Ingeniería Electromecánica “La Energía Solar”

Tecnológico Nacional de México[pic 1][pic 2]

Instituto Tecnológico de Parral

Semestre Agosto – Diciembre 2021

Taller de investigación II

Ingeniería Electromecánica

“La Energía Solar”

Autores: Martin Israel Muñoz Guzmán

Francisco Antonio Barraza Medina

Jorge Armando Ibarra Soto

Carlos Cesar Guillen Rodriguez

Coautor:

Planteamiento del Problema

     La energía solar, al ser una energía renovable y 100% sustentable, es una opción viable para disminuir la emisión de hidrocarburos a la atmósfera (cuidando el medio ambiente) y ahorrar dinero. El pagar la luz es un gasto fijo que tienen las personas en México, el costo de la luz depende de la tarifa y el gasto en KW mensual o bimestral mente. Hasta 2007, la generación de electricidad en México estuvo en manos del gobierno. El Plan Nacional de Desarrollo permitió a usuarios residenciales, comerciales e industriales, generar su propia electricidad mediante sistemas solares, con la posibilidad de intercambiar flujos en la Red General de Distribución (RGD). Es decir, el usuario puede, a partir de entonces, satisfacer su consumo eléctrico con paneles solares propios. Y si su generación es mayor a su consumo, puede vender el excedente a la Comisión Federal de Electricidad (CFE). A este sistema, en donde la generación eléctrica no recae en una sola fuente, se le llama Generación Distribuida (GD). México tiene un retraso en GD con respecto a otros países, ya que, haciendo una comparación con Alemania y China a pesar de que México tiene un territorio 5.5 veces mayor que Alemania y una radiación 5.0 veces superior, la energía solar generada en el país europeo es 44.2 veces superior. Con respecto a China, a pesar de que México tiene un territorio 4.9 veces menor, tiene una radiación solar promedio 1.2 veces mayor. Sin embargo, la energía solar generada es equivalente al 0.1% de la china. En esta investigación se pretende conocer las diferentes alternativas que hay para las instalaciones fotovoltaicas en México en residencias y locales comerciales, para definir sus ventajas y desventajas al competir con los combustibles fósiles en las matrices eléctricas.

¿Cómo la comunidad de Hgo? ¿Del Parral Chihuahua puede adoptar el uso y que beneficios tendrían al adoptar el uso de la energía solar?

Objetivo General

Encontrar las maneras en las que la comunidad parralense pueda emplear la energía solar.

Objetivos específicos

• Descubrir los beneficios al usar la energía solar.
• Localizar las posibles desventajas del uso de la energía solar.
• Dar a conocer los tipos de instalaciones fotovoltaicas.
• Conocer el funcionamiento de la energía solar.
• Revelar en que situaciones se utilizarían los distintos tipos de instalaciones eléctricas.
• Encontrar si es una fuente energética económicamente viable.

Justificación

La cuestión clave planteada en esta investigación se enfocará en encontrar la manera en que la comunidad Parralense pueda emplear la energía solar y así mismo descubrir las posibles ventajas y desventajas al usarla.

Así, el presente trabajo permitirá mostrar los tipos de instalaciones fotovoltaicas además de dar a conocer el funcionamiento de la energía solar, además de revelar en que situaciones se utilizarían los distintos tipos de instalaciones eléctricas y asi encontrar si es una fuente energética económicamente viable.

Limitaciones

     Existieron varios tipos limitaciones como la de la viabilidad de las fuentes, encontrar un documento reciente (2015 - 2019), que sea PDF con más de 10 páginas y con autor. Y, por último, existieron las limitaciones en la creación de tablas en los diferentes paquetes estadísticos por la limitación de recursos para conseguir los programas, entonces se tuvo que recurrir a crear en una sola computadora todas las tablas del grupo.

Marco de referencia

Marco teórico

     Introducción a la Energía Fotovoltaica.                                                                                                                                                

     La Energía solar, es la energía obtenida mediante la captación de la luz y el calor emitidos por el sol. La radiación solar que alcanza la Tierra puede aprovecharse por medio del calor que produce, como también a través de la absorción de la radiación, por ejemplo, en dispositivos ópticos o de otro tipo. Es una de las llamadas energías renovables particularmente del grupo no contaminante, conocido como energía limpia o energía verde.  La potencia de la radiación varía según el momento del día, las condiciones atmosféricas que la amortiguan y la latitud. Se puede asumir que en buenas condiciones de irradiación el valor es de aproximadamente 1000 W/m2 en la superficie terrestre. A esta potencia se la conoce como irradiación.  La radiación es aprovechable en sus componentes directa y difusa, o en la suma de ambas. La radiación directa es la que llega directamente del foco solar. Sin reflexiones o refracciones intermedias. La difusa es la emitida por la bóveda celeste diurna gracias a los múltiples fenómenos de reflexión y refracción solar en la atmósfera, en las nubes y el resto de elementos atmosféricos y terrestres. La radiación directa puede reflejarse y concentrarse para su utilización, mientras que no es posible concentrar la luz difusa que proviene de todas las direcciones. El Efecto Fotovoltaico (FV) es la base del proceso mediante el cual una célula FV convierte la luz solar en electricidad. La luz solar está compuesta por fotones, o partículas energéticas. Estos fotones son de diferentes energías, correspondientes a las diferentes longitudes de onda del espectro solar. Cuando los fotones inciden sobre una célula FV. Pueden ser reflejados o absorbidos, pueden pasar a su través. Únicamente los fotones absorbidos generan electricidad.  Cuando un fotón es absorbido, la energía del fotón se transfiere a un electrón de un átomo de la célula. Las partes más importantes de la célula solar son las capas de semiconductores, ya que es donde se crea la corriente de electrones. Estos semiconductores son especialmente tratados para formar dos capas diferentes dopadas (tipo p y tipo n) para formar un campo eléctrico, positivo en una parte y negativo en otra. Cuando la luz solar incide en la célula se liberan electrones que pueden ser atrapados por el campo eléctrico, formando una corriente eléctrica. Es por ello que estas células se fabrican partir de este tipo de materiales, es decir, materiales que actúan como aislantes a baja temperatura y como conductores cuando se aumenta la energía. Estas células conectadas unas con otras, encapsuladas y montadas sobre una estructura soporte o marco, conforman un módulo fotovoltaico. Los módulos están diseñados para suministrar electricidad a un determinado voltaje (normalmente 12 o 24 V). La corriente producida depende del nivel de insolación. La estructura del módulo protege a las células del medio ambiente y son muy durables y fiables. Aunque un módulo puede ser suficiente para muchas aplicaciones, dos o más módulos pueden ser conectados para formar un generador FV. Los generadores o módulos fotovoltaicos producen corriente continua (DC) y pueden ser conectados en serie o en paralelo para poder producir cualquier combinación de corriente y tensión. Un módulo o generador FV por sí mismo no bombea agua o ilumina una casa durante la noche. Para ello es necesario un sistema FV completo que consiste en un generador FV junto a otros componentes, conjuntamente conocidos como “resto del sistema” o BOS (del inglés balance of system). Estos componentes varían y dependen del tipo de aplicación o servicio que se quiere proporcionar. Los sistemas fotovoltaicos se pueden clasificar como autónomos o conectados a la red eléctrica. En definitiva y cómo podemos ver, nos encontramos ante una fuente de energía, que además de renovable se nos presenta como una clara apuesta de futuro de cara al planteamiento energético en los próximos años. Se conoce por radiación solar al conjunto de radiaciones electromagnéticas emitidas por el sol. El sol se comporta prácticamente como un cuerpo negro que emite energía siguiendo la ley de Planck a una temperatura de unos 6000 K. La radiación solar se distribuye desde infrarrojo hasta ultravioleta. No toda la radiación alcanza la superficie de la tierra, pues las ondas ultravioletas, más cortas, son absorbidas por los gases de la atmósfera fundamentalmente por el ozono. La magnitud que mide la radiación solar que llega a la tierra es la irradiancia, que mide la energía que, por unidad de tiempo y área, alcanza a la tierra. Su unidad es el W/m2. La Energía solar, es la energía obtenida mediante la captación de la luz y el calor emitidos por el sol. La radiación solar que alcanza la Tierra puede aprovecharse por medio del calor que produce, como también a través de la absorción de la radiación, por ejemplo, en dispositivos ópticos o de otro tipo. Es una de las llamadas energías renovables particularmente del grupo no contaminante, conocido como energía limpia o energía verde. El Efecto Fotovoltaico (FV) es la base del proceso mediante el cual una célula FV convierte la luz solar en electricidad. La luz solar está compuesta por fotones, o partículas energéticas. Estos fotones son de diferentes energías, correspondientes a las diferentes longitudes de onda del espectro solar. Cuando los fotones inciden sobre una célula FV. Pueden ser reflejados o absorbidos, pueden pasar a su través. Únicamente los fotones absorbidos generan electricidad.   Se conoce por radiación solar al conjunto de radiaciones electromagnéticas emitidas por el sol. El sol se comporta prácticamente como un cuerpo negro que emite energía siguiendo la ley de Planck a una temperatura de unos 6000 K. La radiación solar se distribuye desde infrarrojo hasta ultravioleta. (Santos, 2017)

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