Ferfil s.problematico Panel Hibrido
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PER FACULTAD DE INGENIERA MECNICA
Sistema problemtico PANEL SOLAR HIBRIDO
FOTOVOLTAICO/TRMICO PARA USO
INDUSTRIAL
Presentado por:
CRDENAS ZAMUDIO, Alex.
Para optar el ttulo de:
Ingeniero de Mecnico
Huancayo Per
2012
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NDICE NDICE .......................................................................................................................................... 2 1 ANTECEDENTES .................................................................................................................. 2 2 IDENTIFICACIN DEL PROBLEMA ..................................................................................... 2
2.1 Objeto de investigacin .................................................................................................... 4
2.2 Salidas y entradas ............................................................................................................ 4
2.3 Sper sistema (caja negra) .............................................................................................. 5
2.4 Lista de atributos .............................................................................................................. 5
2.5 Definicin de funciones .................................................................................................... 5
2.6 Sntesis de funciones ....................................................................................................... 6
2.7 Sper sistema (caja blanca) ............................................................................................. 7
2.8 Sistema (caja negra) ........................................................................................................ 7
2.9 Subsistemas (caja blanca) ............................................................................................... 8
2.10 Identificacin de variables ................................................................................................ 8
2.11 Problemas ........................................................................................................................ 9
3 REFERENCIA BIBLIOGRAFICA ......................................................................................... 12
1 ANTECEDENTES
La energa solar ha cobrado una importancia trascendental en las ltimas dcadas a nivel mundial. Los diversos acontecimientos a lo largo del planeta, tales como el calentamiento global, la contaminacin, escasez de recursos no renovables, la gran demanda energtica de los ltimos aos, o simplemente aquellos lugares que no poseen suministro elctrico, ya sean por razones geogrficas o por elevados costos de instalacin, motivan a miles de personas y entidades empresariales por la bsqueda de alternativas energticas limpias y eficientes tales como la energa elica, bio-combustibles, y energa solar. sta ltima se utiliza para generar energa trmica o elctrica, pero el coste es relativamente alto al momento de satisfacer demandas elctricas con paneles solares, producto de varios factores entre los cuales destacamos el elevado precio del panel solar fotovoltaica. La presente investigacin persigue dos objetivos fundamentales relacionados con la mejora de la eficiencia energtica de los paneles
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solares fotovoltaicos. Por una parte incrementar la eficiencia fotovoltaica y al mismo tiempo y en el mismo espacio obtener A.C.S.
El sistema desarrollado consta principalmente de un absorbedor formado por una pletina de cobre, aluminio o cualquier otro material con buena conductividad trmica sobre la cual se ha soldado un serpentn o sistema similar, para formar todo ello un absorbedor de calor refrigerado por un lquido calor-portante. Este absorbedor estar adosado a la parte posterior de un panel fotovoltaico, con el fin de disminuir la temperatura en sus clulas, en los diodos de proteccin y bypass que forman el panel.
Con todo ello se pretende conseguir un incremento notable en la eficiencia de los paneles solares, que se prev sea superior al 15% sobre la potencia de pico suministrada por el panel F.V. Este incremento de potencia es muy significativo, ya que la eficiencia conseguida en los paneles que se comercializan actualmente est situada entre el 15% y el 25%. Este sistema desarrollado refrigera las clulas solares incrementando notablemente la eficiencia en la produccin de energa elctrica. El calor absorbido del panel es conducido a un acumulador de agua caliente, para utilizarlo en un sistema de A.C.S., calefaccin, etc.
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2 IDENTIFICACIN DEL PROBLEMA
2.1 Objeto de investigacin
Panel solar hibrido fotovoltaico/trmico.
2.2 Salidas y entradas
Entrada: Energa Solar.
Caja Negra: Panel solar hibrido fotovoltaico/termico.
Salida:
Eficiencia energtica solar.
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2.3 Sistema (caja negra)
2.4 Lista de atributos
SISTEMA ATRIBUTO
Panel Solar Hibrido
Radiacin solar.
Clula fotovoltaica.
Sistema de carga de batera y regulador de voltaje.
Inversor.
Carga en C.A.
Batera.
Placa absorbente.
Intercambiador de calor.
Tanque de almacenamiento.
2.5 Definicin de funciones
Atributos Funciones
Radiacin solar. La radiacin solar directa o difusa entra al panel fotovoltaica/trmica.
Clula fotovoltaica. La produccin elctrica est basada en el fenmeno fsico denominado "efecto fotovoltaico", que bsicamente consiste en convertir la luz solar en energa elctrica por medio de unos dispositivos semiconductores denominados clulas fotovoltaicas.
Sistema de carga de batera y regulador de voltaje.
En este sistema la batera se carga, segn la entrada de generacin de electricidad por panel fotovoltaico, y se regula el voltaje de entrada y salida.
Inversor. El inversor ayuda cuando se genera la electricidad tenga estabilidad en voltaje y amperaje.
Carga en C.A. La carga de electricidad generada en corriente alterna. Batera. Aqu se almacena la electricidad generada por el sistema
fotovoltaico.
Placa absorbente. Radiacin solar calorfica al fluido termoportador.
Intercambiador de calor.
Lugar donde el agua toma una temperatura mxima.
Tanque de almacenamiento.
Lugar donde se almacena el agua calienta para el uso.
PANEL SOLAR
HIBRIDO
Energa Solar Eficiencia energtica
solar.
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2.6 Sntesis de funciones
Atributos Principales Secundarios
Radiacin solar. X
Clula fotovoltaica. X
Sistema de carga de batera y regulador de voltaje.
X
Inversor. X
Carga en C.A. X
Batera. X
Intercambiador de calor.
X
Tanque de almacenamiento.
X
Placa absorbente. X
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2.7 Sper sistema (caja blanca)
2.8 Sistema (caja negra)
Luz solar
Electricidad Panel solar
Regulador de carga
Batera
Inversor
Intercambiador de calor
Agua caliente Agua fra
PANEL SOLAR HIBRIDO
FOTOVOLTAICO/TERMICO
PARA USO INDUSTRIAL
Energa solar.
Electricidad
Agua caliente
Agua fra
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2.9 Subsistemas (caja blanca)
(01) Radiacin solar. (02) panel solar hibrido fotovoltaico/trmico. (03) Sistema de carga de batera y regulador de voltaje. (04) Inversor. (05) Carga en C.A. (06) Placa absorbente. (07) Intercambiador de calor. (08) Tanque de almacenamiento.
2.10 Identificacin de variables
VI: VARIABLE INDEPENDIENTE: Panel solar hibrido.
VD: VARIABLE DEPENDIENTE: Incremento de la eficiencia energtica solar.
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2.11 Problemas Interrogante VI Enlace Verbo VD Delimitacin
Cual, Como, Que?
Panel solar hibrido fotovoltaico/trmico
Las, se, es, son, la.
Permitir,
Modificar
, Mejorar
Agua
caliente
electricidad
VI= Panel solar hibrido fotovoltaico/trmico.
VD= Eficiencia energtica solar.
Problema descriptivo
Cules son las caractersticas del Panel solar hibrido que permite lograr el incremento de la eficiencia energtica solar?
Problema explicativo
Cmo se relacionan los procesos de funcionamiento del Panel solar hibrido para lograr el incremento de la eficiencia energtica solar?
Problema experimental
Qu pasa con el incremento de la eficiencia energtica solar si se modifican las formas o estructuras del Panel solar hibrido?
Problema aplicado
Como combinar las formas o estructuras del Panel solar hibrido para mejorar la eficiencia energtica solar?
PANEL SOLAR HIBRIDO
Eficiencia energtica solar.
Energa solar.
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OPERACIONALIZACIN DE VARIABLES
Problema Cmo mejorar la estructura del panel solar hibrido fotovoltaico/trmico que nos permita obtener la mejor eficiencia energtica solar?
Independiente Dependiente
Variables Panel solar hibrido fotovoltaico/trmico.
Eficiencia energtica solar.
Definicin conceptual Sistema que convierte la energa solar en agua caliente. Sus dimensiones son placa absorbente, intercambiador, sistema de carga, regulador de voltaje, inversor y carga de bateras.
Producto que se obtendr a la salida del proceso en el panel solar, la eficiencia del calor que sale. Dimensiones: tiempo de interaccin y capacidad de transferencia del fluido.
Definicin operacional Variable que expresa la variacin del material en cada uno de sus sistemas (fotovoltaico y trmico); placa absorbente, sistema de carga con regulador de voltaje y del tipo de fluido de transferencia.
Variable que expresa la produccin de agua caliente cuya medicin es en escala intervalar y se medir en C/min para un volumen constante; con esta informacin sabremos la eficiencia del panel.
Hiptesis En este apartado se mostrarn algunas posibles variantes al modelo estudiado. Sera ideal fabricar paneles fotovoltaicos con el absorbedor integrado, montando directamente las clulas fotovoltaicas, sobre la superficie del propio absorbedor, disminuyendo de esta forma las perdidas en la transferencia de calor al mismo. Tambin sera ideal montar dichos paneles en una carcasa, similar al utilizado actualmente para la energa solar trmica, con esto se conseguira un incremento de la temperatura en el panel por el efecto invernadero generado en su interior; obteniendo ms temperatura en el lquido refrigerante, y por lo tanto mayor eficiencia en el sistema trmico.
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DISEO DE INVESTIGACIN
Problema Cmo mejorar la estructura del panel solar hibrido fotovoltaico/trmico que nos permita obtener la mejor eficiencia energtica solar?
Hiptesis
En este apartado se mostrarn algunas posibles variantes al modelo estudiado. Sera ideal fabricar paneles fotovoltaicos con el absorbedor integrado, montando directamente las clulas fotovoltaicas, sobre la superficie del propio absorbedor, disminuyendo de esta forma las perdidas en la transferencia de calor al mismo. Tambin sera ideal montar dichos paneles en una carcasa, similar al utilizado actualmente para la energa solar trmica, con esto se conseguira un incremento de la temperatura en el panel por el efecto invernadero generado en su interior; obteniendo ms temperatura en el lquido refrigerante, y por lo tanto mayor eficiencia en el sistema trmico.
Tipo de investigacin
Investigacin tecnolgica.
Nivel de investigacin
Investigacin Experimental.
Variables Independientes
Panel solar hibrido fotovoltaico/trmico.
Variable Dependiente
Eficiencia energtica solar.
Diseo de investigacin
Diagrama: EE X O1 EC ----- O2
Dnde:
EE: Panel solar hibrido fotovoltaico/trmico.
EC: Funcionamiento del Panel solar hibrido fotovoltaico/trmico sin el sistema trmico
X: Funcionamiento del Panel solar hibrido fotovoltaico/trmico
O1: Observacin del calentamiento del agua y generacin de electricidad (eficiencia) con el Panel solar hibrido fotovoltaico/trmico.
O2: Observacin del calentamiento del agua y generacin de electricidad (eficiencia) con el Panel solar hibrido fotovoltaico/trmico sin el sistema trmico.
Modelo de observaciones
Tomamos una observacin que est compuesto de los siguientes componentes :
= +
=medida de la eficiencia. =el efecto de la configuracin de la estructura.
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3 REFERENCIA BIBLIOGRAFICA
ESPINOZA, Ciro. Metodologa de investigacin tecnolgica. Pensando en sistemas. 1ra edicin. Huancayo, Per: Imagen Grfica, marzo de 2010.
CIEMAT: Fundamentos, dimensionado y aplicaciones de la energa solar fotovoltaica. (1999). KNOPF: Hannes. Analysis, Simulation, and Evaluation of Maximum Power Point Tracking (MPPT) Methods for a solar Powered Vehicle. Portland State University. (1999). IDAE: Instituto para la Diversificacin y Ahorro de la Energa. ECODES: Fundacin Ecologa y Desarrollo. EUROSOLAR: Asociacin Europea para las Energas Renovables. UNE EN ISO 10456: 2001 Materiales y productos para la edificacin. Procedimientos para la determinacin de los valores trmicos declarados y de diseo.