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Elaboración de panel solar casero para la carga de teléfonos celulares

Resumen Se elaborará un panel solar casero como alternativa para cargar aparatos electrónicos específicamente teléfonos celulares sin la necesidad de depender de una fuente de energía eléctrica, ayudando así a disminuir el excesivo consumo energético.

Introducción La electricidad desde su descubrimiento hasta hoy en día ha llegado a ser un elemento básico en la desarrollo social y económico, pues diariamente interactuamos con ella, desde encender un foco y conectar un aparato eléctrico; aparatos cada vez más sofisticados y que cualquier persona lo puede utilizar, han hecho una vida más fácil y cómoda, en la actualidad existen muchos aparatos funcionando gracias a la electricidad lo que lo ha llevado a convertirse en un servicio básico. Debido al agotamiento de recursos naturales y al cambio climático se ve en la necesidad de encontrar nuevas formas de generar electricidad de fuentes renovables que no afecte de manera negativa al ambiente; es decir que disminuya su nivel de contaminación , que mantenga su eficiencia energética y que no tenga un alto costo de fabricación y mantenimiento. Se crearon maquinas que aprovechan el viento, el movimiento de las olas, la biomasa entre otras. La energía solar es la fuente que se considera más limpia, y la que más se está desarrollando y tienen mayor expectativas para el futuro, esta mediante células solares de silicio aprovecha los rayos del sol para convertirlo en energía eléctrica, utiliza una batería que almacena electricidad y así incluso poder utilizarlo en la noche. La energía solar llega a ser gratuita pero con un costo elevado para transformarlo en electricidad, disminuye las emisiones de CO2, gases que causan malas consecuencias en el ambiente logrando su destrucción. Los paneles solares son de gran utilidad para cargar baterías de los celulares, puesto a que los celulares son indispensables para cada

persona, por lo que una placa solar pequeña es muy factible utilizarla al aire libre, o donde se pueda recibir rayos del sol, si se logra que el costo de la células solares disminuya podría llegar a ser la fuente principal de generar energía en los países donde hay gran incidencia del sol.

Objetivo General 

Comprender y analizar de manera básica y sencilla el funcionamiento de un panel solar fotovoltaico a pequeña escala para ser utilizado en la carga de batería de teléfonos celulares.

Objetivos específicos 

Recopilar información bibliográfica y documental referente a paneles solares.



Estudiar las bases necesarias acerca de circuitos eléctricos con el fin de no producir fallas en las conexiones.



Comprobar el funcionamiento y eficiencia del sistema.

Marco Teórico Energía La primera fuente de energía que el hombre tuvo, tiene y tendrá, es la del Sol, fundamentalmente para la vida y a la vez generadora de otros tipos de energía. El termino energía, es probablemente una de las palabras de la física que más se utiliza en las sociedades industrializadas, donde son expresiones comunes: “el costo de la energía”, “el aprovechamiento de la energía”, en general la energía es la capacidad para hacer un trabajo. (Zambrano, 2003) Es decir la energía es el componente principal al momento de ejecutar cierta actividad o trabajo, esta fuente es indispensable para la vida y los procesos que se dan en relación al ser humano y su entorno.se la emplea en cada actividad de la fisionomía de un individuo así como también en

procesos

industriales los cuales en su mayor parte generan una contaminación al medio ambiente. El aprovechamiento de la energía depende siempre de la manera como se la utilice en todos los ámbitos bien sean estos propios de una persona o de una actividad industrial. Energía Solar El sol constituye una fuente de energía relativamente infinita, gracias a esta estrella y otros factores, en nuestro planeta es posible la existencia de la vida. Además como fuente de energía es considerada la más fiable, gratuita y con gran potencial de cubrir las necesidades energéticas de la población. La energía solar es en perspectiva una de las favoritas en cuanto a energías alternativas, aunque esta no pueda sustituir a las energías procedentes de combustibles fósiles pero, puede eficazmente satisfacer las necesidades de las familias. La energía eléctrica que se obtiene por medio de paneles solares se la denomina fotovoltaica, este tipo de energía es a nivel mundial la más conocida en cuanto a energías renovables. Los paneles solares fotovoltaicos están constituidos por semiconductores como el silicio el cual tiene la característica de generar energía eléctrica cuando se la ve expuesta a la radiación solar, este proceso ocurre en las células fotovoltaicas que posee el panel solar. La luz solar posee fotones, los cuales llevan energía, entonces la célula fotovoltaica es golpeada por un fotón y este es absorbido por el silicio el cual libera electrones.

Radiación solar Es el flujo de energía que recibimos del Sol en forma de ondas electromagnéticas de diferentes frecuencias (luz visible, infrarroja y ultravioleta). Aproximadamente la mitad de las que recibimos, comprendidas entre 0.4 m y 0.7 m, pueden ser detectadas por el ojo humano, constituyendo lo que conocemos como luz visible. De la otra mitad, la mayoría se sitúa en la parte infrarroja del espectro y una pequeña parte en la ultravioleta. La porción de esta radiación que no es absorbida por la atmosfera, es la que produce quemaduras en la piel a la gente que se expone muchas horas al día sin protección. (Sanchez, 2011) Tipos de radiación En función de cómo reciben la radiación solar los objetos situados en la superficie terrestre, se pueden distinguir estos tipos de radiación:

Radiación Directa Es aquella que llega directamente del Sol sin haber sufrido cambio alguno en su dirección. Este tipo de radiación se caracteriza por proyectar una sombra definida de los objetos opacos que la interceptan. (Sanchez, 2011)

Radiación Difusa Parte de la radiación que atraviesa la atmosfera es reflejada por las nubes o absorbida por estas. Esta radiación, que se denomina difusa, va en todas direcciones, como consecuencia de las reflexiones y absorciones, no solo de las nubes sino de las partículas de polvo atmosférico, montañas, arboles, edificios, el propio suelo, etc. Este tipo de radiación se caracteriza por no producir sombra alguna respecto a los objetos opacos interpuestos. Las superficies horizontales son las que más radiación difusa reciben, ya que ven toda la bóveda celeste, mientras que las verticales reciben menos porque solo ven la mitad. (Sanchez, 2011)

Radiación Reflejada La radiación reflejada es, como su nombre indica, aquella reflejada por la superficie terrestre. La cantidad de radiación depende del coeficiente de reflexión de la superficie, llamado también albedo. Las superficies horizontales no reciben ninguna radiación reflejada, porque no ven ninguna superficie terrestre y las superficies verticales son las que más radiación reflejada reciben. (Sanchez, 2011)

Radiación Global Es la radiación total. Es la suma de las tres radiaciones. En un día despejado, con cielo limpio, la radiación directa es preponderante sobre la radiación difusa. Por el contrario, en un día nublado no existe radiación directa y la totalidad de la radiación que incide es difusa. (Sanchez, 2011) Los distintos tipos de colectores solares aprovechan de forma distinta la radiación solar. Los colectores solares planos, por ejemplo, captan la radiación total (directa+difusa), sin embargo, los colectores de concentración solo captan la radiación directa. Por esta razón, los colectores de concentración suelen situarse en zonas de muy poca nubosidad y con pocas brumas, en el interior, alejadas de las costas. (Sanchez, 2011)

Cargador Un cargador de baterías es un dispositivo utilizado para suministrar la corriente eléctrica o tensión eléctrica que almacenará una o varias simultáneamente- pila recargable o una batería. La carga de corriente depende de la tecnología y de la capacidad de la batería a cargar. Por ejemplo, la corriente -tensión- que debería suministrarse para una recarga de una batería de auto de 12V deberá ser muy diferente a la corriente para recargar una batería de 5V de teléfono móvil.1 (Gonzales) Es un dispositivo el cual abastece de energía a baterías y pilas, la forma de cómo se carga una batería depende de la tecnología que se emplea, con la utilización de estos cargadores se ayuda al ambiente y a la sociedad en general que necesita de los dispositivos móviles que en la actualidad son de mucha utilidad. Además de ser una buena medida para disminuir la contaminación producida por las baterías.

Cargadores solares. Cargadores solares convierten la energía luminosa en corriente continua. Por lo general son portátiles, pero también pueden ser de montaje fijo. Cargadores solares montaje fijo también se conocen como paneles solares. Los paneles solares a menudo están conectados a la red eléctrica, mientras que los cargadores solares portátiles son utilizados fuera de la red. Aunque los cargadores solares portátiles obtienen energía de sólo el sol, aún pueden ser utilizados en aplicaciones de poca luz. Cargadores solares portátiles se utilizan normalmente para la carga de mantenimiento, aunque algunos cargadores solares, se puede recargar completamente las baterías. Pueden existir otros dispositivos que combinan esto con otras fuentes de energía para una mayor eficacia de la recarga.

Tipos de los paneles solares en función de la forma También es posible clasificar los tipos de paneles en función de su forma. Empleándose cualquiera de los materiales antes comentados se fabrican paneles en distintos formatos para adaptarse a una aplicación en concreto o bien para lograr un mayor rendimiento .Algunos ejemplos de formas de paneles distintos del clásico plano son: Paneles con sistemas de concentración Un ejemplo de ellos es el modelo desarrollado por una marca española, el cual mediante una serie de superficies reflectantes concentra la luz sobre los paneles fotovoltaicos. Aunque el porcentaje de conversión no varíe, una misma superficie de panel producirá más electricidad ya que recibe una cantidad concentrada de fotones. (sitiosolar, 2014) Actualmente se investiga en sistemas que concentran la radiación solar por medio de lentes. La concentración de la luz sobre los paneles solares es una de las vías que están desarrollando los fabricantes para lograr aumentar la efectividad de las células fotovoltaicas y bajar los costes. (sitiosolar, 2014) Paneles de formato “teja o baldosa” Estos paneles son de pequeño tamaño y están pensados para combinarse en gran número para así cubrir las grandes superficies que ofrecen los tejados de las viviendas. Aptos

para cubrir grandes demandas energéticas en los que se necesita una elevada superficie de captación. (sitiosolar, 2014) Paneles bifaciales Basados en un tipo de panel capaz de transformar en electricidad la radiación solar que le recibe por cualquiera de sus dos caras. Para aprovechar convenientemente esta cualidad se coloca sobre dos superficies blancas que reflejan la luz solar hacia el reverso del panel. (sitiosolar, 2014)

Elementos asociados a los paneles solares fotovoltaicos El panel solar es el elemento encargado de captar la energía del sol y de transformarla en energía eléctrica que se pueda ser usada. Asociado los paneles existen otros componentes que se utilizan en las instalaciones como elementos de seguridad o que amplían las posibilidades del uso de la instalación. Los componentes esenciales de una instalación fotovoltaica son: Regulador Es el elemento que regula la inyección de corriente desde los paneles a la batería. El regulador interrumpe el paso de energía cuando la batería se halla totalmente cargada evitando así los negativos efectos derivados de una sobrecarga. En todo momento el regulador controla el estado de carga de la batería para permitir el paso de energía eléctrica proveniente de los paneles cuando esta empieza a bajar. (sitiosolar, 2014)

Elaboración del cargador

Paso 1 La investigación necesaria para la elaboración correcta del cargador solar. Paso 2 Compra de todos los materiales necesarios y cálculo de sus costos.

Material Celda fotovoltaica de 7v Jack USB hembra Diodo conductor Cable conductor 1m Cautín Total

Cantidad 2 1 2 1 1

Costo 24.00 $ 1.00 $ 0.25 $ 0.25 $ 0.00$ 25.50 $

Paso 3 Mediante un cautín iremos soldando los cables para realizar las primeras conexiones. En el lado negativo irá el cable de color negro y en el lado positivo el diodo rectificador de 0,1 A para que no se regrese la corriente y tenga un solo sentido. (Anexo 1) Paso 4 Soldamos el cable positivo al diodo y este lo unimos al regulador de 5 voltios para una estable corriente, así, permitiendo una correcta carga del teléfono celular. (Anexo 2) Paso 5 Una vez conectado al regulador pasamos a conectar al mini Jack USB hembra que será la salida de corriente. (Anexo 3) Paso 6 Debido a la poca intensidad que tiene el panel de 7v (350mAh), conectamos en serie otro panel del mismo tipo para una óptima carga y eficiencia. (Anexo 4) Paso 7 Probamos el cargador que funcione y cargue. (Anexo 5) Paso 8 Mediante marco de cuadros y una tabla triple, aseguramos y fijamos el cargador solar para que sea más sencillo manipularlo. (Anexo 6)

Metodología La investigación bibliográfica y documental.

A través de la búsqueda de información en documentos para fundamentar en base a estudios y autores diversos el marco teórico, permitiendo conocer, analizar, comparar y deducir los diferentes enfoques, criterios, conceptualizaciones, análisis, conclusiones y recomendaciones que proporcionó este tipo de información acerca del área particular de estudio ayudando al desarrollo y ejecución del presente trabajo de investigación que se sustentó en información clara y concisa recopilada de libros, textos, revistas de carácter científico, artículos de prensa, folletos, documentos, enciclopedias, internet y cualquier material escrito, referente al tema de investigación, constituyéndose en una de las primeras etapas de toda la investigación

Investigación de campo. El presente estudio se apoya en la investigación de campo, ya que acerca al investigador al objeto o fenómeno de estudio, que para el presente caso se trata de un cargador solar, mismo que partiendo de la investigación bibliográfica conlleva a un estudio de casos y experiencias en las que apoyado de la observación científica permitirá la elaboración del cargador manual portátil. Investigación Aplicada Se busca disminuir la contaminación ambiental mediante la fabricación de paneles solares que utilizan la energía solar para generar electricidad suficiente para poder cargar baterías de celulares.

Resultados Se presenta como un resultado que la ciudad de Ibarra presenta un apto clima para poder implementar este proyecto debido a que hay un porcentaje idóneo de las horas de sol en un día normal. En este caso se ha recopilado datos de cuantas horas de sol existe en una semana normal para ello tomando en cuenta un clima impredecible se ha tomado un dato estadístico del mes de junio el cual ha presentado muchas etapas de lluvia y de sol. La tabla muestra el porcentaje del total de horas de sol el cual indica que porcentaje del día permaneció iluminado con una fuerte radiación en un día con precipitaciones. (Tu Tiempo, 2016)

Día

Iluminación

Salida Sol

Puesta

Horas de Sol

1

25.13%

6:06

18:14

12:08

2

15.62%

6:06

18:14

12:08

3

7.92%

6:06

18:15

12:09

4

2.64%

6:06

18:15

12:09

Fuente:www.tutiempo.net/ecuador/ibarra. Representación de las horas de en junio de 2016

Conclusiones y Recomendaciones Se concluye que en un día con precipitaciones es posible utilizar los paneles solares para cargar un dispositivo celular ya que presenta la iluminación necesaria para que el panel solar cargue el dispositivo. Se recomienda utilizar datos del INAMI cuando se necesite saber algo sobre el clima en una localidad del Ecuador para obtener datos precisos

y con mayor aceptación

científica.

Bibliografía 

Sanchez, A. (2011). LIBRO INTERACTIVO SOBRE ENERGIA SOLAR Y SUS APLICACIONES. Recuperado el 2016, de http://repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/11059/2369/1/6213124 4A681.pdf



sitiosolar. (2014). sitiosolar.com. Recuperado el 2016, de http://www.sitiosolar.com/los-paneles-solares-fotovoltaicos/



Tu Tiempo. (22 de Junio de 2016). Horas sol y luna en Ibarra: Tu Tiempo.net. Obtenido de Tu Tiempo.net: http://www.tutiempo.net/ecuador/ibarra.html?datos=calendario



Pozos Barcelata, O. (2010). Diseño e implementación de un cargador solar portátil.



Rocabado, S., & Cadena, C. (2015). Cargadores solares portátiles para el uso de dispositivos móviles en zonas rurales aisladas del NOA.

Anexos Anexo 1 Paso 3

Anexo 2 Paso 4

Anexo 3 Paso 5

Anexo 4 Paso 6

Anexo 5 Paso 7

Anexo 6 Paso 8