Celdas fotovoltaicas

D-SA-1440
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23/Noviembre/2012
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TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN ENERGÍAS RENOVABLES
ÁREA ENERGÍA SOLAR
HOJA DE ASIGNATURA CON DESGLOSE DE UNIDADES TEMÁTICAS
1. Nombre de la asignatura
2. Competencias
3.
4.
5.
6.
7.
Cuatrimestre
Horas Prácticas
Horas Teóricas
Horas Totales
Horas Totales por Semana
Cuatrimestre
8. Objetivo de la Asignatura
Celdas fotovoltaicas
Desarrollar sistemas fototérmicos y fotovoltaicos con
base en los requerimientos de la industria y la sociedad
para contribuir a satisfacer con la demanda de energía y
disminuir el impacto ambiental.
Quinto
51
24
60
4
El alumno implementará sistemas de producción de
energía eléctrica por medios fotovoltaicos, mediante la
selección e integración de sus componentes, calculo de
parámetros, para contribuir a la generación eléctrica de
los sistemas productivos, con un enfoque sustentable.
Unidades Temáticas
I.
II.
III.
IV.
Efecto foto-eléctrico.
Radiación solar
Generador Fotovoltaico.
Componentes del sistema
Prácticas
7
15
15
14
Totales
51
Horas
Teóricas
3
7
7
7
24
Totales
10
22
22
21
75
ELABORÓ: COMITÉ DE DIRECTORES DE LA CARRERA DE
TSU EN ENERGIAS RENOVABLES
REVISÓ: COMISIÓN ACADÉMICA Y DE VINCULACIÓN DEL ÁREA
APROBÓ:
FECHA DE ENTRADA EN VIGOR: SEPTIEMBRE 2009
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UNIDADES TEMÁTICAS
1.
2.
3.
4.
Unidad Temática
Horas Prácticas
Horas Teóricas
Horas Totales
5. Objetivo
Temas
I. Efecto foto-eléctrico.
7
3
10
El alumno identificará los elementos constitutivos de las celdas
solar fotovoltaicas y su principio de funcionamiento, para su
integración al suministro eléctrico de los sistemas productivos.
Saber
Materiales
Definir las propiedades
semiconductores. físicas de los elementos
presentes en las celdas
fotovoltaicas:
Arceniuro de galio, Silicio
amorfo, Diseleniuro de
indio con cobre, galio,
aluminio, Diodo, plomo,
semicondutores tipo p y
semicondutores tipo n.
Explicar la clasificación de
los materiales
semiconductores y su
relación con la energía.
Saber hacer
Ser
Trabajo en equipo
Capacidad de
observación
Responsabilidad
Puntualidad
Disciplina
Honestidad.
Ética
Lealtad
Pro actividad
Liderazgo
Iniciativa
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Temas
Variables fotoeléctricas.
Saber
Describir en el efecto
fotoeléctrico: Ion,
paquete de luz,
electrones de valencia,
zona de valencia, banda
conductora.
Saber hacer
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Ser
Calcular la energía
necesaria para que
los electrones salten
a la banda de
conducción y el
voltaje producido
mediante el efecto
fotoeléctrico.
Trabajo en equipo
Capacidad de
observación
Responsabilidad
Puntualidad
Disciplina
Honestidad.
Ética
Lealtad
Pro actividad
Liderazgo
Iniciativa
CELDAS FOTOVOLTAICAS
Proceso de evaluación
Resultado de aprendizaje
Elaborará a partir del caso
práctico de una celda
fotovoltaica un reporte que
contenga las siguientes
consultas:
Secuencia de aprendizaje
1- Identificar las propiedades
físicas de los elementos
presentes en las celdas
fotovoltaicas.
Instrumentos y tipos de
reactivos
Estudio de caso
Lista de cotejo
2. Relacionar los
semiconductores con la
generación, transporte y
almacenamiento de energía.
- Diagrama que ilustre la
operación de la celda
fotovoltaica, especificando
los dispositivos multijuntura
y semiconductores utilizados. 3. Comprender el efecto
fotoeléctrico.
- Resultados de mediciones
de voltaje
4. Realizar mediciones de
voltaje que genera una celda
- Planteamiento y solución
fotovoltaica.
de problemas relacionados
con el efecto fotoeléctrico.
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Proceso enseñanza aprendizaje
Métodos y técnicas de enseñanza
Equipos colaborativos
Solución de problemas
Prácticas en laboratorio
Medios y materiales didácticos
Pizarrón
Pintarrón
Rota folios
Cañón
PC con software relacionado a la asignatura
Internet
Instrumentos de medición
Equipo de laboratorio.
Espacio Formativo
Aula
Laboratorio / Taller
Empresa
x
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UNIDADES TEMÁTICAS
1.
2.
3.
4.
Unidad Temática
Horas Prácticas
Horas Teóricas
Horas Totales
5. Objetivo
Temas
El sol
II.
Radiación solar
15
7
22
El alumno realizará la medición y cálculo de la capacidad de
radiación solar, para la determinación de los parámetros de un
generador fotovoltaico.
Saber
Saber hacer
Explicar el proceso
Calculará la declinación
mediante el cual el sol
de la tierra a lo largo
produce energía.
del año.
Describir el valor de la
constante solar así como
el espectro
electromagnético.
Ser
Trabajo en equipo
Capacidad de
observación
Responsabilidad
Puntualidad
Disciplina
Honestidad.
Ética
Lealtad
Pro actividad
Liderazgo
Iniciativa
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Saber hacer
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Temas
Saber
Ser
Radiación solar
y sus
incidencias.
Definir los tipos de
radiación solar y sus
características: Directa,
difusa y global.
Definir las relaciones
geométricas entre el sol
y la tierra.
Identificar las
diferencias entre los
diferentes tipos de
radiación solar y sus
variaciones durante el
año.
Instrumentos
de medición.
Describir las
características de los
equipos de medición de
la radiación solar: como,
piranómetros,
pirheliómetros y
estaciones
meteorológicas.
Medir la radiación solar
en el laboratorio
mediante equipos
alternos como fotosensores, fotoresistencias,
luxómetros, celdas
fotovoltaicas.
Trabajo en equipo
Capacidad de
observación
Responsabilidad
Puntualidad
Cálculo de la
radiación en
superficies.
Describir los
fundamentos
matemáticos del cálculo
de la radiación solar
sobre una superficie
horizontal e inclinada.
Calcular la radiación
solar sobre una
superficie y su
variación durante el día
y el año.
Disciplina
Honestidad.
Ética
Lealtad
Pro actividad
Liderazgo
Iniciativa
Trabajo en equipo
Capacidad de
observación
Responsabilidad
Puntualidad
Disciplina
Honestidad.
Ética
Lealtad
Pro actividad
Liderazgo
Iniciativa
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Proceso de evaluación
Resultado de aprendizaje
Secuencia de aprendizaje
A partir de un caso práctico,
realizará una maqueta del
movimiento aparente del sol
y elaborará un reporte que
incluya:
1.-Comprender el concepto de
constante solar.
- Resultado de mediciones
(radiación y temperatura en
función del tiempo)
- Incidencia de la radiación
solar sobre una superficie
- Gráficas (radiación y
temperatura en función del
tiempo)
-Interpretación de las
mediciones y gráficas.
- Conclusiones.
3. Comprender el procedimiento
de medición de la radiación
solar, mediante el uso de
equipo alternativo
(fotorresistencia, luxómetro).
Instrumentos y tipos de
reactivos
Estudio de caso
Lista de cotejo
2.-Analizar los diferentes tipos
de radiación solar.
4. Calcular la radiación solar
sobre una superficie horizontal
e inclinada en el internet.
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Proceso enseñanza aprendizaje
Métodos y técnicas de enseñanza
Práctica Demostrativa
Análisis de casos
Tareas de investigación
Medios y materiales didácticos
Computadora, cañón, Pintarrón, equipo de
medición, Internet.
Espacio Formativo
Aula
Laboratorio / Taller
Empresa
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UNIDADES TEMÁTICAS
1. Unidad Temática
2. Horas Prácticas
3. Horas Teóricas
4. Horas Totales
5. Objetivo
Temas
Células
solares.
III. Generador fotovoltaico.
15
7
22
El alumno construirá un generador fotovoltaico, mediante la
selección de componentes y los cálculos necesarios, para generar
energía eléctrica.
Saber
Saber hacer
Ser
Definir los conceptos y
aplicaciones de:
-La tecnología de óxidos
semiconductores
-Procesado de materiales
de silicio grado solar
Determinar rendimiento
de cada tipo de célula.
Diagramar el procesado
del silicio.
Trabajo en equipo
Capacidad de observación
Responsabilidad
Puntualidad
Disciplina
Honestidad.
Ética
Lealtad
Pro actividad
Liderazgo
Iniciativa
Describe las técnicas de
fabricación de células
solares:
-Células solares de :
CdTe/Cds, silicio amorfo,
ArGa/AsGaAl, unión
líquida, bifaciales de
silicio.
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Temas
Saber
Caracterización Identificar los conceptos
fotovoltaica.
y procedimiento de
cálculo de:
- corriente y el voltaje
-Medidas de resistencia
(serie paralelo), método
de wolf.
- Respuesta espectral
-Transitorios eléctricos
Generador
fotovoltaico.
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Saber hacer
Ser
Calcular
-La cantidad de
radiación solar
incidente.
-El voltaje y la corriente
generada
-La respuesta espectral
-La caída de tensión al
se sometida la potencia
a una carga
-Los transitorios.
Trabajo en equipo
Capacidad de observación
Responsabilidad
Puntualidad
Disciplina
Honestidad.
Ética
Lealtad
Pro actividad
Liderazgo
Iniciativa
Describir los conceptos y Determinar:
características de:
- La máxima
-Concentración
concentración
fotovoltaica
fotovoltaica
-Sistemas de
- Los parámetros de
seguimiento solar
corriente, voltaje,
a) Control del colector
potencia de los
fotovoltaico
sistemas de control de
b) Foto sensor de
movimiento.
orientación
c) Coordenadas
calculadas
d) Circuito de mando
para el seguimiento de
máxima potencia.
Trabajo en equipo
Capacidad de observación
Responsabilidad
Puntualidad
Disciplina
Honestidad.
Ética
Lealtad
Pro actividad
Liderazgo
Iniciativa
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Proceso de evaluación
Instrumentos y tipos de
reactivos
1.-Identificar las características, Proyecto
tipos y principios de operación
Lista de cotejo
de los componentes de las
celdas fotovoltaicas.
Resultado de aprendizaje Secuencia de aprendizaje
Construirá y demostrará el
funcionamiento de un
generador fotovoltaico, y lo
documentará en un reporte
que incluya:
- Características principales
de las células solares.
- Justificación de las células
solares seleccionadas en
función de su material de
construcción.
- Rendimiento de cada tipo
de célula.
- Diagrama de flujo del
procesado del silicio.
- Cantidad de radiación solar
incidente.
-Vvoltaje y la corriente
generadas
-La respuesta espectral
-La caída de tensión al se
sometida la potencia a una
carga
-Los transitorios.
2.-Analizar los diferentes tipos
de módulos fotovoltaicos, mono
cristalinos y poli cristalinos.
3. Calcular los componentes de
la caracterización fotovoltaica.
4. Construir un generador
fotovoltaico.
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Proceso enseñanza aprendizaje
Métodos y técnicas de enseñanza
Equipos colaborativos
Solución de problemas
Aprendizaje basado en proyectos
Medios y materiales didácticos
Pizarrón
Pintarrón
Rota folios
Cañón
PC con software relacionado a la asignatura
Internet
Instrumentos de medición
Equipo de laboratorio
Herramientas mecánicas.
Materiales (espejos, fibra de vidrio,
poliuretano, pinturas, lupas, policarbonato).
Espacio Formativo
Aula
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UNIDADES TEMÁTICAS
1.
2.
3.
4.
Unidad Temática
Horas Prácticas
Horas Teóricas
Horas Totales
5. Objetivo
Temas
Inversores y
acumuladores.
IV. Componentes del sistema
15
7
22
El alumno seleccionará los componentes de
fotovoltaico, para su implementación en la industria.
Saber
Identificar los tipos y
características de:
- Convertidores de
corriente CC/CA, filtros
de entrada de CC,
puente inversor con
MOSFET de potencia
- Transformadores y
rectificadores,
Generador triangularsenoidal, Ampliadores
de ganancia variable,
- Acumuladores de
energía:
a) Térmica, Mecánica
(Volante de inicia),
Hidráulica, Aire
comprimido, elementos
capacitivos, Inductivos,
b) Electroquímica:
baterías, hidrógeno y en
sistemas redox
c)Acumulador: Pb-Acido,
d) Calculo de los
acumuladores a partir
de la corriente media
diaria
Saber hacer
Calcular de
acumuladores:
- Balance anual de
energía
-Capacidad límite del
acumulador
- Autonomía del
sistema generaciónacumulación
- Número de paneles
fotovoltaicos
-Evaluación anual del
estado de Carga del
acumulador
un
sistema
Ser
Trabajo en equipo
Capacidad de
observación
Responsabilidad
Puntualidad
Disciplina
Honestidad.
Ética
Lealtad
Pro actividad
Liderazgo
Iniciativa
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Temas
Saber
Consideraciones Definir los conceptos:
del diseño.
- Insolación media
- Factor de corrección
de insolación en función
de la inclinación de la
superficie y ubicación
(latitud)
- Fiabilidad del sistema
- Estudio Técnicoeconómico
- Mantenimiento a
sistemas fotovoltaicos.
Saber hacer
Calcular:
- Balance de la
insolación
-Modelación del
dimensionamiento de
las instalaciones,
- Rentabilidad del
sistema fotovoltaico
- Mantenimiento y
fiabilidad del sistema.
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Ser
Trabajo en equipo
Capacidad de
observación
Responsabilidad
Puntualidad
Disciplina
Honestidad.
Ética
Lealtad
Pro actividad
Liderazgo
Iniciativa
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Proceso de evaluación
Resultado de aprendizaje
Elaborará, a partir de un
caso práctico una memoria
técnica de un proyecto de
construcción de un sistema
fotovoltáico, que contenga:
- memoria de cálculo de los
parámetros fotoeléctricos,
- Propuesta de componentes
del sistema fotovoltaico e
integración.
- Programa de
mantenimiento.
Secuencia de aprendizaje
1. Interpretar los conceptos
relacionados con los sistemas
fotovoltaicos
Instrumentos y tipos de
reactivos
Estudio de caso
Lista de cotejo
2. Comprender los procesos
relacionados con la distribución
de energía eléctrica
3. Identificar las características
de los sistemas fotovoltaicos
4. Interpretar la fiabilidad del
sistema
5. Determinar las actividades
del mantenimiento.
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Proceso enseñanza aprendizaje
Métodos y técnicas de enseñanza
Equipos colaborativos
Solución de problemas
Aprendizaje basado en proyectos
Medios y materiales didácticos
Pizarrón
Pintarrón
Rota folios
Cañón
PC con software relacionado a la asignatura
Internet
Instrumentos de medición
Equipo de laboratorio
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Aula
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CAPACIDADES DERIVADAS DE LAS COMPETENCIAS PROFESIONALES A LAS QUE
CONTRIBUYE LA ASIGNATURA
Capacidad
Criterios de Desempeño
Proponer acciones que conlleven a
eficientar el consumo energético
considerando los estándares de eficiencia,
cumpliendo los requerimientos de la
organización, de acuerdo a la
normatividad y políticas aplicables, así
como los catálogos de fabricantes y
especificaciones de tecnologías de celdas
fotovoltaicas.
Elabora propuesta que incluya:
- Cuadro comparativo indicando las deficiencias
energéticas a corregir
- Especificaciones técnicas del sistema
fotovoltaico ,
- Análisis de costos,
- Condiciones de configuración y operación.
- Recomendaciones para la eficiencia energética.
Determinar alternativas energéticas
renovables con base en el diagnóstico de
insumos energéticos, la normatividad
oficial mexicana y políticas de la empresa,
para realizar propuestas de sistemas
fotovoltaicos con enfoque sustentable.
Emite un dictamen técnico de la selección del
sistema fotovoltaico a utilizar con base en el
análisis de:
* Información Geoestadística
* Resultados del diagnóstico de insumos
energéticos
* Justificación de los criterios de sustentabilidad
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FUENTES BIBLIOGRÁFICAS
Autor
Richard
Komp,
Año
J. (2002)
Título del
Documento
Ciudad
Practical Photovoltaics:
Electricity from Solar
Cells.
Michigan
País
Editorial
USA
AALEC
(2003)
Ingeniería de la Energía México
Solar II.
México
Universidad
Nacional
Autónoma de
México
Miguel Pareja (2010)
Aparicio
Energía Solar
Bogotá
Fotovoltaica 2a Edición:
Calculo de Una
Instalación Aislada.
Colombia
Marcombo
ISBN-13: 9788426715968
John A. Duffie (2006)
William
A.
Beckman
Solar Engineering of
Thermal Processes
USA
John Wiley &
Sons, Inc.
Almanza, R.
New Jersey
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