Práctica #2 Durante esta práctica se hizo el siguiente montaje: En el

Transcripción

UNIVERSIDAD DE COSTA RICA
ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA
Vismar Campos Hernández
Carné: A91285
IE-1117 ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA
I CICLO 2015 REPORTE PRIMERA SESIÓN DE EJERCICIOS
Práctica #2
Durante esta práctica se hizo el siguiente montaje:
Figura 1. Diagrama de conexiones para la práctica #2
En el que se utilizó una celda solar, lámpara que simula la radiación solar y un motor que
actuaba como carga.
Cuando se montó el circuito se ajustó el regulador de claridad en posición sur y con una
intensidad de grado 10, asegurándose que el motor estuviese girando.
Luego, con el motor girando, se cambió la polaridad de conexión de la celda solar.
Se volvió a poner la polaridad inicial y se ajustó el regulador de claridad en diferentes
posiciones.
¿Qué sucede si los cables de conexión se cambian de polaridad en la celda solar? Explique
las razones.
Al cambiar la polaridad en la celda solar se cambia el sentido de giro del motor DC. Esto
sucede porque se cambia el sentido de la corriente eléctrica, por lo que cambia el sentido de la
corriente del inducido del motor, provocando que el motor gire en sentido contrario al que estaba
inicialmente.
¿Qué le sucede al motor DC al ajustar el regulador de claridad con diferentes intensidades?
El regulador de claridad estaba inicialmente en 10, que es la máxima intensidad. Al bajar la
intensidad paulatinamente también se iba bajando la velocidad del motor DC. Esto sucede porque
si se baja la intensidad se baja la corriente que se obtiene de la lámpara que simula la radiación
solar. Esta corriente baja no le da la suficiente potencia al motor para que haga girar al rotor a una
velocidad “normal” por así decirlo, el torque no es el suficiente.
Carné: A91285
En otras palabras, el efecto fotovoltaico en la celda solar no es lo suficientemente grande
para que genere una fuerza electromotriz que haga que el motor DC gire cuando la celda solar es
iluminada, provocando una velocidad baja y llegar a detenerse cuando ya no hay radiación “solar”.
¿Cuál es la transformación de energía que se presenta en la celda solar y en el motor DC?
En esta práctica se cuenta con un sistema fotovoltaico con una lámpara que simula la
radiación solar, una celda fotovoltaica y un motor DC. La radiación “solar”, que sería la energía
solar, se convierte directamente en energía eléctrica cuando los fotones inciden sobre el material
semiconductor de la celda fotovoltaica. Esta energía eléctrica se convierte en energía mecánica
por parte del motor DC al tener que girar un rotor. Hay que aclarar que la intensidad de la lámpara
no era la máxima, ya que era un equipo que funciona con 240 V y se tenía una fuente de 208 V.
Conclusiones
1. Para cambiar el sentido de giro de un motor DC en un sistema fotovoltaico basta con
cambiar la polaridad de la celda fotovoltaica.
2. Una baja intensidad de radiación provoca una baja conversión de energía solar a eléctrica
provocando una baja velocidad en el motor DC. La cantidad de energía generada depende
de la intensidad de radiación.
3. La celda solar permite el efecto fotovoltaico para convertir directamente la energía solar en
eléctrica.
Carné: A91285
Práctica #3
Se montó el circuito mostrado. Se ajustó el multímetro para que midiera corriente en la
posición de 2000 mA de corriente directa. Todo esto con el brazo de la lámpara en posición sur, y
con el regulador de claridad en grado 10.
Con el motor girando se definieron dos configuraciones de montaje: A, para la celda solar
polarizada a favor y B, con la celda solar polarizada en contra (bloqueada).
Se realizaron las siguientes configuraciones y se anotó el comportamiento del sistema.
1. Sin chapa de sombreado y montaje A.
2. Sin chapa de sombreado y montaje B.
3. Con chapa de sombreado, sin radiación y montaje A.
4. Con chapa de sombreado, sin radiación y montaje B.
Para el montaje A sin chapa de sombreado: ¿qué observaciones puede hacer? Explique las
razones de lo ocurrido.
El multímetro marca 12 mA y el motor DC gira. Esto ocurre porque, sin la chapa de
sombreado y con toda la radiación “solar”, se produce el efecto fotovoltaico y se convierte la
energía solar directamente en energía eléctrica, misma que viaja hacia el acumulador, que
funciona como batería, y después hacia el motor, permitiéndole girar. Además agregar que la celda
fotovoltaica estaba polarizada a favor permitiendo el paso de la corriente.
Para el montaje B sin chapa de sombreado: ¿qué observaciones puede hacer? Explique las
En este montaje la celda estaba bloqueada, en este estado se supone que no permite el
paso de la corriente por lo que el motor DC no debería estar girando pero este estaba girando en
Carné: A91285
el mismo sentido que en la parte anterior y hasta más rápido, marcando una corriente de 14 mA.
Esto se podría deber a que el circuito cuenta con un acumulador que funciona como batería y
puede ser que al medir en la parte anterior este no estaba lo suficientemente cargado y midió
menos y en esta parte estaba en su máxima carga marcando una corriente mayor y permitiendo el
giro del motor DC.
Para el montaje A con chapa de sombreado: ¿qué observaciones puede hacer? Explique las
En esta parte se midió una corriente de 12 mA. Con la chapa de sombreado la celda solar
se comparta como un diodo rectificador común de unión pn por lo que pierde sus propiedades de
generador de energía al no recibir radiación alguna. El motor sigue girando pero baja su velocidad
paulatinamente porque no hay generación de energía eléctrica y el acumulador va perdiendo la
corriente que tenía acumulada.
Para el montaje B con chapa de sombreado: ¿qué observaciones puede hacer? Explique las
En este montaje la celda está bloqueada y no permite el paso de la corriente. Además de
que tiene la chapa de sombreado por lo que tampoco hay generación. Se marca una corriente de 5
mA, de lo poco que todavía le queda al acumulador pero que no es suficiente para que el motor
DC gire.
¿Qué observación puede hacer sobre el funcionamiento del motor con o sin chapa y en las
dos posiciones de celda?
El correcto funcionamiento de la celda se da cuando tiene toda la radiación posible y
polarizada a favor, ya que permite que se dé el efecto fotovoltaico y el paso de la corriente
generada.
Conclusiones
1. El acumulador es importante ya que permite el funcionamiento de la carga cuando la celda
solar tiene un sombreado y no recibe la radiación adecuada.
2. El máximo funcionamiento de la celda solar cuando no hay obstáculos para la radiación
que pueda recibir.
Carné: A91285
Práctica #4
Se montó el circuito mostrado, para esto se contó con una celda solar, la lámpara que
simula la radiación solar, las chapas de sombreado y el multímetro.
Luego de montado el circuito se ajustó el regulador de claridad en posición sur y con una
intensidad de grado 10. El multímetro se ajustó en la posición de 2000 mV de corriente directa.
Se midió la tensión en vacío de la celda bajo las siguientes condiciones.
1. Sin chapa de sombreado [1/1] (celda expuesta al 100% de radiación).
2. Con chapa de sombreado tapando un cuarto de la celda [¾].
3. Con chapa de sombreado tapando la mitad de la celda [½].
4. Con chapa de sombreado tapando completamente la celda [0].
Resultados:
Tabla 1. Resultados experimentales
Superficie
irradiada de la
celda solar
0
1/2
3/4
1/1
Tensión en vacío
(mV)
110
490
506
514
Carné: A91285
Tensión en vacío en función de la
superficie expuesta de la celda
600
500
400
Tensión en vacío en
función de la superficie
expuesta de la celda
300
200
100
0
0
0.5
0.75
1
Estos resultados se obtuvieron montando el circuito mostrado y con ayuda de las chapas
de sombreado se taparon el 0, ½, ¾, y 1/1 de la celda solar. Estos se lograron medir gracias al
multímetro ajustado en la posición de 2000 mV.
La gráfica se hizo en Excel con los datos obtenidos de la tabla 1.
¿Hasta qué punto depende la tensión de vacío con el grado de exposición de la superficie
de la celda solar? Explique ampliamente
De la gráfica se observa un cambio brusco de 0 a ½ de la celda sombreada. Por lo que el
punto en donde la tensión de vacío depende con el grado de exposición de la superficie de la celda
solar es con la mitad de la celda sombreada. Esto se debe a que cada material semiconductor
tiene un mínimo de energía requerida para que un electrón salte desde el material tipo n hasta el
tipo p, venciendo la banda prohibida o de conducción, entonces con más de la mitad de la celda
sombreada no se la energía requerida para que los electrones salten desde el material tipo n hasta
el tipo p, por lo que el electrón no salta de la banda de valencia a la banda de conducción y no se
convierte en un electrón libre que genere la conducción de energía.
Conclusiones
1. La energía necesaria para hacer que este flujo de electrones desde el material tipo n
hasta el tipo p se produzca viene desde la radiación que impacta a la celda solar.
2. Con la mitad de la celda en funcionamiento se produce una tensión de vacío aceptable.
Carné: A91285
Práctica #5
Se montó el circuito mostrado, para esto se contó con una celda solar, la lámpara que
simula la radiación solar, las chapas de sombreado y el multímetro.
Luego de montado el circuito se ajustó el regulador de claridad en posición sur y con una
intensidad de grado 10. El multímetro se ajustó en la posición de 2000 mA de corriente directa.
Se midió la tensión en vacío de la celda bajo las siguientes condiciones.
1. Sin chapa de sombreado [1/1] (celda expuesta al 100% de radiación).
2. Con chapa de sombreado tapando un cuarto de la celda [¾].
3. Con chapa de sombreado tapando la mitad de la celda [½].
4. Con chapa de sombreado tapando completamente la celda [0].
Resultados:
Superficie
irradiada de la
celda solar
Corriente
de
cortocircuito
(mA)
0
1/2
3/4
1/1
1
106
150
190
Carné: A91285
Corriente de cortocircuito en función
de la superficie expuesta de la celda
300
250
200
Corriente de
cortocircuito en
función de la superficie
expuesta de la celda
150
100
50
0
0
0.5
0.75
1
Estos resultados se obtuvieron montando el circuito mostrado y con ayuda de las chapas
de sombreado se taparon el 0, ½, ¾, y 1/1 de la celda solar. Estos se lograron medir gracias al
multímetro ajustado en la posición de 2000 mA.
La gráfica se hizo en Excel con los datos obtenidos de la tabla 2.
¿Hasta qué punto depende la corriente de cortocircuito con el grado de exposición de la
superficie de la celda solar? Explique ampliamente
De la gráfica se observa un crecimiento de la corriente de cortocircuito. Un cambio más
pronunciado se da de 0 a 1/2 , aunque también hay un cambio grande de ½ a 3/4 , y no tan grande
de ¾ a 1/1. Por lo que el punto en donde la corriente de cortocircuito depende con el grado de
exposición de la superficie de la celda solar es con 3/4 de la celda expuesta, ya que no hay un
cambio grande de ¾ a 1/1. Al igual que con la tensión de vacío se necesita un mínimo de energía
para que haya flujo de electrones desde el material tipo n al tipo p, pero este flujo es un poco más
constante de ¾ a 1/1 de la superficie expuesta de la celda, en este caso, así que se necesitan ¾
de la superficie para lograr una corriente de cortocircuito aceptable.
Conclusiones
1. La energía necesaria para hacer que este flujo de electrones desde el material tipo n
hasta el tipo p se produzca viene desde la radiación que impacta a la celda solar.
2. Con 3/4 de la celda en funcionamiento se produce una corriente de cortocircuito
aceptable.
Carné: A91285
Práctica #6
Se ajustó el regulador de claridad en posición sur y con una intensidad de 5 (este fue el
cero para nosotros ya que con una intensidad menor a esta no había generación de electricidad).
Se colocó el sensor de radiación centrado sobre la lámpara, lo más cercano posible a la
superficie de las celdas, sin obstruir alguna parte de las celdas.
El sensor de radiación se conectó directamente a un multímetro ajustado en una tensión de
2000 mV DC.
Se realizó lo siguiente:
1. Se conectó el multímetro ajustado en 2000 mV DC al sensor de radiación.
2. Se registró la intensidad de la radiación.
3. Se cambió el multímetro conectado al sensor de radiación y se conectó a las terminales
de las celdas solares en paralelo. Se registró la tensión de vacío.
4. Se desconectó el multímetro con el que se midió la tensión de vacío.
5. Luego se conectó el segundo multímetro ajustado en 2000 mA DC en las terminales de
las celdas solares en paralelo. Se registró la corriente de cortocircuito.
6. Se repitieron los pasos del 1 al 5 para las restantes posiciones del regulador de claridad
(5-10, en pasos de 0.5 para las diez mediciones).
Carné: A91285
Resultados:
Irradiancia
(W/m2)
0
2
16
90
35
68
106
152
164
168
Tensión en vacío
(mV)
9
79
219
352
434
482
506
522
524
524
Corriente de
cortocircuito
(mA)
1
3
8
25
73
150
243
360
383
396
600
450
400
500
350
400
300
250
Tensión en vacío
300
200
200
150
Corriente de
cortocircuito
100
100
50
0
0
0
50
100
150
200
Los resultados de la tabla se obtuvieron realizando el procedimiento estipulado. La gráfica
se hizo con ayuda de los resultados en Excel.
¿Hasta qué punto depende la tensión en vacío y la corriente de cortocircuito de la
intensidad de la radiación? Explique ampliamente
En esta parte hubo un problema porque de la posición 7 a la 7.5 se bajó el registro de
intensidad. En la posición 9 con una intensidad de 152 es que la tensión en vacío y la corriente de
cortocircuito no varían mucho y se logra una cierta estabilización, por eso es que en este punto es
que la tensión y la corriente no dependen de la intensidad de la radiación.
Conclusiones
1. La tensión de vacío y la corriente de cortocircuito dependen mucho de la intensidad de
radiación.
Carné: A91285
2. Se requiere una intensidad de radiación alta para que se logre una estabilización en la
tensión en vacío de la corriente de cortocircuito.

Práctica #2 Durante esta práctica se hizo el siguiente montaje: En el

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