Sistema fotovoltaico para laboratorio del Instituto Tecnológico de Culiacán

PROTOCOLO DE INVESTIGACIÓN

(ITC-02/2016)

Institución

1. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

1. Resumen

El proyecto consta en la utilización de nuevas alternativas energéticas, específicamente la energía que proviene del sol. El problema que enfrenta la mayoría de las instituciones educativas es el alto consumo de energía eléctrica dentro de sus instalaciones, destinando gran parte de su presupuesto para pagar el consumo eléctrico. De esta forma la implementación de una energía autónoma, no contaminante y que generara un ahorro energético como la que puede generar un sistema fotovoltaico es una gran opción para dichas entidades educativas.

Un sistema fotovoltaico es una gran solución para poder evitar el gasto mensual de altas cifras de dinero, a pesar que la implementación de dicho sistema tiene una inversión inicial demasiado alta, se podrá observar en los cálculos realizados que en menos de dos años se puede obtener el 100% de la inversión inicial realizada.

Se realizaron unos cálculos eléctricos sobre el área que se desea suministrar con las fotoceldas y llegamos a encontrar un equipo compacto que cubre las necesidades de la misma, además su instalación es de forma sencilla, se puede ver que se va obtener con el tipo de fotocelda elegido cumple con el objetivo del proyecto de investigación, se pretende que con dicho sistema fotovoltaico genere un ahorro considerable y se espera que el retorno de la inversión sea rápido.

Para la realización de esto se debe conocer el promedio de consumo de cada equipo eléctrico dentro del laboratorio, el cual se debe monitorear por algunas horas para ver la diferencia de cargas que presenta dependiendo de la hora del día en que fueran utilizados.

Se mostrará las grandes ventajas y beneficios que puede brindar implementar este tipo de sistema alternativo al generado por CFE, el cual es comprobado con los cálculos realizados donde muestra un gran ahorro energético en gran medida por la cantidad producida por las fotoceldas, entre más grande sea este sistema, aumenta el ahorro que pueda generar.

El estudio del área donde se instalará es de suma importancia ya que depende mucho si el sistema está expuesto totalmente al sol, o en el transcurso del día se ve interferido por las sombras provocada por los árboles que están cerca del edificio.

Gracias a la investigación de este tema, se puede encontrar diversas formas de adquirir fondos de empresas gubernamentales, para fomentar el uso de estas nuevas tecnologías que serán más comunes en un futuro cercano^[a].

1. Introducción

México es uno de los países con mayor incidencia solar en el mundo (5 kWh/m2-d), debido a su ubicación geográfica lo cual puede ser aprovechado para generar energía eléctrica con sistemas fotovoltaicos de diversas capacidades.

La energía solar constituye sin duda una fuente de energía formidable y es una energía garantizada para los próximos 6.000 millones de años. Y teniendo en cuenta el creciente aumento del consumo de energía en el mundo, se puede prever que esta energía es una energía de futuro.

Debido que la energía eléctrica se ha vuelto un tema de controversia en la actualidad debido al alto consumo que le damos los seres humanos, se comienzan a formular nuevas leyes y programas gubernamentales para aumentar el desarrollo de la energía solar para abastecer el consumo eléctrico de la sociedad evitando la contaminación y los grandes gastos que se realizan en la utilización de combustibles fósiles.

La energía solar emblema de las energías renovables ha protagonizado en los últimos años una progresión debido a las mejoras de la tecnología, asociada a la reducción de costos y principalmente gracias al interés mostrado por las diferentes administraciones en distintos países, en forma de ayuda económica, entre otras.

Para las empresas encargadas en la generación de energía eléctrica, en este caso de nuestro país (CFE) es una empresa que apoya la idea de instalar paneles solares para que la sociedad pueda generar su propia energía gracias a los sistemas fotovoltaicos en red, de este modo CFE evita aumentar su consumo de combustibles fósiles para generar la energía eléctrica y difiere de inversiones para la infraestructura eléctrica debido que no puede abastecer de electricidad a toda la sociedad.

Es importante percatarse sobre el incremento en el costo de la energía eléctrica anualmente debido a que los costos en los combustibles incrementan, al contrario, el costo de la instalación de paneles fotovoltaico se está reduciendo conforme avanza el tiempo en México aún no se aproveche este gran potencial que se puede explotar para su beneficio, generar un sistema fotovoltaico para el instituto Tecnológico de Culiacán aprovechando apoyos económicos del gobierno para realizarlo.

Realizar un sistema fotovoltaico en nuestro laboratorio es el primer paso

Dentro de unos años las energías renovables y dentro de ellas, la cual es una de las más importantes es la energía proveniente del sol será de las más utilizadas, esto nos dice que será una de las fuentes de energía más importantes de un futuro cercano. Como se puede apreciar en la siguiente gráfica 1.

[pic 4]

Grafica 1.

Debido que en nuestro país aún no se aprovecha el gran potencial que puede ofrecernos este método alternativo de generación de energía eléctrica es importante aprovechar la gran oportunidad de aprovechar la gran cantidad de presupuesto disponible que nos brinda el país para el desarrollo de este tipo de proyecto^[b].

Se deberá de utilizar sistemas de medición para conocer el consumo eléctrico que genera cada elemento de estos dentro del laboratorio dentro de un lapso de tiempo determinado, para fines prácticos se calcula para un día completo, los aparatos eléctricos dentro del laboratorio no se utilizan todo el tiempo lo cual se debe sacar un promedio de las horas que se utiliza cada uno de ellos para un mejor cálculo de cargas de ellos^[c].

1. Antecedentes

El uso de la energía solar ha sido utilizado desde hace muchos años con diferentes objetivos como: en la agricultura, hornos solares o para generar vapor para maquinaria, calefacción, entre muchos otros ejemplos. Pero el científico francés Alexandre Edmon Becquerel, experimentando con una pila electrolítica sumergida en una sustancia de las mismas propiedades, observo que después al exponerla a la luz generaba más electricidad, así fue que descubrió el "efecto fotovoltaico" en 1839 que consiste en la conversión de la luz del sol en energía eléctrica.

En 1885 el profesor W. Grylls Adams experimento con el selenio (elemento semiconductor) como reaccionaba con la luz y descubrió que se generaba un flujo de electricidad conocida como "fotoeléctrica".

Charles Fritts en 1893, fue quien invento la primera célula solar, conformada de láminas de revestimiento de selenio con una fina capa de oro, estas células se utilizaron para sensores de luz en la exposición de cámaras fotográficas. 

Albert Einstein investigo más a fondo sobre el efecto fotoeléctrico y descubrió que al iluminar con luz violeta (que es de alta frecuencia) los fotones pueden arrancar los electrones de un metal y producir corriente eléctrica. Esta investigación le permitió ganar el Premio Nobel de Física en 1921.

El inventor estadounidense Russel Ohl, creo^[d] patentó las primeras células solares de silicio en 1946, pero Gerald Pearson de Laboratorios Bells, por accidente, experimentando en la electrónica creo una célula fotovoltaica más eficiente con silicio, gracias a esto Daryl Chaplin y Calvin Fuller mejoraron estas células solares para un uso más práctico. Empezaron la primera producción de paneles solares en 1954, que se utilizaron en su mayoría en satélites espaciales. En los 70's el primer uso general para el público, de los paneles solares fue con calculadoras que se siguen utilizando actualmente.

Entre los años 2001 y 2012 se ha producido un crecimiento exponencial de la producción de energía fotovoltaica, doblándose aproximadamente cada dos años. Si esta tendencia continúa, la energía fotovoltaica cubriría el 10% del consumo energético mundial en 2018, alcanzando una producción aproximada de 2.200 TWh, y podría llegar a proporcionar el 100% de las necesidades energéticas actuales en torno al año 2027.

Las cuatro generaciones de células fotovoltaicas a lo largo del tiempo

La primera generación de células fotovoltaicas consistía en una gran superficie de cristal simple. Una simple capa con unión diodo p-n, capaz de generar energía eléctrica a partir de fuentes de luz con longitudes de onda similares a las que llegan a la superficie de la Tierra provenientes del Sol. Estas células están fabricadas, usualmente, usando un proceso de difusión con obleas de silicio. Esta primera generación (conocida también como células solares basadas en oblea) son, actualmente, (2007) la tecnología dominante en la producción comercial y constituyen, aproximadamente, el 86 % del mercado de células solares terrestres.

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