fotovoltaico

Escuela Superior de Ingeniera Mecnica y Elctrica

Tesis: Propuesta de sistema fotovoltaico basado en microcontrolador

Integrantes: Chvez Garca Sergio Arturo

Instituto Politcnico Nacional

Escuela Superior de Ingeniera Mecnica y Elctrica

Unidad profesional Ticomn

Ingeniera en Aeronutica

Propuesta de sistema fotovoltaico basado en microcontrolador

para un avin no tripulado.

Asesores: MC. Sandoval Lezama Jorge

Ing. Ma. De los ngeles Nieto

Integrantes: Chvez Garca Sergio Arturo

Estrada Pedroza Julio Csar

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Propuesta de sistema fotovoltaico basado en microcontrolador

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Agradezco

A mis padres Rosalinda F. Pedroza y Jos Luis Estrada quienes son la fuente de inspiracin en las diferentes etapas de la vida no solo para mi si no para mis hermanos y que dan todo sin pedir nada a cambio. Por su amor incondicional y ser un ejemplo a seguir en el aspecto personal y profesional, les estar infinitamente agradecido por su esfuerzo para guiarnos en el camino correcto para ser personas de bien y con valores.

Al Instituto Politcnico Nacional por darme la oportunidad de realizar mis estudios con la finalidad de contribuir en el desarrollo de Mxico y ser personas preparadas para vencer los retos que se presenten en el porvenir.

Y sin lugar a duda a todos mis profesores no solo de la carrera si no tambin a los que contribuyeron a mi formacin a lo largo de mi vida, porque son ellos los que realmente nos impulsan, dan las herramientas y conocimientos necesarios para no darnos por vencidos.

Finalmente a mis compaeros que tuve la fortuna de conocer y que son parte fundamental de mi vida, por su amistad y todas las experiencias que solamente las habra tenido con ellos y que son solo una vez en la vida.

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Agradezco

A Dios

Por darme la vida, y acompaarme a cada paso que doy, por dotarme de perseverancia, paciencia y

constancia, para poder finalizar con este logro. Por darme los medios y ponerme a las personas para poder

apropiarme del conocimiento y as poder servir a mi patria, familia y a mi sociedad compartiendo lo que soy

y lo que tengo.

A mis padres

Por ser ese gran ejemplo de vida, ensendome que la vida misma es un reto diario. A mi padre que con

gran sabidura, templanza y amor ha sido un maestro en la escuela de la vida dndome las herramientas

para poder ser una persona de bien, por corregirme en su momento y darme consejos que me ayudaran a

sortear esta vida. A mi madre que aunque ya goza la dicha de la vida eterna, su ausencia a sido un golpe

muy fuerte en mi vida, pero nunca se me olvidara su fortaleza y su espritu de lucha constante que con gran

tenacidad envisti la frialdad de la vida venciendo un camino lleno de retos para su salud sin perder animo y

carisma, por siempre darme ese trato dulce y apacible al corazn humano, por simplemente comprender

todo de mi.

A mis hermanos

Por siempre brindarme su apoyo incondicional demostrando as el verdadero significado de la hermandad,

por compartir conmigo tristezas y alegras, triunfos y derrotas, por mostrarse como mis amigos.

A mi esposa y a mi hij@

Por convertirse en mi ms grande fuente de inspiracin y m ms grande motivo de vida por ser mi fortaleza

para poder ser para ustedes y caminar en esta vida a su lado. A ti mi esposa que siempre creste en mi desde

el principio porque esta etapa que hoy concluyo no solo obtengo un logro profesional si no que tambin

encontr al amor de mi vida en esas aulas, por aceptarme sin excepciones, por brindarme la oportunidad de

formar un hogar a tu lado. A ti hij@ que le has dado un cambio radical a mi vida lleno de alegras emociones,

siendo ese motivo para trabajar y dar lo mejor de m.

A mis amigos y maestros

Que me apoyaron y compartieron conmigo esta etapa de mi vida, por brindarme su amistad incondicional

por ayudarme a apropiarme del conocimiento y por trabajar a mi lado para poder vencer este reto.

A mi institucin

A mi alma mater por ser una institucin que siempre se ha preocupado por la calidad y el bienestar de sus

alumnos por otorgarme una oportunidad de sobresalir y ser un profesionista para poder servir a mi sociedad

y a mi patria de una forma digna y sentirme orgullosamente politcnico.

Sergio Arturo Chvez Garca

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Propuesta de Sistema Fotovoltaico basado en microcontrolador para un avin no tripulado.

RESUMEN.

La energa solar est avanzando rpidamente, como un medio importante de fuente de energa

renovable. Ms energa se produce mediante un sistema de seguimiento solar a uno que

permanece alineado con el sol en un ngulo recto con los rayos de luz.

El siguiente proyecto documenta el diseo, desarrollo y pruebas experimentales de un Sistema de

Seguimiento Solar. El objetivo principal de este sistema es maximizar la cantidad de energa solar

que puede ser recibida del sol. En este trabajo se describe a detalle el diseo y la

construccin de un prototipo de sistema de seguimiento solar de un grado de libertad, que

detecta la luz solar mediante una resistencia LDR. El circuito de control para el seguidor solar se

basa en un PIC16F84A microcontrolador (MCU). Este est programado para detectar la luz del sol

a travs de la LDR y luego acciona el motor para colocar el panel solar en donde pueda recibir al

mximo la luz del sol. Este sistema de seguimiento del sol es diseado y construido con una

estructura simple y mtodo de control. Una comparacin se llev a cabo entre un sistema fijo

solar y el sistema de seguimiento para destacar el aumento de la energa producida. El

seguimiento la fiabilidad del sistema es tambin la prueba de condiciones climticas diversas.

Este sistema podra ser utilizado a bordo de UAV mientras est en el aire. Con este trabajo

podramos saber si el sistema a bordo del UAV sera ventajoso con respecto a uno convencional de

energa solar con clulas fotovoltaicas de forma esttica fija en sus alas.

ABSTRACT.

Solar energy is rapidly advancing as an important means of renewable energy resource. More

energy is produced by a tracking solar system that one to remain aligned to the sun at a right angle

to the rays of light.

The following project documents the design, development and experimental test of a Sun-Tracking

Solar System. The primary purpose of this system is to maximize the amount of solar energy that

can be received from the sun. This paper describes in detail the design and construction of a

prototype for solar tracking system with one degree of freedom, which detects the sunlight using a

photocell LDR. The control circuit for the solar tracker is based on a PIC16F84A microcontroller

(MCU). This is programmed to detect the sunlight through the photocell LDR and then actuate the

motor to position the solar panel where it can receive maximum sunlight. This sun tracking system

is designed and built using a simple structure and control method. A comparison is carried out

between a fixed solar system and the tracking system to emphasize the increase in the energy

produced. The tracking system reliability is also tested for diverse weather conditions.

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This system could be used onboard of an UAV while it is airborne. With this work we could know if

the system onboard of UAV would be advantageous over a conventional solar powered one with

PV cells statically fixed to its wings.

INTRODUCCIN.

Hoy en da, la tecnologa fotovoltaica representa el recuso energtico mas importante para explotar la energa solar en lugar de la energa fsil, para este fin, la fabricacin de sistemas que utilizan paneles solares estn dirigidos para generar una mayor potencia de salida y mxima eficiencia de conversin, sin embargo, existen diferentes parmetros elctricos y trmicos que influyen en el comportamiento del sistema como: la radiacin solar, los factores fsicos del mdulo, las condiciones de funcionamiento, los movimientos azimutal y la inclinacin. En este campo, hay estudios tericos y trabajos experimentales en el rea de energa solar y la conversin fotovoltaica, (como los de M.Iqbal, Duffie y Beckman en 1995) adems de proyectos de sistemas de seguimiento solar como el realizado en Algeria en 2009 el cual podemos usar como referencia para comparar los resultados obtenidos debido a que ha demostrado la ventaja de dicho sistema con respecto a los sistemas fijos; por ejemplo en Japn se obtuvo una eficacia del 27% ao en comparacin con un sistema fijo, y un sistema automtico en Espaa alcanz 26% de ganancia de energa. Generalmente, la optimizacin del sistema fotovoltaico est estrechamente ligada a incrementar la eficiencia y obtencin de energa con el objetivo de reducir el coste del sistema.

El propsito de este trabajo es construir un sistema de seguimiento solar y realizar un estudio

comparativo de este sistema con un sistema fijo bajo las mismas condiciones de funcionamiento

para determinar su posible aplicacin en aeronaves tipo UAV haciendo algunas consideraciones

para su posible diseo.

El seguimiento del sol tiene una ventaja esencial proporcionar la energa mxima de salida con una

alta precisin contra cualquier variacin de la luz incidente del sol, ya que es sensible al cambio de

las condiciones climticas. El objetivo fundamental es optimizar la produccin de energa

obtenidas de clulas fotovoltaicas haciendo el sistema en su totalidad ms eficiente y rentable. El

sistema de seguimiento solar es la solucin a este problema, ya que con el fin de asegurar la

mxima potencia de salida a partir de clulas fotovoltaicas, el ngulo de incidencia de la luz del sol

debe ser constantemente perpendicular al panel solar. Esto requiere un seguimiento continuo del

movimiento aparente del sol durante el da.

En este trabajo se desarrollo un sistema para mover un panel solar, junto con la direccin de la luz

solar, para lo cual se utiliza un motor a pasos para controlar la posicin del panel solar, que

obtiene sus datos de un microcontrolador PIC16F84A.

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Por otro lado, como ya se mencion anteriormente la idea de desarrollar este sistema es para su

posible aplicacin en aeronaves tipo UAV. Desde la dcada de los 80s el uso de la energa solar en

aeronaves ha mostrado ser viable debido a su potencial, sin embargo, el alcance de su aplicacin

se limit principalmente a la eficiencia de conversin de energa elctrica de las celdas utilizadas

en los diferentes vehculos desarrollados. En la actualidad el avance tecnolgico en celdas solares

permite una aplicacin ms amplia en aeronaves debido a que permiten una mejor obtencin de

energa. El desarrollo de un sistema de seguimiento solar se enfoca principalmente para su posible

aplicacin en aeronaves tipo UAV considerando que los requerimientos de energa podran ser

menores debido a que los sistemas que conforman a la aeronave se reducen en comparacin a

otros. En vehculos areos no tripulados (UAV) que utilizan motores elctricos (como parte del

grupo propulsor) la mayor parte de la energa elctrica proveniente de las bateras es consumida

por el motor, generalmente el consumo de los otros dispositivos no es tan significante, y es por

eso que el tiempo de operacin est limitado. El propsito de la utilizacin de la energa solar en

UAV es aumentar el tiempo de operacin.

En el diseo tradicional de vehculos areos no tripulados que utilizan energa solar las clulas

solares que conforman el panel solar se encuentran sobre la superficie superior del ala,

manteniendo las clulas prcticamente paralelas a la horizontal del avin durante el vuelo normal.

El tipo de celdas utilizadas en estas aeronaves son flexibles permitiendo as su fcil aplicacin, sin

embargo su desventaja es que no ofrecen una buena eficiencia en comparacin con celdas

monocristalinas y policristalinas debido a que su estructura atmica es de tipo amorfa, esto pone

restricciones significativas tanto en dnde y qu poca del ao el vehculo solar es capaz de

capturar suficiente energa del sol.

Los largos tiempos de vuelo de vehculos areos no tripulados con alimentacin solar dependen

tambin en gran medida del medio ambiente y condiciones de vuelo, por ejemplo si se cuenta con

aire ascendente la resistencia al avance ser menor que en condiciones normales y el motor

utilizara menos energa. Debido a estas limitaciones han sido pocos los vehculos areos no

tripulados con energa solar que han volado con xito absoluto.

El diseo de sistemas fotovoltaicos que siguen la posicin del sol para que la superficie del panel

solar est siempre perpendicular los rayos del sol incidente, como este proyecto ha logrado, es un

mtodo viable de ampliacin cuando las restricciones geogrficas y estacionales inherentes no son

favorables para la obtencin de la energa. Existe un proyecto desarrollado en 2007 por la

Universidad Brigham donde se construy una aeronave no tripulada con un sistema de

posicionamiento solar montado en la estructura, en dicho trabajo el UAV cumpli con el objetivo

de volar por unos segundos con el sistema abordo, sin embargo no pudo mantenerse en vuelo por

ms tiempo debido a que present dificultades de estabilidad ocasionadas posiblemente por el

mismo sistema, el cual adems ocasion una mayor resistencia parasita como se puede constatar

en el documento. Por tal motivo, la idea planteada en este trabajo es integrar dicho sistema al

interior del fuselaje de la aeronave para evitar estos problemas.

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Objetivo.

Construir y realizar un estudio de un seguidor solar para su posible integracin en una aeronave tipo UAV.

Justificacin.

Las aeronaves UAVs son utilizadas en la actualidad en diferentes reas aunque su tiempo de operacin est limitado debido al uso de combustibles fsiles, por lo que el uso de la energa solar en este tipo de aeronaves ha mostrado una mayor eficiencia para sustituir a los convencionales, sin embargo la energa solar ha mostrado desventajas en su tiempo de aplicacin debido a que la captacin de la radiacin no es constante a lo largo del da. El presente proyecto est enfocado a desarrollar un sistema que nos ayude al suministro de energa elctrica en este tipo de aeronaves. Es importante mencionar que en otros pases ya cuentan con este tipo de tecnologa e introducirlas a nuestro pas es ms costoso que hacer el desarrollo de las mismas. Por otra parte en el transcurso de la carrera se llevaron asignaturas tales como electricidad y magnetismo, dispositivos analgicos y digitales, sistemas elctricos en aeronaves, entre otras, que nos permiten hacer el estudio de este tipo de tecnologas en Mxico y que son fundamentales para el desarrollo del sistema.

Alcance.

Con este trabajo se pretende disear, analizar y estudiar el funcionamiento de un seguidor solar y sus implicaciones en aeronaves UAV que utilizan celdas solares. El proyecto principalmente se enfoca en disear, construir y validar un seguidor solar como parte integral del sistema fotovoltaico con la finalidad de que suministre energa elctrica a los diferentes dispositivos electrnicos los cuales pueden ser: bateras, motor elctrico o los servos de las superficies de control para una aeronave tipo UAV. Adems, se pretende integrar dicho sistema de tal manera que no afecte el diseo aerodinmico de la aeronave.

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ndice

CAPITULO 1. GENERALIDADES.

1.1. Introduccin. 1.2. Energa solar. 1.3. Consideraciones Fsicas, Meteorolgicas y Geogrficas. 1.4. Sistemas fotovoltaicos. 1.5. Microcontroladores. 1.6. Aeronaves tipo UAV.

CAPITULO 2. SISTEMA FOTOVOLTAICO.

2.1. Fundamentos.

2.1.1. Conceptos elctricos y curvas caractersticas.

2.1.2. Arreglos fotovoltaicos (conexiones serie, paralelo y mixta).

2.2. Sistema fotovoltaico.

2.2.1. Tipos de paneles solares.

2.2.2 Sistemas de seguimiento solar.

2.2.3. Sistemas auxiliares bsicos.

CAPITULO 3. MICROCONTROLADOR PIC.

3.1. Introduccin.

3.1.1Microcontrolador PIC16F84.

3.1.2. Alimentacin de un PIC.

3.1.3. Puertos de entrada y salida.

3.1.4. Arquitectura interna.

3.2. Entorno MPLAB.

3.3. Grabacin de microcontroladores PIC.

3.3.1. Ensamblador.

3.4. Procedimiento para desarrollo de proyectos.

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CAPITULO 4. DESARROLLO DEL SISTEMA.

4.1. Introduccin.

4.1.1 Propuesta 1.

4.1.2. Propuesta 2.

4.1.3. Propuesta 3.

4.2. Anlisis de la relacin costo-beneficio.

4.3. Consideraciones para un diseo conceptual.

CAPITULO 5. PRUEBAS EXPERMENTALES Y RESULTADOS.

5.1. Introduccin.

5.2 Pruebas inciales.

5.3 Pruebas en condiciones ideales.

5.4 Pruebas en condiciones reales.

5.5 Anlisis y comparacin de graficas.

RECOMENDACIONES Y CONCLUSIONES.

NDICE DE APNDICES.

Apndice A.

Apndice B.

Apndice C.

Apndice D.

Apndice E.

Apndice F.

Apndice G.

Apndice H.

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NOMENCLATURA.

UAV > Unmanned Aerial Vehicle (vehculo areo no tripulado)

M > Masa de aire

KV > Kilo volts

MV > Mega volts

mV > Mili volts

FV > Fotovoltaico

m > metro cuadrado

C > Grados centigrados

KW > Kilo Watts

mW > Mili Watts

KW/m > Kilo Watts por metro cuadrado

KWh > Kilo Watts hora

mWh > Mili Watts hora

> Eficiencia de conversin

FF > Factor de forma

CC > Corriente continua

CA > Corriente alterna

MCU o C > Microcontrolador

FEM > Fuerza electromotriz

P > Potencia medida en Watts

V > Voltaje medido en Volts

I > Corriente medida en Amperes

A > Amper

mA > Mili Amper

R > Resistencia medida en Ohms

Curva IV > Curva de corriente contra voltaje

Curva PV > Curva de potencia contra voltaje

Icc,Isc > Corriente de corto circuito

Vca,Voc > Voltaje de circuito abierto

Pmp,Pm > Potencia mxima

Imp > Corriente a mxima potencia

Vmp > Voltaje a mxima potencia

Vt > Voltaje total

Vref > Voltaje de referencia

It > Corriente total

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PWM > Pulse width modulation (Modulacion por ancho de pulsos)

PIC > Peripheral Interface Controller

Hz > Hertz (frecuencia de trabajo)

MHz > Mega Hertz

Vdd > Tension positiva

Vss > Tierra o negativo

GND > Tierra

sg > Microsegundos nF > Nano faradios

E/S > Entrada-Salida

MPLAB > Software para desarrollar proyectos con microcontroladores PIC

PROTEUS > Programa para diseo de circuitos electrnicos

PICSTART > Programador de microcontroladores

N.A. > Normalmente abierto

N.O. > Normalmente cerrado

Rpm > Revoluciones por segundo

LDR > Fotorresistencia

U > Circuito integrado

Q > Transistor

D > Diodo

Pin > Energa solar incidente

S > Superficie

PAP > Motor a pasos L > Fuerza de sustentacin D > Fuerza de resistencia

> Coeficiente de sustentacin > Coeficiente de resistencia

> Coeficiente de resistencia parsita

> Coeficiente de resistencia inducida

AR > Alargamiento

SMN > Servicio Meteorolgico Nacional

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ndice de Tablas y Figuras.

No. Tabla Descripcin Pgina

1.1 Comparacin de sistemas elctricos en aeronaves 20

1.2 Fabricantes y tipos de microcontroladores 37

1.3 Especificaciones tcnicas de Aeronaves tipo UAV 44

2.1 Valores de un sistema fotovoltaico modelo VLX-53 54

4.1 Tabla de verdad para el control de giro del motor 92

4.2 Valores de la fotorresistencia en diferentes condiciones 94

4.3 Secuencia para un motor a pasos unipolar 97

4.4 Componentes de la propuesta 1 106



4.7 Tabla general de las propuestas 108

4.8 Resumen de los sistemas propuestos 108

5.1 Medidas inciales 117

5.2 Valores a considerar dependiendo de las condiciones 127

5.3 Eficiencias y ganancias en ambos casos 129

No. Figura Descripcin Pgina

1.1 Evolucin de sistemas elctricos en aeronaves 21

1.2 Sistemas elctricos en medios de transporte 22

1.3 Variacin de la intensidad luminosa 23

1.4 Espectro electromagntico 24

Pgina 13

1.5 Relacin masa de aire/Zenit 24

1.6 Espectro electromagntico de la radicacin solar extraterrestre y a nivel del mar

25

1.7 Componentes de la radiacin solar terrestre total 27

1.8 Configuracin tpica de un sistema fotovoltaico 31

1.9 Arquitectura von Neumann 39

1.10 Arquitectura Harvard 40

2.1 Grafica corriente vs tensin 48

2.2 Variacin de la corriente con respecto a la radiacin solar 49

2.3 Comportamiento de la celda a diferentes temperaturas 50

2.4 Familia de curvas I-V 51

2.5 Curva de potencia mxima 51

2.6 Interaccin de una carga con el modulo 52

2.7 Interaccin con una batera 52

2.8 Variacin de la curva caracterstica 53

2.9 Interaccin con un motor de CC 53

2.10 Curva IV y PV para un modulo fotovoltaico tpico 54

2.11 Dependencia de la corriente producida en funcin del voltaje para diferentes intensidades de radiacin

55

2.12 Dependencia de la corriente producida en funcin del voltaje para diferentes temperaturas de operacin

55

2.13 Conexin en serie de un sistema fotovoltaico 56

2.14 Conexin en paralelo de celdas solares 56

2.15 Conexin de mdulos serie y paralelo 57

2.16 Panel solar fotovoltaico 58

Pgina 14

2.17 Clula con material TANDEM 59

2.18 Componentes auxiliares en sistemas fotovoltaicos 63

3.1 Diferencias entre microprocesador y microcontrolador 64

3.2 Encapsulado y smbolo del PIC 16F84A 65

3.3 Circuito que permite producir un reset al presionar un pulsador

66

3.4 Esquema del oscilador tipo XT 67

3.5 Arquitectura interna del PIC 16F84A 71

3.6 Organizacin de la memoria del programa 72

3.7 Organizacin de los registros internos 73

3.8 Tipos de programadores 75

3.9 Grabador TE20-SE conectado a la PC 76

3.10 PICSTAR Plus 76

3.11 Proceso de realizacin de un proyecto con microcontrolador

80

4.1 Seal analgica 81

4.2 Comportamiento tpico de un sensor LDR 82

4.3 Sensor de voltaje 84

4.4 Sensor de luz 85

4.5 Circuito integrado L293D 86

4.6 Control de giro del motor con el L293D 86

4.7 Circuito de control de velocidad 87

4.8 Diagrama de operacin del sistema 90

4.9 Divisor de voltaje 90

4.10 Circuito del sistema 91

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4.11 Circuito del sistema con diodos de proteccin 92

4.12 Circuito de la fotorresistencia 94

4.13 Motores a paso 95

4.14 Conexin de un motor a pasos con el circuito integrado ULN2003A

96

4.15 Sistema de engranes y grados obtenidos 98

4.16 Posicin de las celdas solares para distintas horas 99

4.17 Grafica general de torque vs pulsos para motores PAP 99

4.18 Circuito para el control de giro del motor a pasos 100

4.19 Microcontrolador PIC 16F84A 101

4.20 Circuito del microcontrolador 101

4.21 Diagrama del sistema completo 102

4.22 Diagrama de flujo del seguidor solar 104

4.23 Diseo conceptual de la aeronave 109

4.24 Diagrama para la construccin del modelo 110

4.25 Modelo construido 110

4.26 Plano del seguidor solar 111

4.27 Sistema integrado a un modelo esttico 111

4.28 Configuracin tpica utilizada en aeronaves 112

5.1 Circuito para medir corriente y tensin de la celda 117

5.2 Montaje para la realizacin de las pruebas 118

5.3 Grafica de la curva caracterstica I-V 118

5.4 Graficas de la curva IV y VP 119

5.5 Representacin grafica del factor de forma 119

Pgina 16

No. Imagen Descripcin Pgina

1.2 Repblica Mexicana va satlite 28

1.3 Distrito Federal va satlite 29

1.4 Chihuahua va satlite 29

1.5 Chiapas va satlite 29

1.6 Repblica Mexicana va satlite 30

1.7 Distrito Federal va satlite 30

5.6 Fotografa que muestra el montaje para las pruebas 120

5.7 Curva I-V y curva P-V del seguidor solar correspondiente a las 8:30

121

5.8 Curva I-V y curva P-V del sistema fijo correspondiente a las 8:30

121

5.9 Curva I-V y curva P-V del seguidor solar correspondiente a las 13:00

122

5.10 Curva I-V y curva P-V del sistema fijo correspondiente a las 13:00

123

5.11 Comparacin de ambos sistemas a las 8:30 (Curvas I-V) 123

5.12 Comparacin de ambos sistemas a las 8:30 (Curvas P-V) 124

5.13 Comparacin de ambos sistemas a las 13:00 (Curvas I-V) 124

5.14 Comparacin de ambos sistemas a las 13:00 (Curvas P-V)

125

5.15 Curva P-V del seguidor solar en ambas horas 125

5.16 Curva de potencia con respecto al tiempo para ambos sistemas

126

5.17 Comparacin de potencia para ambos sistemas 126

Pgina 17

1.8 Chihuahua va satlite 30

1.9 Chipas va satlite 31

4.1 Fotografas correspondientes a la propuesta 1 88

4.2 Respuesta del sistema variando el ancho de pulso 89



No. Grafica Descripcin Pgina

1.2 Resultados meteorolgicos 28








APNDICES.

Tabla Descripcin Pgina

A.1 Porcentajes segn las condiciones de luz 133

B.1 Iconos de la barra de simulacin 146

B.2 Juego de instrucciones del PIC 151

F.1 Tabla de verdad para la secuencia normal 161

F.2 Tabla de verdad para la secuencia de doble paso 162

Pgina 18

F.3 Tabla de verdad para la secuencia completa 163

H.1 Material para la elaboracin del fuselaje 169

H.2 Material para la elaboracin del empenaje 170

H.3 Equipo utilizado en la elaboracin 171

Figura Descripcin Pgina

B.1 Desplazamiento a la izquierda 153

C.1 Constitucin, smbolo elctrico y funcin de transferencia de un LDR

155

D.1 Puente H 156

D.2 Estados bsicos del puente H 156

D.3 Circuito del puente H 157

D.4 Funcionamiento de avance 157

D.5 Funcionamiento de retroceso 158

D.6 Conexin del motor 158

D.7 Tabla de verdad 158

H.1 Aeronave ARES 166

H.2 Plano en Autocad del modelo AIRCRAFT SOLAR MX-13

167

H.3 Proceso de construccin del modelo 172

H.4 Partes principales del modelo 172

Pgina 19

Captulo 1. Generalidades.

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CAPTULO 1. GENERALIDADES.

1.1. Introduccin.

La Ingeniera Aeronutica ha ido evolucionando a lo largo de nuestra historia en los

ltimos 100 aos aproximadamente, esto va de la mano con las innovaciones

tecnolgicas; por ejemplo, algunas empresas aeronuticas compiten en hacer el avin

ms grande y rpido del mundo, otras estn desarrollando y adaptando las aeronaves

para el uso de biocombustibles, otras realizan investigaciones para desarrollar motores

para todo tipo de aplicaciones e incluso aeronaves propulsadas con energa solar. En la

actualidad sabemos que existen aeronaves no tripuladas con diferentes aplicaciones,

sin embargo existen muy pocas aplicaciones de energa solar en estas aeronaves, el

objetivo del presente trabajo es analizar la posible aplicacin de un seguidor solar por

las ventajas que presenta debido a que la energa solar ha mostrado ser muy til en

diversas aplicaciones en donde se requiera energa permanente. Considerando que un

avin no tripulado pequeo no necesita de gran potencia para su funcionamiento,

podr recibir la potencia de un motor elctrico impulsado por energa solar. Si

realizamos un anlisis comparativo entre diferentes aeronaves con diferentes

caractersticas y consumo elctrico, podemos darnos cuenta que la energa solar no es

la mejor opcin para aviones comerciales, medianos y todos aquellos cuya demanda

de energa elctrica sobrepasara la suministrada por un sistema fotovoltaico, sin

embargo algunos aviones como los planeadores y UAV (tambin mini UAV y micro

UAV) han demostrado ser una muy buena opcin para el uso de esta tecnologa. En la

siguiente tabla se observan algunas especificaciones del sistema elctrico para

diferentes aeronaves [1].

Tabla 1.1 Comparacin de sistemas elctricos en aeronaves.

Aeronave Especificaciones

Airbus A400M (Sist. Elctrico)

4 generadores de 75 KVA; generador trifsico de 95KVA; 4

transformadores de DC; 2 bateras Ni/Cd; APU

Airbus A300-600 (Sist. Elctrico)

Sistema AC trifsico de 115/200V a 400Hz; sistema DC de 28

V; 2 generadores 90KVA; 3 bateras de 150A; APU Honeywell

Boeing 767 (Sist. Elctrico) 2 generadores trifsicos AC de 115/200V a 400Hz; APU

Bombardier Challenger (Sist. Elctrico)

2 generadores primarios 30KVA trifsico AC de 115/200V a

400Hz; 4 transformadores rectificadores que convierten a

28V DC; 1 Batera Ni/Cd de 24V a 17Ah; APU

Falcon 50x (Sist. Elctrico)

1 fuente primaria de 28V DC; 2 generadores de 9KW; 2

bateras 23Ah; APU

Robin 2120-4Z (Sist. Elctrico) Alternador 12V 50A; 1 batera 12V 32Ah

Aquila A210 (Sist. Elctrico) Alternador 14V 40Ah; 1 batera de 12V

Aerosonda UAV (Sist. Elctrico) 1 batera 20Wh


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En la actualidad la introduccin de la energa solar en la industria aeronutica es algo

relativamente nuevo. En algunos pases ya se investiga sobre cmo se puede utilizar la

energa solar en los aviones de una manera ms eficiente, adems de existir diversas

investigaciones para su desarrollo. Otros proyectos tienen como objetivo poner en

vuelo aviones solares no tripulados teledirigidos o aviones provistos de motores de

hidrgeno.

En la figura 1.1 la grafica muestra los diferentes sistemas elctricos utilizados en los

ltimos 100 aos, as como tambin el voltaje y la potencia generados por diferentes

sistemas desde los ms tradicionales hasta los de ltima generacin.

Figura 1.1 Evolucin de sistemas elctricos en aeronaves.

En la figura 1.2 se observan los medios de transporte ms avanzados de los ltimos

100 aos, en donde se muestra la potencia requerida por cada uno dependiendo de

sus caractersticas. Estas graficas fueron obtenidas de un estudio realizado por EADS

(European Aeronautic Defence and Space Company EADS N.V.) es la corporacin

industrial europea ms importante, dentro del segmento de negocio de la aviacin y el

espacio [2].

Figura 1.2 Sistemas elctricos en medios de transporte.

1.2. Energa solar.

La energa solar es un tipo de energa renovable y confiable; renovable

inagotable. La caracterstica principal de la energa solar

para poder ser utilizada una y otra vez sin temer a que se agote; la definicin de

energa solar afirma que la misma puede ser obtenida a travs de un

libre acceso: la radiacin solar.

La energa radiante del Sol puede ser aprovechada para la produccin de electricidad

en virtud del efecto fotoelctrico, es decir, de la capacidad de la radiacin

electromagntica para extraer electrones de

semiconductores. A mayor escala, la corriente elctrica continua que proporcionan los

paneles fotovoltaicos se puede transformar en corriente alterna

la energa solar se ha acrecentado en los lti

las fuentes energticas alternativas del futuro, no solo por ser limpia y gratuita, sino

tambin por su abundancia y su carcter inagotable a escala humana.

Se denomina energa solar fotovoltaica a una forma de ob

a travs de paneles fotovoltaicos.

mantenimiento. El costo disminuye a medida que la tecnologa va avanzando (el costo

de los combustibles aumenta con el paso del tiempo porque cada

utilizacin contribuye a reducir el efecto invernadero producido por las emisiones de

CO2 a la atmsfera, as como el cambio climtico provocado por el efecto invernadero.


1.2 Sistemas elctricos en medios de transporte.

La energa solar es un tipo de energa renovable y confiable; renovable

inagotable. La caracterstica principal de la energa solar es justamente este adjetivo,

poder ser utilizada una y otra vez sin temer a que se agote; la definicin de

energa solar afirma que la misma puede ser obtenida a travs de un

libre acceso: la radiacin solar.



electromagntica para extraer electrones de algunos materiales, como metales o


paneles fotovoltaicos se puede transformar en corriente alterna. El inters general por

la energa solar se ha acrecentado en los ltimos aos. Se trata de la ms atractiva de


tambin por su abundancia y su carcter inagotable a escala humana.

Se denomina energa solar fotovoltaica a una forma de obtencin de energa elctrica

a travs de paneles fotovoltaicos. Los sistemas de captacin solar son de fcil


de los combustibles aumenta con el paso del tiempo porque cada vez hay menos). Su




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1.2 Sistemas elctricos en medios de transporte.

La energa solar es un tipo de energa renovable y confiable; renovable quiere decir

es justamente este adjetivo,

poder ser utilizada una y otra vez sin temer a que se agote; la definicin de

energa solar afirma que la misma puede ser obtenida a travs de un combustible de



algunos materiales, como metales o


El inters general por

mos aos. Se trata de la ms atractiva de


tencin de energa elctrica

Los sistemas de captacin solar son de fcil


vez hay menos). Su




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1.3. Consideraciones Fsicas, Meteorolgicas y Geogrficas.

Espectro luminoso.

La luz, sea esta de origen solar, o generado por un foco incandescente o fluorescente,

est formado por un conjunto de radiaciones electromagnticas de muy alta

frecuencia que estn agrupadas de un cierto rango, llamado espectro luminoso. Las

ondas de baja frecuencia del espectro solar (infrarrojo) proporcionan calor, las de alta

frecuencia (ultravioleta) hacen posible el proceso de fotosntesis o el bronceado de la

piel en la figura 1.4 se muestra el espectro electromagntico. Entre esos dos extremos

se encuentran las frecuencias que forman la parte visible de la luz solar. La intensidad

de la radiacin luminosa vara con la frecuencia. La figura 1.3 muestra en forma no

detallada, la composicin del espectro luminoso.

El color de la luz solar depende de la composicin del espectro de frecuencias. Los

fabricantes de focos luminosos, conscientes de este fenmeno, tratan de dar a estos

un espectro de radiacin luminosa similar a la de la luz solar que llega a la tierra

cuando el sol alcanza la posicin del zenit (luz blanca). La intensidad y frecuencias del

espectro luminoso generado por el sol sufren alteraciones cuando la luz atraviesa la

atmosfera. Ello se debe a la absorcin, reflexin y dispersin que toma lugar dentro de

esta los gases presentes en la capa atmosfrica actan como filtros para ciertas

frecuencias las que ven disminuidas su intensidad o son absorbidas totalmente. El

proceso fotovoltaico responde a un limitado rango de frecuencias dentro del espectro

visible de manera que es importante definir el espectro de radiacin de la fuente

luminosa que se utiliza para evaluar la celda fotovoltaica. Esto se hace especificando

un parmetro llamado masa de aire.

Figura 1.3 Variacin de la intensidad luminosa.


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Figura 1.4 Espectro electromagntico.

Masa de aire.

La posicin relativa del sol respecto al horizontal del lugar determina el valor de la

masa de aire. Cuando los rayos solares caen formando un ngulo de 90 respecto al

horizontal, se dice que el sol ha alcanzado su zenit.

Para esta posicin la radiacin directa del sol atraviesa una distancia mnima a travs

de la atmosfera. Cuando el sol est ms cercano al horizonte esta distancia se

incrementa, es decir, la masa de aire es mayor. En la figura 1.5 se ilustra lo comentado

anteriormente.

Figura 1.5 Relacin masa de aire/Zenit.

A la posicin del zenit se le asigna una masa de aire igual a 1(M1). Cualquier otra

distancia tendr una masa de aire que puede calcularse usando la expresin:

1cos


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Donde es el ngulo formado entre la posicin del zenit y la posicin del sol en ese momento y cos es el valor del coseno del ngulo el que vara entre 1 y 0 cuando el ngulo varia entre 0 y 90. Para valores de mayores que cero, el valor del cos es siempre menor que la unidad de manera que el valor de la masa de aire se incrementa.

Valores para la masa de aire mayores que la unidad indican que la radiacin directa

debe atravesar una distancia mayor dentro de la atmosfera. El ngulo de inclinacin

respecto a la posicin del zenit puede ser calculado con la expresin anterior.

Variacin del espectro luminoso.

Las variaciones de intensidad y color de la luz solar durante la salida y puesta de sol se

deben al incremento de la distancia, absorcin, reflexin y dispersin de la luz solar

cambiando el rango de frecuencias que integran el espectro luminoso as como su

intensidad. Esto explica las variaciones de intensidad y color de la luz solar durante la

salida y puesta de sol. La fuente luminosa usada para medir la potencia de salida de un

panel FV tiene un espectro luminoso correspondiente a una masa de 1.5 (M1.5), el que

ha sido adoptado como estndar la intensidad es muy cercana 1 .

Esta radiacin est formada aproximadamente en:

47% por el espectro visible.

46% por el espectro infrarrojo.

7% por el espectro ultravioleta.

En la figura 1.6 se observa en la grafica la variacin del espectro electromagntico

fuera y dentro de la atmosfera terrestre.

Figura 1.6 Espectro electromagntico de la radicacin solar extraterrestre y a nivel del mar.


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Insolacin.

La cantidad total de radiacin solar (directa y reflejada) que se recibe en un punto

determinado del planeta, sobre la superficie de 1 , para un determinado ngulo de inclinacin entre la superficie colectora y la horizontal del lugar recibe el nombre de

insolacin. El termino deriva de la palabra inglesa insolation, la que a su vez representa

un acrnimo derivado de otras tres palabras del mismo idioma: incident solar

radiation (radiacin solar incidente).

El valor de la insolacin en un lugar especfico debe reflejar el valor promedio de la

misma. Para obtenerlo, se necesita tener en cuenta las variaciones cclicas

estacionales, conduciendo mediciones de la radiacin solar diaria.Se utilizan diferentes

unidades para expresar el valor de la insolacin de un lugar. Lo ms conveniente para

expresar esta medida es el kilowatt-hora por metro cuadrado , o su equivalente en miliwat/hora por centmetro cuadrado .

Variacin de la insolacin.

Si la superficie colectora mantiene un ngulo de inclinacin fijo, el valor de la

insolacin en un lugar determinado depende de las condiciones atmosfricas y la

posicin del sol respecto al horizonte. La presencia de nubes incrementa la absorcin

reflexin y dispersin de la radiacin solar. En las zonas desrticas dadas la carencia de

nubes se tienen los mayores valores de insolacin en el planeta. La posicin del sol

respecto a la horizontal cambia durante el da y con las estaciones. El valor de la

insolacin al amanecer y al atardecer, as como en el invierno, es menor que el del

medio da, o el verano. La posicin aparente del sol en el espacio para cualquier parte

del mundo, est regido por las leyes de la mecnica celeste y sus relaciones

geomtricas se expresan en frmulas de trigonometra esfrica, en funcin de la

latitud del lugar, la declinacin de la poca del ao y el ngulo horario del instante del

da.

Irradiacin (El sol).

Irradiacin es el valor de la potencia luminosa, los fabricantes de los paneles

fotovoltaicos (FVs) determinan la mxima potencia elctrica de salida usando una

fuente con una potencia luminosa de 1 . Este valor conocido con el nombre de SOL.

Se ha convertido en un valor estndar para la industria facilitando la comparacin de

paneles de distintos orgenes. Recordando que 1 =10000, y que 1 KW = 1000W se tiene que:

!" #$ %%&'&())*

+


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Las 2 cantidades son usadas, indistintamente, en las superficies de paneles FVs. Para

especificar la Radiacin Solar Terrestre, es necesario definir los siguientes conceptos:

Radiacin Solar Directa: Es la radiacin que incide directamente del sol.

Radiacin Solar Difusa: Es la radiacin dispersada por los agentes atmosfricos (nubes,

polvo, etc.)

Radiacin Solar Reflejada (albedo): Es la radiacin reflejada por el suelo o por los

objetos cercanos. En la figura 1.7 se ilustran los conceptos.

Figura 1.7 Componentes de la radiacin solar terrestre total.

Da solar promedio.

El valor de la irradiacin varia al variar la masa de aire, la que cambia constantemente,

desde el amanecer hasta el anochecer. Para simplificar el clculo de la energa elctrica

generada diariamente por un panel FV se acostumbra definir el da solar promedio.

Este valor es el nmero de horas, del total de horas entre el amanecer y el anochecer

durante el cual el sol irradia con una potencia luminosa de 1 SOL. Supongamos como

ejemplo, tenemos que la insolacin diaria en una locacin es de 5 . Si este valor es dividido por un SOL, se obtiene el valor en horas y de esta manera obtenemos el da

solar promedio en horas para esa locacin y esa inclinacin.

,-. !"./ 0 #$1 2 #$ 2

Recordando que los paneles son evaluados usando una intensidad luminosa de un SOL,

la duracin del da solar promedio representa la cantidad de horas del total de horas

de luz diaria, en que el panel es capaz de generar la potencia mxima de salida

especificada por el fabricante.


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Anlisis de la variacin de la radiacin solar en la Repblica Mexicana.

En las siguientes imgenes se muestran los valores promedio mensual para la variacin

de la radiacin solar, temperaturas dominantes y precipitaciones fluviales en la

Repblica Mexicana durante los ao 2009 y 2010. En las imgenes se puede observar

el mapa de diferentes regiones del pas al Norte, Centro y Sur para conocer las

variaciones de los valores por medio de una grafica para facilitar la comparacin. Para

conocer las condiciones geogrficas y meteorolgicas promedio en la Repblica

Mexicana se utilizo la siguiente pgina:

http://www.valentin.de/index_es_page=meteo

Es importante mencionar que los datos obtenidos y presentados en este apartado no

son 100% exactos debido a que solo los consideramos para tener una visin general de

cmo varan los valores en diferentes partes del pas. Sin embargo, este software es

muy popular y utilizado por ingenieros en energa para obtener los datos necesarios en

instalaciones de sistemas fotovoltaicos.

Por otro lado, si no se cuenta con la informacin al momento de realizar el estudio los

especialistas aconsejan que los mdulos fotovoltaicos sean normalmente medidos a 25

grados centgrados y un nivel de radiacin solar de 1000 Watts/metro cuadrado. Una

hora solar pico es un ndice de radiacin solar normalizada a este valor.

Datos correspondientes al ao 2009.

Grafica 1.2 Resultados meteorolgicos Imagen 1.2 Repblica Mexicana va satlite


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Imagen 1.3 Distrito Federal va satlite Grafica 1.3 Resultados Meteorolgicos

Imagen 1.4 Chihuahua va satlite Grafica 1.4 resultados meteorolgicos

Imagen 1.5 Chiapas va satlite Grafica 1.5 Resultados meteorolgicos


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Datos correspondientes al ao 2010.

Imagen 1.6 Repblica Mexicana va satlite Grafica 1.6 Resultados meteorolgicos

Imagen 1.7 Distrito Federal va satlite Grfica 1.7 Resultados meteorolgicos

Imagen 1.8 Chihuahua va satlite Grafica 1.8 Resultados meteorolgicos


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1.4. Sistemas fotovoltaicos. Un sistema fotovoltaico es una fuente que a travs de la utilizacin de celdas

fotovoltaicas convierte en forma directa la energa lumnica en elctrica. El sistema

fotovoltaico est integrado por los paneles solares, las bateras, los inversores y el

regulador. Cada uno de estos elementos tiene una funcin que debe cumplir con los

parmetros establecidos para su ptimo aprovechamiento. Los sistemas fotovoltaicos

son sistemas alternativos de generacin de electricidad mediante el empleo de la luz

solar, son beneficiosos para el medio ambiente debido a que no media ningn

elemento contaminante en su explotacin y constituyen, una vez instalados, una

fuente de ahorro de energa convencional y de recursos. Algunos estn diseados,

generalmente, para tres das de autonoma en das sin sol. Los componentes del

sistema pueden variar dependiendo si se quiere obtener corriente alterna o directa,

ms adelante se estudiaran a detalle las diferentes configuraciones. En la figura 1.8 se

muestra una configuracin tpica.

Figura 1.8 Configuracin tpica de un sistema fotovoltaico.

Imagen 1.9 Chipas va satlite Grafica 1.9 Resultados meteorolgicos


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El panel solar est compuesto comnmente por celdas fotovoltaicas de silicio

policristalino, una especie de cristal semiconductor de energa elctrica que recibe la

luz solar y la transforman en energa elctrica. Cada panel tiene una capacidad de

generacin de energa elctrica que se trasmite al regulador.

El regulador constituye una parte importante dentro del sistema fotovoltaico, debido a

que es el encargado de regular el voltaje que entrega el panel, que es el valor utilizado

para cargar las bateras. El regulador controla el proceso de carga y descarga de las

bateras, las protegen y alargan su vida til.

Las bateras tienen la funcin de almacenar la energa elctrica generada, para

posibilitar el funcionamiento de los equipos en el horario nocturno y en los das sin sol.

El inversor se encarga de convertir la corriente directa procedente de las bateras en

corriente alterna.

La cantidad de energa que entrega un dispositivo fotovoltaico est determinado por:

El tipo y el rea del material

La intensidad de la luz del sol

Las celdas solares de silicio monocristalino actualmente no pueden convertir ms del

25% de la energa solar en electricidad, porque la radiacin en la regin infrarroja del

espectro electromagntico no tiene suficiente energa como para separar las cargas

positivas y negativas en el material.

Las celdas solares de silicio policristalino en la actualidad tienen una eficiencia de

menos del 20% y las celdas amorfas de silicio tienen actualmente una eficiencia cerca

del 10%, debido a prdidas de energa internas ms altas que las del silicio

monocristalino.

Una caracterstica importante de las celdas fotovoltaicas es que el voltaje de la clula

no depende de su tamao, y sigue siendo bastante constante con el cambio de la

intensidad de luz. La corriente en un dispositivo, sin embargo, es casi directamente

proporcional a la intensidad de la luz y al tamao. Para comparar diversas celdas se las

clasifica por densidad de corriente, o amperios por centmetro cuadrado del rea de la

clula. La potencia entregada por una clula solar se puede aumentar con bastante

eficacia empleando un mecanismo de seguimiento para mantener el dispositivo

fotovoltaico directamente frente al sol, o concentrando la luz del sol usando lentes o

espejos. Sin embargo, hay lmites a este proceso, debido a la complejidad de los

mecanismos, y de la necesidad de refrescar las celdas. La corriente es relativamente

estable a altas temperaturas, pero el voltaje se reduce, conduciendo a una cada de

potencia a causa del aumento de la temperatura de la clula.

Eficiencia de conversin

La eficiencia de conversin es la relacin entre la

energa luminosa utilizada para obtenerla. Esta relacin es dad

El smbolo usualmente se utiliza para expresar eficiencias, actualmente, las celdas

fotovoltaicas producidas en escala industrial tienen una eficiencia de conversin que

oscila entre un 9 y un 12%. El valor terico mximo para la eficiencia de una celda

fotovoltaica que responde solamente a un rango reducido del espectro luminoso, es de

alrededor del 25% al 28%, dependiendo del material semiconductor. Las celdas

fotovoltaicas que utilizan semiconductores cristalinos tienen una eficiencia mayor a las

que utilizan el semiconductor policristalino, debido a que las imperfecciones en la

estructura de este ltimo disminuyen el nmero de pares de carga que quedan libres

para conducir la corriente. Las celdas fotovoltaicas usadas en los

utilizan, exclusivamente, semiconductores cristalinos, ya que el costo no es un factor

en consideracin. En el apndice A se muestra una tabla para considerar el porcentaje

segn a intensidad de la luz

independiente de la capacidad de conversin segn el del tipo de clula fotovoltaica.

Conformacin de los sistemas de generacin de energa.

Directamente conectados a una carga.

Es el sistema ms simple en el cual el generador fotovoltaico se conecta directamente

a la carga, normalmente un motor de corriente continua. Se utiliza fundamentalmente

en bombeo de agua. Al no existir bateras ni componentes electrnicos aumenta la

confiabilidad pero resulta difcil mantener una performance eficiente a lo largo del da.

Sistema mdulo batera.

Se puede utilizar un mdulo fotovoltaico para reponer simplemente

de una batera que se utilice para el arranque de un motor, por ejemplo. Par

pueden utilizarse los mdulos de silicio amorfo o Monocristalino.


La eficiencia de conversin es la relacin entre la energa elctrica

energa luminosa utilizada para obtenerla. Esta relacin es dada en forma porcentual:

usualmente se utiliza para expresar eficiencias, actualmente, las celdas



que responde solamente a un rango reducido del espectro luminoso, es de

al 28%, dependiendo del material semiconductor. Las celdas


emiconductor policristalino, debido a que las imperfecciones en la


para conducir la corriente. Las celdas fotovoltaicas usadas en los satlites


En el apndice A se muestra una tabla para considerar el porcentaje

segn a intensidad de la luz incidente, es importante destacar que dicho porcentaje es


Conformacin de los sistemas de generacin de energa.

Directamente conectados a una carga.

simple en el cual el generador fotovoltaico se conecta directamente



ulta difcil mantener una performance eficiente a lo largo del da.

Se puede utilizar un mdulo fotovoltaico para reponer simplemente el

de una batera que se utilice para el arranque de un motor, por ejemplo. Par

pueden utilizarse los mdulos de silicio amorfo o Monocristalino. Otra importante


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energa elctrica generada y la

a en forma porcentual:

usualmente se utiliza para expresar eficiencias, actualmente, las celdas



que responde solamente a un rango reducido del espectro luminoso, es de

al 28%, dependiendo del material semiconductor. Las celdas


emiconductor policristalino, debido a que las imperfecciones en la


satlites espaciales


En el apndice A se muestra una tabla para considerar el porcentaje

incidente, es importante destacar que dicho porcentaje es


simple en el cual el generador fotovoltaico se conecta directamente



ulta difcil mantener una performance eficiente a lo largo del da.

el auto descarga

de una batera que se utilice para el arranque de un motor, por ejemplo. Para ello

Otra importante


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aplicacin en la que el sistema fotovoltaico se conecta en forma directa a la batera es

en sistemas de electrificacin de pequea potencia.

Sistema fotovoltaico, batera y regulador.

Es la configuracin ms utilizada en la cual las celdas se conecta el generador

fotovoltaico a una batera a travs de un regulador para que esta no se sobrecargue.

Las bateras alimentan cargas en corriente continua.

Batera, inversor.

Cuando se necesite energa en corriente alterna se podr incluir un inversor. La

potencia generada en el sistema fotovoltaico podr ser transformada ntegramente en

corriente alterna o podrn alimentarse simultneamente cargas de corriente continua

(C.C.) y de corriente alterna (C.A.).

Reguladores de carga de bateras.

Existen diversos tipos de reguladores de carga. El diseo ms simple es aquel que

involucra una sola etapa de control. El regulador monitorea constantemente la tensin

de batera. Cuando dicha tensin alcanza un valor para el cual se considera que la


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batera se encuentra cargada el regulador interrumpe el proceso de carga. Esto puede

lograrlo abriendo el circuito entre los mdulos fotovoltaicos y la batera (control tipo

serie) o cortocircuitando los mdulos fotovoltaicos (control tipo shunt). Cuando el

consumo hace que la batera comience a descargarse y por lo tanto a bajar su tensin,

el regulador reconecta el generador a la batera y vuelve a comenzar el ciclo. En el caso

de reguladores de carga cuya etapa de control opera en dos pasos, la tensin de carga

a fondo de la batera puede ser mayor. El regulador queda definido especificando su

nivel de tensin (que coincidir con el valor de tensin del sistema) y la corriente

mxima que deber manejar.

Bateras.

La funcin principal de las bateras en un sistema de generacin fotovoltaico es la de

acumular la energa que se produce durante las horas de luminosidad para poder ser

utilizada en la noche o durante periodos prolongados de mal tiempo. Otra importante

funcin de las bateras es la de proveer una intensidad de corriente superior a la que el

dispositivo fotovoltaico puede entregar. Tal es el caso de un motor, que en el

momento del arranque puede demandar una corriente de 4 a 6 veces su corriente

nominal durante unos pocos segundos.

Interaccin entre mdulos fotovoltaicos y bateras.

Normalmente el banco de bateras y los mdulos fotovoltaicos trabajan

conjuntamente para alimentar las cargas. Durante la noche toda la energa demandada

por la carga la provee el banco de bateras. En horas tempranas de la maana los

mdulos comienzan a generar, pero si la corriente que entregan es menor que la que

la carga exige, la batera deber contribuir en el aporte. A partir de una determinada

hora de la maana la energa generada por los mdulos fotovoltaicos supera la energa

promedio demandada. Los mdulos no solo atendern la demanda sino que adems,

todo exceso se almacenara en la batera que empezara a cargarse y a recuperarse de

su descarga de la noche anterior. Finalmente durante la tarde, la corriente generada

decrece y cualquier diferencia con la demanda la entrega a la batera. En la noche, la

generacin es nula y todo el consumo lo afronta la batera.

1.5. MICROCONTROLADORES.

Introduccin.

Un microcontrolador (tambin conocido como MCU o C) es una computadora

funcional completa dentro de un chip, internamente contiene un ncleo de

procesamiento, memoria y perifricos de entrada y salida programables.


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Un microcontrolador es un circuito integrado programable que contiene todos los

componentes necesarios para controlar el funcionamiento de una tarea determinada,

para esto el microcontrolador utiliza muy pocos componentes asociados. Un sistema

con microcontrolador debe de disponer de una memoria donde se almacena el

programa que gobierna el funcionamiento del mismo que, una vez programado y

configurado, solo sirve para realizar la tarea asignada, la utilizacin de un

microcontrolador en un circuito reduce notablemente el tamao y nmero de

componentes y, en consecuencia, disminuye el nmero de averas, y el peso de los

equipos, entre otras ventajas.

A diferencia de un microprocesador, un microcontrolador puede funcionar

completamente en solitario sin la necesidad de integrar circuitera de apoyo digital

(como memorias externas, convertidores de datos y controladores de bus). Micro

porque son pequeos, y controladores, porque controlan mquinas o incluso otros

controladores. Cuando usamos dispositivos que tienen un microcontrolador actuando

como un cerebro, en muchas formas estamos tratando de imitar cmo acta nuestro

cuerpo. El cerebro necesita cierta informacin para tomar decisiones. Esta informacin

es obtenida a travs de varios sensores. Estos sensores detectan lo que nosotros

llamamos el mundo real o mundo exterior, y envan esa informacin al cerebro para

procesamiento. Recprocamente, cuando el cerebro toma una decisin, manda

seales a travs de su cuerpo para hacer algo en el mundo exterior. Utilizando las

entradas y las salidas, su cerebro se est comunicando e interactuando con el

mundo exterior.

Son muy usados en dispositivos y maquinaria controlada automticamente, como las

computadoras de control del motor en un automvil, controles remoto, maquinas de

oficina, electrodomsticos, herramientas y juguetes. Debido a la alta reduccin del

tamao, costo y consumo de potencia los microcontroladores han hecho

econmicamente posible el control electrnico de muchos procesos.

Caractersticas principales.

Los microcontroladores son diseados para disminuir el costo econmico y el consumo

de energa de un sistema en particular. Por eso el tamao de la CPU, la cantidad de

memoria y los perifricos incluidos dependern de la aplicacin.

Un microcontrolador difiere de una CPU normal, debido a que es ms fcil convertirla

en una computadora en funcionamiento, con un mnimo de chips externos de apoyo.

La idea es que el chip se coloque en el dispositivo, enganchado a la fuente de energa y

de informacin que necesite, y eso es todo. Un microprocesador tradicional no le

permitir hacer esto, ya que espera que todas estas tareas sean manejadas por otros


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chips. Hay que agregarle los mdulos de entrada/salida (puertos) y la memoria para

almacenamiento de informacin.

Por ejemplo, un microcontrolador tpico tendr un generador de reloj integrado y una

pequea cantidad de memoria RAM y ROM/EPROM/EEPROM/FLASH, significando que

para hacerlo funcionar, todo lo que se necesita son unos pocos programas de control y

un cristal de sincronizacin. Los microcontroladores disponen generalmente tambin

de una gran variedad de dispositivos de entrada/salida, como convertidores de

analgico a digital, temporizadores, UARTs y buses de interfaz serie especializados,

como I2C y CAN. Frecuentemente, estos dispositivos integrados pueden ser

controlados por instrucciones de procesadores especializados. Los modernos

microcontroladores frecuentemente incluyen un lenguaje de programacin integrado,

como el BASIC o C que se utiliza bastante con este propsito.

Existe una gran variedad de microcontroladores de diversos fabricantes, en la siguiente

tabla (tabla 1.2) se muestran los principales fabricantes y el nombre de algunos

microcontroladores clasificados segn el nmero de bits.

Fabricante 8 Bits 16 Bits 32 Bits

Atmel AVR 89Sxx (obsoleto) AVR32 AT91SAM (ARM)

Freescale (antes Motorola)

HC05 (obsoleto) RS08 HC08 HCS08 HC11 (obsoleto)

S12 HC12 HC16 56800

Flexis (V1) V2 (ColdFire) V3 (ColdFire) 68k PowerPC ARM

Intel MSC48 (obsoleto) MCS51 (obsoleto)

Luminary Micro Stellaris (ARM Cortex-M3)

Microchip PIC10 PIC12 PIC16 PIC18

PIC24F PIC24H DsPIC30 DsPIC33

PIC32

National Semiconductor COP8 (obsoleto)

Renesas H8 H8 Tiny H8S R8C M16C

H8SX R32C M32C M32R SH1 SH2 SH3

ST STMSS ST6 ST7 uPSD

ST10 STM32 (ARM Cortex-M3) STR7 (ARM7) ATR9 (ARM9)

Texas Instruments MSP430 C2000

TMS470 (ARM7)

Tabla 1.2 Fabricantes y tipos de microcontroladores.


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Aplicaciones.

Hay un nmero infinito de aplicaciones para los microcontroladores. Algunos son

programados una vez y producidos para aplicaciones especficas, tales como controlar

el horno microondas. Otros son reprogramables, que quiere decir que pueden ser

usados una y varias veces para diferentes aplicaciones. Los Microcontroladores son

increblemente verstiles, el mismo dispositivo puede controlar un aeromodelo, una

tostadora, o incluso el ABS de su auto (sistema antibloqueo).

El funcionamiento del microcontrolador depende de la tensin de alimentacin, de la

frecuencia de trabajo y de las cargas que soporten sus salidas, siendo del orden de

unos pocos miliamperios. El circuito de alimentacin de un microcontrolador debe

tratarse como el de cualquier otro dispositivo digital.

Un microcontrolador es un solo circuito integrado que contiene todos los elementos

electrnicos que se utilizaban para hacer funcionar un sistema basado con un

microprocesador; es decir contiene en un solo integrado la Unidad de Proceso, la

memoria RAM, memoria ROM, puertos de entrada, salidas y otros perifricos, con la

consiguiente reduccin de espacio.

El microcontrolador se comunica con el mundo exterior a travs de los puertos. Estos

estn constituidos por lneas digitales de entrada/salida que trabajan entre 0 y 5 volts.

Los puertos se pueden configurar como entradas para recibir datos o salidas para

gobernar dispositivos externos. Todo microcontrolador requiere de un circuito que le

indique la velocidad d trabajo, es el llamado oscilador o reloj. Este genera una onda

cuadrada de alta frecuencia que utiliza como seal para sincronizar todas las

operaciones del sistema. Generalmente todos los componentes del oscilador se

encuentran integrados en el propio microcontrolador y tan solo se requieren unos

pocos componentes externos como un cristal de cuarzo o una red RC. Para definir la

frecuencia de trabajo.

El llamado RESET en un microcontrolador provoca la reinicializacin de su

funcionamiento desde cero. En este estado, la mayora de los dispositivos internos del

microcontrolador toman un estado conocido. En los microcontroladores se requiere de

un pin de RESET para reiniciar el funcionamiento del sistema cuando sea necesario.

El microcontrolador es en definitiva un circuito integrado que incluye todos los

componentes de un computador. Debido a su reducido tamao es posible montar el

controlador en el propio dispositivo al que gobierna. En este caso el controlador recibe

el nombre de controlador empotrado (embedded controller).


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Ventajas de un microcontrolador frente a un microprocesador.

Estas ventajas son reconocidas inmediatamente para aquellas personas que han

trabajado con los microprocesadores y despus pasaron a trabajar con los

microcontroladores. Estas son las diferencias ms importantes:

Por ejemplo la configuracin mnima bsica de un microprocesador estaba constituida

por un Micro de 40 Pines, Una memoria RAM de 28 Pines, una memoria ROM de 28

Pines y un decodificador de direcciones de 18 pines; pero un microcontrolador incluye

todo estos elementos en un solo Circuito Integrado por lo que implica una gran ventaja

en varios factores: En el circuito impreso por su amplia simplificacin de circuitera, el

costo para un sistema basado en microcontrolador es mucho menor y, lo mejor de

todo, el tiempo de desarrollo de su proyecto electrnico se disminuye

considerablemente.

Tipos de arquitecturas de microcontroladores.

Como ya hemos visto, un microcontrolador es un dispositivo complejo, formado por

otros ms sencillos. A continuacin se analizan los ms importantes.

Procesador.

Es la parte encargada del procesamiento de las instrucciones. Debido a la necesidad

de conseguir elevados rendimientos en este proceso, se ha desembocado en el

empleo generalizado de procesadores de arquitectura Harvard frente a los

tradicionales que seguan la arquitectura de von Neumann (ver figura 1.9).

Esta ltima se caracterizaba porque la CPU se conectaba con una memoria nica,

donde coexistan datos e instrucciones, a travs de un sistema de buses.

Figura 1.9 Arquitectura von Neumann.

En la arquitectura Harvard (figura 1.10) son independientes la memoria de

instrucciones y la memoria de datos y cada una dispone de su propio sistema de

buses para el acceso. Esta dualidad, adems de propiciar el paralelismo, permite la

adecuacin del tamao de las palabras y los buses a los requerimientos especficos

de las instrucciones y de los datos.


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Figura 1.10 Arquitectura Harvard.

El procesador de los modernos microcontroladores responde a la arquitectura RISC

(Computadores de Juego de Instrucciones Reducido), que se identifica por poseer un

repertorio de instrucciones mquina pequeo y simple, de forma que la mayor parte

de las instrucciones se ejecutan en un ciclo de instruccin.

1.6 . Aeronaves tipo UAV.

Un vehculo areo no tripulado (por sus siglas del ingls UAV Unmanned Aerial

Vehicle), conocido en castellano por sus siglas como VANT, es un vehculo areo

autnomo, capaz de volar sin necesidad de piloto humano, gracias a un sistema de

pilotaje autnomo. El trmino no tripulado puede parecer confuso, debido a que su

traduccin no es del todo exacta: no tripulado se ha utilizado en este caso como

traduccin de Unmanned, cuya traduccin ms ajustada para este caso sera no

piloteado. Se le denomina as (UAV) por los militares de los EE. UU., pues fue el

nombre que dieron a las ltimas generaciones de aeronaves capaces de volar sin piloto

a bordo. Tomado literalmente, el trmino podra describir un amplio rango de

dispositivos capaces de operar en el espacio areo que va desde un cometa hasta algo

ms que un avin radio controlado, pasando por los misiles. Estas aeronaves poseen

sistemas que combinan informacin procedente de sistemas de posicionamiento como

GPS, navegacin mediante GIS, servomecanismos, etc. La CPU que lleva a bordo se

encarga de pilotar sin que sea necesario disponer de un humano a bordo. El uso de los

UAV hoy en da se centra en misiones de reconocimiento y vigilancia.

A pesar de haber sido desarrollados inicialmente para aplicaciones militares, los UAV

tienen un campo de aplicacin importante a nivel civil, ya que podran usarse aparatos

de este tipo para darle seguimiento a incendios forestales o catstrofes de diversos

tipos sean o no de origen natural. El desarrollo de los UAV se puede rastrear incluso

hasta poco despus de la I Guerra Mundial, siendo usados durante la II Guerra Mundial

con el fin de entrenar a los soldados que operaban los caones antiareos. Para finales

del siglo XX es cuando los UAV adquieren las caractersticas de autonoma que los

definen en la actualidad donde estn siendo cada vez ms usados.

Gracias a los avances en telecomunicaciones, los UAV se muestran particularmente

tiles en cuanto a la obtencin, manejo y transmisin de informacin, lo que permite

conseguir comunicaciones mucho ms seguras y difciles de interferir.


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Clasificacin de los UAV.

Los UAV dependiendo su misin principal suelen ser clasificados en 6 tipos:

De blanco - sirven para simular aviones o ataques enemigos en los sistemas de

defensa de tierra o aire

Reconocimiento - enviando informacin militar Combate - Combatiendo y llevando a cabo misiones que suelen ser muy

peligrosas

Logstica - Diseados para llevar carga Investigacin y desarrollo - En ellos se prueban e investigan los sistemas en

desarrollo

Comerciales y civiles - Son diseados para propsitos civiles

Tambin pueden ser categorizados dependiendo de su techo y alcance mximo:

Handheld: unos 2000 pies de altitud, unos 2 km de alcance Close: unos 5000 pies de altitud, hasta 10 km de alcance NATO: unos 10.000 pies de altitud, hasta 50 km de alcance Tactical: unos 18000 pies de altitud, hasta 160 km de alcance MALE (medium altitude, long endurance) hasta 30000 pies de altitud y un

alcance de unos 200 km

HALE (high altitude, long endurance) sobre 30.000 pies de techo y alcance indeterminado

HYPERSONIC alta velocidad, supersnico (Mach 1-5) o hipersnico (Mach 5+) unos 50000 pies de altitud o altitud suborbital, alcance de 200km

ORBITAL en orbitas bajas terrestres (Mach 25+) CIS Lunar viaja entre la Luna y la Tierra

Ventajas de los UAVs sobre las aeronaves convencionales.

Tienen grandes ventajas, y de tipo muy distinto. Por un lado son una alternativa mucho

ms econmica y ecolgica a los aviones y helicpteros en determinadas tareas. Al no

llevar tripulacin les permite llevar a cabo misiones peligrosas sin poner en riesgo al

piloto. El reducido peso y tamao de algunos UAV, sobrevolar personas o propiedades

sin ponerlos en riesgo ni crear molestias, y pueden incluso pasar desapercibidos, lo que


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los hace ideales para tareas policiales o de observacin de la naturaleza. Cada da se

descubren nuevas aplicaciones para los UAV, se trata de una nueva tecnologa que

est empezando a encontrar aplicaciones prcticas.

El pilotaje es muy similar al de una aeronave convencional, salvo que el piloto se

encuentra en tierra. El piloto dispone de la misma instrumentacin y de los mismos

sistemas de navegacin empleados en aeronaves convencionales. El UAV tambin

puede volar de forma autnoma controlado por un piloto automtico que se puede

activar y desactivar desde el centro de control.

El sistema de control est limitado a unos cuantos km alrededor del centro de control

dependiendo del tipo de aeronave que haya sido diseada. En ningn caso se pueden

interponer obstculos entre el centro de control y el UAV, hay que tener en cuenta la

orografa del terreno al programar los vuelos. Los vuelos pre-programados en el piloto

automtico pueden superar el radio de accin de la cabina de control y slo dependen

de la autonoma del UAV. Gracias a los sistemas de navegacin GPS y unas balizas

luminosas porttiles permiten el vuelo nocturno. Los UAVs pueden volar hasta en

condiciones de viento, turbulencia y visibilidad reducida que impediran el vuelo de

una aeronave ligera convencional. Las operaciones se suspenden con vientos

superiores a 35 km/h o visibilidad inferior a 200 m. Por razones evidentes, para las

misiones de observacin, fotografa o video se requieren condiciones meteorolgicas

favorables. Segn un estudio del MIT (Massachusetts Institute of Technology) las

probabilidades estadsticas de colisin de un UAV como el Atmos-3 en un espacio

areo relativamente congestionado son del orden de una entre 100.000.000 por hora

de vuelo, extremadamente bajas. Si consideramos que en todos los vuelos evitamos

siempre los espacios areos controlados y utilizamos comunicaciones en banda

aeronutica siguiendo los protocolos habituales, las probabilidades se acercan mucho

a cero. Desde la dcada de los 40 en Europa se lanzan docenas de sondas

meteorolgicas cada da que alcanzan los 15.000 m y que siguen los vientos

dominantes sin evitar aerovas ni espacios areos controlados. A pesar de haberse

lanzado ya varios centenares de miles, no se ha producido nunca ninguna colisin.

Tambin es importante recordar que todas las aeronaves estn preparadas para

resistir el impacto de aves que superan en peso y tamao.

Aplicaciones.

Adems de las aplicaciones militares, los UAV pueden ser usados para otros fines, por

ejemplo para operar en ambientes de alta peligrosidad ya sea por contaminacin

qumica, bacteriolgica y radiolgica, en los cuales la vida humana estara en claro

riesgo. La lgica indica que la evolucin de los UAV ir desde los aviones de

reconocimiento, pasando por los aviones de bombardeo para llegar hasta el empleo de

cazas autnomos y en ltima instancia helicpteros autnomos. Las aeronaves


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cumplen con las normas regulatorias establecidas que permiten los vuelos de UAVs

sobre todo el espacio areo de sus signatarios. Adems, pueden cooperar en misiones

de control del narcotrfico y contra el terrorismo. Tambin podran grabar vdeos de

alta calidad para ser empleados como medios de prueba en un juicio internacional. Es

importante incidir en la trascendencia para usos civiles de las aeronaves no tripuladas,

y en el deficiente desarrollo de tales sistemas en labores tan importantes como la

deteccin y seguimiento de incendios forestales, catstrofes sean naturales o de otra

ndole, etc. En la tabla 1.3 se puede observar algunos ejemplos de UAVs en donde se

describen las caractersticas de cada aeronave.


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Captulo 2. Sistema Fotovoltaico.

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CAPTULO 2. SISTEMA FOTOVOLTAICO.

2.1. Fundamentos.

Un sistema fotovoltaico es el conjunto de elementos que permite suministrar energa

elctrica para cubrir las necesidades planteadas a partir de la energa procedente del

sol. Est compuesto por:

Sistema de captacin energtica: compuesto por mdulos fotovoltaicos que

transforman la radiacin solar en energa elctrica.

Sistema de almacenamiento: formado por un conjunto de bateras que

almacenan la energa elctrica generada durante las horas de radiacin, para su

utilizacin posterior en los momentos de baja o nula insolacin. Es muy

importante dimensionar correctamente este sistema para obtener un

suministro de energa elctrica adaptado a las necesidades de cada instalacin.

Sistema de regulacin: Para un funcionamiento satisfactorio de la instalacin,

en la unin de los paneles solares con la batera ha de instalarse un sistema de

regulacin de carga, que impide que la batera contine recibiendo carga del

colector solar una vez que ha alcanzado su carga mxima.

Sistema de adaptacin de corriente: Su funcin es adecuar las caractersticas

de la energa generada a las demandadas por las aplicaciones de la instalacin.

Un sistema de conmutacin electrnico, llamado inversor, transforma la

corriente continua de las bateras en corriente alterna.

Para aprovechar la energa producida durante las horas de sol, utilizndola en la noche

o en das nublados, es necesario disponer de un almacenamiento de energa

adecuado. El sistema de acumulacin ms utilizado, y recomendable en este tipo de

instalaciones, son los acumuladores elctricos o bateras.

Se deber evaluar previamente las necesidades energticas, con objeto de

dimensionar correctamente la capacidad de almacenamiento de las bateras. Para ello

se necesita conocer la potencia mxima y la potencia media, es decir, tener en cuenta

todos los aparatos alimentados con energa elctrica procedente de las bateras, y el

nmero de horas que funciona cada uno al da. Multiplicando la potencia de cada

aparato por sus horas de funcionamiento se obtiene la energa diaria consumida.

El sistema de generacin basado en los paneles solares fotovoltaicos, instalados en

reas con suficiente insolacin, es capaz de suministrar electricidad de manera

continuada siempre que se utilicen los sistemas complementarios adecuados. Puede


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cubrir los perodos nocturnos y los das nublados con mayor o menor amplitud,

dependiendo siempre del consumo energtico durante ese tiempo y de la capacidad

de acumulacin existente en bateras. Sin embargo, para optimizar la instalacin, se

debe tratar de evitar el uso de dispositivos que requieran un consumo excesivo.

2.1.1. Conceptos elctricos y curvas caractersticas.

Tensin y Corriente. La electricidad es el flujo de partculas cargadas (electrones) que circulan a travs de

materiales conductores (por ejemplo cables o barras de cobre). Estas partculas ganan

energa en una fuente (generador, mdulo fotovoltaico, batera, etc.) y transfieren

esta energa a una carga (lmpara, motor, equipo de comunicaciones, etc.) y luego

retornan a la fuente para repetir el ciclo. La batera es una fuente de electricidad, o

fuerza electromotriz (FEM). La magnitud de esta FEM es lo que conocemos como

tensin o voltaje.

Una carga es cualquier dispositivo que absorbe energa en un sistema elctrico. Los

electrodomsticos, y aparatos elctricos en general, se dividen en dos grandes grupos

de cargas: resistivas e inductivas. Las cargas resistivas son simplemente aquellas en las

que la electricidad produce calor y no movimiento. Tpicas cargas de este tipo son las

lmparas incandescentes o los radiadores elctricos.

Las cargas inductivas generalmente son aquellas en las que la electricidad circula a

travs de bobinas. Normalmente son motores, tales como ventiladores o

refrigeradores; o transformadores, que se encuentran en la mayora de los aparatos

electrnicos, tales como televisores, ordenadores o lmparas fluorescentes.

MODELO ELCTRICO

Corriente elctrica es el flujo de electrones

a travs de un cable. Se mide en Amperes.

La fuente de energa elctrica le entrega a

los electrones tensin o lo que es lo mismo,

capacidad de realizar trabajo. La tensin se

mide en Volts.

Los electrones pierden su energa al pasar

por una carga. Aqu es donde se realiza el

trabajo.

Potencia Es la energa suministrada en la unidad de tiempo:

P=V x I

Donde:

P es la potencia medida en Watts

V es la tensin aplicada medida en Volts

I es la corriente que circula medida en Amperes.


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Si se analizan los casos de conexin serie y conexin paralelo se observa que ambos

manejan idnticos valores de potencia:

24 V x 2 A = 48 W

12 V x 4 A = 48 W

Una misma potencia elctrica podr estar en forma de alta tensin y baja corriente o

baja tensin y alta corriente. Cada aplicacin determinar la mejor eleccin.

Prdidas de Potencia. Los conductores elctricos ofrecen una cierta resistencia al paso de la corriente de

electrones y esto se traduce en una prdida de potencia, la que debe ser tenida en

cuenta al disear un sistema. Estas prdidas de potencia se transforman en calor.

La resistencia de un conductor elctrico (un cable de cobre, por ejemplo) es una

propiedad que depende de las caractersticas intrnsecas del material del conductor y

de su geometra. Dicho en otros trminos la resistencia de un conductor vara en

relacin directa a su resistividad y a su longitud y en relacin inversa a su seccin. Se

cumple que:

V=R x I

Donde: "V" es la tensin del sistema en Volts

"I" es la corriente que se transmite en Amperes

"R" es la resistencia del elemento conductor en Ohms

Esta expresin constituye la Ley de Ohms e indica que la tensin aplicada es

proporcional a la resistencia y a la corriente que circula por el circuito.

Por lo tanto la prdida de potencia ser proporcional a la resistencia del conductor y al

cuadrado de la corriente que circula por l. En los sistemas fotovoltaicos que trabajan

a tensiones bajas, interesa conocer qu cada de tensin se producir al recorrer la

corriente requerida, un conductor de determinada longitud y seccin.

Cantidad de Energa Si se tiene que mantener encendida durante 2 horas una lmpara consume 60 Watts,

la energa consumida ser igual a:

E1 = 60 Watts x 2 hs = 120 Watts hora

Si adems, se quisiera alimentar, con la misma fuente un televisor que consume 50

Watts, y funciona durante 3 horas, el consumo de energa del televisor ser:

E2 = 50 Watts x 3 Hs = 150 Watts hora


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Si E1 y E2 fueran los nicos consumos de energa de ese da, la energa total

demandada a la fuente diariamente ser:

Etot = E1 + E2

Etot = 270 Watts hora/da

Es imp

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