Para la elaboración del esquema de la estructura en la cual se montaron las celdas se utilizó el software Inventor 2011 en su versión estudiantil, este software pertenece a la familia de Autdesk al igual que Auto CAD.
Para desarrollar una estructura es necesario crear un boceto base, para esto se necesita crear un archivo con extensión “ipt”, la figura 19 muestra la elaboración de un boceto con terminación ipt.
Figura 4. 19 Boceto inventor 2011
Después de realizar el boceto se guarda y se abre otro archivo pero esta vez con la terminación “iam” este archivo permite generar las estructuras. Ya abierto el archivo insertamos el boceto con terminación ipt.
Para generar una estructura se utilizó el comando Insertar Estructura, este comando te permite seleccionar la norma, la familia, el tamaño y el tipo de material que se quiera para la elaboración de la estructura. La figura 20 muestra las características que se necesitan para generar una estructura.
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Figura 4. 20 Características de la estructura.
Después de seleccionar las características de la estructura se escoge cada línea del boceto base que se elaboró anteriormente, como se muestra en la figura 4.21 donde se seleccionaron las líneas externes del boceto.
Figura 4. 21 Selección de cada línea del boceto.
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El software da la posibilidad de realizar diferentes tipos de estructura para un mismo boceto la figura 4.22 muestra un ejemplo de una estructura que está formado por más de un tipo de perfil.
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CAPÍTULO 5
RESULTADOS Y CONCLUSIONES
Este capítulo muestra las pruebas, resultados y conclusiones obtenidas a lo largo del desarrollo de este proyecto.
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5.2 Resultados.
Para explicar los resultados se enfocó en tres posiciones la estructura, en la primera posición se enfoca el eje interno, en la segunda posición se enfoca el eje externo y en la tercera posición se enfocan ambos ejes, para cada una de las posiciones se tomaron las mediciones de la corriente obtenida por cada una de las celdas fotovoltaicas.
En la figura 5.1 se observa la celda fotovoltaica posicionando el Eje 1 que corresponde a la estructura interna del sistema.
Figura 5. 1 Estructura enfocada sobre eje 1.
Eje 1 enfocado
Número de fotocelda Corriente. Potencia.
1 5.57 A 69.068 W 2 5.62 A 71.374 W 3 5.26 A 64.698 W 4 5.72 A 68.068 W 5 5.81 A 73.206 W 6 3.24 A 22.032 W 7 3.25 A 22.425 W 8 3.6 A 25.56 W 9 3.4 A 23.8 W 10 3.5 A 24.5 W Total. 39.25 A 464.731 W
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En la tabla 5.1 se muestran los resultados obtenidos en los 10 paneles de celdas fotovoltaicas cuando el sistema está enfocado solo el eje 1.
Tabla 5.1 Mediciones obtenidas con enfoque del eje 1.
En la figura 5.2 se observa la celda fotovoltaica posicionando el Eje 1 que corresponde a la estructura interna del sistema.
Eje 2 enfocado
Número de fotocelda Corriente. Potencia
1 3.24 A 22.032 W 2 3.25 A 22.425 W 3 3.6 A 25.92 W 4 3.4 A 24.14 W 5 3.5 A 24.5 W 6 5.63 A 71.501 W 7 5.73 A 68.187 W 8 5.32 A 65.968 W 9 5.75 A 68.425 W 10 5.9 A 76.7 W Total 39.42 A 469.798 W
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Figura 5. 2 Estructura enfocada sobre eje 2.
En la tabla 5.2 se muestran los resultados obtenidos en los 10 paneles de celdas fotovoltaicas cuando el sistema está enfocado solo el eje 2.
Tabla 5.2 Mediciones obtenidas con enfoque del eje 2.
Ambos ejes enfocados
Numero de fotocelda Corriente. Potencia
1 6.5 A 107.25 W 2 6.6 A 108.9 W 3 6.59 A 112.689 W 4 6.48 A 110.16 W 5 6.37 A 107.016 W 6 6.57 A 105.12 W 7 6.46 A 106.59 W 8 6.57 A 109.719 W 9 6.68 A 111.2888 W 10 6.65 A 111.72 W Total 65.47 A 1090.4528 W
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En la figura 5.3 se muestra el sistema enfocado en ambos ejes para la obtención máxima de energía.
Figura 5. 3 Sistema enfocado sobre el eje 1 y eje 2.
En la tabla 5.3 se muestran las mediciones obtenidas mientras el sistema se encuentra enfocado en ambos ejes.
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Como se observa en las tablas se puede determinar las corrientes de las foto celdas cuando se encuentran enfocadas y cuando no lo están, de esta manera se comparan las mediciones y se muestra que al tener las celdas enfocadas, se obtiene una mayor eficiencia energética y de esta manera una carga mas rápida de las baterías así como reducir el tiempo de descarga de estas.
5.2.1 Resultados en osciloscopio.
Para realizar las mediciones se ocupo un osciloscopio de la marca FLUKE como el que se muestra en la figura 5.4.
Figura 5. 4 Osciloscopio portátil FLUKE.
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En la figura 5.5 se muestra la medición obtenida del primer panel fotovoltaico que corresponde a la sección enfocada del sistema.
Figura 5. 5 Medición de panel enfocado.
En la figura 5.6 se muestra la medición obtenida del primer panel fotovoltaico que corresponde al eje desenfocado del sistema.
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En la figura 5.7 se muestra la corriente total obtenida mediante el eje desenfocado.
Figura 5. 7 Corriente total de eje desenfocado.
En la figura 5.8 se muestra la corriente total obtenida mediante el sistema enfocado.
Figura 5. 8 Corriente total de eje enfocado.
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En la figura 5.9 se muestra la corriente y voltaje total obtenidos a la salida del inversor.
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5.3 Conclusiones.
Durante el desarrollo de este proyecto se concluye que mediante la integración de sistemas de control y sensores se aumenta la eficiencia en la obtención de energía eléctrica, como se observa en la tabla 5.3 la cual muestra claramente que se tiene un aumento considerable en la potencia en comparación con el sistema sin ser enfocado.
Con el posicionamiento de las celdas se comprobó que la corriente nominal entregada por el sistema se duplicó, como muestran los resultados, y de esta manera se logra alimentar una mayor carga.
Además se mantiene el sistema en carga constante y de esta manera el banco de baterías conectadas al sistema tienen un mayor tiempo de carga y su tiempo de descarga comienza cuando el sistema termina su proceso de recolección, y con esto le damos una mayor vida de las baterías.
Se diseñó y ensambló un gabinete de control con las especificaciones necesarias para cumplir con las características que demanda el sistema de absorción de energía, para esto el gabinete fue sometido a las pruebas pertinentes de corriente, resistencia y continuidad para no tener fallas después de ser montado.
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5.4 Trabajos Futuros.
Se sugiere una investigación de equipo de electrodomésticos de alto rendimiento como lo son el refrigerador, microondas, licuadora, estufas eléctricas, etc., los cuales puedan funcionar bajo una alimentación de Voltaje de corriente directa, de esta manera se lograra eliminar el uso del inversor, ya que en este se pierde hasta un 60% de la eficiencia energética obtenida por el sistema.
De no ser así, se propone que en un futuro se actualice el inversor senoidal de onda modificada por uno que tenga mayor eficiencia, se sugiere un inversor de 48 VCD de la marca Conermex.
Una mejora mas que se puede tomar en cuenta es utilizar celdas solares fotovoltaicas de mayor potencia, ya que las utilizadas en este sistema son de 135 a 145 W de potencia y en el mercado existen con capacidad de hasta 240 W de potencia, esto lograría una disminución en el dimensionamiento de la estructura donde se ubicaron las celdas.
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5.5 Análisis Económico
Para la implementación del sistema como se muestra en la tabla 5.4 se hizo una inversión inicial de $163,000.00 en la adquisición de todos los elementos sin contemplar gastos de ingeniería los cuales se estimaron en $40,000.00, haciendo un total de $202,000.00.
Después de la implementación del sistema, el primer recibo que se percibió fue de $90.00, obteniendo un ahorro de $4,900.00. Tomando en cuenta que el recibo llega bimestralmente se logra un ahorro anual de $29,400.00.
Además con la alimentación de las bombas para el posicionamiento de los calentadores solares, se obtuvo un ahorro en la cuenta del gas de $300.00 bimestrales, con esto se obtiene un ahorro anual de $1,800.00.
Tomando en cuenta el ahorro que se obtiene en ambos sistemas se tiene un total anual de $31,200.00, con esto la inversión inicial se recupera en 6 años 5 meses.
Cantidad Descripción Precio ($) 10 Celdas Fotovoltaicas 4 Baterías 2 Inversores de 12 V 2 Reguladores Total 96,000.00 1 Estructura 25,000.00 1 Sensor c/controlador 8,000.00
2 Moto reductores con niño de aluminio relación 900:1, 1 HP
11,716.00 2 Mecanismos de viela-manivela oscilador 8,000.00
2 Poleas Chicas 250.00
2 Poleas Grandes 1,080.00
1 Buje 240.00
1 Banda dentada modelo 630 318.00 1 Banda dentada modelo 540 268.00
Total 163,037.00 “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE CONTROL DE POSICIONAMIENTO DE CELDAS SOLARES”.
En la tabla 5.4 se muestra el desglose de los precios del costo total del proyecto sin incluir los gastos de ingeniería.
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Glosario.
Policristalinas: Un policristal o material policristalino es un agregado de pequeños cristales de cualquier sustancia, a los cuales, por su forma irregular, a menudo se les denomina cristalitas o granos cristalinos. Muchos materiales de origen tanto natural (minerales y metales) como sintético (metales, aleaciones, cerámica, etcétera) son policristales.
EVA: De sus siglas en ingles ethylene vinyl acetate es un copolímero presente en los módulos solares y es el encargado del encapsulado hermético de las células en la estructura del propio módulo, digamos como un pegamento.
Anodizado: El anodizado es un proceso electroquímico industrial aplicado al aluminio para aumentar el espesor creando una densa capa de óxido de aluminio, la cual proporciona al metal una mayor resistencia a la abrasión y a los agentes químicos y atmosféricos.
Irradiancia: La irradiancia es la magnitud utilizada para describir la potencia incidente por unidad de superficie de todo tipo de radiación electromagnética.
Polipropileno: El polipropileno (PP) es el polímero termoplástico, parcialmente cristalino, que se obtiene de la polimerización del propileno (o propeno).
hr rate. Consumo por cada hora de electricidad. Ah: Amper por hora.
Azimut: Ángulo entre un vector de referencia y un segundo vector sobre el mismo plano.
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Referencias
[1].- ALEJANDRO VARGAS FIGUEROA, INGRID VIRIDIANA MUÑIZ SEGURA (2007). “Calentador Solar”. Tesis elaborada por alumnos del Instituto Tecnológico de Monterrey campus Toluca. Referencia ver pagina cienciasbasicas.tol.itesm.mx/congresoabp/.../135.doc.
[2].- ING. KISIEV SALGADO CASTRO (2011) “Proyecto de climatización Solar de la ESIME Culhuacán”. Proyecto Elaborado para beneficio del Instituto Politécnico Nacional. Referencia ver pagina http://issuu.com/kixievxalgado/docs/proyecto_solar_ipn_kisiev_salgado
[3].-MÉNDEZ RAFAEL (09-11-2009). La eólica supera por primera vez la mitad de la producción eléctrica. El País.
[4].- VEN TE CHOW (1983) “ Hidráulica de los Canales Abiertos ”. Editorial Diana, México.
[5].-Información tomada de www.greenpeace.org/espana/es/news/la-energ-a-solar-
puede-dar-ele, sobre “La energía solar puede dar electricidad limpia a más de 4.000
millones de personas para 2030 “, el 12 de abril de 2012.
[6].-Información tomada de www.textoscientificos.com/energía/células, sobre “El funcionamiento básico de las celdas solares”, el 13 de abril de 2012.
[7].-Características y descripciones obtenidas del Catalogo “ERDM SOLAR 130-145 Watt Modulo solar policristalino”, de la marca ERDM SOLAR.
[8].-Características y descripciones obtenidas del “Catalogo de usuario TecnosolarT12 250-266 A”. Ver referencia en Teknosolar_117464_Catalog-On-Demand.
[9].- Características y descripciones obtenidas de Manual de usuario “Conermex inversor cargador de onda senoidal modificada” para las series SM 1512/ 1524/ 2412/ 2424/ 3624”.
[10].- M. en C. Juan Manuel González Mendoza “Diseño de los mecanismos para un seguidor solar pseudo-ecuatorial”, Tesis de maestría, SEPI-ESIME 2012
[11].-Especificaciones obtenidas de “Catalogo de motores eléctricos monofásicos siemens” disponible en la pagina http://es.scribd.com/doc/57103426/Cat-Motores-
“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE CONTROL DE POSICIONAMIENTO DE CELDAS SOLARES”.
[12].-Especificaciones tomadas de “Catalogo Moeller IEC Contactors & Starters”. De la marca Moeller.
[13].-Especificaciones tomadas de Catalogo Moeller-EATON Interruptores Termomagnéticos de Nueva Generación, “PLS6”, “PLSM” y Protecciones diferenciales "PFIM".
[14].- Especificaciones tomadas de “DataSheet 100 W output series AG electronics” con respecto a una fuente de alimentación. Adquirida en AG electronics.
[15] Descripciones tomadas de “Catalogo Relevadores de potencia SCHRACK”
[16].- Especificaciones tomadas del “Manual “Instrucciones de Montaje Moeller”, Easy 819, Easy 820, Easy 821, Easy 822, etc” de la marca Moeller..
[17].- M. en C. LIZBETH SALGADO CONRADO, “Diseño y construcción de un sistema de control para la orientación de un concentrador solar cilindro-parabólico este-oeste”, Tesis para obtener el grado de maestría del Instituto Politécnico Nacional 2010.
[18].- Especificaciones tomas del “Manual de usuario Heliotrack Programmable dual axis solar tracking controllerV3.0”