Download Práctica 2 - Universidad de Costa Rica

Universidad de Costa Rica
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA
IE-1117 Temas Especiales II en Máquinas Eléctricas: Energía Solar
Fotovoltaica
Estudiante: Carlos Gamboa Leiva
Profesor: Ing. José Antonio Conejo Badilla
Asistente: Mauricio Vargas Montero
Prácticas de laboratorio de la #2 a la #6
Práctica 2
Resumen:
En esta práctica se coloca la celda fotovoltaica frente a una fuente luminosa, esta empieza
a generar una corriente eléctrica que pasa a través de la carga, en este caso corresponde al
motor DC, este empieza a girar, pero al invertir la polaridad, cambia su sentido de giro, y al
disminuir la luminosidad, disminuye la velocidad de giro del motor, efecto contrario al
generado al aumentar la luminosidad, de esta manera se comprueba la proporcionalidad
entre la luminosidad incidente en la celda fotovoltaica y la velocidad de giro del motor DC.
Resultados y análisis:
¿Qué sucede si los cables de conexión se cambian de polaridad en la celda solar? Explique
las razones.
Lo que sucede es que el motor DC gira a la inversa, ya que su giro depende de la polaridad
de la tensión que se le inyecte, el panel solar solo es capaz de entregar una polaridad, ya
que están construidas de manera que en un lado se tiene el dopado negativo y en el otro el
dopado positivo, por lo que el panel solo puede generar corriente continua en una dirección
que no es capaz de cambiar de polaridad.
¿Qué le sucede al motor DC al ajustar el regulador de claridad con diferentes intensidades?
Explique las razones.
Lo que sucede es que el motor aumenta su velocidad al aumentar la claridad y disminuye la
misma al disminuir la claridad, esto se debe a que al iluminar el panel fotovoltaico con
mayor intensidad lumínica se entrega a los electrones mayor energía para que atraviesen
la barrera que impide su paso hacia el silicio dopado positivamente, y como consecuencia
esta barrera será atravesada por mayor número de electrones produciendo así una
corriente eléctrica con mayor amperaje.
¿Cuál es la transformación de energía que se presenta en la celda solar y en el motor DC?
En la celda solar se presenta una transformación luminosa a eléctrica y en el motor de
eléctrica a mecánica.
Conclusiones:
 Las celdas fotovoltaicas generan una corriente que viaja únicamente en un sentido,
por tanto su polaridad nunca cambia.
 Existe una relación proporcional entre la luminosidad y la corriente eléctrica
generada por una celda fotovoltaica.
 La celda fotovoltaica captura la energía contenida en los fotones, para transmitirla
a los electrones y hacer que estos se muevan generando una corriente eléctrica DC.
Práctica 3
Resumen:
Se conecta los paneles fotovoltaicos con dos arreglos distintos, estos se muestran en la
figura 1, el arreglo A presenta la celda polarizada a favor y el arreglo B, la celda polarizada
en contra.
Resultados y análisis de datos:
Se obtienen las siguientes tensiones para las diferentes configuraciones:
Configuración
Sin chapa de sombreado y montaje A.
Sin chapa de sombreado y montaje B
Con chapa de sombreado, sin radiación y montaje A.
Con chapa de sombreado, sin radiación y montaje B.
Corriente medida
13,9mA
12mA
12,2mA
5,3mA
Para el montaje A sin chapa de sombreado: ¿qué observaciones puede hacer? Explique las razones
de lo ocurrido.
Lo que ocurre es que la potencia de la batería se suma a la de la celda solar y como resultado se
obtiene la corriente más alta de todo el experimento.
Para el montaje B sin chapa de sombreado: ¿qué observaciones puede hacer? Explique las razones
de lo ocurrido.
La potencia de la celda se resta a la de la batería, lo que hace que se produzca una corriente menor
y que el motor vaya más lento.
Para el montaje A con chapa de sombreado: ¿qué observaciones puede hacer? Explique las razones
de lo ocurrido.
En este caso la celda se comporta como un diodo que permite el paso de corriente, entonces lo que
se observa es la corriente de la batería que acciona al motor.
Para el montaje B con chapa de sombreado: ¿qué observaciones puede hacer? Explique las razones
de lo ocurrido.
En este caso la celda se comporta como un diodo bloqueado, pero al ser esta un mal diodo, siempre
permite el paso de corriente, se observa entonces como la celda es una barrera.
¿Qué observación puede hacer sobre el funcionamiento del motor con o sin chapa y en las dos
posiciones de celda?
Al estar a favor sin chapa aumenta la potencia y con esto la velocidad del motor, al estar a favor con
chapa la potencia es únicamente la de la batería, por lo que la celda funciona como diodo y se
observa una disminución de potencia para este caso.
Al estar polarizado en contra con chapa, se muestra como la celda se comporta como un mal diodo
que bloquea el paso de corriente, teniendo entonces que la velocidad del motor disminuye al mismo
tiempo que la corriente que circula por el mismo.
Conclusiones:
 La celda conectada a favor sumará su potencia a la de la batería, por tanto aumentará la
corriente en la carga
 La celda polarizada en contra, restará su potencia a la de la batería.
 Cuando se coloca la chapa de sombreado sobre las celdas, estas tienen un comportamiento
de diodo, teniendo entonces que al conectar la celda con polarización a favor, esta dejará
libre el paso de energía proveniente de la batería, y al conectarla en contra, se comportará
como un diodo que bloquea el paso de corriente y esta disminuye considerablemente.
 Las celdas se comportan como un diodo poco ideal.
Práctica 4
Resumen:
Se conecta los paneles fotovoltaicos de acuerdo con el arreglo mostrado en la siguiente
figura, luego se tapan las celdas como se muestra y se toman los datos de tensión para cada
una de las configuraciones, se puede observar como disminuye la tensión al tapar el área
irradiada.
Figura 2: conexión de páneles fotovoltaicos.
Resultados y análisis:
Se obtienen las siguientes tensiones medidas al cubrir la celda e irradiar la misma.
Tabla 1: tensión en función de la superficie irradiada.
Tensión en la celda/mV
Superficie irradiada
0%
50%
75%
100%
Tensión
0,26mV
372mV
394mV
409mV
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
Superficie relativa de la celda solar
Figura 3: Tensión en vacío en función de la superficie expuesta de la celda.
¿Hasta qué punto depende la tensión de vacío con el grado de exposición de la superficie de
la celda solar? Explique ampliamente.
La tensión de vacío depende de la exposición de la celda a la luz debido a que esta utiliza la
energía contenida en los fotones para hacer que los electrones venzan el campo eléctrico
que les impide entrar en conducción, entre más área está expuesta a la luz, mayor cantidad
de electrones serán impactados por los fotones y esto a su vez ara que mayor cantidad de
estos entren en conducción, generando una corriente eléctrica mayor que a su vez
producirá una tensión mayor en los terminales de la celda, aunque cabe destacar que en
este caso este crecimiento es muy lento y la tensión siempre ronda los 0,4V, lo que pasa es
que en este momento lo que se observa es la tensión de la celda como un diodo.
Conclusiones:
 A mayor área irradiada, mayor será la energía producida por la celda.
 La tensión no crece de manera lineal, se debe a que el multímetro en función de
medidor de voltaje, presenta una resistencia muy alta que me impide el paso de
corriente, lo que me dificulta la generación de altas tensiones.
 En la celda para este caso se mide la tensión de diodo de la misma.
Práctica 5
Resumen:
Se conecta la celda solar en forma de cortocircuito por medio de un amperímetro para
medir la corriente que es capaz de generar esta, el diagrama de conexión se muestra en la
figura 4.
Figura 4: diagrama de montaje.
Resultados y análisis:
Se obtienen las siguientes tensiones medidas al cubrir la celda e irradiar la misma.
Tabla 2: tensión en función de la superficie irradiada.
Corriente en la celda/mA
Superficie irradiada
0%
50%
75%
100%
Corriente
0,2mA
19,5mA
27,5mA
36,1mA
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
Superficie relativa de la celda solar
Figura 5: Tensión en vacío en función de la superficie expuesta de la celda.
¿Hasta qué punto depende la corriente de cortocircuito con el grado de exposición de la superficie
de la celda solar? Explique ampliamente.
La corriente de cortocircuito depende directamente del grado de exposición de la superficie
del panel a la luz, esto debido a que este funciona como transformador de energía luminosa
a energía eléctrica, es este caso al impactar los fotones mayor cantidad de electrones en la
celda, estos vencerán el campo eléctrico que les impide entrar en conducción y al ser mayor
la cantidad de estos, mayor será la corriente eléctrica que fluya a través del amperímetro.
Conclusiones:
 A mayor área irradiada, mayor será la corriente eléctrica
 Esta prueba tiene un comportamiento lineal.
Práctica 6
Resumen:
Se conectan dos celdas solares en paralelo, esto con la finalidad de producir más corriente,
luego se procede a disminuir la intensidad luminosa de la fuente para así obtener el
comportamiento de la celda.
Figura 4: diagrama de montaje.
Resultados y análisis:
Se obtienen las siguientes tensiones medidas al cubrir la celda e irradiar la misma.
Tabla 3: tensión en función de la superficie irradiada.
Magnitudes mA y mV
Intensidad de la luz
10
9
7
6
5
4
3
Tensión/mV
425
400
337
258
102
13
3,6
Corriente/mA
67,2
47,8
25
11
3,1
0,3
0,09
500
400
300
200
100
0
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Superficie relativa de la celda solar
Tensión en vacío
Corriente de cortocircuito
Figura 6: Tensión en vacío en función de la superficie expuesta de la celda.
¿Hasta qué punto depende la tensión en vacío y la corriente de cortocircuito de la intensidad de la
radiación? Explique ampliamente
La corriente de cortocircuito y tensión de vacío dependen directamente del grado de
luminosidad con que se irradie la superficie del panel, esto debido a que este funciona como
transformador de energía luminosa a energía eléctrica, es este caso al impactar los fotones
con mayores frecuencias y a su vez más energía a los electrones en la celda, estos vencerán
el campo eléctrico que les impide entrar en conducción y al ser mayor la cantidad de estos,
mayor será la corriente eléctrica que fluya a través del amperímetro, además la tensión de
vacío incrementará, nótese en la gráfica que con una intensidad de 3 y 4, no se genera una
corriente significativa, la razón de esto es el comportamiento como diodo que tiene el silicio
en la celda fotovoltaica, al no tener una cantidad de energía suficiente la luz que la impacta,
esta se comporta como un diodo subexcitado y no generará corriente.
Conclusiones:
 A mayor potencia lumínica mayor corriente eléctrica.
 A mayor potencia lumínica mayor tensión eléctrica.
 A intensidades lumínicas bajas, la celda se comporta como un diodo abierto.