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.