Energías Renovables: Vehículo Impulsado Por Energía Solar

Resumen

Con el desarrollo de este proyecto se busca, dar a conocer la funcionalidad y ejemplo de implementación de la energía renovable, por medio del diseño y la fabricación de un vehículo impulsado por energía solar. Para esto también aplicaremos los conocimientos adquiridos en la materia de física Mecánica y en otras áreas de ciencias básicas, lo que nos permitirá hacer una buena elección de los materiales que vamos a trabajar en la fabricación del vehículo y todo su sistema de suministro de energía.

Introducción

Entendemos por energías renovables, como aquellas fuentes de energía que se abastecen en toda su esencia de elementos o recursos naturales tales como; el sol, el aire, el agua o la biomasa vegetal o animal. Se caracterizan por no utilizar combustibles fósiles Y además son inagotables, a diferencia de la energía que comúnmente es utilizada. Otra característica importante de este tipo de energías es que no producen contaminantes por lo tanto no tiene impacto ambiental negativo, también es llamada Energía Verde, por su amabilidad con el medio ambiente. Una ventaja de esta este tipo de energía es que se da gracias a los recursos naturales, No es limitada a diferencia de la energía común, esta es de fácil acceso para todas las personas. En Latinoamérica, Uruguay se volvió el país del continente con mayor proporción de electricidad generada a partir de energía eólica, con un 22 por ciento y Costa Rica consiguió durante los primeros 7 meses del 2016 que el 96,9 por ciento de su red eléctrica se abastecieron de energías limpias; de esto, el 75 por ciento se generó en sus 4 plantas hidroeléctricas, el 12 por ciento por geotérmicas y el resto por las eólicas, las solares y otras fuentes. En Colombia contamos con un gran potencial para desarrollar energías limpias a partir del agua, el viento, el sol y de los residuos de biomasa como los de la caña de azúcar, aceite de palma, arroz y plátano. “Los recursos disponibles, como una irradiación solar promedio de 194 W/m2 para el territorio nacional, vientos de velocidades medias en el orden de los 9 metros por segundo (a 80 metros de altura) en La Guajira, y potenciales energéticos del orden de 450.000 TJ (terajulios) por año en residuos de biomasa representan un atractivo importante comparados con los de países ubicados en otras latitudes del planeta”, destaca un informe de la Unidad de Planeación Minero Energética (Upme). Colombia, que agrupa a más de 23 compañías que les apuestan a las energías renovables, el 93 por ciento de la explotación y producción energética está constituida por recursos de origen fósil, un 4 por ciento de hidroenergía y un 2 por ciento de biomasa y residuos. Aunque en el 2014 se aprobó la Ley 1715 para promover las energías no convencionales en el país, solo hasta marzo de este año la Comisión de Regulación de Energía y Gas (Creg) la reglamentó y estableció que industrias de diversos sectores que producen su propia energía puedan vender sus excedentes a precio de bolsa, que sube en épocas de sequía. También se exonera del pago de aranceles a quienes importen equipos para el montaje de una planta solar u otras de energías no convencionales, como la eólica, por lo que hoy cada vez más compañías y propiedades privadas y comerciales están generando su propia energía a través de paneles solares.

Investigación energia solar 

La energía contenida en el Sol es tan abundante que se considera inagotable. El Sol lleva 5 mil millones de años emitiendo radiación solar y se calcula que todavía no ha llegado al 50% de su existencia.

La energía solar, además de ser inagotable es abundante: la cantidad de energía que el Sol vierte diariamente sobre la Tierra es diez mil veces mayor que la que se consume al día en todo el planeta

La energía solar fotovoltaica aprovecha el efecto fotovoltaico para generar una corriente eléctrica. La corriente que generan los paneles solares es corriente continua, que tratada correctamente (convirtiéndola en corriente alterna), se puede utilizar para suministrar electricidad en instalaciones autónomas o se puede utilizar para suministrar (venderla) directamente a la red eléctrica.

A través de placas solares se absorbe la radiación solar y se transforma en electricidad que puede ser almacenada o volcada a la red eléctrica. También existe la energía solar termoeléctrica, que es aquella que utiliza la radiación solar para calentar un fluido (que puede ser agua), hasta que genere vapor, y acciona una turbina que genera electricidad. Para el proyecto a desarrollar nos enfocaremos en la energía solar, por medio de placas o paneles solares.

Los paneles solares son módulos fotovoltaicos individuales que captan la energía que proporciona el sol convirtiéndola en electricidad. Están formados por celdas solares que a su vez contienen células solares individuales hechas de materiales semiconductores como el silicio (cristalino y amorfo) que transforman la luz (fotones) en energía eléctrica (electrones).

Los fotones son partículas que viajan a través de la luz del so. Estás partículas chocan contra las celdas solares, de este choque se producen electrones. Al flujo de electrones producidos del choque de los fotones y la placa solar se le llama corriente eléctrica. La corriente eléctrica es dirigida a un circuito exterior.

Cuando hay luz solar, una célula solar se comporta casi como una batería. La luz solar recibida separa los electrones de modo que forman una capa de carga positiva y una de carga negativa en la célula solar; esta diferencia de potencial genera una corriente eléctrica. Estos paneles se conectan a su vez a una batería que almacena la electricidad generada y es esta carga la que se utiliza. Los paneles solares se componen de células fotovoltaicas (PV), que convierten la luz solar en electricidad de corriente continua (DC) durante las horas del día.

Ventajas y desventajas de la utilización de paneles solares 

Son muchas las ventajas que ofrecen los paneles solares y el autoconsumo eléctrico y, por ello, cada vez más personas se suman al uso de las energías renovables, sostenibles y limpias.

Ventajas:

• Se obtiene energía de los rayos solares, una fuente totalmente natural y considerada inagotable.
• Se contamina mucho menos al producir energía limpia.
• Autosuficiencia energética.

Desventajas:

• Requieren un desembolso inicial elevado, aunque esto va mejorando con el tiempo y, de hecho, últimamente han bajado sus precios.
• En algunos países hay tasas e impuestos y las energías renovables todavía reciben poco apoyo.
• Necesitan una ubicación concreta para aprovechar al máximo la luz y ser más efectivos.

Antecedentes(Vehículos eléctricos)

El vehículo eléctrico (VE) es anterior al vehículo de combustión interna (VCI) y que a finales del siglo pasado ya aparecen junto a los vehículos de vapor. Los VE fueron superiores y más aceptados que los vehículos (VCI) hasta 1920, cuando la relación prestaciones/precio de los motores de gasolina condena al vehículo eléctrico a su desaparición.

Se han fabricado vehículos eléctricos teniendo como fin el turismo, ya que estos no alcanzan velocidades mayores a los 30 Km/h y su autonomía es muy corta, Los VE debutaron en Europa en el año 1880 y aparecieron en América en 1920, pero hacia 1970 el VE comenzó a ser fabricado de nuevo y ha continuado hasta ahora, a pesar de haber tenido problemas con la autonomía y el precio, pero este resulta una buena alternativa para el uso de energías limpias y renovables.

En Colombia la evolución del auto eléctrico ha sido muy escasa y por tanto nula la correspondiente a autos alimentados por energía solar. Existen algunos prototipos del estilo “micromachine” elaborados en nuestro país, que utilizan pequeños motores a combustión, improvisados motores eléctricos o tracción humana por pedal, el cual sirvió de plataforma para llevar a cabo este proyecto.

Se plantea construir un vehículo a escala controlado a distancia e impulsado por energía solar convertida a energía eléctrica por medio de paneles solares. 

Dispositivos y elementos necesarios para la implementación de un vehículo alimentado por energía solar.

• Ruedas: Las ruedas constituyen la masa no suspendida de un vehículo, es decir, el punto de apoyo del automóvil sobre el suelo. Sus pequeñas zonas de contacto con el piso soportan el peso del vehículo y de su carga, lo sujetan al suelo para resistir esfuerzos laterales y absorben las vibraciones que las pequeñas desigualdades del terreno causarían al vehículo, a la vez transmiten la fuerza del motor en el avance y la de los frenos en las paradas.
• Componentes eléctricos: Los componentes eléctricos son todos aquellos que utilizan la
• Electricidad para permitir la acción a otros dispositivos mediante la conversión de energía o su propio funcionamiento.

Sistema fotovoltaico

El interés general por la energía solar se ha acrecentado en los últimos años. Se trata de la más atractiva de las fuentes energéticas alternativas del futuro, no solo por ser limpia y gratuita, sino también por su abundancia y su carácter inagotable a recreaciones escala humana. Es por esto que se propuso lograr un auto eléctrico alimentado por energía solar. La estructura del sistema fotovoltaico para el vehículo alimentado por medio de energía solar se basa de los siguientes componentes: La energía del Sol se convierte directamente en electricidad por las celdas solares, esta electricidad es almacenada en baterías. Un controlador recibe la energía de las baterías y mueve un motor.

Modelo vehiculo alimentado por energia solar 

• Trozos de plastoform
• RuedasFutur de autos de juguete
• Arandelas pequeñas
• Tubos de puntabola de plástico
• Motor de auto de juguete
• Cables delgados
• Celda solar
• Poleas
• Trozos de alambre

Inicialmente se realizará la fabricación de la estructura del vehículo, como lo es el chasis y el sistema de ejes para las ruedas. Se coloca un motor con su respectiva polea sobre el chasis. El motor se sujeta con un trozo de lata o simplemente usando silicona caliente.  Se hacen las conexiones al motor. Debemos conectar una pila para asegurarnos que el motor gire en la dirección apropiada.

El efecto fotoeléctrico 

El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por un material cuando se lo ilumina con radiación electromagnética (luz visible o ultravioleta, en general). A veces se incluye en el término efecto fotoeléctrico dos otros tipos de interacción entre la luz y la materia: Fotoconductividad. Es el aumento de la conductividad eléctrica de la materia o en diodos provocada por la luz. Descubierta por Willoughby Smith en el selenio hacia la mitad del siglo 19. Efecto fotovoltaico. Transformación parcial de la energía luminosa en energía eléctrica. La primera célula solar fue fabricada por Charles Fritts en 1884. Estaba formada por selenio recubierto de una fina capa de oro. El efecto fotoeléctrico fue descubierto y descrito por Heinrich Hertz en 1887. La explicación teórica solo fue hecha por Albert Einstein en 1905 quien basó su formulación de la fotoelectricidad en una extensión del trabajo sobre los quantos de Max Planck. Más tarde Robert Andrews Millikan pasó diez años a hacer experiencias para demostrar que la teoría de Einstein no era correcta… y demostró que sí lo era. Eso permitió que Einstein y él compartieron el premio Nobel en 1923.

Conclusiones 

Gracias a las energías limpias se puede hacer una amplia aplicación y aprovechamiento de los recursos naturales

La energía fotovoltaica es una buena opción como alternativa a las energías tradicionales que además de tener un límite generan daños al medio ambiente, la energía solar fotovoltaica es limpia, no genera mayores daños al medio ambiente, además de que es una fuente de energía inagotable, es de gran utilidad.

En este caso se utilizara la producción de energía eléctrica creada a través de unos procesos gracias a unas celdas solares o fotovoltaicas con el fin de generar el impulso necesario para poder crear movimiento en un vehículo a escala.

Mitigación impacto ambiental

En Colombia De acuerdo con Naturgas, el mayor contaminante del aire es el material particulado fino (PM2, 5), que es producido por los vehículos que utilizan gasolina y diésel, así como por las industrias que operan con carbón. En los indicadores presentados, se encontró que Cartagena, Medellín, Bogotá y Cali tienen niveles de contaminación muy superiores al recomendado por la Organización Mundial de la Salud, pues las concentraciones de material particulado fino está entre 50% y 350% por encima del nivel recomendado. Con la implementación de un sistema vehicular alimentado por energía solar, ayudamos a mitigar los alarmantes índices de contaminación producida por el sistema vehicular actual

Referencias

• https://www.factorenergia.com/es/blog/noticias/energias-renovables-caracteristicas-tipos-nuevos-retos/
• https://solar-energia.net
• https://blog.celsia.com/que-son-como-son-paneles-solares/
• https://www.ecologiaverde.com/que-son-los-paneles-solares-y-como-funcionan-1836.html
• https://www.portafolio.co/innovacion/energias-renovables-en-colombia-502061