Resumen: En la primera de estas cinco prácticas realizadas, se

SESIÓN DE PRÁCTICA NO.1 ENERGÍA SOLAR
FOTOVOLTAICA
XAVIER MARTÍN DELGADO
A93629
Resumen: En la primera de estas cinco
prácticas realizadas, se pretende entender
la transformación de energía que se
genera a partir de una celda fotovoltaica,
y como su aplicación, al obtener una
tensión en corriente directa, puede
generar en uso de la energía eléctrica para
generar en sí movimientos mecánicos
propios de los motores. Es común enseñar
este tipo de aplicaciones para demostrar el
gran poder que posee una celda solar,
aunque su eficiencia no sea tan alta
puede.
motor, y a partir de este principio se
poseen a variar los puntos del
procedimiento, entre ellos el de cambiar
la polaridad de los cables e incluso
disminuir paulatinamente la intensidad de
la lámpara.
En esta sección se estudiará “La Celda
Solar como Transformador de Energía”
donde la Figura 1 explica el diagrama de
conexión a emplear usando el kit de
práctica.
24 de
septiembre
de 2015
Resultados y análisis: Con el objetivo de
lograr documentar lo realizado en esta
práctica se pretende responder una serie
de interrogantes que ayudan a entender el
funcionamiento
básico
de
la
transformación de la energía solar en
energía mecánica, e incluso que pasa con
el cambio de polaridad de los cables; para
esto se denotaran las preguntas realizadas
y se intentará responderlas correctamente.
De
igual
manera
se
realizarán
conclusiones necesarias para las prácticas
posteriores a lo largo de este curso, las
Figura 1. Diagrama de montaje de práctica No.1
Se dispone la lámpara siempre en
posición Sur, además la inclinación de la
celda será de 90° y como carga se tendrá
un motor DC.
Es entonces que como inicio una
intensidad de la lámpara en su máximo se
comprueba el correcto funcionamiento del
cuales servirán para profundizar en el
estudiante los usos y aplicaciones de una
celda solar, así como las variables a tomar
en cuenta en una instalación, como lo son
la polaridad de los cables, la intensidad
radiante y dejar claro la transformación de
energía que se lleva a cabo en el proceso.
SESIÓN DE PRÁCTICA NO.1 ENERGÍA SOLAR
FOTOVOLTAICA
XAVIER MARTÍN DELGADO
A93629
¿Qué sucede si los cables de conexión se
cambian de polaridad en la celda solar?
Explique las razones.
En cuanto al motor, este se detuvo casi
que cuando la intensidad se ajustó cerca
de 3. Además sería bueno apreciar para
intensidades mayores a diez, la cual era la
máxima permitida por la lámpara.
Era curioso cómo se podía “jugar” con la
frecuencia de giro del motor. Sería bueno
hacer pruebas al aire libre en diferentes
horas de Sol para comprobar el efecto.
Al dirigir la luz de la lámpara al
modelado de celdas fotovoltaicas se
obtendrá una tensión en corriente directa
a la salida, por lo que al conectar en la
carga un motor de este tipo se obtendrá el
giro del mismo; ahora al cambiar la
polaridad uno esperaría que el motor
girara en sentido contrario.
Según el experimento realizado en los
procedimientos de esta práctica la
respuesta a la pregunta es que no se
invierte el giro del motor, pues al ser de
corriente directa esto no ocasiona ningún
cambio en el mismo.
En realidad para poder obtener un giro
contrario en un motor de corriente
continua es necesario un puente H.
Además, en experimentos propios, con el
kit que vende RadioShack se han
realizado prácticas de esta índole y
nuevamente no hay cambio en la
dirección de giro de los motores
utilizados de CD.
¿Qué le sucede al motor DC al ajustar el
regulador de claridad con diferentes
intensidades? Explique las razones.
Es claro que al disminuir la intensidad de
la lámpara dirigida al set de celdas el
motor de corriente directa disminuye su
giro y caso contrario cuando se aumenta
la misma se pudo apreciar una mayor
frecuencia en el mismo.
Propiamente este tipo de aplicaciones se
puede
apreciar
a
gran
escala,
eventualmente la instalación de celdas
fotovoltaicas obtiene una tensión pico en
horas donde la intensidad radiante es
mayor debido a la posición del Sol.
24 de
septiembre
de 2015
¿Cuál es la transformación de energía
que se presenta en la celda solar y en el
motor DC?
Claramente,
como
se
mencionó
anteriormente, la energía obtenida es la
mecánica, ¿pero cómo se obtiene?
A partir de la lámpara, como fuente, la
energía radiante pasa a eléctrica gracias a
la conversión de las celdas fotovoltaicas,
la tensión obtenida es en corriente directa.
Posteriormente esta se alimenta a una
carga DC tal como lo es el motor. El
mismo, gracias a los embobinados
interiores, producirá flujos magnéticos
que convertirán la energía eléctrica en
movimientos giratorios.
Estos movimientos giratorios son
traducidos en energía mecánica y así se
obtiene una celda fotovoltaica como
transformador de energía.
Cabe destacar que los paneles tienen este
tipo de aplicaciones, de igual manera
mediante un inversor se pueden obtener
tensiones en corriente alterna y así
generar otros usos para esta “energía del
futuro”.
El almacenamiento de energía puede ser
también otra aplicación de las celdas
fotovoltaicas.
Conclusiones: Para documentar las
conclusiones de esta primera práctica
también
pueden
surgir
ciertas
recomendaciones a realizar, es entonces
SESIÓN DE PRÁCTICA NO.1 ENERGÍA SOLAR
FOTOVOLTAICA
que se prefiere realizar una serie de ítems
que generen en puntos precisos.





Para realizar experimentos con
celdas fotovoltaicas es necesario
estar en oscuridad y que la única
fuente radiante sea la fuente a
estudiar.
El giro del motor de corriente
directa corresponde a una
conversión de energía radiante a
mecánica gracias a la energía
eléctrica lograda por el uso de
paneles.
Se puede lograr regular las
frecuencias de giro de un motor
DC según la intensidad a la que
esté sujeta el panel.
Existe una gran cantidad de
aplicaciones para este tipo de
modelos, incluso pueden crearse
nuevos
experimentos
para
demostrar esto.
La energía solar es la energía del
futuro.
XAVIER MARTÍN DELGADO
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24 de
septiembre
de 2015
SESIÓN DE PRÁCTICA NO. 2 ENERGÍA SOLAR
FOTOVOLTAICA
Resumen: Tal como se ha aprendido a lo
largo del curso, una celda solar tiene una
construcción simular a un fotodiodo,
ambos con uniones NPN.
Una
celda
puede
lograr
un
comportamiento similar al segundo si su
diseño no está bien; un error muy es
instalar paneles en lugares donde no
siempre recibe sol en las horas donde este
está presente, en lugar una sombre encima
de ellos los hace inútiles para su uso.
La Figura 1 proporcionada por la guía de
práctica para este curso, muestra como
está concebida una celda solar.
XAVIER MARTÍN DELGADO
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24 de
septiembre
de 2015

Montar el circuito del diagrama
mostrado en la Figura 2.

Ajustar multímetro para que mida
corriente en la posición de 2000 mA de
corriente directa. El brazo de la lámpara
debe estar en posición sur, con el
regulador de claridad en grado 10.
Para
comprobar
el
correcto
funcionamiento del sistema el motor debe
estar girando, esto con los paneles sin
presencia de chapa alguna.
Posterior a esto se deben realizar las
siguientes configuraciones:
1.
Sin chapa de sombreado y montaje
A.
2.
Sin chapa de sombreado y montaje
B.
3.
Con chapa de sombreado, sin
radiación y montaje A.
4.
Con chapa de sombreado, sin
radiación y montaje B.
Figura 1. Diagrama de construcción de una celda solar.
La conducción entre el ánodo y el cátodo
también se comporta de la misma manera
que con los fotodiodos.
Es entonces que se obtuvieron, junto con
el resto del grupo 1, los siguientes
resultados mostrados en la Tabla 1 en la
sección de Resultados y análisis.
Tal como lo hemos venido haciendo con
la práctica anterior, en este caso para la
práctica número dos “La Celda Solar:
funcionamiento
como
Diodo”,
realizaremos una serie de incógnitas antes
de llevar a cabo el procedimiento, el cual
consiste básicamente en:
Resultados y análisis: Antes de
continuar con el análisis de resultados
propios de esta sección de práctica es
necesario tabular y documentar los datos
de las mediciones realizadas, estas se
observan en la siguiente tabla.
SESIÓN DE PRÁCTICA NO. 2 ENERGÍA SOLAR
FOTOVOLTAICA
Configuración
Sin chapa de sombrado
montaje A
Sin chapa de sombrado
montaje B
Con chapa de sombreado, sin
radiación y montaje A
Con chapa de sombreado, sin
radiación y montaje B
24 de
septiembre
de 2015
No es notable la disminución del giro del
motor gracias a la corriente obtenida, por
cómo se puede observar en la tabla la
12 diferencia entre los puntos 2 y 3 no es
mucha.
Corriente
/ mA
13,9
Pero veremos posteriormente que esto
12,2 puede cambiar.
5,3
Tabla 1. Resultados obtenidos para el experimento
No.2
Es entonces que se pueden observar los
datos obtenidos y responder una serie de
preguntas, que lograran
práctica de mejor manera.
XAVIER MARTÍN DELGADO
A93629
analizar
la
Cabe destacar que existe un error
inducido en dicha práctica, estos se deben
a que las mediciones se realizaron en
presencia de luz en el laboratorio, además el
manejo del equipo entre varias personas
induce un gran grado de incertidumbre.
También el hecho de utilizar equipos des
calibrados deja mucho que desear.
En cuanto a las preguntas realizadas se
intentarán responder las siguientes de una
manera precisa y adecuada según lo
observado en el proceso realizado.
Para el montaje B sin chapa de
sombreado: ¿qué observaciones puede
hacer? Explique las razones de lo
ocurrido.
Este montaje estaba en una posición mucho
más directa a la fuente de luz por lo que la
corriente en mA obtenida fue de 13,9 en
CD. Al ser este dato más alto que el
anterior si se puedo apreciar un
movimiento mecánico traducido en una
frecuencia de giro mayor en el motor.
Nuevamente las mediciones entre un
montaje y otro no fueron exactamente
iguales, es entonces que el error inducido
afecta las muestras obtenidas, generando en
una incorrecta validación de datos, al menos
en los dos montajes sin chapa.
Para el montaje A sin chapa de
sombreado: ¿qué observaciones puede
hacer? Explique las razones de lo
ocurrido.
Para el montaje A con chapa de
sombreado: ¿qué observaciones puede
hacer? Explique las razones de lo
ocurrido.
Al estar el montaje A en una orientación no
tan dirigida a la fuente de luz se obtienen 12
mA en corriente directa, lo cual se traduce
en un giro mecánico bastante aceptable del
motor CD y a su vez se concluye correcto, al
no
tener
datos
anteriores
del
comportamiento del sistema.
Este montaje, según la Tabla 1, logra muy
poca variación en la corriente obtenida, un
dato de 12,2 mA genera dudas con respecto
a esta validación.
Se debe suponer que la corriente mayor al
punto 1 fue por errores en las mediciones,
SESIÓN DE PRÁCTICA NO. 2 ENERGÍA SOLAR
FOTOVOLTAICA
aunque bien puede ser que no se haya
bloqueado completamente el montaje A,
o quizás que se haya tomado las
mediciones de una placa diferente.
Para este caso no vamos a incluir que
sucedió con el giro del motor pues si se
disminuyó su frecuencia, pero los datos no
parecen estar correctos.
Para el montaje B con chapa de
sombreado: ¿qué observaciones puede
hacer? Explique las razones de lo
ocurrido.
Para este caso si se obtuvieron resultados
adecuados, incluso el giro del motor
disminuyó considerablemente y la
corriente registrada fue de tan solo 5,3
mA en CD.
Es entonces que aquí se puede validar que
una celda en presencia de sombra genera
una disminución en la corriente generada
lo cual es no deseado para la
configuración y diseño de un sistema
solar.
Esto
puede
generar
en
disminuciones de tensión en los lugares
donde
se
tienen
configuraciones
expuestas a sombras, tal como lo veíamos
anteriormente. Además puede afectar en
las cargas del sistema e incluso si se
piensa en generación distribuida afectar
los niveles de tensión y potencia de la red
eléctrica a la cual se está conectada.
Es entonces que se observaron las
diferencias en la frecuencia de giro del
motor
DC
para
diferentes
configuraciones, pero como decíamos el
punto 3 tiene errores con lo cual no se
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24 de
septiembre
de 2015
puede saber ciertamente que ocurrió en el
proceso de la sesión de práctica.
Conclusiones: Es necesario nuevamente
realizar recomendaciones para los
experimentos venideros, tales como:

Permitir que solamente una
persona realice las mediciones.

Revisar el diagrama de conexión
adecuadamente.

Eliminar la presencia de luz
diferente de la fuente en la habitación.

Realizar las mediciones en el
orden establecido y lentamente.
Una vez establecidas las recomendaciones
las conclusiones de esta sesión de práctica
serían:





El ángulo de incidencia de luz
afecta la producción de corriente
eléctrica directa.
Una celda fotovoltaica en
presencia de sombre se comporta
como un diodo, debido a sus
aspectos constructivos.
Un mal diseño de un sistema de
paneles solares genera en una
deficiencia de energía en las
cargas.
Para realizar montajes de celdas es
necesario establecer los puntos
sombras a la cual estarán
expuestas, así como el ángulo de
incidencia.
Nuevamente la generación de
energía eléctrica está asociada a la
velocidad de giro del motor DC.
SESIÓN DE PRÁCTICA NO.3 ENERGÍA SOLAR
FOTOVOLTAICA
Resumen: En la presente práctica se
establecerá el concepto de “La tensión en
vacío de una celda solar” donde se
pretende medir la tensión en vacío de las
celdas en diferentes condiciones.
Estas condiciones se establecen a medida
que se cambian las chapas con la cual se
cubren las celdas solares, se tendrán para
la celda completamente expuesta, el 75%
expuesta, el 50% expuesta y por último
solo un cuarto de la celda expuesta.
Es por esto que primeramente se deberá
crear el diagrama de la Figura 1 donde el
equipo será una celda solar, la lámpara ya
conocida que simulará la radiación solar,
las respectivas chapas de sombreado antes
mencionado y por último un medidor
multifunción, capaz de tomar los datos de
la
tensión
que
se
tabularan
posteriormente.
Figura 1. Diagrama de conexion.
XAVIER MARTÍN DELGADO
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24 de
septiembre
de 2015
Con el circuito una vez montado y
revisado, se deberá ajustar el regulador de
intensidad en su punto máximo y la
fuente de irradiancia en posición Sur. El
medidor multifunción en la posición de
2000 mV en corriente directa.
Los procedimientos a llevar a cabo son
los siguientes:
1.
Sin chapa de sombreado [1/1]
(celda expuesta al 100% de radiación).
2.
Con chapa de sombreado tapando
un cuarto de la celda [¾].
3.
Con chapa de sombreado tapando
la mitad de la celda [½].
4.
Con chapa de sombreado tapando
completamente la celda [0].
Posteriormente los resultados obtenidos
se deben tabular, tal como lo indica la
Figura 2. Además se deben graficar de tal
forma que cumplan con el formato
sugerido por la Figura 3.
SESIÓN DE PRÁCTICA NO.3 ENERGÍA SOLAR
FOTOVOLTAICA
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24 de
septiembre
de 2015
Resultados y análisis: Una vez montado
el diseño de la Figura 1, se proceden a
tabular los datos solicitados en la sesión,
para esto se obtuvo la Tabla 1.
Figura 2. Procedimiento sesión de práctica No.3.
Como se puede apreciar para cuando la
superficie de la celda está completamente
en sobra la tensión en mV es de apenas
0,26 mientras que por el otro lado para
una total exposición la tensión es máxima
con 409 mV en corriente directa.
Es entonces que notamos que la tensión
en vacío de la celda solar depende
completamente de la exposición de la
Figura 3. Gráfico a obtener a partir de datos.
Superficie irradiada de la celda solar
Tensión en vacío / mV
0,26
372,00
394,00
409,00
Tabla 1. Datos obtenidos en la sesión.
Es entonces que para llevar a cabo los
resultados y sus respectivos análisis se
procederán a realizar el procedimiento,
así como responder preguntas que surjan
a lo largo del experimento o bien sesión
de práctica.
misma. De igual manera con el Gráfico 1
se puede apreciar de mejor manera esta
dependencia. Incluso podría decirse que
el gráfico nota un comportamiento
exponencial y obviamente un máximo
para el ciento por ciento de la celda al
descubierto.
SESIÓN DE PRÁCTICA NO.3 ENERGÍA SOLAR
FOTOVOLTAICA
Tensión en vacío /Mv
Además a esto debemos agregarle que las
mediciones no fueron realizadas de la
manera más adecuada debido a
incertidumbres ocasionadas por las
personas que hicieron las mediciones e
incluso realizar el experimento con las
luces del laboratorio encendidas.
XAVIER MARTÍN DELGADO
A93629

A medida que se obtengan los
resultados realizar preguntas que
permitan verificar la trazabilidad de los
mismos.
A modo de conclusión se destacan
algunos puntos como:

450,00
400,00
350,00
300,00
250,00
200,00
150,00
100,00
50,00
0,00

0%
20%
40%
60%
80%
100% 120%

Porcentaje de la superficie relativa de la celda
Gráfico 1. Tensión en vacío [/mV] vs Superficie relativa de la celda [%]
El gráfico anterior se obtuvo a partir de
los datos obtenidos en la Tabla 1 y se
genero una curva de relación directa entre
lo deseado.
Es entonces que se deben hacer ciertas
recomendaciones en el momento de
practicar este experimento y con ello una
serie de conclusiones que permite
extender los conocimientos del tema.
Conclusiones: Como se menciono
anteriormente es necesario que las
recomendaciones para esta práctica sean:

Realizar
mediciones
en
condiciones de oscuridad.

Procurar que las mediciones sean
realizadas por una persona.
24 de
septiembre
de 2015

La superficie expuesta de la celda
tiene relación directa con la
tensión en vacío obtenida en
corriente directa.
Al igual que la práctica anterior se
observa
como
la
tensión
disminuye en zonas de sombreado
y se ratifica la similitud entre una
fotocelda y un diodo.
La mala praxis en un experimento
influye
en
los
resultados
obtenidos.
Para determinar la relación directa
entre tensión en vacío y superficie
relativa es necesario realizar
mayor cantidad de medicones,
20%, 30%, 40%, 60%, 70 % y
otros puntos medios.
SESIÓN DE PRÁCTICA NO. 4 ENERGÍA
SOLAR FOTOVOLTAICA
Resumen: La presente práctica con el
título de “La corriente de corto circuito de
una celda solar” pretende que al colocarse
en conexión de corto circuito la celda
solar la corriente obtenida, en función de
la radiación solar, tenderá al máximo
valor posible por parte de la celda.
Para realizar esta práctica es necesario
realizar una serie de procedimientos para
posteriormente con un análisis adecuado
responder ciertas interrogantes a partir de
gráficas y resultados obtenidos.
El diagrama de conexión a emplear, como
se realizó en la práctica anterior es como
el siguiente:
Donde la celda solar es el elemento
principal con su respectiva lámpara para
la simulación, las chapas de sombreado y
el medidor multifunción.
Una vez montado el circuito anterior se
debe llenar la tabla siguiente con las
diferentes colocaciones de las chapas.
XAVIER MARTÍN DELGADO A93629
24 de
setiembre
de 2015
Debe medir la corriente de cortocircuito
de la celda bajo las siguientes
condiciones.
1. Sin chapa de sombreado [1/1] (celda
expuesta al 100% de radiación).
2. Con chapa de sombreado tapando un
cuarto de la celda [¾].
3. Con chapa de sombreado tapando la
mitad de la celda [½].
4. Con chapa de sombreado tapando
completamente la celda [0].
Además se deben graficar los resultados
de la siguiente manera, donde la corriente
de cortocircuito en mA se denote en el eje
vertical mientras que el porcentaje de la
superficie relativa de una célula solar irá
en el eje horizontal.
SESIÓN DE PRÁCTICA NO. 4 ENERGÍA
SOLAR FOTOVOLTAICA
XAVIER MARTÍN DELGADO A93629
Resultados y análisis: Para tabular los
resultados se generó el siguiente gráfico.
Corriente de cortocircuito /mA
Corriente de
cortocircuito en
función de porcentaje
de celda descubierta
40
30
20
10
0
0%
50%
100%
150%
Porcetaje de celda descubierta
A partir de
continuación:
la
tabla
indicada
a
24 de
setiembre
de 2015
Es claro que la corriente de cortocircuito
siempre dependerá del grado de
exposición de la celda solar, como se
puede apreciar para una chapa que cubra
completamente la celda la corriente fue
mínima cercana a cero mientras que
para una exposición total se logra una
corriente de 36,1 mA denotada como
máxima.
Claro está que las mediciones no fueron
realizadas correctamente debido a que
se hicieron con la luz del laboratorio
encendida, además no se siguieron los
protocolos y el factor de la repetibilidad
afectó debido a la cantidad de personas
que estuvieron manipulando los
instrumentos.
Es por lo anterior que para realizar la
Superficie irradiada de la celda solar
Corriente cortocircuito / mA
0,2
Entonces a partir de los resultados
obtenidos anteriormente se realiza la
siguiente interrogante:
¿Hasta qué punto depende la corriente
de cortocircuito con el grado de
exposición de la superficie de la celda
solar? Explique ampliamente
19,5
27,7
36,1
práctica nuevamente se deben hacer una
serie
de
conclusiones
y
recomendaciones para obtener correctas
mediciones.
A medida que se obtengan los
resultados
realizar preguntas que
permitan verificar la trazabilidad de los
mismos.
SESIÓN DE PRÁCTICA NO. 4 ENERGÍA
SOLAR FOTOVOLTAICA
A modo de conclusión se destacan
algunos puntos como:






La superficie expuesta de la celda
tiene relación directa con la
corriente de cortocircuito.
Al igual que la práctica anterior se
observa como la corriente
disminuye en zonas de sombreado
y se ratifica la similitud entre una
fotocelda y un diodo.
La mala praxis en un experimento
influye
en
los
resultados
obtenidos.
Para determinar la relación directa
entre la corriente de cortocircuito
y superficie relativa es necesario
realizar mayor cantidad de
medicones, 20%, 30%, 40%, 60%,
70 % y otros puntos medios.
Realizar
mediciones
en
condiciones de oscuridad.
Procurar que las mediciones sean
realizadas por una persona.
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24 de
setiembre
de 2015