TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN ENERGÍAS RENOVABLES ÁREA SOLAR EN COMPETENCIAS PROFESIONALES
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- Gregorio Benítez Méndez
- hace 5 años
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1 TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN ENERGÍAS RENOVABLES ÁREA SOLAR EN COMPETENCIAS PROFESIONALES ASIGNATURA DE CELDAS FOTOVOLTAICAS 1. Competencias Desarrollar sistemas fototérmicos y fotovoltaicos con base en los requerimientos de la industria y la sociedad para contribuir a satisfacer con la demanda de energía y disminuir el impacto ambiental. 2. Cuatrimestre Quinto 3. Horas Teóricas Horas Prácticas Horas Totales Horas Totales por Semana 5 Cuatrimestre 7. Objetivo de aprendizaje El alumno implementará sistemas de producción de energía eléctrica por medios fotovoltaicos, mediante la selección e integración de sus componentes, cálculo de parámetros, para contribuir a la generación eléctrica de los sistemas productivos, con un enfoque sustentable. Unidades de Aprendizaje Horas Teóricas Prácticas Totales I. Efecto fotovoltaico II. Radiación solar III. Sistema Fotovoltaico IV. Componentes del sistema Totales
2 UNIDADES DE APRENDIZAJE 1. Unidad de aprendizaje I. Efecto fotovoltaico. 2. Horas Teóricas 3 3. Horas Prácticas 7 4. Horas Totales Objetivo de la Unidad de Aprendizaje El alumno identificará los elementos constitutivos de las celdas solar fotovoltaicas y su principio de funcionamiento, para su integración al suministro eléctrico de los sistemas productivos. Temas Saber Saber hacer Ser Materiales semiconductores. Definir las propiedades físicas de los elementos presentes en las celdas fotovoltaicas: Arseniuro de galio, Silicio amorfo, Diseleniuro de indio con cobre, galio, aluminio, Diodo, plomo, semiconductores tipo p y semiconductores tipo n. Variables fotovoltaicas. Explicar la clasificación de los materiales semiconductores y su relación con la energía. Describir en el efecto fotovoltaico: Ion, fotón, paquete de luz, electrones de valencia, banda de valencia, banda conducción Banda prohibida (gap). Calcular la energía necesaria para que los electrones salten a la banda de conducción y el voltaje producido mediante el efecto fotovoltaico.
3 Resultado de aprendizaje Elaborará a partir del caso práctico de una celda fotovoltaica un reporte que contenga las siguientes consultas: - Diagrama que ilustre la operación de la celda fotovoltaica, especificando los dispositivos multijuntura y semiconductores utilizados. - Resultados de mediciones de voltaje - Planteamiento y solución de problemas relacionados con el efecto fotovoltaico. CELDAS FOTOVOLTAICAS PROCESO DE EVALUACIÓN Secuencia de aprendizaje 1- Identificar las propiedades físicas de los elementos presentes en las celdas fotovoltaicas. 2. Relacionar los semiconductores con la generación, transporte y almacenamiento de energía. 3. Comprender el efecto fotovoltaico. 4. Realizar mediciones de voltaje y corriente que genera una celda fotovoltaica. Instrumentos y tipos de reactivos Estudio de caso Lista de cotejo
4 PROCESO ENSEÑANZA APRENDIZAJE Métodos y técnicas de enseñanza Equipos colaborativos Solución de problemas Prácticas en laboratorio Medios y materiales didácticos Pizarrón Pintarrón Rota folios Cañón PC con software relacionado a la asignatura Internet Instrumentos de medición Equipo de laboratorio. ESPACIO FORMATIVO Aula Laboratorio / Taller Empresa X
5 UNIDADES DE APRENDIZAJE 6. Unidad de aprendizaje II. Radiación solar 7. Horas Teóricas 7 8. Horas Prácticas Horas Totales Objetivo de la Unidad de Aprendizaje El alumno realizará la medición y cálculo de la capacidad de radiación solar, para la determinación de los parámetros de un sistema fotovoltaico. Temas Saber Saber hacer Ser El sol Radiación solar y sus incidencias. Instrumentos de medición. Explicar el proceso mediante el cual el sol produce energía. Describir el valor de la constante solar así como el espectro electromagnético. Definir los tipos de radiación solar y sus características: Directa, difusa y global. Definir las relaciones geométricas entre el sol y la tierra. Identificar las diferencias entre los diferentes tipos de radiación solar y sus variaciones durante el año. Describir las características de los equipos de medición de la radiación solar: como, piranómetros, pirheliómetros y estaciones meteorológicas. Calculará la declinación de la tierra a lo largo del año. Medir la radiación solar en el laboratorio mediante equipos alternos como fotosensores, fotoresistencias, luxómetros, celdas fotovoltaicas.
6 Temas Saber Saber hacer Ser Cálculo de la radiación en superficies. Describir los fundamentos matemáticos del cálculo de la radiación solar sobre una superficie horizontal e inclinada. Calcular la radiación solar sobre una superficie y su variación durante el día y el año.
7 PROCESO DE EVALUACIÓN Resultado de aprendizaje A partir de un caso práctico, realizará una maqueta del movimiento aparente del sol y elaborará un reporte que incluya: - Resultado de mediciones (radiación y temperatura en función del tiempo) - Incidencia de la radiación solar sobre una superficie - Gráficas (radiación y temperatura en función del tiempo) -Interpretación de las mediciones y gráficas. - Conclusiones. Secuencia de aprendizaje 1.-Comprender el concepto de constante solar. 2.-Analizar los diferentes tipos de radiación solar. 3. Comprender el procedimiento de medición de la radiación solar, mediante el uso de equipo alternativo (fotorresistencia, luxómetro). 4. Calcular la radiación solar sobre una superficie horizontal e inclinada en el internet. Instrumentos y tipos de reactivos Estudio de caso Lista de cotejo
8 PROCESO ENSEÑANZA APRENDIZAJE Métodos y técnicas de enseñanza Práctica Demostrativa Análisis de casos Tareas de investigación Medios y materiales didácticos Computadora, cañón, Pintarrón, equipo de medición, Internet. ESPACIO FORMATIVO Aula Laboratorio / Taller Empresa X
9 UNIDADES DE APRENDIZAJE 11. Unidad de aprendizaje III. Sistema fotovoltaico. 12. Horas Teóricas Horas Prácticas Horas Totales Objetivo de la Unidad de Aprendizaje El alumno construirá un sistema fotovoltaico, mediante la selección de componentes y los cálculos necesarios, para generar energía eléctrica. Temas Saber Saber hacer Ser Células solares. Definir los conceptos y aplicaciones de: -La tecnología de óxidos semiconductores -Procesado de materiales de silicio grado solar Determinar rendimiento de cada tipo de célula. Diagramar el procesado del silicio. Describe las técnicas de fabricación de células solares: -Células solares de : CdTe/Cds, silicio amorfo, ArGa/AsGaAl, unión líquida, bifaciales de silicio.
10 Temas Saber Saber hacer Ser Caracterización fotovoltaica. Celdas fotovoltaicas. Identificar los conceptos y procedimiento de cálculo de: - corriente y el voltaje -Medidas de resistencia (serie paralelo), método de wolf. - Respuesta espectral -Transitorios eléctricos Describir los conceptos y características de: Módulos solares en serie -Módulos solares en paralelo -sistemas fotovoltaicos autónomos, residenciales, conectados a la red de CFE, para bombeo solar -Concentración fotovoltaica -Sistemas de seguimiento solar a) Control del colector fotovoltaico b) Foto sensor de orientación c) Coordenadas calculadas d) Circuito de mando para el seguimiento de máxima potencia. Calcular -La cantidad de radiación solar incidente. -El voltaje y la corriente generada, corriente de corto circuito, voltaje a circuito abierto, voltaje a circuito cerrado, corriente máxima, potencia máxima de la celda fotovoltaica -La respuesta espectral -La caída de tensión al ser sometida la potencia a una carga -Los transitorios. Determinar: - La máxima concentración fotovoltaica - Los parámetros de corriente, voltaje, potencia de los sistemas de control de movimiento. Identificar de la ficha técnica del fabricante los parámetros de la celda fotovoltaica como son corriente de corto circuito, corriente máxima, voltaje de operación, potencia de operación, voltaje máximo, corriente máxima, potencia máxima. -Cálculo de numero de módulos fotovoltaicos en serie o en paralelo para alguna aplicación especifica
11 PROCESO DE EVALUACIÓN Resultado de aprendizaje Construirá y demostrará el funcionamiento de un sistema fotovoltaico, y lo documentará en un reporte que incluya: Secuencia de aprendizaje 1.-Identificar las características, tipos y principios de operación de los componentes de las celdas fotovoltaicas. Instrumentos y tipos de reactivos Proyecto Lista de cotejo - Características principales de las células solares. - Justificación de las células solares seleccionadas en función de su material de construcción. - Rendimiento de cada tipo de célula. - Diagrama de flujo del procesado del silicio. - Cantidad de radiación solar incidente. -Voltaje y la corriente generadas, corriente de corto circuito, voltaje a circuito abierto, voltaje a circuito cerrado, corriente máxima, potencia máxima -La respuesta espectral -La caída de tensión al ser sometida la potencia a una carga -Los transitorios. 2.-Analizar los diferentes tipos de módulos fotovoltaicos, mono cristalinos y poli cristalinos. 3. Identificar de la ficha técnica del fabricante los parámetros del la celda fotovoltaica como son corriente de corto circuito, corriente máxima, voltaje de operación, potencia de operación, voltaje máximo, corriente máxima, potencia máxima. 4. Calcular el de número de módulos fotovoltaicos en serie o en paralelo para alguna aplicación específica. 5. Construir un sistema fotovoltaico en serie y en paralelo y medir las variables de corriente y voltaje de cada uno de los sistemas.
12 PROCESO ENSEÑANZA APRENDIZAJE Métodos y técnicas de enseñanza Equipos colaborativos Solución de problemas Aprendizaje basado en proyectos Medios y materiales didácticos Pizarrón Pintarrón Rota folios Cañón PC con software relacionado a la asignatura Internet Instrumentos de medición Equipo de laboratorio Herramientas mecánicas. Materiales (espejos, fibra de vidrio, poliuretano, pinturas, lupas, policarbonato). ESPACIO FORMATIVO Aula Laboratorio / Taller Empresa X
13 UNIDADES DE APRENDIZAJE 16. Unidad de aprendizaje III. Componentes del sistema 17. Horas Teóricas Horas Prácticas Horas Totales Objetivo de la Unidad de Aprendizaje El alumno seleccionará los componentes de un sistema fotovoltaico, para su implementación residencial, comercial, industrial, alumbrado público y bombeo solar. Temas Saber Saber hacer Ser Inversores, controladores y acumuladores. Identificar los tipos y características de: acumuladores, controladores, inversores. - Convertidores de corriente CC/CA, filtros de entrada de CC, puente inversor con MOSFET de potencia - Transformadores y rectificadores, Generador triangularsenoidal, Ampliadores de ganancia variable, - Acumuladores de energía: a) Térmica, Mecánica (Volante de inicia), Hidráulica, Aire comprimido, elementos capacitivos, Inductivos, b) Electroquímica: baterías, hidrógeno y en sistemas redox c)acumulador: Pb-Acido d) Calculo de los acumuladores a partir de la corriente media diaria Calcular de la capacidad de almacenamiento Selección del acumulador -Calcular el número de acumuladores. - Balance anual de energía del acumulador. -Capacidad límite del acumulador - Autonomía del sistema generaciónacumulación. -Evaluación anual del estado de Carga del acumulador Seleccionar el controlador. Seleccionar el inversor. - Cálculo número de paneles fotovoltaicos.
14 Temas Saber Saber hacer Ser Consideraciones del diseño. Definir los conceptos: - Insolación media - Factor de corrección de insolación en función de la inclinación de la superficie y ubicación (latitud) - Fiabilidad del sistema - Estudio Técnicoeconómico - Mantenimiento a sistemas fotovoltaicos. Calcular: - Balance de la insolación -Modelación del dimensionamiento de las instalaciones, - Rentabilidad del sistema fotovoltaico - Mantenimiento y fiabilidad del sistema.
15 PROCESO DE EVALUACIÓN Resultado de aprendizaje Elaborará, a partir de un caso práctico una memoria técnica de un proyecto de diseño y construcción de un sistema fotovoltaico, que contenga: - memoria de cálculo de los parámetros fotovoltaicos como son: -Cálculo de la capacidad de almacenamiento Selección del acumulador -Cálculo del número acumuladores. - Balance anual de energía del acumulador. -Capacidad límite del acumulador - Autonomía del sistema generación-acumulación. -Evaluación anual del estado de Carga del acumulador Selección del controlador. Selección del inversor. - Cálculo número de paneles fotovoltaicos. - Propuesta de componentes del sistema fotovoltaico e integración. - Programa de mantenimiento. Secuencia de aprendizaje 1. Interpretar los conceptos relacionados con los sistemas fotovoltaicos 2. Comprender los procesos relacionados con la distribución de energía eléctrica 3. Identificar las características de los sistemas fotovoltaicos 4. Calcular la capacidad de almacenamiento 5.Seleccionar el acumulador 6. Calcular el número acumuladores. 7. Seleccionar el controlador. 8. Seleccionar el inversor. 9. Calcular el número de paneles fotovoltaicos. 10. Interpretar la fiabilidad del sistema 11. Determinar las actividades del mantenimiento. Instrumentos y tipos de reactivos Estudio de caso Lista de cotejo
16 PROCESO ENSEÑANZA APRENDIZAJE Métodos y técnicas de enseñanza Equipos colaborativos Solución de problemas Aprendizaje basado en proyectos Medios y materiales didácticos Pizarrón Pintarrón Rota folios Cañón PC con software relacionado a la asignatura Internet Instrumentos de medición Equipo de laboratorio ESPACIO FORMATIVO Aula Laboratorio / Taller Empresa X
17 CAPACIDADES DERIVADAS DE LAS COMPETENCIAS PROFESIONALES A LAS QUE CONTRIBUYE LA ASIGNATURA Capacidad Proponer acciones que conlleven a eficientar el consumo energético considerando los estándares de eficiencia, cumpliendo los requerimientos de la organización, de acuerdo a la normatividad y políticas aplicables, así como los catálogos de fabricantes y especificaciones de tecnologías de celdas fotovoltaicas. Determinar alternativas energéticas renovables con base en el diagnóstico de insumos energéticos, la normatividad oficial mexicana y políticas de la empresa, para realizar propuestas de sistemas fotovoltaicos con enfoque sustentable. Criterios de Desempeño Elabora propuesta que incluya: - Cuadro comparativo indicando las deficiencias energéticas a corregir - Especificaciones técnicas del sistema fotovoltaico, - Análisis de costos, - Condiciones de configuración y operación. - Recomendaciones para la eficiencia energética. Emite un dictamen técnico de la selección del sistema fotovoltaico a utilizar con base en el análisis de: * Información Geoestadística * Resultados del diagnóstico de insumos energéticos * Justificación de los criterios de sustentabilidad
18 FUENTES BIBLIOGRÁFICAS Autor Año Título del Documento Ciudad País Editorial Richard J. Komp, (2002) Practical Photovoltaics: Electricity from Solar Cells. Michigan USA AALEC Almanza, R. (2003) Ingeniería de la Energía Solar II. México México Universidad Nacional Autónoma México de Miguel Pareja Aparicio (2010) Energía Solar Fotovoltaica 2a Edición: Calculo de Una Instalación Aislada. Bogotá Colombia Marcombo ISBN-13: John A. Duffie William A. Beckman (2006) Solar Engineering of Thermal Processes New Jersey USA John Wiley & Sons, Inc.
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