Tesis Electrica

Lista de figuras

Figura Pag.

2.1 Conversion de las energías . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2.2 Clasificación de las fuentes de energía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.3 Gráfica de consumo por tipo de energía a nivel mundial. . . . . . . . . . . . . . . 6

2.4 Reservas Mundiales de Petróleo 2004 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.5 Reservas Mundiales de Gas Natural 2004 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.6 Reservas Mundiales de Carbon 2004 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.7 Porcentaje de participación de la energía nuclear en la generación de energía eléctrica

para diferentes países, según datos de la IAEA en 2005. . . . . . . . . . . . 11

2.8 Emisiones de CO2 por region a nivel mundial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.9 Emisiones de CO2 por fuente de energía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.10 Consumo final de energía per cápita en México . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.11 Comportamiento de la producción y el consumo del Carbón . . . . . . . . . . . . 17

2.12 Comportamiento de la producción y el consumo del Gas Natural . . . . . . . . . . 17

2.13 Comportamiento de la producción y el consumo del Petróleo . . . . . . . . . . . . 18

3.1 Formas de captación solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3.2 Parque eólico de Kappel, Dinamarca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3.3 Capacidad instalada acumulada global 1995-2005 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.4 Esquema de Biomasa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

x

Figura Pag.

4.1 Gráfica típica de insolación diaria promedio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

4.2 Movimiento del sol a lo largo del año . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

4.3 Mapa de irradiación mundial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

4.4 Radiación directa solar en México . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

4.5 Mapa obtenido a partir del modelo de la NASA (NASA, 2005). . . . . . . . . . . 35

4.6 Historia de los SFV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

4.7 Componentes básicos de un sistema fotovoltaico . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

4.8 Partes de un módulo fotovoltaico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

4.9 Diodo de bloqueo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

4.10 Configuración típica de una celda fotovoltaica de silicio . . . . . . . . . . . . . . 40

4.11 Curva I-V y P-V para un módulo fotovoltaico típico . . . . . . . . . . . . . . . . 42

4.12 Conexión de celdas en serie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

4.13 Conexión de celdas en paralelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

4.14 Celda electroquímica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

4.15 Estado de carga y profundidad de descarga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

4.16 Característica I-V en condiciones estándar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

4.17 Principios de operación de un regulador paralelo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

4.18 Principios de operación de un regulador en serie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

4.19 Regulador de carga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

4.20 Tipo de Onda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

4.21 Principio de operación de un convertidor cd-cd. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

4.22 Diagrama de un reductor de voltaje cd-cd. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

xi

Figura Pag.

4.23 Diagrama de un aumentador de voltaje cd-cd. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

4.24 Orientación e inclinación de MFV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

4.25 Ángulo de inclinación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

4.26 Tipos de soporte para módulos solares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

4.27 Gráfica comparativa de un seguidor vs soporte fijo . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

4.28 Cableado de un SFV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

5.1 SFV independiente de cd . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

5.2 SFV independiente de ca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

5.3 SFV conectado a la red de CFE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

5.4 SFV centralizados en lugares aislados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

5.5 SFV de emergencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

5.6 Ritmo de crecimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

6.1 Distribución del Centro de Educación Ambiental “Cascabel” . . . . . . . . . . . . 80

6.2 Distribución de cargas de alumbrado, exceptuando terrarios. . . . . . . . . . . . . 90

6.3 Distribución de alumbrado de los terrarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

6.4 Plano de iluminación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

6.5 Esquema del seguidor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

6.6 Diagrama de conexiones SFV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

xii

Lista de tablas

Tabla Pag.

2.1 Emisiones Mundiales de CO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.2 Producción de energía primaria en México . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.3 Fuentes renovables de energía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

4.1 Eficiencias de celdas solares industriales y experimentales . . . . . . . . . . . . . 41

4.2 Ángulos de inclinación para sistemas fijos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

5.1 Aplicaciones de SFV según su capacidad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

5.2 Potencia instalada en México de generación eléctrica utilizando sistemas fotovoltaicos

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

5.3 Instalaciones fotovoltaicas en México por segmentos de mercado 1992-2004. . . . 76

6.1 Ficha Técnica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

6.2 Distribución de luminarias del bioterio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

6.3 Distribución de luminarias de la sala de exhibición . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

6.4 Distribución de luminarias de la sala de usos multiples . . . . . . . . . . . . . . . 85

6.5 Distribución de luminarias de la sala de proyección . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

6.6 Distribución de luminarias del laboratorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

6.7 Distribución de luminarias de los baños . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

6.8 Distribución de luminarias de la oficina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

6.9 Distribución de luminarias del recibidor y pasillos . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

xiii

Tabla Pag.

6.10 Cuadro de cargas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

6.11 Consumo energético diario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

6.12 Estimación de costos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

xiv

Nomenclatura

V Voltaje

I Corriente

W Watts

kWp Kilowatts producidos

A Ampere

mmpcd Miles de millones de pies cúbicos

PJ Petajoules

eV Electronvolts Corriente directa

ca Corriente alterna

C Grados Celsius

kHz 103 Hertz

kW 103 Watts

MW 106 Watts

GW 109 Watts

Capítulo 1

Introducción

Las fuentes primarias no renovables de energía (petróleo, gas natural y carbón) han sido,

durante varias décadas, el principal suministrador de las necesidades energéticas en el mundo.

Muy probablemente, la tendencia al consumo de dichos energéticos continuará, en mayor o

menor medida, a pesar de las diferentes variaciones de precios y de la escasa localización de

zonas de explotación. Sin embargo, existen dos principales limitantes en el uso de las fuentes

no renovables, que comienzan a preocupar a la comunidad mundial: 1) el inminente agotamiento,

en orden respectivo, del petróleo, gas natural, y carbón, marcado por los indicadores

de reservas probadas y probables y que, sin duda, acentuará paulatinamente el incremento de

precios de los energéticos, y 2) la constante emisión a la atmósfera de contaminantes de efecto

invernadero, producidos por la quema de combustibles fósiles.

Las limitantes en el uso de fuentes no renovables han contribuido a la intensificación del

estudio de fuentes alternas como lo son las energías solar, eólica, y biomasa. Si bien la conversión

de este tipo de energías a electricidad no es competitiva, en la mayoría de

...