Archive for the ‘Solar’ Category


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central_solar_tacna_2

Una de las primeras plantas productoras de energía solar a partir de una central solar fotovoltaica con una potencia nominal de 20 MWp. Ubicado en el sur del Perú, en la región Tacna que es fronteriza a Chile, en sí, es zona de ubicación de la parte desértica que comparten Perú y Chile en donde la irradiación solar es una de las más altas de todo el mundo. Las figuras observan los datos característicos de dicha planta obtenida de la web oficial de OSINERGMIN. El diagrama esquemático de la planta solar fotovoltaica es interesante a considerar como cuestión de diseño y también para el análisis de su funcionamiento. Hay alguna empresa que desee que trabaje con sus datos de producción como planta solar o parque eólico ?… Modelos matemáticos de paneles solares monocristalinos y policristalinos pueden ser desarrollados, así como, métodos de optimización de producción de energía eléctrica y seguimiento del punto de máxima potencia. Un poco más al norte de Tacna hay más plantas de producción solar fotovoltaica de energia eléctrica que describiré en siguientes post’s.


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Vision of the future electricity distribution loaded with independent dc distribution architectures

Estimados lectores… Recogo la información y se las muestro. Esta figura se puede visualizar como será en un futuro la distribución de la electricidad en la que el sistema está cargada o tiene conectados muchos o varias independientes arquitecturas de distribución en corriente continua DC. Valores de 280 Vdc en casas, centros comerciales, datas centers entre otros… pues no estaría mal, además la DC es menos propagación de ondas electromagneticas en el entorno y hay muchas ventajas de la DC frente a la AC. Claro, asumo que alguien recordará a Tesla y su energía free for all, pero hasta lo que se ve, la idea es la misma, la de mantener el mercado electroenergético mediante la compra de electricidad, cambio de repuestos/máquinas, etc… lo mismo de ahora pero en DC, con un pequeño aliciente, en aquellos países que se permita, podrán ser con una inversión, autogeneradores mediante turbinas de viento o paneles solares fotovoltaicos o etc.. pero las reglas de juego al menos a lo que se ve, siempre serán a favor de las empresas públicas o privadas de electricidad… el mercado tiene que sobrevivir, ese es el mensaje. Por lo tanto, si miran bien esta figura, verán que hay mucho por investigar, desarrollar, innovar… Ánimos que si lo pueden hacer en laboratorio excelente !! si no lo pueden, pues están las herramientas de modelamiento y simulación.. Saludos cordiales.


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irradiación estudio completo sobre piso nominal

Bueno, es casi un estudio completo, se puede ir agregando otra información que no coloco en la presente. Entonces, en un emplazamiento determinado, los modelos matemáticos, nos permiten también calcular lo que es radiación difusa horizontal, irradiación sobre superficie horizontal, entre otras. Estos cálculos vienen a ser los ideales y que sirven de marco referencial para el análisis de datos in situ recolectados.


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irradiación sobre piso nominal

Dado una ubicación dada en el planeta, considerando su latitud y demás ángulos solares necesarios, me enfoco en realizar los cálculos que conlleven a predecir el valor de los parámetros cada vez que el sol está en en zenith. Por lo tanto, en ese día del año (eje horizontal la irradiación extraterrestre, es atenuada por la atmósfera y eso es lo que lleva sobre el piso. En aquel lugar de estudio, el ángulo de altitud varía durante el año así como los demás ángulos como por ejemplo la inclinación solar que se muestra también. Hecho en Matlab considerando modelos teóricos y que doy el servicio de hacer los cálculos para cada ubicación que me soliciten.


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modelo termico de panel solar para temperaturas parte posterior

Cuando la radiación solar incide sobre un panel parte se transforma en energía eléctrica, otra parte se refleja, otra atraviesa el panel (excepto aquellos que tienen un tapa de polímero en la parte posterior) y parte se queda cambiando la cantidad de energía interna con el consiguiente incremento de la temperatura de las celdas fotovoltaicas. La figura, resultado de un estudio térmico sobre paneles nos arroja la temperatura en la parte posterior de un panel con tapa (que ya no deja pasar la luz hacia atrás porque tiene una superficie que lo cubre, bien para reflejar o bien para soporte) y la temperatura en estado estable fijada en el interior del panel, y esta curva cambia debido a que en el eje horizontal se ha considerado la velocidad del viento que indice sobre el panel enfriándolo (llevándose consigo parte de la energía térmica capturada por el panel fotovoltaico de la irradiación solar). Hecho en Matlab de MathWorks para quienes gustan de los procesos de modelamiento y simulación en todos los campos… Inviten si hay trabajo o proyectos que sean de hecho pagados…


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triple-junction PV cell has three semiconductor layers

Son de alta eficiencia mas de 35 % y bueno como se observa en la figura, esta compuesto de varias capas de diferentes materiales seminconductores, cada uno especializado en un capturar parte de la irradiación solar en un determinar rango de longitudes de onda. Todo un arte de ingeniería el lograr que estos materiales hayan sido creados y estén cada vez más al alcance del mercado. Este diagrama esquemático se refuerza con el hecho de que deben tener mallas conductoras, soporte del panel compuesto por muchas de estas celdas, estabilidad térmica y demás cosas en el diseño de estos paneles PV.


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World primary energy demand projection to 2030 according to the IEA reference scenario

Diferentes organizaciones internacionalmente reconocidas han presentado varios pronósticos para el futuro consumo. El pronóstico de la IEA es llamada escenario de referencia que el consumo de la energía primaria crecerá en más que 60 % en el período 2002 – 2030 (ver figura). Los combustibles fósiles se espera que participen en un 85 % de este incremento.


 

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Global primary energy use 1850-1995

La economía mundial va hacia un nuevo período de más estable crecimiento en las décadas por venir. Siendo esta etapa una fase caracterizada por la innovación en productos en las industrias existentes y la creación de nuevas industrias para una fase caracterizada por procesos de innovación en industrias existentes y en básicos sectores como el sector energía. Esto indica que las nuevas tecnologías de energía introducidas en el sector energía en los últimos 20 años (turbinas de viento, micro turbinas de gas, celdas de combustible, tecnologías de información y comunicaciones, etc.) pueden masivamente ser integradas en el sector energía en las décadas por venir


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Maximum efficiency of photovoltaics as a function of their band gap

En la figura se muestra un estimado del impacto de las bandas prohibidas sobre la eficiencia máxima teórica de los materiales fotovoltaicos tanto para AM0 y AM1. La figura incluye bandas prohibidas y efieiencias máximas para cualquiera de los más prometedores materiales fotovoltaicos que se vienen desarrollando hoy. El motivo de la depleción hacia los lados es causado por (a) fotones con insuficiente energía para colocar electrones dentro de la banda de conducción y (b) fotones con energía en exceso de lo necesario, entre otros factores como: recombinación de huecos y electrones antes que ellos puedan contribuir al flujo de corriente, resistencia interna de la celda la cual disipa potencia, fotones que no son absorbidos.


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Band-Gap Impact on Photovoltaic Efficiency

Conocemos que la banda prohibida del silicio es 1.12 eV lo cual corresponde a la longitud de onda de 1.11 micrómetros, esto hace que cualquier energia en el espectro solar con longitudes de onda más largas que 1.11 micrómetros no pueda enviar un electrón a la banda de conducción. Y, cualquier fotón con longitud de onda menor a 1.11 micrómetros desechará su energía extra. Según la curva AM 1.5, 20.2 % de la energía en el espectro se pierde debido a que los fotones tienen menos energía que la banda prohibida (hv < Eg), y otro 30.2 % se pierde debido a que los fotones tienen hv > Eg. El remanente 49.6 % representa la máxima posible fracción de la energía del sol que puede ser colectada por una celda solar de silicio. Es decir, estas restricciones impuestas por la banda prohibida del silicio limitan la eficiencia del silicio a un poco menos del 50%… he ahí la labor de lograr esa eficiencia ideal.


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PV module manufacturing costs for DOE_US Industry Partners

Los costos de amortización de la generación fotovoltaica cayó dramáticamente en los 90’s. Los costos cada vez más asequibles de los paneles fotovoltaicos hacen que estos sean ya factibles de disponer en hogares, talleres, colegios, etc… pero hay que sostener un gestión para que sea parte de las normativa de cada país el que cada ahora cliente del servicio público de electricidad pueda ser un generador de energía eléctrica para su propio consumo y si logra producir más pueda entonces vender a la red eléctrica externa. Este período que se observa en la figura implica muchos cambios tecnológicos en la producción de los paneles solares, he hicieron muchas mejoras y es bueno que los grupos de investigación se enteren para que puedan estar al tanto de las numerosas técnicas que se desarrollaron en aquella época. En cuanto a la normativa, me apunto…


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Best laboratory PV cell efficiencies for various technologies

Ya por los años 80’s se tenía en laboratorio celdas fotovoltaicas con elevadas eficiencias, lo cual hacia ya posible cualquier aplicación terrestre tales como calculadoras de bolsillo, señales y llamadas de emergencia, bombeo de agua rural y pequeños sistemas de casas. Todo este desarrollo emerge de la crisis de energía de los 70’s. Se puede observar que según la tecnología hay progresos importantes como los multiunión y continuos como en general en las otras tecnologías. Las universidades son llamadas a estar al tanto de la tecnología y si es posible desarrollarla o modelarla y simularla para que a fin de cuentas se comprenda mejor lo que se hace en la práctica y se haga sinergía entre la teoría, fabricación y aplicaciones.


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Distribución de la energía solar que alcanza la Tierra

El Sol constantemente irradia 3.83×10^26 W. De esta gran cantidad de potencia, la Tierra recibe 1.74×10^17 W en la atmósfera alta. La atmosfera refleja alrededor del 6 % al espacio y absorbe el 16 %. Debido a las condiciones atmosféricas, tales como nubosidad, polvo y contaminantes, la energía radiada por el Sol que alcanza la Tierra, se reduce en un 20 % por reflexión, mientras se absorbe un 3 %. Aparte de reducir la cantidad de energía que alcanza la superficie de la Tierra, dichas condiciones climáticas difuminan alrededor del 20 % de la luz recibida.

Todo este proceso disminuye la potencia que alcanza la superficie casi a la mitad, dejando el monto en unos 8.9×10^16 W. Cuando la irradiacióon alcanza la superficie de la Tierra, aproximadamente la mitad de la energía está en el espectro visible, mientras la mayor parte de la mitad restante se encuentra en el espectro infrarrojo (solo una pequeña porción es radiación ultravioleta).

A la irradiación solar no reflejada o diseminada se le llama irradiación directa, mientras que a la irradiación reflejada o diseminada se le llama irradiación difundida. Para referirse a la irradiación total (irradiación difundida más directa) se usa el término radiación global.


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Solar PV as intermittent DG within power quality environment

Este sistema suministra energía complementaria en el mismo lugar de consumo de energía. Es lo usual que se puede ver en muchas aplicaciones, en el que el inversor hace seguimiento de la onda senoidal que ingresa desde la red eléctrica externa a través del transformador. Los requerimientos de calidad de energía son locales e idealmente no habría alguna desconexión de la red externa


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Comparison of PV technologies

La figura muestra una comparación entre diferentes tecnologías de celdas fotovoltaicas, algunas cosas que se determinan son:

  • La eficiencia de la celda en condiciones estándar.
  • La eficiencia del módulo (conjunto de celdas – array o arreglo).
  • Área necesitada por kWp (por módulo) (metros cuadrados).
  • Energía anual generada por kWp en UK (orientación hacia el sur, 30° de inclinación) (kWh/kWp)
  • Energía anual generada por metro cuadrado (orientación hacia el sur, 30! de inclinación) (kWh/m^2)
  • Ahorro anual de emisiones de CO2 por kWp (kg/kWp).
  • Ahorro anual de emisiones por m^2 (kg/m^2)

De hecho que la tecnología va en creciente mejora de estas tecnologías así que quizás más adelante en otro post se coloque datos más actualizados, sin embargo, esto no pierde valor dado que puede servir para comparar instalaciones existentes con las nuevas a futuro.


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pricing_trend_of_solar_PV_panels_1985_2011

Les muestro en la figura como es la tendencia de precios a lo largo de estos unos pocos mas de 25 años de desarrollo de tecnologías encaminadas a la producción de celdas fotovoltaicas cada vez más baratas y asequibles. Si la tendencia sigue de esta manera se prevé una masificación en el uso de esta fuente de energía a escala doméstica e industrial. El freno es el recurso natural, hay que tener suficiente área para poder recolectar una buena cantidad de energía que nos permita una potencia de uso directa a los artefactos; sin embargo, las fuentes de almacenamiento hacen su trabajo… hay mejoras en ellas, nuevos materiales para baterías y también almacenamiento alternativo se ven cada vez más promisorios. Por mi parte, me gusta trabajar sobre modelos matemáticos y simularlos en Matlab/Simulink de esta manera colocando los escenarios adecuados, podemos ver la influencia de tal o cual dispositivio o material en el funcionamiento de la microgrid o smartgrid…


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Para algún día ser Premios Nóbel, seis ingredientes fundamentales: mucha curiosidad, una educación de base sólida, un buen mentor, un lugar donde se esté desarrollando ciencia de buen nivel y, sobre todo, una forma de pensar poco convencional


condiciones_para_obtener_premio_nobel

“El Dr. Norrby comentó a los estudiantes de nuestro campus que para algún día ser Premios Nobel, no deben olvidar seis ingredientes fundamentales: mucha curiosidad por explicar ciertos fenómenos, una educación de base sólida, un buen mentor [alguien que te clarifique el camino y esté al tanto de lo que sucede en el mundo, de la importancia de tal o cual investigación en beneficio de la humanidad… tan importante es tener un buen mentor], un lugar donde se esté desarrollando ciencia de buen nivel,  experimentos fuera de serie que rompan paradigmas en una rama que los intrigue y, sobre todo, una forma de pensar poco convencional”.

Estimados (gentlement) lo comparto porque lo veo importante… muy importante lo diría si uno se fija en lo que sugiere el entrevistado y la realidad universitaria.

Fuente: http://www2.ccm.itesm.mx/sites/ccm.itesm.mx.talentotec/files/historico/talentotec055.pdf

 


primary_energy_energy_conversion_energy_storage_and_transmission_end_use_of_energy

Este es un post importanet en que se muestra en el enlace entre los diferentes formas de transporte y conversión de energía en el futuro sistema de energía sostenible. El sol es la fuente de energía primaria. La electricidad y varias formas de formas de celdas de combustible sintéticamente preparados son predominantes como portadores de energía y una variedad de tecnologías de conversión van a ser requeridas. Se muestra aparte de la energía primaria… las formas de tecnologías relacionadas a la conversion, almacenamiento y transmisión; así como también al uso final de la energía. Toda este flujo nos permite visualizar la tendencia tecnológica, lo que para fines de investigación orienta que temas son más prioritarios que otros.


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dc_micro_grid_system_with_ultracapacitor_electric_vehicle

Hello estimados lectores. Esta microgrid si que está muy bonita 🙂 … No hay nada que hacer que quienes lo han diseñado y lo vienen estudiando, lo han hecho con el mejor gusto de ingeniería. Contiene muchos elementos que en un futuro próximo son potencialmente usados masivamente. Los sistemas de electrónica de potencia se hacen cada vez mas interesantes. surge la idea de que si es necesario que todo tenga que ser “electrónica de potencia”, supongo que durante las investigaciones y desarrollo del equipamiento cosas nuevas se podrán determinar de tal manera que esto también sea un sistema que sea robusto ante fuertes pulsos electromagnéticos, ciber-seguridad, entre otros. No podemos ser “modernos” con tan sólo el criterio de que lo “electrónico” es lo moderno, hay que rescatar aquellas técnicas y elementos robustos del pasado que pueden brindar una muy alta fiabilidad. El bus de DC implica muchas aplicaciones tanto en el sector rural, industrial, comercial, residencial y hasta en cuestiones de emergencia, militar y en el sector aero-espacial (este último muy interesante para mí según mi experiencia en Mars Desert Research Station Crew 140 – Crew 141 [April – May 2014]).


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