ACTIVIDADES Y TRABAJOS

BITACORAS DEL PROYECTO

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FORMATO ANTEPROYECTO

INFORMACIÓN GENERAL

Título del proyecto:

PLANTEAMIENTO DE UN DISEÑO INNOVADOR DE PANELES FOTOVOLTAICOS, REEMPLAZANDO EL MATERIAL SEMICONDUCTOR DEL PANEL COMUN POR BORO RECUBIERTO DE LAMINAS DE ALUMINIO, QUE SUSTITUYA EL SILICIO.

- Nombre del profesor asesor: Edgar Daniel Sánchez Londoño

- Tutor (asesor externo- adulto responsable administrativo para el manejo de recursos financieros y físicos):

- ¿El proyecto es continuación de una propuesta presentada anteriormente?:

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SI                                     NO             ¿Cuál es la innovación?

DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

Título de la investigación

PLANTEAMIENTO DE UN DISEÑO INNOVADOR DE PANELES FOTOVOLTAICOS, REEMPLAZANDO EL MATERIAL SEMICONDUCTOR DEL PANEL COMUN POR BORO RECUBIERTO DE LAMINAS DE ALUMINIO, QUE SUSTITUYA EL SILICIO.

Resumen

Este proyecto revolucionara  totalmente el manejo y costo de las fuentes de energía alternativas, enfocado en el cambio del elemento semiconductor, que se sabe que son elemento con características únicas tanto de metales como de no metales, que sería en este caso el Silicio de los paneles fotovoltaicos (que trabajan con la luz solar). El uso del Silicio en los últimos años ha generado una sobre explotación de este, sin contar el aumento del costo que esto implica en los paneles fotovoltaicos.

La solución que presentamos es el cambio de este elemento por otro que tenga un costo menor, el que encontramos con mas viabilidad fue el Boro, un elemento semiconductor, con casi todas las mismas características del Silicio y por su puesto con mayor presencia en la atmosfera, pero con una falencia, su conductividad. La solución de esta falencia se presenta sumiéndolo a altas temperaturas.

 La conductividad es un factor primordial en las cualidades para el funcionamiento del panel fotovoltaico, ahí es donde entra el papel del aluminio, que entrará como una adaptación en el panel, con la función de generar calor y permitir el funcionamiento de la conductividad del Boro.

De ser conseguido el desarrollo del prototipo con un excelente funcionamiento y conclusiones a favor, se pasaría a un aspecto social que también se ha pensado, que es el de implementar este tipo de energía alternativa en la comunidad, claro que se necesitara ayuda de una entidad o entidades de tipo gubernamentales, que ayuden con esta acción.

Planteamiento del problema

El hombre ha despertado con respecto a la situación de la contaminación producida por el consumismo, con la  generación de mecanismos de energías alternas.

Una situación con respecto a las energías alternas es el costo de estas en especial la de los paneles fotovoltaicos, el cual requiere hasta más de 10 años para recuperar el costo inicial y generar ganancias. El precio actual de los módulos fotovoltaicos, oscila entre los 3.5 y los 5.0 $/W (USD), de capacidad de producción, en función de la cantidad que se compre y la procedencia. El precio de 8 $/W, aunque algo barato, es el precio completo de una instalación fija: módulos, estructuras de soporte, onduladores, protecciones, sistemas de medición, costes del proyecto, instalación y permisos administrativos. Un precio normal está entre 8.6 y 9.0 $/W. Esto se debe a que  cuyos materiales utilizados para el desarrollo de este mecanismo poseen un costo muy elevado y a eso se le suma el costo de instalación del mecanismo, entre los que sobresale en Silicio, el cual es el material semiconductor y encargado básicamente de la generación de energía de este mecanismo.

Así que presentamos una solución mediante la implementación innovadora en los paneles fotovoltaicos, por medio del remplazo del Silicio por el Boro un elemento casi con sus mismas caracterizaciones, pero con un problema, su conductividad, pero este se puede solucionar sumiéndolo a altas temperaturas y entre mas sea el aumento de la temperatura, mas será su conductividad, las cuales se conseguirán con el recubrimiento del Boro con un material metálico que reaccione a la condiciones de temperatura. El Aluminio es el más recomendado, introducido de forma de láminas que recubran el Boro.

Lo cual reduciría el gasto del Silicio y el costo de un panel fotovoltaico y brindaría una igual o casi igual producción en estos y así se incrementaría la venta de estos ayudando así al mantenimiento del medio ambiente.

Marco teórico o conceptual

1.     PROBLEMAS AMBIENTALES Y DE CONSUMISMO

Un aspectos de análisis es el alto porcentaje de contaminación que en los últimos años se ha venido presentando en todo el mundo y en parte está ligada a un consumismo de los recursos de los cuales uno de los primordiales es la energía, cada vez mas importante y necesaria, esto es debido al incremento de la población, La población mundial aumenta en más de 81 millones de personas por año. Cada 10 años, alrededor de mil millones de habitantes se añaden a la población mundial.

Esta contaminación es generada en gran parte por las emisiones de CO₂ producidas por los mecanismos de producción de energías de combustión de recursos fósiles, que representan el 80% de la energía mundial. El consumo de energía actual de la población terrestre está cercano a 12-13 TW

2.     PANELES SOLARES

Así que se implementaron las energías alternas, como otros medios de producción de energía, las cuales no son contaminantes y son inagotables, pero no son una fuente que sustente la gran necesidad mundial de este recurso, dado a que la producción es menor a los mecanismos de combustión fósil.

Una de este tipo de fuente es la solar, que se obtiene de dos maneras, térmica y lumínica y es obtenida a través de los paneles.

Los paneles solares son dispositivos que aprovechan la energía que nos llega a la tierra en forma de radiación solar, el funcionamiento de los paneles se basa en el efecto fotovoltaico. Este efecto se produce cuando materiales semiconductores convenientemente tratados incide la radiación solar produciendo electricidad, los paneles convierten la energía solar en energía eléctrica.

2.1  Historia

En 1883 el inventor norteamericano Charles Fritts construye la primera celda solar con una eficiencia del 1%. La primera celda solar fue construida utilizando como semiconductor el Selenio con una muy delgada capa de oro. Debido al alto costo de esta celda se utilizó para usos diferentes a la generación de electricidad. Las aplicaciones de la celda de Selenio fueron para sensores de luz en la exposición de cámaras fotográficas.

La celda de Silicio que hoy día utilizan proviene de la patente del inventor norteamericano Russell Ohl. Fue construida en 1940 y patentada en 1946.

La época moderna de la celda de Silicio llega en 1954 en los Laboratorios Bells. Accidentalmente experimentando con semiconductores se encontró que el Silicio con algunas impurezas era muy sensitivo a la luz.

2.2  Datos estadísticos y de producción

En un día soleado, el Sol irradia alrededor de 1 kW/m² a la superficie de la Tierra. Considerando que los paneles fotovoltaicos actuales tienen una eficiencia típica entre el 12%-25%, esto supondría una producción aproximada de entre 120-250 W/m² en función de la eficiencia del panel fotovoltaico.

Por otra parte, están produciéndose grandes avances en la tecnología fotovoltaica y ya existen paneles experimentales con rendimientos superiores al 40%.

A latitudes medias y septentrionales, llegan a la superficie terrestre 100 W/m² de media en invierno y 250 W/m² en verano. Con una eficiencia de conversión de, aproximadamente, 12%, se puede esperar obtener 12 y 30 vatios por metro cuadrado de celda fotovoltaica en invierno y verano, respectivamente.

Con los costes actuales de energía eléctrica, 0.08 $/kWh (USD), un metro cuadrado generará hasta 0.06 $/día, y un km² generará hasta 30 MW, o 50,000 $/(km².día).

El problema con los paneles fotovoltaicos es el costo de la inversión, requiriendo hasta más de 10 años para recuperar el costo inicial y generar ganancias. El precio actual de los módulos fotovoltaicos, oscila entre los 3.5 y los 5.0 $/W (USD), de capacidad de producción, en función de la cantidad que se compre y la procedencia. Los más baratos vienen de China y se debe ser muy prudente con la calidad y garantías de los mismos. El precio de 8 $/W, aunque algo barato, es el precio completo de una instalación fija: módulos, estructuras de soporte, onduladores, protecciones, sistemas de medición, costes del proyecto, instalación y permisos administrativos. Un precio normal está entre 8.6 y 9.0 $/W. Si la instalación es con seguidores de sol de dos ejes, el coste puede rondar los 10.60 $/W, aunque la producción eléctrica obtenida es del orden de un 30% superior que en una fija.

Actualmente, la producción mundial de células fotovoltaicas se concentra en Japón (48%), Europa (27%) y EEUU (11%). El consumo de silicio en 2004 destinado a aplicaciones fotovoltaicas ascendió a 13.000 toneladas.

3.     UTILIZACION DEL BORO

Generalmente se elaboran de silicio, el elemento que es el principal componente de la sílice, el material de la arena, este material posee una buena producción con respecto a un panel fotovoltaico, pero este posee un costo elevado, sumado a los demás materiales que componen un panel fotovoltaico el costo de este mecanismo sería muy elevado, y si de remplazaré este elemento por uno más barato como el Boro, lo cual reduciría el gasto del Silicio y el costo de un panel fotovoltaico. ¿Pero la producción puede ser igual?, con el remplazo del material encargado de la producción, el cual se remplazaría con el boro un elemento casi con sus mismas caracterizaciones, pero con un problema, su conductividad, pero este se puede solucionar sumiéndolo a altas temperaturas y entre mas sea el aumento de la temperatura, mas será su conductividad, las cuales se conseguirán con el recubrimiento del Boro con un material metálico que reaccione a la condiciones de temperatura. El Aluminio es el más recomendado, introducido de forma de láminas que recubran el Boro, lo cual lo haría poseer las mismas características del Silicio y generaría así una igualdad de producción en el mecanismo.

Objetivos

General:

Diseñar y construir un mecanismo con innovación de paneles fotovoltaicos, por medio del remplazo del Silicio por Boro recubierto con láminas de Aluminio.

Específicos:

·       Diseñar un mecanismo, por medio  del programa Google Sketchup®, para la realización futura de un prototipo.

·       Realizar un prototipo del mecanismo, realizado con base a los planos y diseños, para la muestra del proyecto.

·       Evaluar el costo y la producción que traería el cambio del silicio por el boro recubierto con la minas de aluminio, a partir del mecanismo o prototipo realizado.

Diseño metodológico

-                  Hipótesis:

El cambio del Silicio por el Boro en los panales fotovoltaicos, conlleva a un ahorro en el costo de producción  de este.

El gasto de energía a causa del consumismo mundial, se subsana con la  innovación en paneles fotovoltaicos.

-                  Métodos y técnicas de investigación

-        Se adquieren los diferentes conocimientos necesarios, en accesorias brindadas por el colegio o de otra entidad y por supuesto por parte de la búsqueda propia.

-        Se desarrollan mapas físicos, con el fin de ser de guía o plano para iniciar el diseño del prototipo.

-        Se diseña un modelo de un panel fotovoltaico, en el Programa Google Sketchup®, con ayuda de una persona que conozca lo suficiente en el programa, dado a que el programa es en 3D en este se vería el mecanismo casi aun modo realista. Al desarrollo del diseño se le suman soportes de planos físicos.

-        Se realizan visitas a centrales o entidades que tengan un directo funcionamiento con energías renovables.

-        Se toman los datos de producción del panel solar común, factor primordial para trazar efectividad del prototipo.

-        Se comienza el desarrollo del prototipo con base a los diseños antes realizados. Se pasa al remplazó del silicio en la estructura del panel, por el boro, como el boro es mal conductor a temperatura ambiente, pero reacciona en alta temperatura se introduce las laminas de Aluminio recubriendo el boro y a cumplir el papel de recalentarían. (esto solo se trabajara en las capas del panel donde se trabaja con el silicio lo demás no se le hará cambio). Se organiza el cableado y los demás elementos comunes y corrientes.

-        Se toman los datos de producción con las modificaciones y se realiza la respectiva comparación entre el prototipo de panel planteado y un panel de Silicio común.

Se realiza las conclusiones, tomando en cuenta las observaciones tomadas durante todo el proceso de investigación.

Referencias bibliográficas

-        Química de los elementos (Chemistry of the Elements). Autores: Greenwood y Earnshaw. 1997, Química medioambiental (Environmental Chemistry). Autor: John Wright. 2003, Las piezas de construcción de la naturaleza (Nature’s Building Blocks). Autor: John Emsley. 2001. Extraído el 15 de Mayo del 2011 de:
https://www.lenntech.es/periodica/elementos/b.htm

-        Química de los elementos (Chemistry of the Elements). Autores: Greenwood y Earnshaw. 1997, Química medioambiental (Environmental Chemistry). Autor: John Wright. 2003, Las piezas de construcción de la naturaleza (Nature’s Building Blocks). Autor: John Emsley. 2001. Extraído el 15 de Mayo del 2011 de:
https://www.lenntech.es/periodica/elementos/zn.htm

-        Nahle, Nasif. (2003). Sobrepoblación Humana. Publicado el 11 de noviembre de 2003. Extraído el 15 de Mayo del 2011 de:
https://biocab.org/Sobrepoblación.html.

-        catedra bp, universitat Jaume. Extraído el 15 de Mayo del 2011 de:
https://catedrabpenergia.uji.es/observatorio/energia-en-el-mundo/

-        sitio solar (portales de energías renovables). Extraído el 15 de Mayo del 2011 de:
https://www.sitiosolar.com/paneles%20fotovoltaicas.htm

-        miliarium (ingenieria civil y medio ambiente). Extraído el 15 de Mayo del 2011 de:
https://www.miliarium.com/bibliografia/monografias/Energia/EnergiasRenovables/EnergiaSolarFotovoltaica.asp

-         Paneles solares: así evolucionan, ALEX FERNÁNDEZ MUERZA 15 de octubre de 2009. Extraído el 15 de Mayo del 2011 de:
https://aktuaya.org/index.php?option=com_content&view=article&id=319

-        Sir Francis Bacon (1561-1626). Filósofo y estadista británico. 26/01/2009. Extraído el 15 de Mayo del 2011 de:
https://news.soliclima.com/noticias/energia-solar/como-funciona-un-modulo-fotovoltaico

-        La energía. Extraído el 15 de Mayo del 2011 de:
https://fisica.ciens.ucv.ve/riraldi/energ1.htm

-        Energia solar fotovoltaica. Extraído el 15 de Mayo del 2011 de:
https://www.energia-solar-fotovoltaica.info/2_Breve_Historia/2_Antecedentes_de_la_energia_solar_Fotovoltaica.html

Wikipedia (enciclopedia libre).  Extraído el 15 de Mayo del 2011 de:
https://es.wikipedia.org/wiki/Panel_fotovoltaico

i. Recursos

Aspectos de seguridad y ambientales:

Para el desarrollo del proyecto se deberá manipular tres tipos de elementos químicos, más los que involucre el desarrollo de circuitos y de más instalaciones.

Principalmente tomaremos las respectivas indicaciones por parte del asesor y demás encargados del lugar, lo que abarca el uso de instrumentación, manipulación de dichos elementos y funcionamiento, deberemos seguir las reglas de comportamiento y de seguridad del sitio o espacio en el que se trabajara.

En la manipulación de los elementos químicos, se seguirán los diferentes parámetros de seguridad, dependiendo de que elemento se trate, en nuestro caso no se generara ningún tipo de desecho de estos elementos, ni de los circuitos, ya que serán empleados en un fin que no implica dicha acción.