ENERGÍA SOLAR APLICADA A UN CARRO DE JUGUETE 
 
AUTOR :  
Luis Miguel de la Rosa Hernández 
ASESORES:  
Ing. Roberto Cárdenas Rodríguez 
Ing. Juan Gilberto Mateos Suárez 
Ing. Gustavo Adolfo Vega Gómez 
RESUMEN
El diseño que se implementó en el carro eléctrico es para disminuir el grado de concentración de bióxido de carbono y otros gases que se producen por medio de la combustión interna de un motor de energía fósil. Ya que el carro eléctrico se alimenta de corriente directa que es producida en centrales eléctricas que necesitan de energía fósil (petróleo) para poder funcionar.

En nuestro caso utilizaremos energías alternas como es la energía solar que es la que produce todas las energías. Todas las fuentes de energía dependen del sol directa o indirectamente. La energía solar nos da 1000W / m2 o 100W / cm2 a 28 °C, y una velocidad de viento de un metro por segundo las doce horas del día sin nubes.



Aspectos Generales
En la energía generalmente se usa el petróleo y el gas natural en cerca de un 98 % para la alimentación de los carros el resto se alimenta de energía eléctrica que son los carros eléctricos.

Ya se vió que las demandas mundiales de energía se aceleran y aumentan con un ritmo tremendo, mientras que los recursos naturales disponibles. En especial aquellos que han satisfecho las necesidades de la humanidad hasta ahora, están disminuyendo. Por consiguiente es esencial que se utilice de ahora en adelante fuentes nuevas hasta ahora vírgenes.

Es por eso que la energía solar es una de la que nos brindan una de las fuentes mas limpias e inagotables y abundantes. Es por eso que los módulos solares fotovoltáicos son de silicio cristalino, están protegidas de polvo, humedad e impacto por una cubierta de vidrio templado antireflejante con bajo contenido en hierro y laminado entre hojas de polímeros de alta resistencia a los rayos ultravioletas.



Fundamentación
Se entiende por conversión fotovoltáica (celda solar) la transformación de la energía luminosa (solar) en energía eléctrica a través de un efecto fotoeléctrico interno denominado efecto fotovoltáico. Los primeros experimentos realizados con carros eléctricos fueron sumamente satisfactorios ya que contaban con un motor eléctrico de 72 Volts alimentados en serie por baterías, pero el problema radica en la alimentación de las baterías ya que tienen que ser retroalimentadas con corriente alterna esto nos ocasiona un gasto excesivo de voltaje. Es por eso que hemos decidido dar las primeros pasos utilizando un sistema de alimentación por medio de celdas solares.

Ahora daremos un pequeño resumen de las celdas solares y su eficiencia: fué Becquerel en 1893 quien descubrió este fenómeno con un dispositivo de selenio obteniendo un rendimiento del 1%, debido al bajo rendimiento solo fué resaltado como un aspecto físico. Posteriormente, en 1954 con el crecimiento del silicio monocristalino la Bell Telephone realizó la primera celda solar con un rendimiento del 7 %, lo que sirve de base para un relanzamiento de la energía solar en particular de la fotovoltáica.

A partir de esto nos enfocamos ha aplicar esta nueva tecnología a nuestra vida cotidiana y poco a poco enfocarnos a la manufactura de carros eléctricos propulsados por medio de la energía solar (celdas solares).



Teoría básica utilizada
El sol constituye la fuente de toda energía. Es una estrella ordinaria según los cánones astronómicos, situada a una distancia promedio de unos 149.7*106 Km y una masa de 1.99*1030 Kg. Como el sol es casi esférico tiene un diámetro de 1.39*106 Km, se puede calcular su área y volumen como: 6.09*1018 Mts2 y 1.41*1027 Mts3 respectivamente.

La superficie del sol emite radiaciones como un cuerpo negro a una temperatura aproximada de 6000 °K, (grados Kelvin). La temperatura en el interior del sol es de varios millones de grados Kelvin. A fin de estimar la energía liberada por el sol y calcular la energía incidente sobre la tierra, se han llevado ha cabo experimentos con globos, satélites terrestres artificiales y otros vehículos que transportaban instrumentos a los limites exteriores de la atmósfera terrestre, estos experimentos han demostrado que la intensidad de la radiación solar fuera de la atmósfera de la tierra varia entre 1.95 y 2.05 cal/cm2 dependiendo del tiempo y de la distancia de la tierra al sol.

Con esos datos y valores previamente disponibles, se ha determinado con bastante exactitud la energía solar, con incidencia normal sobre un área unitaria por unidad de tiempo cuando la tierra esta a su distancia media del sol. A esta cantidad se le llama la constante solar y tiene un valor aceptado de 2.00 ± 2 %, cal/cm2 min. En otras unidades practicas de ingeniería la constante solar es "0.333 Kcal / Mt2-seg" o "440 B / pies2-Hr". La energía total liberada por el sol es extremadamente grande para estimar esta energía se puede suponer que la intensidad de radiación es igual a la constante solar (S), actuando sobre una esfera cuyo radio es igual a la distancia media entre la tierra y el sol Rs-e = 149.7*106 Km.

Se obtiene la energía total liberada por el sol:

Qs = ( 4Pi ( Rs-e^2 ) ) S
= 4 Pi ( 149.7*10^6 )^2 ( 0.333 ) / 60 = 15.7 * 10^20 Kcal / seg.

Esta cantidad es inconcebiblemente grande, y no se intentara dar una idea de su magnitud. De cualquier manera el hombre nunca podrá utilizar esta energía en su totalidad, estando confinado como lo esta a la superficie terrestre. Para saber cuanta energía solar es incidente sobre la superficie de la tierra, se calcula:

Qs-e = ( Pi Re^2 ) S
= Pi ( 6.37 * 10^6 )^2 ( 0.333 ) / 60 = 7.08 * 10^14 Kcal/seg.

En la ecuación anterior (Qs-e) es la energía incidente sobre la periferia exterior de la superficie de la tierra y (Re) es el radio terrestre de 670 Km. Como actualmente el consumo mundial de energía es de cerca de 46.4*10^12 Kwh (5.8 * 10^9 T.E.C.). La energía solar incidente sobre la tierra es de mas de 30,000 veces la consumida. La energía solar incidente seria una fuente inagotable de energía cuando menos en un futuro previsible. En realidad cerca del 30% de la energía incidente nunca llega a la superficie de la tierra, sino que la absorben las capas exteriores de la atmósfera terrestre.



Aspectos matemáticos de proyecto
En cuanto a los aspectos matemáticos daremos referencia a las celdas solares que es la principal fuente de recolección de energía solar. Los contactos colectores deberán ser ohmicos y con una resistencia de contacto baja, menor de 1 ohm. Debido ha que el contacto superior debe dejar pasar el máximo de radiación solar. En la obscuridad las homouniones son diodos cuyas características I-V, se rigen por la ecuación empírica.
I. = I.. ( exp ( q V / A .K T ) - 1 )

Donde (I..) es la corriente de saturación, (q) es la carga del electrón, (V) es el potencial aplicado a la unión, (K) es la constante de Boltzmann, (T) es la temperatura absoluta, y por ultimo (A.) que es un coeficiente comprendido entre 1 y 2. En el caso ideal no tendremos en cuenta la resistencia en serie y paralelo. En estas condiciones tendremos:

I. = I.. ( exp ( q V / A .K T - 1 ) )


Descripción del proyecto
En el proyecto ocupamos un motor de 6 volt a 800 mA, que moverá un peso de 25 a 30 Kg. máximo, a una velocidad de 20 Mts /mín que es alimentado por una batería secundaria que esta a su véz esta conectada a una fuente de alimentación que esta conectada a la celda solar.

La celda solar recargara a través de la fuente de alimentación cuantas veces sea necesario a la batería para en este caso no utilizará energía eléctrica sino que se esta alimentando con energía solar. Las celdas que existen comercialmente en el mercado son desde 53 Wp mas 10 % hasta 13 Wp que manejan una corriente a la carga de 3.05 hasta 1.07 Amp.



Conclusiones
Los resultados que obtuvimos del carro eléctrico propulsados por medio de la energía solar (celdas solares) fué satisfactorio ya que se logró el propósito el cual fue el de alimentarlo con energía solar.


Recomendaciones
Se recomienda que se empiece a hacer un mayor estudio en el campo de la energía solar ya que es una energía noble que nos proporciona incalculables beneficios. Poco a poco las celdas solares han ido ganando terreno ya que es un recurso que se encuentra disponible para todos.

Es por eso que los carros propulsados por celdas solares poco a poco han ido entrando en el mercado comercial es por eso que se recomienda que se enfoque la electrónica a la energía solar un poco más. Ya que en estos momentos es bajo o casi nulo el campo de investigación. Mientras que en otras universidades cuentan con equipo para producir celdas solares.
  


Bibliografías
1.- AUTOR Varios autores
TEXTO Energía solar fotovoltaica
EDITORIAL Marcombo 1983/pags.35-108

2.- AUTOR Manohar prasad
TEXTO Conversión de energía
EDITORIAL Limusa 1984/pags.13-30

3.- AUTOR Charles E. Backus
TEXTO Solar cell
EDITORIAL IEEE 1976/pags.13-95

4.- AUTOR Luis Rodríguez Vigueira
TEXTO Alternativas energéticas
EDITORIAL Fondo de cultura económica 1985/pags.139-152

5.- AUTOR CINVESTAV (IPN)
TEXTO La conversión fotovoltaica de la energía solar
EDITORIAL IPN 1990/pags.1-17


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