Proyecto Auto Solar

I.T.E.S.C.O CAMPUS COATZACOALCOS

1 Laura Teresa Arroyo Sols

PROYECTO AUTO SOLAR



INDICE

INTRODUCCION. 3 PROLOGO 4 ETAPAS 5 DESARROLLO 6 JUSTIFICACION. 15 FACTORES DEL PROYECTO. 16 CONCEPTOS.. 17 CONCLUSION 21 BIBLIOGRAFIA.. 23



INTRODUCCIN

Hoy en da el problema de la contaminacin nos afecta a todos los habitantes del planeta tierra. Cada vez nuestro mundo se contamina ms y ms debido a las necesidades que nos implica la vida. Algunos contaminantes frecuentes son: El ruido, la contaminacin de la basura en el suelo, el alto ndice de smog en el aire, una gran de fuente de contaminacin son las bateras comunes que todos usamos en nuestra vida cotidiana, esto contamina en gran manera ya que las pilas dentro, contienen componentes qumicos que al ambiente son muy contraproducentes y al dejar de funcionar las pilas es muy difcil eliminar o reciclar estos residuos que tardaran miles de aos para desintegrarse. La mayora de los juguetes contienen pilas que contaminan en gran manera por eso hoy se plantea una alternativa agradable al ambiente. La importancia de un automvil solar no radica en que:

Un automvil solar es un verdadero proyecto de investigacin y desarrollo de adelantos tecnolgicos en aerodinmica, materiales, fotoceldas, electrnica, motores, bateras y llantas.

Un automvil solar, resalta los trminos "eficiencia" y "energa solar" de una manera por dems atractiva, lo que ha provocado un efervescente inters por estos trminos entre los ingenieros.

El automvil solar, es capaz de recorrer enormes distancias y viajar a una velocidad promedio de 70 km/h con una potencia menor a 1 kw, potencia equiparable a aqulla que se podra encontrar en cualquier aparato electrodomstico.

La idea de realizar grandes cantidades de trabajo utilizando muy poca potencia, es exactamente lo que es la eficiencia. Esto se logra, gracias a que el auto solar utiliza en su construccin materiales muy ligeros y resistentes, logrando obtener el menor peso para una estructura con una resistencia que cumple con los requisitos de seguridad, tambin, se reducen al mximo las prdidas mecnicas por friccin en rodamientos, y en la transmisin, se tiene una forma aerodinmica de muy bajo coeficiente de arrastre, se reducen las prdidas en la electrnica usando componentes de calidad y diseando circuitos que manejen una adecuada relacin voltaje-corriente.



PRLOGO

El actual proyecto del carro solar, lleg a nuestro inters desde que estuvimos analizando los distintos tipos de contaminacin atmosfrica y los daos que en el futuro podra causar. Con el conjunto de anlisis con medios de comunicacin descubrimos que aunque se busque hacer algo en la actualidad y despus, con ahorros y sacrificios sera casi imposible detener de pronto un problema masivo tan frecuente y en crecimiento. Decidimos con nuestras propias conclusiones que un auto solar (teniendo en cuenta que no detendra de forma absoluta) ayudara a el restablecimiento de un ambiente sano y sin smoke o el llamado CO2. Hasta la fecha pensamos en los niveles de los pases actuales y su condicin econmica, decidimos:

1. Que aunque las empresas ms poderosas apoyaran para la proteccin de la capa de ozono en un futuro no muy lejano e invirtieran sus valores independientes en su detencin, no sera suficiente para en el momento detenerlo de una forma a otra. 2. Segn investigaciones, revelan que en 10 aos si se comienza desde ste momento algn mtodo para la reduccin de contaminantes en general, fortaleceremos el medio ambiente y reduciremos muchos cambios climticos que afecten considerablemente a nuestro planeta. 3. El mtodo costoso, pero hasta ahora (desde nuestro punto de vista) ms convincente, es la creacin de un carro solar que no contamine en nada al entorno ambiental en que nos movemos a diario como una necesidad.

El carro solar deber tener una estructura bsica-elctrica, con un cargador de batera para que conserve la ahorrada en el da y reutilizarla en la noche. As no expedir los gases del smog ni daar a la atmsfera. Para esto hemos decidido realizar un prototipo a escala de lo que ser en un futuro el bueno y renovado Automvil Solar.



ETAPAS PLANTEAMIENTO Cmo utilizar de manera eficaz los recursos naturales de energa en lugar de bateras para buscar reducir la contaminacin del medio ambiente?

OBJETIVO

Utilizar la energa solar al construir un carro con un control remoto remplazando las bateras.

HIPOTESIS

Si nuestro carro proporcionara una menor contaminacin al medio ambiente, entonces utilizar celdas solares aprovechando al mximo la energa del sol.

VARIABLES.

VARIABLE INDEPENDIENTE: Generar energa elctrica mediante un panel solar.

VARIABLE DEPENDIENTE: Aprovechar ms la energa solar obteniendo un funcionamiento correcto del vehculo.



DESARROLLO.

Qu son las celdas solares?

Las clulas o celdas solares son dispositivos que convierten energa solar en electricidad, ya sea directamente va el efecto fotovoltaico, o indirectamente mediante la previa conversin de energa solar a calor o a energa qumica.

La forma ms comn de las celdas solares se basa en el efecto fotovoltaico, en el cual la luz que incide sobre un dispositivo semiconductor de dos capas produce una diferencia del foto voltaje o del potencial entre las capas. Este voltaje es capaz de conducir una corriente a travs de un circuito externo de modo de producir trabajo til.

Cmo se hacen las celdas solares?

Las celdas solares son de silicio se elaboran utilizando planchas (wafers) monocristalinas, planchas policristalinas o lminas delgadas.

Las planchas monocristalinas (de aproximadamente 1/3 a 1/2 de milmetroespesor) se cortan de un gran lingote monocristalino que se ha desarrollado a aproximadamente 1400C, este es un proceso muy costoso. El silicio debe ser de una pureza muy elevada y tener una estructura cristalina casi perfecta.

Las planchas policristalinas son realizadas por un proceso de moldeo en el cual el silicio fundido es vertido en un molde y se lo deja asentar. Entonces se rebana en planchas. Como las planchas policristalinas son hechas por moldeo son apreciablemente ms baratas de producir, pero no tan eficiente como las celdas monocristalinas. El rendimiento ms bajo es debido a las imperfecciones en la estructura cristalina resultando del proceso de moldeo. En los dos procesos anteriormente mencionados, casi la mitad del silicio se pierde como polvo durante el cortado.



El silicio amorfo, una de las tecnologas de lmina delgada, es creado depositando silicio sobre un substrato de vidrio de un gas reactivo tal como silano (SiH4). El silicio amorfo es una de grupo de tecnologas de lmina delgada. Este tipo de clula solar se puede aplicar como pelcula a substratos del bajo costo tales como cristal o plstico. Otras tecnologas de lmina delgada incluyen lmina delgada de silicio multicristalino, las celdas de seleniuro de cobre e indio/sulfuro de cadmio, lasceldas de teluro de cadmio/sulfuro del cadmio y las celdas del arseniuro de galio.

Las celdas de lmina delgada tienen muchas ventajas incluyendo una deposicin y un ensamblado ms fcil, la capacidad de ser depositadas en substratos o materiales de construccin baratos, la facilidad de la produccin en masa, y la gran conveniencia para aplicaciones grandes.

En la produccin de celdas solares al silicio se le introducen tomos de impurezas (dopado) para crear una regin tipo p y una regin tipo n de modo de producir una unin p-n. El dopado se puede hacer por difusin a alta temperatura, donde las planchas se colocan en un horno con el dopante introducido en forma de vapor.

Hay muchos otros mtodos de dopar el silicio. En la fabricacin de algunos dispositivos de lmina delgada la introduccin de dopantes puede ocurrir durante la deposicin de las lminas o de las capas.

Un tomo del silicio tiene 4 electrones de valencia (aquellos ms dbilmente unidos), que enlazan a los tomos adyacentes. Substituyendo un tomo del silicio por un tomo que tenga 3 o 5 electrones de la valencia producir un espacio sin un electrn (un agujero) o un electrn extra que pueda moverse ms libremente que los otros, sta es la base del doping. En el doping tipo p, la creacin de agujeros, es alcanzada mediante la incorporacin en el silicio de tomos con 3 electrones de valencia, generalmente se utiliza boro. En el dopaje de tipo n, la creacin de electrones adicionales es alcanzada incorporando un tomo con 5 electrones de valencia, generalmente fsforo.

Una vez que se crea una unin p-n, se hacen los contactos elctricos al frente

y en la parte posterior de la clula evaporando o pintando con metal la plancha. La parte posterior de la plancha se puede cubrir totalmente por el metal, pero el frente de la misma tiene que tener solamente un patrn en forma de rejilla o de lneas finas de metal, de otra manera el metal bloqueara al sol del silicio y no habra ninguna respuesta a los fotones de la luz incidente.



Cunto cuesta hacer celdas solares?

La fabricacin de las celdas solares es muy costosa debido a la tecnologa usada as como tambin los materiales usados en las mismas.

Aproximadamente su precio oscila entre $200 con un voltaje de 4.5V y 300mAh Mientras ms voltaje tenga es mayor su precio aproximadamente una celda solar de 12 volts. Nos costara aproximadamente $400.

Se producen en Mxico las celdas solares?

En Mxico actualmente si se fabrican las celdas solares en MITSUBISHI Mxico.

Dnde se producen?

Aunque en Mxico an no se establece un mercado extenso que fabriquen celdas solares.



Actualmente se plantea la posibilidad de abrir una nueva fbrica con las siguientes caractersticas.

Nueva fbrica de mdulos foto voltaicos tipo tandem.

Esta fbrica tendr una capacidad de fabricacin de 40 MW por ao y ser construida a continuacin de la planta existente en Isahaya y la fecha de inicio de operaciones ser en abril de 2007.- Las dimensiones de la planta a vista de pjaro son 150 m de ancho por x 50 m de largo x 15 m de altura

Cmo funcionan las celdas solares?

Para entender la operacin de una clula fotovoltaica, necesitamos considerar la naturaleza del material y la naturaleza de la luz del sol. Las celdas solares estn formadas por dos tipos de material, generalmente silicio tipo p y silicio tipo n. La luz de ciertas longitudes de onda puede ionizar los tomos en el silicio y el campo interno producido por la unin que separa algunas de las cargas positivas (agujeros) de las cargas negativas (electrones) dentro del dispositivo fotovoltaico.



Los agujeros se mueven hacia la capa positiva o capa de tipo p y los electrones hacia la negativa o capa tipo n. Aunque estas cargas opuestas se atraen mutuamente, la mayora de ellas solamente se pueden re combinar pasando a travs de un circuito externo fuera del material debido a la barrera de energa potencial interno. Por lo tanto si se hace un circuito se puede producir una corriente a partir de las celdas iluminadas, puesto que los electrones libres tienen que pasar a travs del circuito para recombinarse con los agujeros positivos.

Fig. 1 (Celda fotovoltaica que tiene como funcin primordial convertir la energa captada por el sol en electricidad a un nivel atmico)

Fig. 2 vista de celda solar en su composicin qumica con tomos de Boro, Fosforo y Electrones libres.

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 La longitud de onda de la luz del sol

Por ejemplo, las celdas solares de silicio monocristalino actualmente no pueden convertir ms el de 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 tpica clula fotovoltaica de silicio monocristalino de 100 cm2 producir cerca de 1.5 vatios de energa a 0.5 voltios de Corriente Continua y 3 amperios bajo la luz del sol en pleno verano (el 1000Wm-2).

La energa de salida de la clula es casi directamente proporcional a la intensidad de la luz del sol. (Por ejemplo, si la intensidad de la luz del sol se divide por la mitad la energa de salida tambin ser disminuida a la mitad).

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.

Otros tipos de materiales fotovoltaicos que tienen potencial comercial incluyen el diselenide de cobre e indio (CuInSe2) y teluo de cadmio (CdTe) y silicio amorfo como materia prima.



Cul sera la efectividad de las celdas solares en relaciona su costo y beneficio?

El rendimiento de celdas solares de ms reciente desarrollo, supera el 30%, comparado con el 15% de muchos generadores elctricos. Es la relacin costo/beneficio lo que mantiene el uso de paneles solares como una solucin que es considerada slo cuando resulta ms barata que el uso de otras formas de energa. Sin embargo, aquellos lugares en los cuales no hay acceso al uso de otras energas, el uso de energa solar es una excelente alternativa.

Fig. 3 Cuando una celda es expuesta a la luz (se expone el lado negativo), si los fotones que llegan a la superficie tienen una energa mayor que la necesaria para liberar a un electrn desde la red de la cual forman parte, surge una corriente de foto electrones. Debe ocurrir que la energa de los fotones es mayor que la energa de ligazn de los electrones al material, que exista una juntura semi conductora que impida la recombinacin de portadores positivos y negativos y que la vida media de los portadores permita sostener un flujo de corriente.



Cul es el uso de motores y puentes y sus funcionables? Qu es un puente?

Se utiliza para medir resistencias desconocidas mediante el equilibrio de los brazos del puente. Qu es un motor?

Un motor es una mquina capaz de transformar la energa almacenada en combustibles, bateras u otras fuentes, en energa mecnica capaz de realizar un trabajo. En los automviles este efecto es una fuerza que produce el movimiento.

Cul es la clasificacin de los motores? Motores elctricos: Cuando el trabajo se obtiene a partir de una corriente Elctrica. Motores trmicos: Cuando el trabajo se obtiene a partir de energa trmica. Motores de combustin interna: Son motores trmicos en los cuales se produce una combustin del fluido motor, transformando su energa qumica en energa trmica, a partir de la cual se obtiene energa mecnica. Motores de combustin externa: Son motores trmicos en los cuales se produce una combustin en un fluido distinto al fluido motor. El fluido motor alcanza un estado trmico de mayor energa mediante la transmisin de energa a travs de una pared.

Ya enterados que es un puente y el motor, Buscamos algunos elementos para adaptar estos al coche funcionalmente, este funciona mediante un sistema de engranajes para darle sentido a las llantas traseras comandas por una flecha. Y contiene las siguientes cosas:

Transistor: Dispositivo electrnico de material semiconductor (germanio, silicio) capaz de controlar una corriente elctrica, amplificndola y/o conmutndola.



Posee tres conexiones: Colector, Emisor y Base Motor.

Motor de CC: Motor que requiere corriente continua para su funcionamiento. Tiene la capacidad de girar en ambos sentidos, con slo cambiar la polaridad

de la alimentacin. Es posible regular su velocidad haciendo circular mayor o menor corriente.

Base de transistor: La base de un transistor es el terminal que regula la circulacin de corriente.

Las variaciones de corriente a travs de la Base, amplificadas, se reproducen en la corriente de salida, que circula entre el Colector y el Emisor. Encima de ella como un cort circuito con muy pequea resistencia elctrica.



JUSTIFICACION

JUSTIFICACIN PERSONAL

La relacin entre los individuos y su medio ambiente determinan la existencia de un equilibrio ecolgico indispensable para la vida de las futuras generaciones y todas las especies, tanto animales como vegetales. Igualmente el cambio climtico afectado por el aumento de la contaminacin ambiental acelerar la aparicin de enfermedades infecciosas.

JUSTIFICACIN SOCIAL

Un automvil solar es un verdadero beneficio para la comunidad que esta buscando acabar con la contaminacin ambiental causada por el monxido de carbono que expulsan los automviles de combustininterna, ya que es capaz de utilizar cualquier clase de energa lumnica como combustible.

JUSTIFICACIN TECNO-CIENTFICA

Un automvil solar, resalta los trminos "eficiencia" y "energa solar" de una manera por dems atractiva, lo que ha provocado un efervescente inters por estos trminos entre los ingenieros. La idea de realizar grandes cantidades de trabajo utilizando muy poca potencia, es exactamente lo que se entiende por eficiencia.



FACTORES DEL PROYECTO

Factores que disminuyen la velocidad del carrito solar.

- Peso: cuanto ms liviano sea el carrito, mayor aceleracin el carrito alcanzar (recuerden que por la segunda ley de Newton, la aceleracin es inversamente proporcional a la masa).

- Resistencia del viento: la resistencia provocada por el viento disminuye la velocidad del carro. Mientras ms rea de contacto tenga el carrito con el viento y mientras mayor sea la velocidad del viento (la cual depende de la velocidad del aire y del propio carrito), mayor ser la influencia del viento sobre l.

- Friccin: la friccin entre los engranajes, las ruedas y del contacto de las llantas con la pista tambin disminuyen la velocidad del carrito.

- La fuerza de friccin depende de las caractersticas de la superficie en contacto (entre engranajes, en las ruedas y entre la llanta y el suelo). y de la masa del carrito.

- Por lo tanto, el peso del carrito debe ser el menor posible, se debe evitar elementos que aumenten la resistencia del aire (por ejemplo, puertas abiertas, carteles perpendiculares a la direccin del viento), los engranajes deben tener poca friccin (usar engranajes de plstico o aluminio) y deben estar montadas firmemente al chasis sobre un apoyo rgido, las ruedas deben ser perfectamente redondas y tener llantas de goma y los ejes deben ser perfectamente paralelos y bien apoyados.



CONCEPTOS BASICOS

Conceptos bsicos sobre la clula fotovoltaica.

Las clulas fotovoltaicas fueron creadas en 1954. En si ellas trasforman la luz del sol en energa elctrica a travs de un fenmeno fsico conocido como efecto fotovoltaico. Las clulas solares estn hechas generalmente de silicio.

Existen varias tecnologas de clulas siendo las ms importantes las de tipo cristalino y las de tipo amorfo. Como esto no es tan importante en este caso, lo que nos importa es cuanta energa estas celulas son capaces de entregar. La unin de varias celulas es llamada de modulo fotovoltaico.

Para caracterizar una clula fotovoltaica (o un mdulo) se usa su curva IV (corriente vs voltaje), como se ve en la figura siguiente:

La tensin de la clula disminuye si aumenta la temperatura de la clula, por otro lado la corriente generada aumenta si aumenta la irradiacin solar sobre ella.



La salida elctrica de la clula (tensin y corriente) depende del valor de la resistencia del circuito (en este caso del motor). Para saber cmo obtener este valor se puede usar una resistencia variable unida al mdulo y medir los valores de corriente y tensin obtenidos con un multmetro.

Las clulas pueden ser conectadas en serie o en paralelo segn las necesidades del motor. En un arreglo en serie las tensiones se suman (6 clulas de 1,5 V en paralelo sera equivalente a una clula de 9 V), mientras que en un arreglo en paralelo las corrientes se suman ( 3 clulas de 1 A en paralelo equivalen a una clula de 3 A).



Conceptos bsicos sobre el motor.

Para poder avanzar el motor del carrito tiene que tener la fuerza necesaria para vencer la resistencia de los tres factores comentados arriba. Esta fuerza es igual a la potencia del motor dividida por la velocidad del carrito.

Cuando el carrito arranca, la potencia del motor es pequea. Conforme se aumenta la velocidad, la potencia del motor continuar creciendo hasta un valor determinado que depende del motor. A partir de esta velocidad, a pesar que esta aumente, la potencia del carrito empezar a disminuir. Ms o menos como se ve en el grfico:

Existen algunas tcnicas para evaluar un motor, la ms conocida es usar un dinammetro, que tal vez pueda haber en el laboratorio de fisica de tu colegio crear tu propio banco de pruebas con pesos como es mostrado en el siguiente manual en ingls (pg. 7, 8 y 19).



El motor debe funcionar con corriente contnua. La tensin de trabajo depende del tipo y nmero de clulas fotovoltaicas que conectes en serie, ya que no debe exceder ese parmetro. Lo importante es que veas el nmero de rotaciones que tiene el motor (de preferencia compra un motor de alta rotacin con opcin de reduccin por engranajes).

Otra opcin es que uses el motor de un carrito de juguete, pero fijate cuantas pilas usa para no excederte en la tensin. Las pilas AA, AAA, C y D son de 1,5 V. Por lo tanto, si el juguete usa 4 pilas su consumo debe ser de 6V.



CONCLUSION

Concluimos en que vali mucho la pena el hacer el carro solar, ya que as pudimos observar que la energa solar realmente nos sirve para nuestra vida diaria y aun que es algo complicado la construccin, tiene ventajas y desventajas.

Con este carro podemos contribuir a esta causa simplemente buscando ms maneras de obtener energa elctrica por otros medios donde no se contamine al medio ambiente.

Se dice que este producto puede ofrecer un buen funcionamiento con

alternativas que no contaminen al ambiente; su calidad es muy buena. Adems de que se es noble con el ambiente. Nosotros hemos pensado que en los juguetes muy tradicionales y con esto se obtendran menores ndices de contaminacin debido a los desechos qumicos que esta produce.

Todo esto con la intencin de lograr mtodos de transporte ms sanos para el medio. Ambiente y para la salud de las personas, sin embargo se han visto afectados por los altos costos de produccin que implica poner en funcionamiento un automvil solar y su adaptacin al transporte urbano.

Documents

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