Taller De Investigacion

DIRECCIÓN GENERAL DE EDUCACIÓN SUPERIORTECNOLÓGICA.

Instituto Tecnológico de Veracruz

TALLER DE INVESTIGACIÓN I

MENDO TIBURCIO MARIANO EFRAIN

SANTOS SALDAÑA ANGEL JAVIER

DR. GENOVEVA DOMÍNGUEZ SÁNCHEZ

TITULAR DE LA MATERIA

I. T. V.

H. VERACRUZ, VER. 17DICIEMBRE/ 2014

Objetivo general

Diseñar un cargador solar para baterías Li-Ion de equipos portátiles, como celulares, reproductores de audio, etc. haciendo uso de un generador fotovoltaico de baja potencia (alrededor de 1 W), ya que las baterías de este tipo de dispositivos son de baja capacidad.

Objetivo especifico

• Analizar las celdas solares y la energía solar.

• Analizar los dispositivos a cargar y las normas que los rigen.

• Diseñar los circuitos para garantizar el funcionamiento adecuado de las celdas que se van a trabajar.

• Diseñar el sistema de potencia correspondiente para estos dispositivos

Problemática

México es un país consumidor de tecnología, por lo que la cantidad de usuarios en aparatos o dispositivos portátiles ha sido incrementada considerablemente en las últimas décadas y esto lo comprobamos por lo menos en la telefonía celular, ya que en base la consulta Mitofsky, 2 de cada 3 mexicanos mayores de 15 años dicen contar con un teléfono celular. Es decir se tiene en promedio 0.7 celulares por persona, de un 78,423,336 pobladores mayores de 15 años (de acuerdo al INEGI ), dando un total de 75,304,000 de celulares.

Para la tecnología que hoy en día ocupa varias de nuestras actividades cotidianas, desde hablar por teléfono celular, escuchar música en un reproductor portátil, entre muchas cosas más; es importante tener siempre en cuenta un factor, la batería, que en la actualidad, está constituida por Iones de Litio (Li-Ion Battery).

Sin embargo una gran limitante en estos días, es el depender usualmente de cargadores que funcionan con corriente eléctrica alterna, restringiendo el uso de estos aparatos, a salir al campo y permanecer cierto tiempo fuera de casa, salvo que se utilice la entrada del encendedor del automóvil para utilizar un cargador eléctrico y aun así es una gran desventaja principalmente si se va a una caminata o campamento donde no hay facilidades de ningún tipo para obtener corriente eléctrica.

Es por ello que con este cargador se busca tener una alternativa, ya que en las circunstancias donde se encuentren las personas tendrán la facilidad de un cargador móvil que pueden llevar como cualquier otro dispositivo portátil.

Análisis FODA.

Justificación

Durante los últimos años se ha venido avanzando más y más en el campo de las energías renovables. Vivimos en una sociedad que parece que cada vez es más dependiente de la energía eléctrica y el deseo de hacer que la energía que consumimos sea cada vez más limpia es común.

Tomando como base que hasta 2014, México contaba con una capacidad efectiva instalada para la generación de energía eléctrica de 64,690 MW, de los cuáles 14,891 MW provinieron de fuentes renovables de energía (eólica, solar, hidráulica, geotérmica y de biomasa), lo que representa el 23% del total de la capacidad instalada, de acuerdo con estimaciones de ProMéxico con datos de la Comisión Reguladora de Energía (CRE) y la Comisión Federal de Electricidad (CFE) siendo Oaxaca y Veracruz son los estados con mayor número de proyectos eólicos y solares, respectivamente

No obstante, debido al gran crecimiento de los dispositivos móviles, se ve la necesidad de implementar un cargador portátil, basado en la energía solar, que pueda suministrar energía en cualquier lugar y sea amigable con el ambiente.

Este desarrollo se realiza, tomando como ventaja el estudio realizado por el Centro Woodrow Wilson titulado “Potencial de energía solar en México” en donde afirma que México es uno de los pocos países del mundo, cuyo territorio se ubica en la geografía con “mayor densidad de radicación solar”, con un promedio de 5.8 KiloWatios / Hora / Metro cuadrado.

El cargador portátil que se diseña, tiene la facilidad de ser transportado como cualquier otro dispositivo móvil debido a su diseño y a sus características de funcionamiento que son adecuadas según las necesidades de las personas que requieran optar por este cargador.

Marco Teórico

1. Introducción

La energía solar fotovoltaica convierte directamente la radiación (solar u otra) en electricidad. Para ello utiliza los llamados módulos fotovoltaicos o generadores fotovoltaicos compuestos de células solares conectadas en serie o paralelo que realizan esta transformación de energía. Estas células están fabricadas con materiales sensibles a las longitudes de onda del espectro solar.

Los generadores fotovoltaicos tienen una característica estática corriente-tensión (I-V) no lineal que presenta un punto de potencia máxima (PPM). Esta característica depende del nivel de irradiación y de la temperatura de la célula, así como también del grado de envejecimiento de la misma.

La obtención de la máxima potencia de un generador fotovoltaico es muy importante hoy en día, ya que esto permite disminuir el uso de más paneles para la generación de la misma potencia, y por consiguiente ahorramos dinero.

2. El Generador Fotovoltaico

2.1. Origen de las células solares

El efecto fotovoltaico fue reconocido por primera en 1839, cuando el científico francés Henri Becqerel realizo el descubrimiento de que una corriente eléctrica podía ser producida haciendo brillar el sol sobre ciertas soluciones químicas.

Pero la primera célula solar se construyó hasta 1883. Fue Charles Fritts, quien recubrió una muestra de selenio semiconductor con pan de oro para formar el empalme. Este primitivo dispositivo presentaba una eficiencia de sólo un 1%.

2.2. Principio fotovoltaico y funcionamiento de la célula solar

Las células solares están formadas por materiales semiconductores, mayoritariamente de silicio, y son elementos que transforman directamente parte de la energía solar que reciben en energía eléctrica. Los electrones de valencia del material conductor de la célula, que están ligados débilmente al núcleo de sus átomos, son arrancados por la energía de los fotones de la radiación solar que inciden sobre ella. Este fenómeno se conoce como efecto fotovoltaico, el cual consiste en establecer una fuerza electromotriz cuando la radiación incide en la superficie de la célula. Su magnitud es del orden de 0.3 a 0.7 voltios, dependiendo del tipo de semiconductor, germanio o silicio, respectivamente.

El principio físico de la celda solar se puede sintetizar en los siguientes estadios:

• Los fotones incidentes son absorbidos y se generan pares electrón-hueco, tanto en la región P de la unión como en la región N.

• Los electrones y huecos generados a una distancia inferior a Lp o Ln (longitud de difusión del hueco y el electrón) de la zona de carga espacial, llegan a ella por difusión. En esta zona también se generan pares electrón-hueco a causa de la radiación que incide.

• En la zona de carga espacial, cada miembro de la pareja es separado por el campo eléctrico presente: los huecos se van a la región P y los electrones a la región N.

Esta diferencia de potencial se puede medir entre las conexiones de los bornes positivos y negativos de la célula.

Figura 1: Composición de una célula FV típica.

Bajo la ausencia de luz la célula fotovoltaica no es un elemento activo, sino que funciona como si fuera una unión p-n de un diodo. Externamente, la célula se ve como un receptor de energía, pues no produce ni corriente ni tensión.

2.3. Celda en circuito abierto

Si la celda está en circuito abierto (corriente nula), la acumulación de cargas de signos diferentes en los dos costados de la unión genera una tensión de circuito abierto VOC.

2.4. Celda en cortocircuito

Si cortocircuitamos la celda se genera una corriente de cortocircuito ISC. Es fácil ver que el sentido de la corriente es el mismo que el de la corriente inversa de saturación de la unión PN (diodo) y que la tensión de la célula es cero.

2.5. Influencia de la intensidad de la radiación solar y la temperatura

La intensidad de la radiación solar y la temperatura son dos factores ambientales que tienen una gran importancia en el comportamiento de las células, paneles y GFV. La variación de estas magnitudes modifica parámetros característicos como son la corriente de cortocircuito, la tensión en circuito abierto y la potencia máxima.

El aumento de irradiación solar contribuye al aumento de la corriente en cortocircuito y a una disminución de la tensión en circuito abierto. La potencia aumenta cuando la irradiación así lo hace.

Por otro lado, la variación de la temperatura afecta de manera diferente al GFV. Pues la corriente de cortocircuito

...