IMPLEMENTACION DE UNA CELDA FOTOVOLTAICA EN UN SISTEMA DE

BOMBEO

Paneles fotovoltaicos y eficiencias

Tipos de paneles fotovoltaicas

Se puede producir paneles fotovoltaicos de muchos elementos. Con mejorados

y nuevos métodos de producción y el uso de nuevos elementos incluyendo

materiales orgánicos, existe hoy una gran variedad de productos.

Fig1 Paneles Solares de Celdas de Silicio

Las celdas fabricadas de bloques de silicio son las más comunes. Se

comprobó una vida útil con frecuentemente más de 40 años sin mantenimiento.

Se distinguen entre celdas las mono cristalinas y poli cristalina la diferencia

entre ambas es mínima. La eficiencia de las mono cristalinas puede tener

importancia cuando el espacio es reducido. Pero con placas policristalinas se

puede conseguir más energía por el mismo precio.

Aunque el silicio es muy abundante, la cantidad con suficiente pureza

(99.9999%) es limitada y por ello es caro. Una escasez de silicio de alta

pureza anunciado en 2005 fue evitada con nuevos y mejores procesos de

fabricación. Varias empresas que invirtieron fuertemente en tecnologías

alternativas hoy se encuentran en serios problemas para competir con los

paneles de silicio tradicionales, cada vez más asequibles.

El argumento de que la energía eléctrica necesaria para producir las placas

solares es mayor a la que ellas generan durante su vida Aunque con validez

hace más de 50 años atrás, las placas de silicio fabricadas hoy con procesos

modernos y celdas más finas necesitan menos de dos años para producir la

energía que se usó para su propia fabricación En países de alta radiación

este tiempo de retorno todavía es más corta..

Otros paneles solares

Fig2 Placas solares de capa fina

Para reducir los costos de producción y salir de la posible escasez de silicio se

empezaron a investigar placas de otros materiales. A parte de paneles solares

de capa fina con silicio se logró una importante reducción de los costos usando

otros elementos.

Los más importantes son módulos de capa delgada de cobre, indio y selenio

(CIS) o de cobre, indio, galio y selenio (CIGS) y módulos de capa delgada a

base de cadmio y telurio (CdTe).

Fig3 Celdas flexibles

Las nuevas formas de producción permiten producir celdas flexibles que abren

posibilidades que la rigidez de los paneles tradicionales no permitieron. En

aplicaciones especiales sirven para cargar aparatos de poco consumo.

Celdas orgánicas

Celdas orgánicas para cargar aparatos. De interés especial es la Celda

Grätzel de material simple similar a la fotosíntesis con características muy

prometedoras. Con esta invención el Actualmente están preparando una

primera producción industrial. a causa del uso de materiales simples, se espera

una importante reducción de los precios. Contario de las celdas cristalinas,

tienen la ventaja que la eficiencia aumenta con la temperatura.

Celdas de concentración

Concentrar la luz con sistemas ópticos es otro desarrollo para aumentar la

relativamente baja eficiencia de las celdas fotovoltaicas y reducir los costos.

Aunque se logró mejorar la eficiencia por un factor de 10 en los sistemas

instalados, la necesidad de guiarlos hacia el sol y el control de la alta

temperatura generada causaron sistemas sofisticados con un mantenimiento

alto y costoso..

 Inversiones masivas permitieron instalaciones de parques solares de gran

tamaño,

Eficiencias de paneles fotovoltaicos

A parte de reducir los costos de la producción el reto más importante es

aumentar la eficiencia.

Existe una sana competencia entre instituciones científicas internacionales

laboratorios se lograron eficiencias de más de 40%. Hasta que estos productos

de mejor eficiencias sean disponibles comercialmente.

Para el uso normal, las celdas monocristalínas son las más eficientes, seguidas

por las policristalinas. Mientras los mejores paneles monocristalinos superan

ligeramente el 20%, la mayoría de los paneles en producción hoy captan

alrededor del 15% de la energía disponible de la luz. Solar plaza en los Países

Bajos mantiene una lista de los 10 más eficientes celdas fotovoltaicas y una

lista de los 10 paneles fotovoltaicas más eficientes en producción.

Los paneles amorfos y otros de capa fina pocas veces superan el 10%. Para

usos especiales (por ejemplo satélites) se producen paneles de arseniuro de

galio que alcanzan una eficiencia de 30%.

Aunque con las placas de capa fina de relativamente poca materia prima se

logró reducir el costo de producción debajo de 1.- US$ por vatio, queda cierta

inseguridad sobre su durabilidad. Falta todavía suficiente experiencia histórica

y algunos problemas con la producción y calidad dejan algunas dudas.

Mientras las placas mono- y policristalinas son garantizadas de producir 80%

de su energía sobre 25 años, todavía no se puede garantizar esta vida con las

tecnologías más recientes. Esto afecta directamente la rentabilidad de los

sistemas sobre el tiempo y en general favorece a las placas tradicionales de

silicio

Tomando en cuenta los porcentajes de eficiencia y costos de cada `placa y viendo desde el punto de vista económico del comprador se usara la celda de material monocristalino. (delta volt)

Células de silicio multicristalino

Una célula fotovoltaica basada en silicio multicristalino.

Durante el enfriamiento de silicio en un molde se forman varios cristales.

La fotocélula

Es de aspecto azulado, pero no es uniforme, se distinguen diferentes colores creados por los diferentes cristales ventajas además de las antes mencionadas tenemos

Células cuadradas (con bordes redondeados en el caso de Si monocristalino) que permite un mejor funcionamiento en un módulo, Eficiencia de conversión óptima, alrededor de100Wp/m²,pero un poco menos

que en el monocristalino Lingote más barato de producir que el monocristalino

Conexión de placas solares.

Como todo elemento eléctrico, dispone de dos formas de conexión básicos, paralelo y en serie, lo cual determinará los valores eléctricos que disponga toda la instalación.

Hay que tener en cuenta cierto concepto o magnitud eléctrica no explicada todavía: Wp.

Wp es la potencia nominal o vatios pico, es decir, es la potencia que una placa fotovoltaica genera cuando es sometida a la radiación máxima. Se ha escogido un ejemplo para poder explicar los dos tipos de conexionado básicos existentes, observa que tanto la tensión como la intensidad totales de los circuitos, varían según el conexionado, pero en cambio, la potencia nominal siempre es la misma.

Hay que recordar, que todas las magnitudes eléctricas, son dependientes de la cantidad de radiación solar recibida, y de la calidad o material empleado para la construcción de las células. En definitiva, que una cosa es la teoría y otra la práctica.

Conexión placas solares en paralelo.

Conexión placas solares en serie.

Símbolo general de una placa solar.

Supongamos que disponemos de Paneles Solares capaces de entregar 5Ah. y que van a trabajar durante 7 horas promedio:

5Ah x 7h. = 35A.

Entonces requeriremos como mínimo un grupo de 9 paneles de 80 Watts/h. operando en configuración paralelo.

80W/h. x 9 = 720Wh. x 7 horas = 5.040Watts, ó 5Kw. por día, o lo que es igual:

5.000W/d. / 14V.= 358A de carga por día.

Suficiente corriente (A.) como para recargar al máximo el grupo de Baterías

Nota: El cálculo se ha realizado considerando 365 ds. de sol, lo cual obviamente no pasa de ser una simple hipótesis para la zona central de Chile, por tanto si deseamos tener cubierto dicho aspecto, debemos incrementar la capacidad de nuestro Generador Solar Fotovoltáico en a lo menos un 50%, para operar con un par de días nublados y totalmente desconectados de la red eléctrica pública, caso contrario crear una configuración mixta que nos permita operar paralelamente tambien en modalidad ON GRID para cuando debamos enfrentar 3 ó 4 días sin sol.

(Sco_tel.com)

Motores

Generalidades

Conjuntamente acoplados con las bombas deberán suministrarse losCorrespondientes motores eléctricos. Serán de inducción, tipo jaula de ardilla.Los motores deben ser diseñados para aceptar todas las cargas de empuje.Todos los motores deberán ser construidos de acuerdo con las últimas normasNEMA, IEEE, ANSI, AFBMA, IEC, donde sean aplicables.

Requerimientos de funcionabilidad

Cada motor deberá tener un factor de servicio de 1.. Los motores deben estar libres de vibraciones y ruidos molestos.

Especificaciones técnicas

En un 85%. El motor debe ser diseñado para un trabajo continuo pesado capaz de operar hasta 6 arranques por hora. La eficiencia mínima del motor será del95%

Todos los motores deberá hacérseles pruebas de rutina ejecutadas de acuerdo con su norma de fabricación, las cuales incluyen los siguientes ensayos con o sin testigos presenciales:a. Corriente y potencia sin cargab. Resistencia del embobinadoc. Pruebas de dieléctricos de alto potencial

Inspección de rodamientos, Prueba rotor bloqueado, Dirección de rotación y secuencia de fases, Resistencia de aislamiento, Ruido y vibraciónLas copias de los resultados de las pruebas para cada motor deberán serCertificadas por un Ingeniero de pruebas responsable.EjemploSi tengo que:V = 120v I = 8A Si tu motor de D.C. está funcionando cargado y está consumiendo 8 Amp. La potencia que toma de la red será:Potencia = Tensión x Corriente = 960 WATTS.La potencia en el eje será algo menor porque habrá que restarle las pérdidas eléctricas por efecto joule en los arrollamientos + las mecánicas + las del colector + las de ventilación. (acuacar.com)

Es importante también conocer sobre las referencias que llevaran a seleccionar el conductor indicado (cable) para evitar problemas a futuro

Características de los cables

Las principales características de los cables son:

A) Conductor que los constituye

B) Aislamiento

C) Cubiertas

D) Comportamiento ante los agentes externos

Conductor

Los metales empleados como conductores en cables eléctricos para baja tensión son el cobre y el aluminio.

El cobre reconocido es más usado, tradicionalmente, por su mayor conductividad y mejores características mecánicas y ductilidad.

El aluminio, utilizado posteriormente en la industria de fabricación de cables eléctricos, tiene un gran campo de aplicación, resaltando sus ventajas de menor peso específico y presentando una buena conductividad y menor coste económico.

Características de los conductores

Internacionalmente, la fabricación de conductores para cable eléctricos aislados se ajusta a la norma

UNE-21022 Conductores de cables aislados.

En relación con las características constructivas, composición de los conductores son aplicables las siguientes definiciones:

Formación: La formación de un conductor se define por el número de alambres que lo componen y por el diámetro nominal de los mismos.

Cuerda: Es el conductor formado por varios alambres reunidos, formando hélices.

Filástica: Es el conductor formado por varios alambres reunidos en hélices en el mismo sentido.

Cuerda sectorial: Es aquella en que su sección recta adopta aproximadamente la forma de un sector circular.

Sección geométrica: Se entiende por sección geométrica de un conductor la sección recta si es un alambre o la suma de las secciones rectas de cada uno de los alambres si se trata de una cuerda

Sección nominal: Es el valor redondeado que se aproxima al teórico y que se utiliza para la designación del cable

Resistencia: Resistencia máximas admisibles para los conductores en corriente continua, para una determinada temperatura

Aislamientos

Es la envolvente de material aislante continua y uniforme en toda la longitud del conductor, con un espesor adecuado para la tensión de trabajo del cable.

Los cables de alta tensión pueden aislarse con varios materiales aislantes.

Hay varios tipos de materiales aislante:

poli cloruro vinilo (PVC)

Caucho etileno-propileno (EPR)

Polietileno reticulado (XLPE)

Cubiertas

Es la envoltura externa de material que no tiene una función eléctrica pero sí de protección.

.Cuando se requieran exigencias frente al fuego, las mezclas de los materiales utilizados como cubiertas exteriores, serán ignífugas.

Comportamiento de los materiales a los agentes externos.

En todo tipo de instalación, los cables están sometidos a condiciones adversas, tanto de la propia instalación, como de agentes externos. Ambos casos inciden durabilidad de los mismos. Es por ello que los materiales utilizados en aislamientos y cubiertas deben ser los más adecuados para soportar estas adversidades.

Dentro de estos agentes externos, el que más preocupa es el fuego.

La problemática de los incendios puede ser contemplada bajos dos aspectos diferenciados, que se dan antes y durante la evolución del incendio.

El primer aspecto, el principal, comprende el estudio y aplicación del conjunto de medidas que deben observarse en el proyecto de cualquier obra de construcción, que tiendan a evitar que el incendio se establezca y que faciliten la extinción del incendio se deben elegir aquellos que imposibilitaran la creación del incendio.

El segundo aspecto es el humo que aparece por la combustión de los materiales sometidos a la acción del fuego. Es pues importante que los cables elegidos sean no propagadores de incendio, para evitar la emisión de gases tóxicos debido a la combustión

Así pues, se somete a los cables a una serie de ensayos, dedicados a evitar la propagación del incendio y sus consecuencias:

No propagación de la llama: Con este ensayo se determina la propiedad de auto extinción de la llama cuya ignición ha sido provocada en la superficie del cable por la fuente de calor y las condiciones ambientales.

No propagación incendio: Se comprueba la propiedad de que el cable, sometido a las condiciones simuladas de incendio, no se convertirá en vehículo de propagación.

Los tres sistemas de ensayo más utilizados internacionalmente y que constatan esta particularidad, tienen como objetivo la misma finalidad, aunque siguiendo procedimientos de ensayo diferentes.

Toxicidad y corrosividad: La ausencia de productos halógenos en la combustión de los materiales orgánicos, ofrece la seguridad de que los gases emitidos no contengan características tóxicas ni corrosivas.

Los cables convencionales provistos con aislamientos y cubiertas de polímeros halógenos emiten al arder humos y gases con contenidos notables de F, Cl, Br,, muy tóxicos.

Emisión de humos: Los cables, al arder, como consecuencia de un incendio, emiten gran cantidad de humos, ocasionando una pérdida de visibilidad que dificulta la evacuación de las personas.

Otras características exigibles a los cables es que sean flexibles, resistentes a aceites industriales y que tengan capacidad de carga.

Tipos de cables

Existen cables de muchos tipos, cada uno de los cuales destinado a una función determinada, que puede ir desde el transporte de señal hasta el transporte de energía eléctrica..

ALCATEL

Cables Industriales.

- Instalaciones interiores, exteriores y subterráneas s/UNE 21.123.

Cables de distribución (Baja y Media Tensión)

- Acometida y distribución aérea o subterránea s/UNE 21.123 y 21.030.

Cables domésticos

- Instalaciones interiores s/UNE 21.031.

Cables de seguridad, Mando y Control.

- Instalaciones en edificios públicos y de control en la industria.

Cables especiales

- Automoción e iluminación, instrumentación y control, cables de manutención, cables para industrias petroquímicas, cables para la Marina, cables de balizas

COGUESA

Cables Manguera Blindado

Instalaciones de todo tipo de maniobra en aparatos de control, mando y señalización donde se requiera evitar campos magnéticos e interferencias exteriores de alta frecuencia.

Conductor de cobre flexible electrolítico

Aislamiento de PVC tipo T12.

Pantalla de trenza de hilos de cobre estañado.

Cubierta de PVC tipo TM2.

2,3 y 4 conductores de sección 1, 1.5 y 2.5 mm2

Con lo antes mencionado nos hemos dado cuenta de que la mejor elección seria el aluminio pero a favor a la economía de el usuario se usara el cable de cobre tomando en cuenta las especificaciones (el rincon del vago)

Bibliografía

acuacar.com. (s.f.). Recuperado el 8 de marzo de 2013, de acuacar.com: http://www.acuacar.com/files/ACURP042011/Grupo%201/ESPECIFICACIONES%20TECNICAS%20%20MOTOR-BOMBA%20_2_.PDF

delta volt. (s.f.). Recuperado el 8 de marzo de 2013, de delta volt: http://deltavolt.pe/solar/pvpaneles

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el rincon del vago. (s.f.). Recuperado el 8 de marzo de 2013, de el rincon del vago: http://html.rincondelvago.com/cables-y-conductores.html

sco_tel.com. (s.f.). Recuperado el 8 de marzo de 2013, de sco_tel.com: http://www.esco-tel.com/tipos_de_celdas_solares.html