Solar Hydrogen Extension. Manual de Experimentación. Heliocentris Academia GmbH

Transcripción

1 Solar Hydrogen Extension Manual de Experimentación

2 Solar Hydrogen Extension, Manual de experimentación Version 2 Diciembre 2015 Rudower Chaussee Berlín Alemania Todos los derechos reservados. Ninguna parte de este Manual de experimentación puede ser reproducida o almacenada en ningún sistema de recuperación de datos, ni transmitida por ningún medio sin la autorización previa y por escrito del editor. Se aplicará la siguiente excepción: se permite la realización de fotocopias de páginas del manual para o por parte de formadores. Los componentes de Solar Hydrogen Extension están protegidos por patentes y patentes de utilidad. Salvo modificaciones.

3 Índice 1 Introducción Energía solar... 5 Resumen de los experimentos... 5 Realización de las mediciones en caso de cambios de la posición de la instalación PV... 7 Experimento Ficha de trabajo Soluciones Identificación de las pérdidas de conversión por carga y descarga de las baterías Experimento Ficha de trabajo Soluciones Probar los perfiles diurno y nocturno Experimento Ficha de trabajo Soluciones Hidrógeno Resumen de los experimentos Calcular la eficiencia de un electrolizador Experimento Ficha de trabajo Soluciones Solar Hydrogen Extension - Manual de experimentación 1

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5 1 Introducción Resumen CONSEJO CONSEJO CONSEJO En este manual de experimentación se presentan 4 experimentos sobre el tema energías renovables. El manual se divide en los siguientes temas: Energía solar Hidrógeno Al comienzo de cada capítulo hay una explicación introductoria de cada uno de los experimentos y las correspondientes listas de chequeo. Antes de cada experimento, revise la lista de chequeo para el experimento respectivo. Para cada experimento hay una ficha de trabajo. En la hoja de respuestas se encuentran los ejemplos para la resolución de los experimentos y las fichas de trabajo. En las hojas de trabajo se ofrecen ejemplos de respuestas que, de ninguna manera, pretenden ser exhaustivas ni absolutas, sino más bien señalar algunas posibilidades para la resolución de los experimentos. Si sus estudiantes logran resolverlos de forma diferente, de ningún modo significará que las respuestas no sean correctas; solo se trata de respuestas a manera de ejemplo. Familiarícese con el SOLAR HYDROGEN EXTENSION antes de realizar los experimentos. Para ello lea el manual de instrucciones. La siguiente configuración es aplicable a todos los experimentos: La computadora externa está unida mediante un cable RJ45 al puerto de red LAN del SOLAR HYDROGEN EXTENSION. El software POWER MANAGEMENT MONITOR está instalado. Los valores que van a ser registrados en los experimentos también pueden ser captados y almacenados en forma digital. En el cuadro INTERVALO DE ALMACENAMIENTO de la opción HERRAMIENTAS CONFIGURACIÓN podrá indicar la frecuencia con la que se realizarán las mediciones. En FORMATO DE ALMACENAMIENTO puede elegir entre los formatos XLS, TXT y CSV. El registro de los valores comenzará al pulsar el botón INICIAR / DETENER. Solar Hydrogen Extension - Manual de experimentación 3

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7 Resumen de los experimentos 2 Energía solar Experimento 1 - Realización de las mediciones en caso de cambios de la posición de la instalación PV Resumen Ficha de trabajo Lista de chequeo En este experimento se analizará el rendimiento para diferentes orientaciones y ángulos de inclinación de la instalación PV. Las diferentes orientaciones de los paneles solares son -30, 30 y 0. Los ángulos de inclinación son 15, 30 y 45. De este modo se pueden reconocer las diferencias de las instalaciones de seguimiento de uno y dos ejes con respecto a las instalaciones PV fijas. Tabla para registrar los datos. Conclusiones de las mediciones. Hay suficiente sol (en caso de tiempo nublado, el experimento estará sujeto a error) Experimento 2 - Pérdidas de conversión por carga y descarga de las baterías Resumen Ficha de trabajo Lista de chequeo CONSEJO Aplicando diferentes configuraciones, el experimento muestra que el almacenamiento de energía siempre está sujeto a pérdidas y que la carga y descarga de las baterías siempre representa pérdidas en forma de pérdida de calor. En el experimento se emplearán los paneles solares como fuente de energía renovable. Tabla para registrar los datos. Conclusiones de las mediciones. La batería no debe estar completamente cargada. Descargue la batería por una hora con una corriente aprox. de 10 A Carga electrónica (potencia absorbida ajustable) o en su defecto, p. ej., lámpara con regulador de luz, caja de décadas de resistencias. Hay suficiente sol (en caso de tiempo nublado, el experimento no será de utilidad) Cronómetro Este experimento solo será de utilidad si la carga puede ser ajustada a diferentes niveles de potencia absorbida. La carga deberá ser ajustada de modo que sea alimentada directamente por los paneles solares. Solo así será claramente visible la extracción de la batería y del panel solar. En este experimento el DATA LOGGING es de utilidad. Experimento 3 - Probar los perfiles diurno y nocturno Resumen Ficha de trabajo Duración: Lista de chequeo En este experimento se simularán las situaciones para el día y la noche. Tabla para registrar los datos. Conclusiones de las mediciones. aprox. 90 minutos Hay suficiente sol (en caso de tiempo nublado, el experimento no será de utilidad) Cronómetro Calculadora Solar Hydrogen Extension - Manual de experimentación 5

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9 Realización de las mediciones en caso de cambios de la posición de la instalación PV Experimento 1 Pequeños cambios en la orientación Pequeños cambios en la orientación Medición de la corriente y la tensión bajo carga 1. Orientar los módulos PV con un ángulo de inclinación de 45 y un ángulo de orientación de Encender el sistema con el INTERRUPTOR PRINCIPAL. 3. Iniciar el software POWER MANAGEMENT MONITOR. 4. Conectar una carga en la salida 12 V DC OUT o AC OUT. 5. Hacer la lectura de los siguientes datos y registrarlos en la ficha de trabajo: I CC SOLAR Radiación solar U CC BATERÍA I CC BATERÍA I CC SALIDA Mediciones para diferentes orientaciones U CA OUT I CA OUT P CA OUT Repetir este experimento para las siguientes orientaciones Ángulo de inclinación Ángulo de orientación Ángulo de inclinación Ángulo de orientación Abb. 2-1 Ángulos de orientación e inclinación Solar Hydrogen Extension - Manual de experimentación 7

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11 Ficha de trabajo 1 Preguntas sobre el experimento 1. Cuáles son los valores para las siguientes configuraciones? Ángulo de inclinación 45 I CC SOLAR (A) U CC BATERÍA (V) I CC BATERÍA (A) I CC SALIDA (A) P CA OUT (W) Radiación solar Cuáles son los valores para las siguientes configuraciones? Ángulo de inclinación 30 I CC SOLAR (A) U CC BATERÍA (V) I CC BATERÍA (A) I CC SALIDA (A) P CA OUT (W) Radiación solar Cuáles son los valores para las siguientes configuraciones? Ángulo de inclinación 15 I CC SOLAR (A) U CC BATERÍA (V) I CC BATERÍA (A) I CC SALIDA (A) P CA OUT (W) Radiación solar Solar Hydrogen Extension - Manual de experimentación 9

12 Energía solar 4. Cuáles son los valores para las siguientes configuraciones? Ángulo de inclinación I CC SOLAR U CC BATERÍA I CC BATERÍA I CC SALIDA P CA OUT Radiación solar 5. Cuáles son los valores para las siguientes configuraciones? Ángulo de inclinación 30 I CC SOLAR U CC BATERÍA I CC BATERÍA I CC SALIDA P CA OUT Radiación solar Cuáles son los valores para las siguientes configuraciones? Ángulo de inclinación 15 I CC SOLAR U CC BATERÍA I CC BATERÍA I CC SALIDA P CA OUT Radiación solar Solar Hydrogen Extension - Manual de experimentación

13 Energía solar Preguntas sobre el experimento 1. Cómo se comportan los valores dependiendo del ángulo de inclinación? 2. Qué puede concluirse en forma general de los valores cuando la radiación solar aumenta constantemente? 3. Cómo se comportan los valores dependiendo de la radiación solar? 4. De qué factores depende el ángulo de incidencia óptimo? Preguntas generales 5. Qué factores pueden contribuir al sombreado? 6. Qué es la energía solar? 7. Qué es la energía eléctrica solar y qué significa fotovoltaica? 8. Qué se necesita para alimentar la red eléctrica con energía eléctrica solar? 9. Cómo está construida una célula solar? Preguntas de comprensión 10. De qué factores depende el rendimiento en la producción de energía? 11. Qué magnitud física es posible calcular a partir de las mediciones de corriente y tensión del panel solar? Solar Hydrogen Extension - Manual de experimentación 11

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15 Soluciones 1 Preguntas sobre el experimento 1. Cuáles son los valores para las siguientes configuraciones? Ángulo de inclinación I CC SOLAR 2,3 A 1,9 A 2,0 A U CC BATERÍA 27,09 V 27,01 V 27,01 V I CC BATERÍA ~3,54 A ~3,20 A ~3,15 A I CC SALIDA 0 A 0 A 0 A P CA OUT 0 W 0 W 0 W Radiación solar * * * 2. Cuáles son los valores para las siguientes configuraciones? Ángulo de inclinación I CC SOLAR 3,0 A 2,3 A 2,4 A U CC BATERÍA 27,04 V 27,03 V 27,03 V I CC BATERÍA ~4 A ~3,4 A ~3,6 A I CC SALIDA 0 A 0 A 0 A P CA OUT 0 W 0 W 0 W Radiación solar * * * 3. Cuáles son los valores para las siguientes configuraciones? Ángulo de inclinación I CC SOLAR 1,9 A 2,0 A 2,0 A U CC BATERÍA 27,01 V 27, 05 V 27,07 V I CC BATERÍA 3,5 A 3,4 A 3,4 A I CC SALIDA 0 A 0 A 0 A P CA OUT 0 W 0 W 0 W Radiación solar * * * Solar Hydrogen Extension - Manual de experimentación 13

16 Energía solar 4. Cuáles son los valores para las siguientes configuraciones? Ángulo de inclinación I CC SOLAR 2,3 A 1,9 A 2,0 A U CC BATERÍA 27,09 V 27,20 V 27,22 V I CC BATERÍA ~3,54 A ~3,05 A ~2,96 A I CC SALIDA 0 A 0 A 0 A P CA OUT 0 W 0 W 0 W Radiación solar * * * 5. Cuáles son los valores para las siguientes configuraciones? Ángulo de inclinación I CC SOLAR 3,0 A 1,9 A 1,9 A U CC BATERÍA 27,04 V 27,22 V 27,26 V I CC BATERÍA ~4 A ~2,86 A ~3,15 A I CC SALIDA 0 A 0 A 0 A P CA OUT 0 W 0 W 0 W Radiación solar * * * 6. Cuáles son los valores para las siguientes configuraciones? Ángulo de inclinación I CC SOLAR 1,9 2,1 A 2,0 A U CC BATERÍA 27,01 27,17 V 27,17 V I CC BATERÍA 3,5 A 3,05 A ~3,23 A I CC SALIDA 0 A 0 A 0 A P CA OUT 0 W 0 W 0 W Radiación solar * * * *Los valores pueden variar mucho dependiendo de la región y la estación. Los valores dados son datos propuestos como ejemplo. 1. Cómo se comportan los valores dependiendo del ángulo de inclinación? La observación realizada indica que el panel solar evidencia el valor más alto de tensión en un ángulo de incidencia de Solar Hydrogen Extension - Manual de experimentación

17 Energía solar 2. Qué puede concluirse en forma general de los valores cuando la radiación solar aumenta? A mayor radiación solar, más alta la tensión resultante. 3. Cómo se comportan los valores dependiendo de la radiación solar? La observación realizada indica que al aumentar la radiación lumínica, aumentan los valores de tensión en el panel solar. 4. De qué factores depende el ángulo de incidencia óptimo? El ángulo óptimo de incidencia depende del ángulo de inclinación del panel solar. Para todo panel solar, el ángulo de incidencia es óptimo cuando es perpendicular al panel solar. Preguntas generales 5. Qué factores pueden contribuir al sombreado? El sombreado puede ser causado por: Nubes Árboles Edificios Otros paneles solares Nieve o suciedad en el módulo solar 6. Qué es la energía solar? La energía solar es la energía emitida por el sol en forma de radiación. En el sol, la conversión de hidrógeno en helio libera energía radiante (fusión nuclear) disponible en forma de luz y calor. Cada hora el sol irradia a la tierra más energía de la que consume la población total en un año. Sin ella no podría ser posible la vida en la Tierra. 7. Qué es la energía eléctrica solar y qué significa fotovoltaica? Se define energía eléctrica solar como la electricidad que se obtiene en células solares por efecto fotovoltaico. Tecnología fotovoltaica (abreviatura: PV) es la tecnología mediante la cual la energía solar es convertida en energía eléctrica (corriente continua). 8. Qué se necesita para alimentar la red eléctrica con energía eléctrica solar? La corriente continua producida por las células solares es dirigida a un inversor. Este aparato convierte la corriente continua en corriente alterna. Solar Hydrogen Extension - Manual de experimentación 15

18 Energía solar 9. Cómo está construida una célula solar? Por lo general, las células solares se componen de finas placas de silicio. Agregando intencionalmente átomos de impurezas al silicio puro, se obtiene una capa conductora negativa y una capa conductora positiva. En la zona intermedia entre las dos capas se genera un campo eléctrico. Preguntas de comprensión 10. De qué factores depende el rendimiento en la producción de energía? El rendimiento óptimo en la producción de energía depende de muchos factores. Material de los paneles solares (silicio monocristalino, silicio policristalino, etc.) Tamaño de los paneles solares Lugar Condiciones del lugar (sombreado, temperatura, etc.) 11. Qué magnitud física es posible calcular a partir de las mediciones de corriente y tensión del panel solar? La potencia eléctrica. 16 Solar Hydrogen Extension - Manual de experimentación