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Benemérita Universidad Autónoma de Puebla
Facultad de IngenieríaColegio de Ingeniería Industrial
Materia:
DHTIC´SMaestro:
Juan Carlos Carmona Rendón
ENSAYO
Alumno:
Cuatecatl Momox Humberto201417652
PRIMAVERA 2015
Horario: 6:00 – 6:59 pm
PRÓLOGO
Durante millones de años, el clima de la Tierra se ha mantenido a una
temperatura relativamente estable, lo que ha permitido el desarrollo de la vida. Los
gases invernadero han conservado su equilibrio gracias, fundamentalmente por la
acción de la lluvia y de los árboles, que regulan las cantidades de dióxido de
carbono en la atmósfera.
Sin embargo, en los últimos 50 años, las concentraciones de gases que producen
el efecto invernadero están creciendo rápidamente como consecuencia de la
acción humana. Principalmente por el uso generalizado de los combustibles
fósiles, además el rápido debilitamiento de la capa de ozono y la destrucción de
las masas forestales están favoreciendo el aumento de temperatura en la Tierra,
provocando cambios drásticos en el clima mundial y haciéndolo cada vez más
impredecible.
Ante esta perspectiva, las energías renovables han tenido un gran auge en el
desarrollo e innovaciones en muchos ámbitos de la vida del ser humano debido a
que cada vez el medio ambiente se encuentra más contaminado y los
combustibles fósiles se están agotando poco a poco. Objetivamente la energía
solar es la que más aplicación tiene y en la que nos enfocáremos a describir para
que la sociedad esté informada sobre sus beneficios y puedan tomar la decisión
de invertir en la instalación de un sistema solar fotovoltaico.
ÍNDICE
PRÓLOGO...............................................................................................................1
INTRODUCCIÓN.....................................................................................................3
ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA.......................................................................4
1.1 ¿QUÉ ES LA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA?........................................4
1.2 SISTEMA FOTOVOLTAICO...............................................................................5
1.2.1 COMPONENTES............................................................................................6
1.2.2 EFICIENCIA....................................................................................................7
1.3 VENTAJAS Y DESVENTAJAS...........................................................................7
2. APLICACIONES DE LA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA.............................9
2.1 SISTEMAS QUE ESTÁN CONECTADOS A LA RED........................................9
2.2 SISTEMAS QUE NO ESTÁN CONECTADOS A LA RED................................10
3. COSTOS............................................................................................................11
3.1 COSTOS DE INVERSIÓN................................................................................12
3.2 COSTOS DE MANTENIMIENTO.....................................................................13
3.3 COSTOS DE REEMPLAZO.............................................................................13
CONCLUSIÓN.......................................................................................................14
BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS.........................................................................15
INTRODUCCIÓN
En la actualidad la energía solar está logrando un gran desarrollo debido a
que el medio ambiente cada vez se ve más afectado por la combustión de
combustibles fósiles para la producción de energía eléctrica, además teniendo en
cuenta que estos combustibles son recursos no renovables o al menos no en corto
plazo, hay que optar por la utilización de energías renovables. Una de las
principales fuentes de energía con la que cuenta el ser humano, es la energía
proveniente del sol debido a que la mayoría del tiempo está presente y es
desaprovecha. Esta situación ha dado como resultado que en los últimos años
más países estén invirtiendo en el desarrollo de sistemas más eficientes para la
captación de los rayos solares y los puedan convertir en energía eléctrica útil para
uso doméstico o industrial y sea completamente libre de contaminación.
Todo este desarrollo se está llevando a cabo debido a que nuestro planeta recibe
anualmente aproximadamente 1,6 millones de kWh en forma de rayos solares de
los cuales sólo un 40% es aprovechable. Esto es una cifra que representa muchas
veces más la energía que se consume actualmente en forma mundial; por lo que
la energía solar es una fuente de energía descentralizada, limpia e inagotable.
Como resultado de estas observaciones concluimos que el aprovechamiento
energético está entonces condicionado por la intensidad de radiación solar
recibida en la Tierra y a las condiciones climatológicas.
Obviamente como todo desarrollo requiere de una fuerte inversión pero que en un
futuro tendrá un enorme beneficio tanto económico como social, debido a que
cada vez que avance la tecnología la energía solar también lo hará, es por eso
que esta tecnología se ocupa tanto en la ciudad como en zonas rurales debido a
que es una manera de satisfacer las necesidades básicas de las personas y
contribuimos a disminuir la contaminación.
ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA
La energía solar llega a la Tierra en forma de radiación electromagnética
(luz, calor y rayos ultravioleta principalmente) procedente del sol, donde ha sido
generada por un proceso de fusión nuclear. El aprovechamiento de la energía
solar se puede realizar mediante un proceso de captación de los rayos solares
mediante diversas tecnologías que se han desarrollado en los últimos años.
Cuando se realiza esta transformación se puede obtener energía térmica
mecánica y eléctrica, las cuales podemos utilizar en usos cotidianos como en la
agricultura o en las viviendas. La obtención de energía se puede realizar de dos
formas, la primera mediante conversión térmica de alta temperatura (sistema foto-
térmico) y la segunda por conversión fotovoltaica (sistema fotovoltaico). En este
caso la forma que se abordara es la conversión fotovoltaica para producir energía
eléctrica útil en usos domésticos.
1.1 ¿QUÉ ES LA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA?
Primeramente, la energía solar fotovoltaica es aquella que se obtiene por
medio de la transformación directa de los rayos solares en energía eléctrica,
mediante componentes especialmente diseñados que en conjunto pueden
producir electricidad útil para viviendas. Esta transformación se realiza mediante
módulos o paneles solares fotovoltaicos que utilizan el efecto de espectro
electromagnético para producir electricidad.
La energía solar fotovoltaica se utiliza para hacer funcionar lámparas eléctricas,
radios, televisores y otros electrodomésticos de bajo consumo energético,
generalmente, en aquellos lugares donde no existe acceso a la red eléctrica
convencional.
Como ya se mencionó anteriormente es necesario disponer de un sistema
formado por equipos especialmente construidos para realizar la transformación de
la energía solar en energía eléctrica. Este sistema recibe el nombre de sistema
fotovoltaico y los equipos que lo forman reciben el nombre de componentes
fotovoltaicos.
1.2 SISTEMA FOTOVOLTAICO
El sistema solar fotovoltaico es imprescindible para la conversión de la
energía solar en eléctrica, principalmente su funcionamiento se basa en la
captación de los rayos solares es como no los describe
La luz solar entra sobre la superficie del arreglo fotovoltaico, donde es convertida
en energía eléctrica de corriente directa por las celdas solares, después esta
energía es recogida y conducida hasta un controlador de carga con la función de
enviar a toda o parte de esta energía hasta el banco de baterías en donde es
almacenada, cuidando que no se excedan los límites de sobrecarga y sobre
descarga. En sistemas FV conectados a la red, no se usan bancos de baterías.
La energía almacenada o enviada a la red se utiliza para abastecer las cargas
durante la noche o en días de baja insolación o cuando el arreglo fotovoltaico es
incapaz de satisfacer la demanda por sí solo. Si las cargas a alimentar son de
corriente directa, estas pueden hacerse a través del arreglo fotovoltaico o desde la
batería. Cuando las cargas son de corriente alterna, la energía proveniente del
arreglo y de las baterías, limitadas por el controlador, es enviada a un inversor de
corriente, en donde es convertida a corriente alterna.
1.2.1 COMPONENTES
Celdas fotovoltaicas: Son un conjunto de celdas fotovoltaicas conectadas
entre sí, que generan electricidad en corriente continua. Para su mejor
aprovechamiento se busca orientarlas (teniendo en cuenta la ubicación y
latitud) con el fin de obtener un mayor rendimiento.
Placas fotovoltaicas: Tiene por función proteger a la batería contra las
sobrecargas y contra las descargas. Además se emplea para proteger a las
cargas en condiciones extremas de operación, y para proporcionar
información al usuario.
Regulador de carga: Son el almacén de la energía eléctrica generada. En
este tipo de aplicaciones normalmente se utilizan baterías estacionarias, las
que tienen como característica de operación más importante al ciclado;
durante un ciclo diario, la batería se carga durante el día y se descarga
durante la noche; sobrepuesto al ciclado diario hay un ciclo estacional, que
está asociado a períodos de reducida disponibilidad de radiación.
Baterías: Transforma la corriente continua (de 12, 24 o 48 V) generada por
las placas fotovoltaicas y acumulada en las baterías a corriente alterna (a
230 V y 50 Hz).
1.2.2 EFICIENCIA
El dimensionamiento de una instalación aislada requiere disponer de
información relativa al consumo previsto de energía del lugar que se ha de
electrificar y de la disponibilidad media de radiación solar a lo largo del año.
Debido a los costos que actualmente maneja esta tecnología se recomienda el uso
de aparatos de bajo consumo, el sobrecosto que estos a veces pueden tener, se
compensa por la reducción en el costo de la instalación fotovoltaica. Con respecto,
a los elementos de los sistemas conectados a la red, los módulos fotovoltaicos son
los mismos que se emplean en instalaciones aisladas. Debido a que la energía
producida va directamente a la red, la diferencia fundamental de estas
instalaciones radica en la ausencia de acumuladores y de regulador de carga.
1.3 VENTAJAS Y DESVENTAJAS
En segundo lugar las soluciones que brinda la utilización de sistemas
fotovoltaicos en la electrificación de casas cada vez son mejores ya que se ha
demostrado la capacidad de estos sistemas para proveer energía eléctrica a sitios
aislados de la red convencional u en otro caso para el cuidado del medio
ambiente. Sin embargo, la tecnología fotovoltaica no es siempre la solución más
adecuada a todos los problemas de electrificación es por eso que enlistamos
algunas ventajas y desventajas con las que cuentan estos sistemas. Focer nos
enlista las ventajas y desventajas de utilizar la energía solar fotovoltaica:
VENTAJAS
El área de América Central dispone de abundante radiación solar.
La tecnología fotovoltaica permite soluciones modulares y autónomas.
La operación de los sistemas fotovoltaicos es amigable con el medio
ambiente.
Los sistemas tienen una vida útil larga (más de 20 años).
El mantenimiento de los sistemas fotovoltaicos es sencillo y tiene costos
muy bajos.
Los sistemas fotovoltaicos han experimentado una reducción de precios
que los hace más accesibles para las poblaciones rurales y para el
consumo general.
La tecnología de equipos y sistemas fotovoltaicos ha alcanzado un grado
de madurez que posibilita su utilización para resolver confiablemente los
problemas energéticos de muchos países.
La instalación de los sistemas fotovoltaicos individuales es simple, rápida y
sólo requiere de herramientas y equipos de medición básicos.
DESVENTAJAS
La inversión inicial es alta con respecto de la capacidad de pago de una
gran mayoría de las familias.
La cantidad de energía producida es limitada y alcanza solamente para las
necesidades básicas de electricidad.
La disponibilidad de energía es variable y depende de las condiciones
atmosféricas.(2002:24)
Con esta aclaración observamos que la energía solar representa más un beneficio
para la sociedad que opta por este tipo de energía, ya que representa un alto
impacto en lo social y en lo económico. Por lo que es muy importante que se
difunda más información especializada en todos los países.
2. APLICACIONES DE LA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA
Los sistemas fotovoltaicos, basándose en las propiedades de los materiales
semiconductores, transforman energía que irradia el sol en energía eléctrica, sin
mediación de reacciones químicas, ciclos termodinámicos, o procesos mecánicos
que requieran partes móviles. Las condiciones de funcionamiento de un módulo
fotovoltaico dependen de variables externas tales como la radiación solar y la
temperatura de funcionamiento. Para poder efectuar el diseño de una instalación
solar fotovoltaica se necesita saber la radiación del lugar. La tecnología
fotovoltaica actualmente ya es competitiva para electrificar emplazamientos
alejados de las líneas eléctricas como, por ejemplo, viviendas rurales, bombeo de
agua, señalización, alumbrado público, equipos de emergencia, etcétera. Por lo
que los sistemas fotovoltaicos se pueden clasificar en dos grandes grupos:
Sistemas que están conectados a la red.
Sistemas que no están conectados a la red.
2.1 SISTEMAS QUE ESTÁN CONECTADOS A LA RED
En el caso particular de los sistemas fotovoltaicos ligados a la red, cuya
principal aplicación se da en viviendas o edificaciones dentro de las zonas
urbanas, los elementos conversores (módulos fotovoltaicos) encargados de
transformar la luz del sol en electricidad se instalan sobre el techo de las
construcciones para proveer a éstos una mayor y mejor exposición a los rayos
solares. En cuanto a la conexión eléctrica del sistema a la red, ésta se lleva a cabo
a través de un inversor.
Los autores González y Jiménez en su artículo Sistemas fotovoltaicos
conectados a la red mencionan que los sistemas fotovoltaicos son como cualquier
otra instalación eléctrica y se habilitan con los medios apropiados para realizar,
adecuadamente y en forma segura, la conexión y la desconexión eléctrica del
sistema fotovoltaico de la red (2003:143). Esto se realiza para proporcionar la
adecuada protección al equipo y a las personas contra condiciones de operación
no deseadas.
En una instalación, la electricidad para alimentar las cargas en el inmueble
puede venir (total o parcialmente) del sistema fotovoltaico o de la red eléctrica
convencional. En este esquema la fuente de energía que provee la electricidad a
las cargas es transparente en todo momento para el usuario, dado que la calidad
de la energía eléctrica generada por el sistema fotovoltaico es similar a la de la red
eléctrica convencional. Cuando existe un déficit entre la demanda de electricidad
en el inmueble respecto a la generación fotovoltaica, este diferencial es cubierto
con electricidad proveniente de la red eléctrica convencional. En caso contrario,
cuando se presenta un excedente entre la demanda respecto a la generación
fotovoltaica, éste es directamente inyectado a la línea de distribución del
proveedor del servicio eléctrico.
2.2 SISTEMAS QUE NO ESTÁN CONECTADOS A LA RED
Los sistemas fotovoltaicos autónomos se caracterizan por ser
independientes de la red eléctrica. Dado que los paneles solares o módulos
solares no almacenan energía, usualmente se conectan a un banco de baterías
para que la energía almacenada en este pueda ser usada durante la noche o en
períodos nublados. Los sistemas fotovoltaicos son una opción válida para la
electrificación rural cuando no existe la posibilidad técnica o económica de llevar la
red eléctrica convencional hasta cada una de las viviendas y las familias
demandan cantidades moderadas de energía. La Secretaria de Energía menciona
acertadamente
Las principales aplicaciones en México para los sistemas fotovoltaicos con
baterías son: electrificación de casas rurales en zonas apartadas,
luminarias solares para alumbrado de parques o puentes, sistemas para
repetidoras de microondas, sistemas de telemetría o alumbrado de
helipuertos en plataformas petroleras (2008:26).
La consideración más importante en el diseño de este tipo de sistemas es que sea
del tamaño adecuado para que la energía que consumen los aparatos sea la
misma energía producida por el sistema fotovoltaico. Asimismo el banco de
baterías sea el adecuado para almacenar la energía suministrada por el arreglo
fotovoltaico como para guardar una reserva que satisfaga las necesidades en
periodos de baja insolación.
3. COSTOS
La inversión necesaria para adquirir un sistema fotovoltaico depende de
varios factores, por ejemplo: los precios internacionales del mercado fotovoltaico,
la disponibilidad local de distribuidores e instaladores de equipos fotovoltaicos, la
ubicación y demanda energética de los usuarios. Las características particulares
de todos los equipos necesarios para satisfacer la demanda energética (en
calidad, cantidad y capacidad), la distancia y la facilidad de acceso entre el lugar
de venta de los equipos y el lugar donde se instalará el sistema y los márgenes
de ganancia de vendedores e instaladores de equipos (generalmente entre el 10 y
30%), son factores que determinan en gran medida la cantidad de dinero que el
usuario final invertirá para electrificar su vivienda. FORCE afirma que
El costo inicial total de un sistema fotovoltaico individual típico en América
Central, para aplicaciones domésticas se estima entre US$ 800 y US$
1.000, el cual incluye los equipos, el transporte y la instalación.(2002:19)
De esta cantidad, los montos de mayor relevancia son un 30% correspondiente al
módulo fotovoltaico, y un 15 % a la batería, al inversor, al transporte y a la mano
de obra respectivamente.
Los costos totales de un sistema fotovoltaico pueden clasificarse en las
siguientes categorías:
Costos de inversión
Costos de mantenimiento
Costos de reemplazo
3.1 COSTOS DE INVERSIÓN
Los costos de inversión son aquellos en los que se debe incurrir
inicialmente para la compra, transporte e instalación de los equipos fotovoltaicos.
Estos costos pueden representar un 70-75 % del costo del sistema a lo largo de
toda su vida útil. La vida útil de un sistema fotovoltaico completo, correctamente
instalado y con componentes de buena calidad, se estima entre 15 y 20 años.
3.2 COSTOS DE MANTENIMIENTO
Los costos de mantenimiento y operación son aquellos en los que se debe
incurrir durante toda la vida útil de los equipos para conservar en buenas
condiciones el sistema fotovoltaico. Normalmente, el mantenimiento de los
sistemas fotovoltaicos no es más que la limpieza adecuada de los equipos,
especialmente de los paneles fotovoltaicos, y el reemplazo oportuno del agua de
las baterías; por lo tanto, los costos de mantenimiento son muy bajos y
representan un 3-5 % del costo total del sistema a lo largo de toda su vida útil.
3.3 COSTOS DE REEMPLAZO
Los costos de reemplazo son aquellos en los que se debe incurrir cuando
las baterías llegan al fin de su vida útil. Generalmente, esto sucede después de 3 y
5 años de uso, pero depende en buena medida del mantenimiento y de los ciclos
de carga/descarga a los que fue sometida la batería. Estos costos representan 20
y 27 % de los costos totales del sistema a lo largo de toda su vida útil.
CONCLUSIÓN
En esta investigación se describió los puntos fundamentales de la energía
solar fotovoltaica para su implementación en las casas tanto en zonas urbanas
como rurales, ya que, este tipo de energía renovable ha tomado un papel
fundamental en los últimos años en el desarrollo de la infraestructura de muchos
países, principalmente aquellos donde hay un déficit de desarrollo o están en vías
de desarrollo, donde muchas veces la energía eléctrica es difícil llevarla a todos
los lugares.
Estos sistemas se han desarrollado de acuerdo a las necesidades de donde se
van a instalar, aunque el principio de funcionamiento y conversión de energía es la
misma en todos los sistemas, por lo que solamente habrá una cierta variación en
el diseño y el tamaño de los paneles fotovoltaicos porque cada uno producirá una
cierta cantidad de energía.
Aunque estos sistemas en zonas céntricas o urbanizadas no son capaces de
producir toda la energía que se requiere para el consumo de los aparatos e
iluminación son de gran ayuda para la disminución de gastos en la energía
eléctrica y son más efectivos en zonas aisladas donde el consumo de energía es
menor. Sin importar cuál sea de los casos la inversión en uno de estos sistemas
es una de las mejores decisiones que se puede tomar y representara un gran
beneficio a futuro.
BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS
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