y mis padres hubieran sido felices por tener energía para sus dos focos y su radio.
Sexto.- Procuraré ser tan feliz como lo hubieran sido mis abuelos, solo que con focos ahorradores y con mi tableta Black Berry.
Séptimo.- Le estoy ahorrando al planeta la quema de algunos kilos de gas.....
Octavo.- Según mis cuentas con una inversión de $ 6000,00 pesos el SOL me está
dando de interés al año 6.4%. mejor que en el Banco........
Atentamente
Amigo de SOL.
la chava de abajo se llama sol.
COMENTARIOS Y OPINIONES
Gracias Oscar, me agrado mucho y aprovecho tu correo para disculparme por ausencia en los desayunos ya que me veo impedido a asistir, debido a problemas de salud tanto de mi esposa como la mia.
Recibe un abrzo.
Benjamín S. Rebollo
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HOLA OSCAR ; QUE TIEMPO DURA ENCENDIDO EFICIENTEMENTE UN FOCO DE 100 WATS EN TU INSTALACIÓN DE CELDAS SOLARES.
GRACÍAS, BUEN DÍA.
SALUDOS..............
JESÚS
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Redacción
Respuesta:
El consumo de un foco de 100w en amperes es de W/V = A 100/120 = 0.83 amp.
La especificación de la batería es de 115 amp/hora ....en teoría nos serviría para alumbrarnos más de cien horas sin recargar la batería.
Recargando la Batería:
Las especificaciones de las celdas en amperes es 22 amperes por 5 horas de sol al dia.....como
que nos faltarían dos amperes de carga para cubrir las 24 horas del dia......casi casi como que
eterna........
Saludos
Oscar
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Hola:
Como siempre, muy interesante lo que nos presentas, aunque si soy honesta, para MI, muchos datos que, como no entiendo, de plano me los brinco, pero al llegar al ahorro en el consumo y el hecho de tener energía siempre, mis neuronas se despabilan y además, aunque no soy ecologista de hueso colorado, si me remuerde la conciencia el maltrato que le damos al planeta y por eso pongo mi granito de arena diariamente y, como sabes, siempre he estado con la cosquilla de poner un sistema alternativo generador de energía, así que tu artículo me va a ser de mucha utilidad.
Cambiando de tema, ¡que lástima que sólo hayas visto cuadritos! no se por qué, recuerda que yo de tecnología nada más no entiendo ni se como... de verdad fue una lástima porque en particular para tí, la intención de enviártelo era la foto de la modelo, que más o menos ahí se va con la chica que da la bienvenida en este artículo de tu blog... Lo siento
tendrás que imaginártela (capaz resulta mejor 
)
Besos
Rossana
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