UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA

PRACTICA Nº 7, 8 y 9

“CONSTRUCCION DE UNA COCINA SOLAR TIPO CAJA”

“INSTALACION DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO-SFV”

“PRUEBAS DE COCCIÓN EN COCINAS SOLARES”

CURSO: ENERGIAS RENOVABLES

PROFESORA: JUDITH RAMÍREZ CANDIA

INTERGRANTES:

ENZO PABLO HURTADO MENA

JUAN CARLOS VILCHEZ

KAREN ARANGUREN TUTAYA

RENZO GONZALEZ

MARIO PÉREZ

2014-II

PRACTICA N°7

CONSTRUCCION DE UNA COCINA SOLAR TIPO CAJA

INTRODUCCIÓN

El diseño y construcción de una cocina solar depende en buena parte de la imaginación y

posibilidades de cada uno .Se podría decir que hay tantas cocinas solares como usuarios

de las mismas, ya que al diseñarla, se le pueden imprimir las características que la hagan

más adecuada a cada necesidad.

OBJETIVO

Construir una cocina solar tipo caja con materiales reciclados. Evaluar su funcionamiento

a fin de demostrar los principios del diseño solar pasivo

METODOLOGIA

Materiales:

01 Caja de pizza

02 pliegos de papel aluminio

01 pliego de cartulina negra

Bolsa de plástico transparente/papel celofán

Cinta adhesiva

Cuerda

Papel periódico

Tijeras ,cutter, marcadores

01 espejo de 20x20 cm

Pegamento

INSTRUCCIONES

Montar la caja y abrir, luego proceder a revisar y reforzar los bordes de tapa

En los laterales de la cocina, armar una zona de asilamiento con papel periódico

y reforzó con cartón Pegar el papel aluminio con la superficie brillante hacia adentro en la tapa de la

caja y en los laterales de la base interior de la caja, evitando hacer la menor

cantidad de arugas posible.

Cortar la cartulina negra del tamaño de la base interior de la caja y pego, lo cual

ayudara a adsorber la luz solar entrante

Estirar con cuidado la envoltura de plástico sobre la abertura de la caja, sellando

los bordes con cinta para sellar el aire interior.

Cubra cualquier fuga de aire de los alrededores de los bordes de la caja con cinta,

excepto mientras se asegura que la caja todavía se puede abrir, para que se

pueda colocar los alimentos en el interior y los pueda quitar mas tarde

Exponer la cocina al sol sobre una superficie plana y nivelada

Se utilizó un hilo y cinta adhesiva para atar y ajustar el reflector, de modo que la

luz del sol se refleja en el horno y especialmente sobre la superficie negra de la

cocina

Coloque los alimentos en un plato de papel e introduzca al interior en el interior

del horno. Deje cocinar los alimentos, vigile el ángulo reflector de vez en cuando

para asegurarse de que este recibiendo la luz solar en el interior del horno

Añadir solapas de adicción para reflejar la luz solar en el horno. Esto puede

aumentar sustancialmente la ganancia del horno. Esto requerirá un poco de cartón

extra (de unas cajas, viejas por ejemplo), y un poco de papel de aluminio adicional,

pegamento e hilos para ajustar la solapas.

TAREA

Documento el proceso de construcción y prueba de su cocina tipo caja

1. Se montó la caja y abrió ,luego se procedió a revisar y reforzar los bordes de tapa

En los laterales de la cocina, se armó una zona de asilamiento con papel

periódico y reforzó con cartón

2. Se pegó el papel aluminio con la superficie brillante hacia adentro en la tapa de la

caja y en los laterales de la base interior de la caja, evitando hacer la menor

cantidad de arugas posible.

3. Se cortó la cartulina negra del tamaño de la base interior de la caja y pego, lo cual

ayudara a adsorber la luz solar entrante

4. Se estiro con cuidado la envoltura de plástico sobre la abertura de la caja, sellando

los bordes con cinta para sellar el aire interior .Se cubrió cualquier fuga de aire de

los alrededores de los bordes de la caja con cinta

5. Se expuso la cocina al sol sobre una superficie plana y nivelada, con un hilo y

cinta adhesiva se ató y ajusto el reflector, de modo que la luz del sol se refleje en

el horno y especialmente sobre la superficie negra de la cocina. Asimismo se tomó

los datos de campo con respecto a la radiación y temperatura de la caja, asi como

temperatura ambiente y velocidad del viento.

6. Finalmente se debe de colocar los alimentos en el interior del horno, dejándose

cocinar los alimentos y siempre vigilando el ángulo reflector de vez en cuando

para asegurarse de que este recibiendo la luz solar en el interior del horno. Pero

no se contaba con tiempo suficiente para esperar que se cocinen los alimentos ,

no se puedo llevar a cabo la experiencia

Referencie los fundamentos físicos de la operación de su cocina

El funcionamiento de un horno solar (cocina solar tipo caja) se basa principalmente en

algunos principios físicos:

EFECTO INVERNADERO

Este efecto permite aumentar el calor dentro del horno. Es el resultado del calor en

espacios cerrados en los que el sol incide a través de un material transparente como el

cristal o el plástico. La luz visible pasa fácilmente a través del cristal y es absorbida y

reflejada por los materiales que estén en el espacio cerrado.

La energía de la luz que es absorbida principalmente por los metales se convierte en

energía calorífica, la cual tiene una mayor longitud de onda. La mayoría de esta energía

radiante, a causa de esta mayor longitud de onda, no puede atravesar el cristal y por

consiguiente es atrapada en el interior del espacio cerrado. La luz reflejada, o se absorbe

por los otros materiales en el espacio o atraviesa el cristal si no cambia su longitud de

onda.

REFLEXIÓN

Cuanta mayor cantidad de luz solar entre por la caja, mayor será la cantidad de energía

dentro de ella, es por esto que generalmente se usan reflectores externos para aumentar

la cantidad de luz solar incidente.

CONDUCCIÓN

La segunda ley de la termodinámica plantea que el calor siempre viaja de lo caliente a lo

frío. El calor dentro de una cocina solar se pierde fundamentalmente por conducción,

radiación y convección.

El calor dentro de una cocina solar se pierde cuando viaja a través de las moléculas de

todo el material de la caja hacia el aire fuera de la caja. Es por esto, que en todo diseño

tradicional de un horno solar se usa un material llamado aislante térmico (como el corcho).

RADIACIÓN

Lo que está tibio o caliente despide olas de calor, o irradia calor a su alrededor. Estas olas

de calor se irradian de los objetos calientes a través del aire o el espacio. La mayor parte

del calor radiante que se despide de las ollas calientes dentro de una cocina solar se

refleja de vuelta a las ollas. Aunque los vidrios transparentes atrapan la mayoría del calor

radiante, un poco escapa directamente a través del vidrio. El cristal atrapa el calor

radiante mejor que la mayoría de los plásticos.

CONVECCIÓN

Las moléculas de aire pueden entrar y salir de la caja a través de huecos o

imperfecciones en la construcción, o al abrir la puerta; así, el aire caliente escapa del

horno. Es por esto que si se quiere reducir las pérdidas de calor por este fenómeno se

debe de fabricar un horno hermético y abrir la puerta lo menos posible.

ALMACENAJE DE CALOR

Cuando la densidad y el peso de los materiales dentro del armazón aislado de la cocina

solar aumentan, la capacidad de la caja de mantener el calor se incrementa. Si

introducimos en el horno metales, cazuelas pesadas, agua o comida dura que tarda

mucho tiempo en calentarse, la energía entrante se almacena como calor en estos

materiales pesados, retardando que el aire de la caja se caliente.

Estos materiales densos, cargados con calor, seguirán irradiando ese calor dentro de la

caja, manteniéndola caliente durante un largo período aunque el día se acabe.

VOLUMEN DE LA CAJA

Siendo todo igual, cuanto más grande sea el área de acumulación solar de la caja en

relación al área de pérdida de calor de la misma, tanto más alta será la temperatura de

cocción.

El sol, de forma generalizada, se mueve de este a oeste, es por esto que una cocina solar

puesta de cara al sol de mediodía debe ser más larga en la dimensión este/oeste para

hacer un mejor uso del reflector sobre un periodo de cocción de varias horas. Mientras el

sol viaja a través del cielo, esta configuración da como resultado una temperatura de

cocción más constante.

COLOR

Los cuerpos, al incidir sobre ellos una radiación y dependiendo de sus características

superficiales, absorben una parte de la radiación y reflejan el resto. El color que absorbe

más luz y energía radiante que incide sobre él, es el color negro.

Realice la caracterización de su cocina considerando: Descripción física de la

cocina, verificación de aspectos ergonómicos y de seguridad. Calidad de materiales

y evaluación del mantenimiento de la cocina. Utilice el procedimiento de ensayo

definido por la Red Iberoamericana de Cocción Solar de Alimentos (RICSA)

Las cocinas tipo caja, están fabricadas a partir de varios materiales. Cada uno de ellos

presenta ventajas y desventajas de rendimiento y/o económicas. A continuación un

pequeño detalle de los materiales que posiblemente se pueden usar:

DESCRIPCION FISICA DE LA COCINA

ESTRUCTURA (CAJA DE CARTON)

Muchos materiales que se comportan bien estructuralmente son demasiado densos para

ser buenos aislantes. Para proporcionar las dos cosas, tanto cualidades de estabilidad

estructural como de buen aislante, se necesita normalmente utilizar materiales distintos

para la estructura y para el aislamiento.

A no ser que se use una cocina que vaya a estar donde llueva, el cartón será más que

suficiente. El cartón es muy manejable y soporta muy bien el calor. El papel se quema

aproximadamente a 200 °C (415º F) y una cocina no alcanzará tal temperatura.

AISLANTE TÉRMICO (PAPEL PERIODICO)

A fin de que la caja alcance en su interior temperaturas lo suficientemente altas para

cocinar, los muros y la parte inferior de la caja deben tener un buen valor de aislamiento

(retención de calor).

Cuando se construye una cocina solar, es importante que los materiales aislantes rodeen

el interior de la cavidad donde se cocina de la caja solar por todos los lados excepto por el

lado acristalado normalmente el superior. Los materiales aislantes deben ser instalados

para permitir la mínima conducción de calor desde los materiales estructurales del interior

VENTANA

de la caja hacia los materiales estructurales del exterior de la caja. Cuanta menos pérdida

de calor haya en la parte inferior de la caja, más altas serán las temperaturas de cocción.

VENTANA (PAPEL CELOFAN)

Una superficie de la caja debe ser transparente y encararse al sol para suministrar calor

vía efecto invernadero.

La gente, generalmente, dice que el vidrio funciona hasta un 10% mejor que el plástico. Y

hay razones para creer esto, ya que en condiciones de viento, el vidrio no deja soltar tanto

calor como el plástico. El plástico, por el contrario, es recomendado ya que es mucho

menos frágil, fácil de transportar y funciona perfectamente. Un plástico fácil de obtener es

el de las bolsas de plástico para hornos. Estos generalmente están de venta en

supermercados. Hay muchos otros productos que también pueden funcionar, como

el Plexiglás.

REFLECTORES(PAPEL ALUMINIO Y ESPEJOS )

Se emplean uno o más reflectores para hacer rebotar luz adicional dentro de la caja solar

a fin de aumentar la temperatura de cocción. Este componente es opcional en climas

ecuatoriales pero incrementa el resultado de cocción en regiones templadas del mundo.

Para los reflectores se puede usar tanto aluminio como espejo, los espejos reflejan mejor,

pero son muy frágiles y costosos.

SUPERFICIE ABSORBEDORA (CARTULINA NEGRA )

El color que absorbe más luz y energía radiante que incide sobre él, es el color negro, por

lo que se empleó como material para la base de la caja, el cual tendrá la energía

suficiente para cocinar los alimentos

.

VERIFICACION DE ASPECTOS DE SEGURIDAD, ERGONOMICOS Y DE CALIDAD

SEGURIDAD

ERGONOMICOS

ASPECTOS DE CALIDAD

CASOS Muy probable Poco probable Nulo

Quemaduras por el uso normal:contacto con ella o alimento

caliente,quemaduras por luz concentrada,quemaduras por

contacto con vapor

X

Heridas por elementos existentes(angulos,puntas,etc) X

Quemaduras por falla(desborde de liquidos,sobrepresion,etc) X

Quemaduras o heridas por inestabilidad (ante vientos o al

moverla para inspeccionar la comida)

Heridas cuando no este en uso X

Heridas en caso de roturas:colapso de estructura,vidrios ,etc. X

CASOS Facil Medianamente facil Dificil

Proteccion al no usarla X

Transporte X

Facilidad de operación:armado y desarmado para dejarla

operativaX

Seguimiento solar :giro y correcion delangulo del reflector

cada 45 ° o menosX

Operación con viento X

introduccion de alimentos :puerta anterior con bisagras X

Limpieza de cocina X

Limpieza de ollas X

Elementos de control : evaluar forma de uso de tal

elementoX

ALTA (>3años) MEDIA(1.5-3años) BAJA(<1año)

Superficies absorbentes:evaluar resistencia al calor,vapor

humedad,radiacion UVCartulina negra X

Superficies reflejantes Papel luminio X

Cubierta transparente:vidrios float Espejo X

Aislamiento termico Papel periodico X

Otros componentes:proteccion exterior Carton X

Otros componentes:regulador de inclinacion Pabilo X

DURABILIDADMATERIALELEMENTOS

Evaluación sensorial de los alimentos

DATOS DE CAMPO:

Se obtuvo los datos de las diferentes variables ambientales de la cocina solar tipo caja,

pero por falta de tiempo no se pudo llevar a cabo la cocción de los alimentos por lo que no

se pudo llevar a cabo su evaluación sensorial.

VARIABLE AMBIENTAL DATO

T°Ambiente (C°) 26

T° Interior de caja (C°) 51

Velocidad del viento (m/s) 3.4

Radiacion solar (W/m2) 514.7

PRACTICA N°8

PRUEBAS DE COCCIÓN EN COCINAS SOLARES

INTRODUCCIÓN

Las cocinas y hornos solares son sencillas aplicaciones que aprovechan la energía del sol

para cocinar alimentos. Se basan en un recipiente aislante que acumula por efecto

invernadero la radiación solar, en el caso de los hornos, o que recibe y concentra esta

misma radiación en un punto focal donde se coloca el recipiente, en el caso de las

cocinas solares parabólicas.

OBJETIVO Evaluar el funcionamiento de una cocina solar tipo caja y parabólica.

METODOLOGIA

Materiales:

01 Cocina tipo caja

01 Cocina tipo parabólica

Alimentos precocidos

Accesorios, insumos, utensilios de cocina

INSTRUCCIONES

TAREA

Referencie los fundamentos físicos de la operación de las cocinas utilizadas

El funcionamiento de las cocinas utilizadas se basa principalmente en algunos principios

físicos:

EFECTO INVERNADERO

Uno de los principios básicos de captación de la radiación solar es lo que se conoce como

efecto invernadero. Éste se basa en la propiedad que tienen algunos materiales como el

vidrio de dejarse atravesar por la radiación solar, pero reflejar sólo una parte. Si dentro de

un receptáculo de vidrio, además, el color básico de los materiales es el negro, éstos

concentran con una gran dosis la energía recibida, de manera que los rayos infrarrojos no

tengan bastante energía para escaparse a través del vidrio. Esta conversión de la

radiación solar en energía calorífica a través de los rayos infrarrojos, que permite que la

temperatura de los objetos en su interior aumente, se conoce como efecto invernadero. La

temperatura alcanzada por los materiales afectados por el efecto invernadero se puede

transmitir por conducción y ésta permite, por ejemplo, cocinar los alimentos.

FORMA

Una propiedad de los discos esféricos con la superficie cóncava es que son capaces de

recoger y concentrar las ondas luminosas y sonoras. Según los metros cuadrados de este

receptáculo, la profundidad y la brillantez de la superficie, se alcanza (en un punto

separado del centro de la esfera que se conoce como punto focal) una determinada

temperatura.

El nivel de calor capaz de concentrar por una pantalla parabólica puede ser de miles de

grados cuando la superficie es enorme.

REFLEXIÓN

Cuanta mayor cantidad de luz solar entre por la caja, mayor será la cantidad de energía

dentro de ella, es por esto que generalmente se usan reflectores externos para aumentar

la cantidad de luz solar incidente.

CONDUCCIÓN

La conducción de calor o transmisión de calor por conducción es un proceso de

transmisión de calor basado en el contacto directo entre los cuerpos, sin intercambio de

materia, por el que el calor fluye desde un cuerpo a mayor temperatura a otro a menor

temperatura que está en contacto con el primero. La propiedad física de los materiales

que determina su capacidad para conducir el calor es la conductividad térmica.

La transmisión de calor por conducción, entre dos cuerpos o entre diferentes partes de un

cuerpo, es el intercambio de energía interna, que es una combinación de la energía

cinética y energía potencial de sus partículas microscópicas: moléculas, átomos y

electrones.

RADIACIÓN

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 el infrarrojo hasta el 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.

CONVECCIÓN

La convección es una de las tres formas de transferencia de calor y se caracteriza porque

se produce por medio de un fluido (líquido o gas) que transporta el calor entre zonas con

diferentes temperaturas. La convección se produce únicamente por medio de materiales

fluidos. Lo que se llama convección en sí, es el transporte de calor por medio del

movimiento del fluido, por ejemplo: al trasegar el fluido por medio de bombas o al calentar

agua en una cacerola, la que está en contacto con la parte de abajo de la cacerola se

mueve hacia arriba, mientras que el agua que está en la superficie, desciende, ocupando

el lugar que dejó la caliente.

La transferencia de calor implica el transporte de calor en un volumen y la mezcla de

elementos macroscópicos de porciones calientes y frías de un gas o un líquido.

COLOR

Podemos decir que el color que caracteriza a los diferentes cuerpos es una magnitud

determinante de su correspondiente capacidad para reflejar la radiación solar. Los objetos

negros absorben toda la luz solar, mientras que los blancos la reflejan casi toda. Esta

capacidad de reflexión de la radiación solar es lo que genéricamente se conoce como

albedo. En términos generales, el albedo del planeta Tierra, por ejemplo, es de 0,37, es

decir, que refleja en el espacio un 37% de la luz que recibe del Sol.

Documento el proceso de cocción de los alimentos en las cocinas solares

COCINA PARABÓLICA

1. Se tiene que hacer una limpieza previa de la zona de reflactancia, para que ocurra

con el mayor rendimiento posible.

2. Luego se ubica la cocina parabólica orientada hacia el norte.

3. Con la ayuda del disco de inclinación colocado a la derecha de la cocina,

buscamos orientarla de tal manera que en dicho instrumento se refleje la menor

sombra posible.

4. Ya ubicada la cocina en su óptima posición se espera a que los rayos solares

incidan y aumente la temperatura.

5. Finalmente se colocan los alimentos en la parte superior especialmente diseñada

para ello.

COCINA TIPO CAJA

6. Se procede a buscar el ángulo de inclinación de la tapa de la cocina hasta que el

haz de luz sea reflejado en la parte superior de la superficie que recibe el calor

(para así asegurar que todos los rayos van a rebotar en la cocina)

7. Luego se asegura con ayuda de una madera ajustada con diferentes orificios para

tener fijo este ángulo de inclinación de la tapa.

8. Luego dejar expuesta al sol para su precalentamiento.

9. Por último colocar los alimentos y esperar el tiempo necesario para su cocción.

Realice una descripción de las variables estudiadas y su importancia en la

operación de la cocina.

Fecha: 15 de noviembre del 2014

Lugar: La Molina

Variables ambientales: -

VARIABLE AMBIENTAL DATO

Radiación solar (W/m2) 514.7

Velocidad de viento (m/s) 3.4

T° ambiente (°C) 26

La ubicación geográfica en que trabaje la cocina solar condiciona la temperatura, esto es

debido al efecto que tiene la latitud en la incidencia de los rayos solares. Cuanto más

cerca del ecuador terrestre (latitud 0°) se podrán generar mayores temperaturas.

Las condiciones atmosféricas también son determinantes, las temperaturas más elevadas

se alcanzarán en días de cielo claro, soleado, sin nubosidad, con niveles mínimos de

contaminación y porcentajes bajos de humedad. Estos factores determinan el nivel de

energía solar disponible y en consecuencia la potencia que pueda desarrollar dicha

cocina.

La época del año y la hora que se utiliza la cocina solar influyen también, en verano el sol

está más alto y su incidencia sobre la superficie de la tierra permite captar más cantidad

de energía, lo cual permitirá obtener temperaturas mayores que las obtenidas en inverno.

Recorrido aparente del sol para esta fecha: 20.5°

-Realice una descripción del proceso de cocción (tiempos de cocción y análisis

organolépticos) y compare con un tipo de cocción convencional según convenga

(cocina a gas, horno eléctrico, otros).

La cocción en las cocinas solares requiere de un mayor tiempo para que los alimentos

puedan ser aptos para el consumo. En la cocina parabólica el tiempo de cocción fue

menor en comparación al de la caja. Para nuestro caso utilizamos “nuggets” que son

trozos de pollo untados en harina y que ya vienen listos para llevarlos a la cocina, el

tiempo en la cocina solar parabólica fue de 27 minutos y para la cocina tipo caja fue de 1

hora y 10 minutos. En los cuadros siguientes se detalla la clasificación organoléptica que

se realizó en clases.

COCINA SOLAR PARABÓLICA

COCINA SOLAR DE CAJA

COLOR OLOR SABOR

Muy agradable Muy agradable

Agradable Agradable X Agradable X

Desagradable Desagradable

Jamás lo comería Jamás lo comería

Se realizó la comparación de la cocción de los nuggets con sistemas convencionales de

cocina a gas natural y se obtuvo los siguientes resultados.

Tipo de cocción Nuggets 5 unidades Tiempo de cocción

Cocina a gas natural 8 minutos

Cocina solar Parabólica 25 minutos

Parrilla -

Tipo de cocción Nuggets 5 unidades Tiempo de cocción

Cocina a gas natural 8 minutos

Cocina solar Caja 1 h 10 minutos

Parrilla -

COLOR OLOR SABOR

Muy agradable Muy agradable

Agradable X Agradable X

Desagradable Desagradable

Jamas lo comeria Jamas lo comeria

Se concluye que para nuestro caso en estas determinadas condiciones el tiempo de

cocción en cocina solar parabólica fue mucho menor que el de cocina tipo caja. Los

parámetros organolépticos para ambos casos permiten el consumo de los alimentos

cocidos sin ningún problema.

Hemos visto que las cocinas solares pueden servir de gran utilidad en comunidades alejas

donde el acceso a sistemas convencionales de gas natural u otras fuentes de energía es

difícil, en algunas provincias del Perú, especialmente en la serranía la radiación solar es

casi todo el año y en cantidades altas, lo que permitiría el uso adecuado de estos

sistemas de cocción solar.

PRACTICA N°9

INSTALACION DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO-SFV

INTRODUCCIÓN

Se debe seleccionar adecuadamente el lugar para la instalación del panel. Las

consideraciones iniciales recomendadas son:

a. Identificar el punto de salida del sol y su trayectoria(norte)

b. Evitar obstáculos que generen sombras sobre el panel y limiten el acceso al sistema.

c. Identificar un área que de suficiente espacio en el techo, sobre postes o sobre la tierra.

d. Perfeccione el ángulo de la inclinación y la orientación de los paneles lo más posible;

paneles dando al sol y en una cuesta igual a una latitud (de no menor de 15°) o de 15°

más para nivelar fluctuaciones estacionales.

e. La estructura del techo o del palo/marco de soporte debería ser bastante fuerte para

llevar el peso de los paneles y suficientemente fuerte para soportar la fuerza extra del

viento (especialmente en áreas tempestuosas es un requisito importante).

f. Los paneles deben ser montados de tal manera que todavía sean accesibles para la

limpieza y el servicio. Esto también se aplica a la unidad de control y la batería.

g. Los paneles deben ser situados cerca de la unidad de control y las baterías para así

evitar el uso de cables largos, los cuales son más caros y causan más perdidas de

electricidad. También mantenga los cables de la unidad de control a los puntos de uso

final tan corto como sea posible.

OBJETIVO

Instalar un SFV con capacidad de alimentar una carga. Evaluar su funcionamiento.

METODOLOGIA

Materiales:

01 Panel solar

01 regulador/controlador solar

01 batería

01 conjunto/sistema solar (carga)

01 caja de herramientas

01 tabla de conexiones

Juego de cables

Instalación de un sistema fotovoltaico

Paso 1: conecte 02 cables de salida (01 rojo + 01 negro -) a los bornes de la caja

posterior del panel. Instale el panel FV según las consideraciones de inclinación sobre el

soporte. Asegure los sistemas de fijación.

Paso 2: Instale dos cables (01 rojo + 01 negro -) en los bornes de la batería, recuerde

utilizar terminales (tipo pinza o tipo “o”) para los cables. Seguidamente coloque la batería

y el panel de control en los lugares apropiados. Espera la conexión del controlador.

Asegúrese que el cable de color negro esté conectado al borne negativo de la batería, y el

cable de color rojo esté conectado al borne positivo de la batería

Paso 3: Instale el sistema de control (controlador sobre una caja de pase o sobre un

soporte de madera). Seguidamente conecte los 02 cables del panel (paso1) guiándose

por la polaridad mostrada en el controlador.

Prosiga con la conexión de 02 cables de la batería. Seguidamente conecte 02 cables (01

rojo + 01 negro -) que servirá para la alimentación de las cargas, asegúrese que esta

conexión termine en una bornera, de esta forma podrá alimentar varias cargas.

MONITOREO DEL SISTEMA.

Requiere contar con 01 multímetro, 01 solarímetro, 01 termómetro digital para placa y un

anemómetro. Revise la tabla N°1: Monitoreo del sistema.

Panel solar:

Mida el voltaje generado por el panel solar en vacío (sin carga, es decir sin tener

ningún equipo conectado y encendido), antes de conectarlo al equipo.

Medir la corriente de carga del panel. Verifique en la especificación del equipo la Ip

max.

Sobre el controlador mida la corriente de consumo de la carga.

Batería:

Medición sin carga (en vacío), sobre los bornes.

Medición con carga activada.

Tabla N°1: Monitoreo del SFV

tiempo Radiación

W/m2

V

viento

m/s

T°

Amb.

Panel solar Regulador Batería

(sin

carga)

Volt.

T°

placa

Sin carga V

Panel

Volt.

V

Batería

Volt.

I

Amp.

V

Volt.

-- 514.7 3.4 26°C -- -- -- -- -- --

-- -- -- -- -- -- -- -- -- --

TAREA

Referencie los fundamentos físicos de la operación del SFV.

LOS MATERIALES

Ciertos materiales de las celdas de energía solar, denominados semiconductores tienen

sus electrones de valencia ligados a los átomos con energías muy semejantes a las de los

fotones que constituyen la luz solar. Cuando ésta incide sobre el semiconductor sus

fotones rompen los enlaces y los electrones de valencia quedan libres para circular por el

semiconductor. Algo análogo ocurre también con el enlace roto, llamado “huecos”, que

saltando de un átomo a otro puede también moverse con cierta libertad.

Estos electrones libres (negativos) y estos huecos (positivos), creados en los puntos

donde hay iluminación, tienden a difundirse hacia las regiones oscuras y por lo tanto con

menos densidad de ellos. Sin embargo, al moverse ambas partículas en el mismo sentido

no dan lugar a corriente eléctrica, y antes o después se recombinan restableciendo el

enlace roto. No obstante, si en algún lugar próximo a la región donde estas parejas de

electrones y huecos han sido creados recombinan restableciendo el enlace roto. No

obstante, si en algún lugar próximo a la región donde estas parejas de electrones y

huecos han sido creados recombinan restableciendo el enlace roto. No obstante, si en

algún lugar próximo a la región donde estas parejas de electrones y huecos han sido

creadas, se crea un campo eléctrico en el interior del semiconductor, este campo separa a

los electrones de los huecos, haciendo que cada uno circule en dirección opuesta y por

consiguiente dando lugar a una corriente eléctrica neta en el sentido del citado campo

eléctrico.

EFECTO FOTOVOLTAICO

Las aplicaciones de la energía solar fotovoltaica están basadas en el aprovechamiento del

efecto fotovoltaico. De forma muy resumida y desde el punto de vista eléctrico, el “efecto

fotovoltaico” se produce al incidir la radiación solar sobre los materiales que definimos al

principio, denominados semiconductores. La energía recibida provoca un movimiento

caótico de electrones en el interior del material. Si se unen dos regiones de un

semiconductor a las que artificialmente se ha dotado de concentraciones diferentes de

electrones, (mediante la adición de las sustancias que denominamos dopantes, como

pueden ser el fósforo y el boro), se provoca un campo electrostático constante que

reconducirá el movimiento de electrones en la dirección y sentido que se desee.

Recordemos que al material formado por la unión de dos zonas de concentraciones

diferentes de electrones la denominamos unión PN. La cara iluminada será el tipo N y la

no iluminada será el tipo P.

De esta forma, cuando sobre la célula solar fotovoltaica incide la radiación solar, aparece

en ella una tensión análoga a la que se produce entre las bornas de una pila. Mediante la

colocación de contactos metálicos en cada una de las caras puede“extraerse” la energía

eléctrica, que es utilizada en distintas aplicaciones.

EFECTO DE LA RESISTENCIA SERIE

Una célula solar ideal genera energía eléctrica que puede ser suministrada íntegramente

a una carga. Una célula real, por el contrario, poseerá una cierta resistencia serie en la

que se perderá parte de la potencia. La resistencia serie modifica la forma de la curva V-I

de manera que Pmax resulta reducida respecto a la misma célula con Rs=0.

El efecto negativo de la resistencia serie se hace muy importante en células que reciben

luz concentrada puesto que la potencia disipada en una resistencia vale I2R.

REFLEXIÓN DE LA LUZ

Un elemento que afecta a la absorción de la luz por las células, aparte de las propiedades

ópticas intrínsecas del material, es la reflexión en la superficie de la célula por causa de la

discontinuidad del índice de refracción en la interface.

El índice de refracción de los semiconductores es bastante elevado, de 3,5 a 4,5, lo cual

produce una reflexión muy importante de la luz en la superficie.

ESTRUCTURA DE LA CÉLULA SOLAR

El material de base es el silicio, y el campo eléctrico se consigue introduciendo impurezas

de manera controlada (dopando) con materiales que presenten exceso o defecto de

electrones con respecto al silicio. Así, si en uno de los lados de la célula introducimos

átomos donadores, es decir con exceso de electrones, como podría ser el fósforo,

obtendríamos lo que se llama la capa n de la célula, es decir, una zona con densidad de

electrones mayor. Si en el otro lado introducimos átomos aceptadores, es decir, con

defecto de electrones como podría ser el boro, obtendríamos una zona con densidad de

huecos mayor que el resto del dispositivo. La diferencia de concentraciones entre

electrones y huecos crea un campo eléctrico, y el conjunto así formado se denomina

unión p-n. La mayoría de las células solares están formadas a partir de una unión p-n, a la

que se añaden unos contactos metálicos para poder extraer la corriente hacia el exterior.

Capa anti reflexiva (AR). Se diseña con objeto de reducir las pérdidas por

reflexión superficial, con una reflectancia mínima a cierta longitud de onda.

Malla de metalización. Se prepara de manera que permita la colección adecuada

de electrones introduciendo una resistencia mínima, y además teniendo en cuenta

que debe permitir el mayor paso posible de luz hacia el interior del dispositivo. La

estructura más empleada es la que se muestra en el dibujo, en forma de peine.

Las capas activas del semiconductor, el emisor o capa n, y la base o capa p.

como puede observarse el grosor del emisor es mucho menos que el de la base.

El grosor de las células solares ha ido disminuyendo con el tiempo, pero pueden

considerarse valores típicos de células entre 250 y 350 μm.

El contacto metálico posterior, que normalmente se realiza en toda la superficie de

la célula.

Documente el proceso de instalación y evaluación del SFV.

PASO 1 Instale el panel FV según las consideraciones de inclinación (previamente descritas).

Asegúrese que el panel esté instalado fijamente de tal manera que no pueda caerse

debido a fuertes vientos, lluvias, granizadas, temblores, etc.

PASO 2

Coloque la batería y el panel de control en los lugares apropiados. No haga las

conexiones eléctricas todavía.

PASO 3

Conecte el panel de control, siga las instrucciones del fabricante de la unidad de control

(difieren ligeramente según la marca del controlador), pero se puede seguir el orden

siguiente:

Utilizando un multímetro mida el voltaje de las baterías en vacío (sin carga), antes de

conectarlos al equipo.Asegúrese que el cable de color negro esté conectado al borne

negativo de la batería, y el cable de color rojo esté conectado al borne positivo de la

batería.

Mida el voltaje generada por el panel solar en vacío (sin carga, es decir sin tener ningún

equipo conectado y encendido), antes de conectarlo al equipo.

PASO 4 Conecte los alambres del panel solar a la unidad de controlador. Cables provenientes del

panel solar conectados a los conectores del controlador. Conecte los cables que

correspondan según las señales gráficas del controlador.

PASO 5

Conecte los alambres de la batería a la unidad de control.

Conecten los cables que correspondan según las señales gráficas del controlador.

PASO 6

Conecte los cables de la carga (focos u equipos) al controlador

PASO 7

Inmediatamente después de terminar las conexiones, mida el voltaje de la batería.

Realice una descripción de las variables estudiadas y su importancia en

la operación del SFV.

LA RADIACIÓN

La radiación propagada en forma de ondas electromagnéticas (rayos UV, rayos

gamma, rayos X, etc.) se llama radiación electromagnética, mientras que la llamada

radiación corpuscular es la radiación transmitida en forma de partículas subatómicas

(partículas α, partículas β, neutrones, etc.) que se mueven a gran velocidad, con

apreciable transporte de energía.

Si la radiación transporta energía suficiente como para provocar ionización en el

medio que atraviesa, se dice que es una radiación ionizante. En caso contrario se

habla de radiación no ionizante. El carácter ionizante o no ionizante de la radiación es

independiente de su naturaleza corpuscular u ondulatoria.

Son radiaciones ionizantes los rayos X, rayos γ, partículas α y parte del espectro de la

radiación UV entre otros. Por otro lado, radiaciones como los rayos UV y las ondas de

radio, TV o de telefonía móvil, son algunos ejemplos de radiaciones no ionizantes.Los

niveles de radiación ultravioleta dependen de varios factores

LA HORA DEL DÍA

El sol está en su punto más alto en el cielo alrededor del mediodía. A esa hora, la

distancia que recorren los rayos solares dentro de la atmósfera es más corta y los

niveles de radiación son los más altos. Temprano en la mañana y al final de la tarde,

los rayos solares atraviesan la atmósfera de forma oblicua, lo cual reduce en gran

medida su intensidad. Esto determinara la posición del panel para recibir más

radiación en las diferentes horas de radiación.

ÉPOCA DEL AÑO

El ángulo de incidencia de la luz solar varía según las estaciones, con lo cual varía

también la intensidad de los rayos ultravioleta. La intensidad de la radiación es más

alta durante los meses de verano por la cercanía de la tierra al sol. Se deberá

considerar la época del año para saber la orientación del panel solar.

LATITUD

La intensidad de los rayos solares es más fuerte en el ecuador, ya que el sol pasa por

la parte más alta del cielo y la distancia recorrida por los rayos ultravioleta dentro de la

atmósfera es más corta. Además, el espesor de la capa de ozono es menor en los

trópicos que en las latitudes medias y altas, por lo que hay menos ozono para

absorber la radiación ultravioleta mientras atraviesa la atmósfera. A latitudes más

altas, el sol está más bajo en el cielo, por lo que los rayos ultravioleta deben recorrer

una distancia mayor a través de las capas de la atmósfera en donde hay más ozono, y

en consecuencia la radiación ultravioleta es menor en esas latitudes.

ALTITUD

La intensidad de la radiación aumenta con la altitud, ya que hay menos atmósfera para

absorber los rayos dañinos del sol. Por lo tanto la exposición al sol aumenta con la

altitud. Lo que es positivo para los paneles solares ya que habrá más entrada de

energía.

CONDICIONES CLIMÁTICAS

Las nubes reducen el nivel de radiación, pero no la eliminan completamente. Según el

espesor de las nubes, es posible recibir radiación aunque está no sea la que el panel

solar necesite para generar energía.

LUZ REFLEJADA

Algunas superficies, como la nieve, la arena, la hierba y el agua pueden reflejar gran

parte de la radiación que reciben. Debido a la reflexión, la intensidad de la radiación

puede ser mayor de lo que parece, incluso en zonas de sombra.

EL OZONO ESTRATOSFÉRICO

La capa de ozono absorbe la mayoría de la radiación ultravioleta, pero el nivel de

absorción varía según la época del año y los cambios climáticos. Además, esta

absorción ha disminuido a medida que la capa de ozono se ha ido reduciendo a

consecuencia de la emisión industrial de sustancias que destruyen el ozono.