23-24 ENERGÍA SOLAR El sol como fuente de energía El sol lleva brillando 5. millones de años y seguirá haciéndolo durante otros 6.. Arroja sobre la tierra 4. veces más energía de la que se puede utilizar. El sol ha sido, desde siempre, fuente de vida y energía para la Tierra. Se plantea ahora como medio de energía alternativo, limpio y barato. Cuenta, además, con la ventaja de evitar la dependencia de otras materias contaminantes y garantizar su duración al menos otros 6. millones de años. La energía solar tiene dos principales formas de aprovechamiento: producir electricidad y calor. En el primer caso se conseguirá a través de la energía solar fotovoltaica y la segunda mediante energía solar térmica. Son procesos que nada tienen que ver entre sí en cuanto a tecnología o aplicación. Energía solar fotovoltaica.- Pese a que todavía no está del todo desarrollado, ya es posible obtener energía eléctrica del sol. Su precio es aún elevado, pero sus aplicaciones son variadas y su rentabilidad cada vez mayor. La luz solar se transforma en energía a través de celdas y paneles fotovoltaicos. Estas celdas se desarrollaron en la década de los 5, para ser utilizadas por satélites espaciales. Están fabricadas con silicio. Varias celdas fotovoltaicas conectadas en serie forman un panel fotovoltaico. La energía generada por estos paneles puede utilizarse para alimentar hogares, automóviles eléctricos o negocios. Las celdas también se utilizan individualmente para pequeñas máquinas, como calculadoras. Múltiples aplicaciones.- La energía solar fotovoltaica, se plantea como una solución ante el problema de la electrificación de las zonas rurales, ya que resulta inalterable con el paso el tiempo, no consume combustible y no precisa mantenimiento. No hace falta que el sol luzca para producir energía, ya que los días nublados se capta la luz que filtran las nubes, eso sí, con menos rendimiento, pudiéndose almacenarse en acumuladores para usarse durante la noche. Los usos de la energía obtenida a través de este medio, son de lo más variado. Desde la electrificación de viviendas rurales, sistema de bombeo para riego, depuradoras de agua, hasta la iluminación de carreteras.
23-24 El efecto fotoeléctrico El efecto fotoeléctrico fue descubierto por Heinrich Hertz en 1887, al observar que el arco que salta entre dos electrodos conectados a alta tensión alcanza distancias mayores cuando se ilumina con luz ultravioleta que cuando se deja en la oscuridad. Un año después, Hallwachs hizo una importante observación de que la luz ultravioleta al incidir sobre un cuerpo cargado negativamente causaba la perdida su carga, mientras que no afectaba a un cuerpo con carga positiva. Diez años mas tarde, J. Thomson y P. Lenard demostraron independientemente, que la acción de al luz era la causa de al emisión de cargas negativas libres por la superficie del metal. Aunque no hay diferencia con los demás electrones, se acostumbra al denominar fotoelectrones a estas cargas negativas. El efecto fotoeléctrico es utilizado en las células fotovoltaicas para generar electricidad. Tipos de células fotovoltaicas Células de silicio policristalino Son aquéllas obtenidas con silicio como material original a partir de procesos que no necesitan un control exhaustivo de la temperatura de solidificación, ni tampoco un crecimiento controlado de su red cristalina. Se les da este nombre ya que su solidificación da lugar a la generación de múltiples cristales. Llegan a alcanzar rendimientos de entre el 8% y el 1%, pero su utilización no está muy extendida. Células de silicio monocristalino
23-24 Son las más utilizadas actualmente. Su rendimiento llega al 18% en laboratorio y al 13% en producción. Células de silicio amorfo Una de las grandes ventajas de este nuevo material es que sus costes de producción son más baratos que los del silicio mono o policristalino, ya que se pueden fabricar a partir de un material de menor pureza. Con este sistema se están consiguiendo resultados muy cercanos a los del silicio monocristalino (el más eficaz después del arseniuro de galio), aunque tiene el fallo, que se está intentando subsanar, de presentar problemas de degradación tras su exposición prolongada al sol. Células de sulfuro de cadmio y sulfuro de cobre Son células compuestas por dos capas, una de cada material, que utilizan muy poco material activo y se desarrollan en un proceso de fabricación sencillo. Sus rendimientos son aún bajos y se deterioran con el tiempo, pero en la actualidad se está tratando de subsanar estas desventajas para poder disponer de un material alternativo a bajo precio. Es tecnología española. Células de arseniuro de galio Son las más indicadas para la fabricación de paneles ya que sus rendimientos alcanzan el 28%. Su tecnología no está muy avanzada y sus costos son elevados, pero puede trabajar a temperaturas altas con muy pocas pérdidas. Células bifaciales Esta tecnología consiste en crear una doble unión de forma que las células sean activas tanto por la cara frontal como por la posterior, procedimiento que permite captar también la radiación reflejada en el suelo. Su rendimiento es mayor, así como su coste de producción. Son tecnología española. Energía solar en España La energía solar fotovoltaica ha experimentado un gran aumento en los últimos años conforme han aumentado los rendimientos. El crecimiento en Europa es muy importante. Alemania se consolida como el país con más infraestructura instalada. Esto es debido a las políticas de apoyo que recibe esta energía.
23-24 Estados Unidos se ha quedado muy atrás frente a los países europeos y cada vez son más los países que se decantan por la fotovoltaica para alimentar de energía a las aldeas rurales. Aquí destaca China donde la fotovoltaica está aportando soluciones a gran escala. En España la energía solar está en auge. Ya hay ciudades donde la legislación obliga a utilizar energía solar en los edificios de nueva construcción. El aumento de la energía solar junto con el de la eólica permitirá a España el cumplir el compromiso de utilizar para el año 21 un 1% de energías renovables en su balance energético. SUPERFICIE CON INSTALACIONES DE FOTOVOLTAICA (m 2 ) Año 1995 Año 2 Aumento (%) Alemania 193 62 26 Grecia 169 181 1 Austria 1665 152944-1 Italia 1785 45249 2 España 98 4487 33 Holanda 1276 27661 17 Francia 77 235 25 Reino Unido 7595 1185 9 Superficie de fotovoltaica instalada en metros cuadrados 7 6 5 4 3 2 1 Alemania Grecia Austria Italia España Holanda Francia Reino Unido Año 1995 Año 2 Ventajas e inconvenientes de la energía solar frente a los combustibles fósiles. Las ventajas de uso de la energía solar frente al uso de combustibles convencionales como el petróleo, carbón o gas son evidentes son similares a las de las restantes energías renovables:
23-24 No producen lluvia ácida No producen efecto invernadero. No conllevan riesgos de transporte ni de accidentes importantes en las instalaciones Utilizan recursos autóctonos por lo que no generan dependencia energética de otros países. Generan puestos de trabajo. Se pueden utilizar en lugares remotos donde no llega la distribución de energías convencionales. El precio del mantenimiento de las centrales fotovoltaicas es reducido Si la principal ventaja de la energía solar es que apenas produce contaminación no podemos generalizar diciendo que no contaminan. La construcción de cualquier dispositivo supone un grado de contaminación. En la producción de elementos fotovoltaicos se utilizan productos químicos, se emplean ácidos y álcalis, en suma se produce una contaminación ambiental. Lo mismo ocurre con la fabricación de instalaciones eólicas o de cualquier otro tipo. Los principales inconvenientes de la energía solar son: El rendimiento es mucho menor. Es una energía asociada al azar meteorológico. Se produce mucho menos en los días nublados. Los paneles fotovoltaicos son caros. Trabajo realizado por Patricia Gamito Nieto y Elena Romeral Vega (3º ESO E) CONSTRUCCIÓN DE UN COCHE SOLAR MATERIALES: - 4 Células fotovoltaicas - Porespan 14.5x 1 centímetros - Motor solar - 4 ruedas 4x4 cm. - Eje de madera 13x.5 cm. - Reductora 1x1 - Escuadras para agarrar los ejes 2x1, 5cm. - Cables de conexión -1 polea 3x3cm. -4tornillos, tuercas y arandelas 4cm aprox. HERRAMIENTAS: -Alicates -Segueta -Cola
23-24 -Termo fusible -Corta alambres -Pegamento de contacto. -Cúter. -Regla -Tijeras -Sierra -Punzón -Martillo -Lima -Pincel -Destornillador MONTAJE: -Primero hay colocar dos placas de porespan. -Segundo hay que colocar las escuadras pegadas debajo del coche cuatro en total -Tercero hay que colocar el motor pegado al coche con una pistola termo fusible -Cuarto hay hacer el montaje de los ejes para pasarlos por las escuadras -Quinto hay que colocar una reductora en la parte de los ejes en la delantera o en la trasera -Sexto hay que colocar unas ruedas que sean ajustables a los ejes -Séptimo hay que colocar cuatro células fotovoltaicas que vayan en serie y sacar dos cables que vayan del mínimo y el máximo al mínimo y máximo del motor.
23-24 Trabajo realizado por: Javier Miguel Pozo y Ángel Rosa Román. (3º ESO E)
23-24 COCHE GALÁCTICO MATERIALES: - 4 ruedas - 2 varillas de madera ( 6mm) - 1 motor eléctrico - 1 polea - 4 escuadras de aluminio - 1 soporte de madera (8cm x 2cm) - 1 tornillos - 1 lámina de porespan (19cm x 8,5cm x 1,5 cm.) - 1 goma elástica - 2 cables finos - 3 placas solares HERRAMIENTAS: - Cúter - Destornillador plano - Pistola termo fusible - Barrena - Tijeras - Alicates - Segueta ESQUEMA DE MONTAJE: - Cortamos el porespan con un cúter en las medidas deseadas. - Seguidamente colocamos las escuadras de aluminio sujetándolas con los tornillos al porespan. - Cortamos el soporte de madera con las medidas deseadas y lo unimos con 2 tornillos de rosca madera. - A continuación colocamos el motor eléctrico con pegamento termo fusible - Situamos la polea en la varilla trasera y la colocamos en las escuadras paralelas al motor. - Encajamos las varillas de madera en las escuadras de aluminio y a continuación le pegamos las ruedas con pegamento termo fusible. - Unimos la goma de la polea al motor eléctrico situado en paralelo. - Cogemos ambos cables, pelamos ambas puntas y los situamos en las arandelas del motor y en las tuercas de las 3 placas solares - Posteriormente hicimos la prueba del funcionamiento del coche
23-24 OBSERVACIONES: - Las escuadras de chapa se tuvieron que tuvieron que cambiar por unas de aluminio porque las de chapa rozaban con el eje y no dejaban mover el eje con las ruedas. - Las placas solares las tuvimos que cambiar por otras más potentes al no ser lo suficientemente potentes. Trabajo realizado por: Javier Cortés Fuentes y Alberto Vindel Martín. (3º ESO F)
23-24 FARO CONECTADO A UN CARGADOR DE PILAS MATERIALES: -1 tabla de madera 12X24cm -1 listón 2x24cm -1 listón 2x12cm -1 interruptor -2 laminillas latón -2 abrazaderas -1 escuadra -1 cartulina -1 cable paralelo -2 círculos de cartón -1 bombillita destellos -1 portalámparas -3 tornillos -1 clavitos sin cabeza -1 clavitos semilla -grapas -arandelas HERRAMIENTAS: -segueta -martillo -gato de mesa -alicates -destornillador plano -tijeras -corta alambres -tijera corta chapas -grapadora -barrena CONSTRUCCIÓN: En principio se coge la tabla de madera y se monta encima de ella dos listones de 6cm cada uno, (uno enfrente de otro).colocamos láminas de latón con 4 clavitos semilla, en medio de estos dos listones sujetos por 1 clavitos sin cabeza, encontramos 2 abrazaderas (para la colocación de las pilas) instaladas con 2 tornillos y 2 arandelas.
23-24 Posteriormente se conectan a las láminas de latón los cables paralelos y a su vez a un interruptor sujeto con 1 lamina de latón agarrada con 6 clavos semilla. Se inserta en el medio de la madera entre el interruptor y el lugar donde irán colocadas las pilas, un listón de madera de 24cm en vertical amarrado con 2 tonillos a 1 escuadra. Encima de este listón se coloca el porta bombillas conectados los cables consiguiendo así un circuito eléctrico cerrado. Para cubrir el listón vertical se coloca una cartulina en forma cilíndrica grapada
23-24 Trabajo realizado por: Javier Rodado Checa y Gema Clavero Vázquez. (3º ESO E)
23-24 CARGADOR DE PILAS Materiales: - Madera - Aluminio - Muelles - Placas solares - Estaño - Cola o pegamento termo fusible - Cables - Diodo Herramientas: - Pistola de termo fusible - Pincel - Soldador - Serrucho - Gato Procedimientos: Se cogen las tres placas, que tienen que estar colocadas en serie, y los dos polos que sobran se conectan a los cables, siendo el rojo para el positivo y azul para el negativo. Se miden las placas para poder cortar la madera a media y que pueda encajar. Las medidas que hemos cogido las pasamos a la madera y se corta. A continuación se pegan. Se coge una lata de aluminio y se cortan dos tiras. Cogemos cuatro muelles y los soldamos a una de las chapas de aluminio. Esto se pega en un lado por dentro de la caja, que hemos hecho con madera. La otra tira se pega en frente de la que hemos pegado ya con los muelles.
23-24 Se conectan las tiras a las células a través de unos cables, el cable azul para la placa que tiene muelles y en la placa que no hay muelles se coloca un diodo que sirve para que las células puedan enviar energía a las pilas pero las pilas no puedan enviar la energía a las células y este diodo se conecta con el cable rojo de las células. Diodo Trabajo realizado por: Mª Elena Romeral Vega y Patricia Gamito Nieto. (3º ESO E)
23-24 CARGADOR DE PILAS Materiales: Contrachapado Diodo, Placa metálica, Cables Bisagras Células fotovoltaicas Herramientas: Lijas Gato Segueta Pistola Termofusible Estaño Cola. Esquema: Se hace una base y una tapa con las medidas deseadas. Se cubre con unos laterales de contrachapado. Dentro de la base se pone un lateral con dimensiones de una pila que une a un lateral, el cual es el que cubre la base. En un lateral se pone una placa metálica con polo negativo en el lateral que hay dentro de la base se pone una placa metálica con polo positivo. Un cable se une a la placa negativa con estaño y va a una célula fotovoltaica con polo positivo. Se une un cable con estaño a la placa positiva que va a una célula fotovoltaica con polo positivo. Las células fotovoltaicas se pegan a la tapa.
23-24 Trabajo realizado por: David Ramírez Rodríguez (3º ESO F) y Miguel Ángel Flores Santos (3º ESO D).
23-24 CONSTRUCCIÓN DE UNA LINTERNA DINAMO (CONVERSIÓN DE ENERGÍA MECÁNICA EN ELÉCTRICA) Herramientas: Soldador Estaño Taladradora Brocas de distinto diámetro Brocas circulares Materiales: 6 Rectángulos de Madera de (aprox.2 cm. de grosor) 1 Lámpara de incandescencia de 4 5 voltios 1 Generador 2 poleas 4 tornillos 1 lámina de contrachapado (aprox. 11x7 5 cm.) Portalámparas 6 arandelas de sujeción 1 tuercas Manivela Esquema de Construcción: Unir la madera con pegamento de cola y dejar secar durante unas horas Perforar la parte central de la madera para conseguir una esfera para poder meter la lámpara y su sujeción
23-24 Se inserta el generador dentro del habitáculo de madera Se procede a instaurar las distintas poleas de la manivela Se conecta la bombilla al generador y de procede a girar la manivela para producir luz.
23-24 Objecciones: Se aprecia una cierta dureza en las poleas al girar.
23-24 Trabajo realizado por: Juan Carlos Fuentes Lózar y Pablo Urdiales García (3º ESO F)