Trabajo de Grado Supercondensadores
-
Upload
henry-coerdoba -
Category
Documents
-
view
222 -
download
0
description
Transcript of Trabajo de Grado Supercondensadores
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
1/82
SUPERCONDENSADORES COMO COMPLEMENTO PARA BATERIA EN EL
ALMACENAMIENTO DE ENERGIA SOLAR
DAVID LEONARDO CASTILLO LLANOS
UNIVERSIDAD ANTONIO NARIO
FACULTAD DE INGENERIA ELECTROMECANICA
BOGOTA D.C
2015
1
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
2/82
SUPERCONDENSADORES COMO COMPLEMENTO PARA BATERIA EN EL
ALMACENAMIENTO DE ENERGIA SOLAR
DAVID LEONARDO CASTILLO LLANOS
Cod. 1043092835
UNIVERSIDAD ANTONIO NARIO
FACULTAD DE INGENERIA ELECTROMECANICA
BOGOTA D.C
2015
2
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
3/82
NOTA DE ACEPTACION
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
FIRMA PRESIDENTE DE "URADO
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
FIRMA DEL "URADO
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
FIRMA DEL "URADO
Bo#o$% D.C. A#o&$o d' 2015
3
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
4/82
INTRODUCCION
2. IDENTIFICACION DEL PROBLEMA........................................................14
2.1 Antecedentes del Problema.................................................................14
2.2 Descripcin del problema....................................................................15
2.3 Formulacin de problema...................................................................16
3. "USTIFICACION....................................................................................16
4. OB"ETIVOS..........................................................................................17
4.1. Objetivo general...............................................................................17
4.2. Espec!icos......................................................................................17
". MARCO DE REFERENCIA......................................................................18
".2 #A$%O &EO$'%O...............................................................................22
".2.1 (eneralidades................................................................................22
".2.2 )erramientas de 'nnovacin.............................................................22
".2.3. *entajas de +upercondensadores....................................................23
".2.4. Automviles ,bridos.......................................................................23
".2.4.1 Actualidad automviles ,bridos......................................................24
".2." Almacenamiento de energa............................................................26
".2.- Autobuses euipados con supercondensadores.................................27
".2./ +upercondensadores.......................................................................28
".2./.1 +istemas basados en supercondensadores.....................................30
".3 #A$%O %O0%EP&A........................................................................33
".3.1 a promesa del +upercondensador...................................................33
".3.2 %mo realia el nuevo electrodo.......................................................34
".3.3 +istema de recuperacin de energa..................................................35
".3.3.1 Dispositivos de almacenamiento de energa..................................35
".3.3.3 #odelo de la atera..................................................................37
".3.3.4 &ecnologa del +upercondensador...............................................38
".3.3." #odelo del +upercondensador....................................................39
".3.3.5 Descarga del +upercapacitor a Potencia %onstante.......................42
".4 #A$%O #E&ODOO('%O....................................................................43
".4.1 &ipo de 'nvestigacin.......................................................................43
4
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
5/82
".4.2 )iptesis de la 'nvestigacin.............................................................43
".43 &6cnicas de $ecoleccin de datos.....................................................43
-.RESULTADOS DE LA INVESTIGACION...................................................44
-.1 Descripcin del sistema.....................................................................44-.1.1 Panel solar -78 12*....................................................................44
-.1.2 +upercondensadores 2./* "77F....................................................46
-.1.2 $egulador de voltaje de 12 *.........................................................48
-.1.2 atera de 12 *...........................................................................49
-.2 Diagrama el6ctrico sistema................................................................51
-.2.1 Diagrama el6ctrico supercondensadores.........................................53
-.2.1 Diagrama el6ctrico de Optimiacin de energa................................55
-.3 #ontaje............................................................................................57-.4 Pruebas pr9cticas.............................................................................65
-.4.1 Descarga supercondensador.........................................................65
-.4.3 Descarga atera........................................................................72
-.4.4 %arga atera.............................................................................74
-.4." %arga banco solar.......................................................................75
/. GUIA ALMACENAMIENTO DE ENERGIA SOLAR ENSUPERCONDENSADORES.......................................................................78
5
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
6/82
LISTADO DE FIGURAS
F(#)*+ 1atera solar.................................................................................14
F(#)*+ 2+upercondensador de 2:/ voltios....................................................16
F(#)*+ 3+upercondensador........................................................................18
F(#)*+ 4Automviles )bridos.....................................................................19
F(#)*+ 5+upercondensador de (ra!eno.......................................................20
F(#)*+ ,Auto buses )bridos......................................................................21
F(#)*+ Esuema Automviles )bridos.......................................................24
F(#)*+ 8atera (ra!eno............................................................................25
F(#)*+ 9 automviles *olvo.........................................................................26F(#)*+ 10Autob;s supercondensadores.......................................................28
F(#)*+ 11 +upercondensador de 477 Faradios
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
7/82
LISTA TABLAS
T+-+ 1 %oe!icientes de temperatura..............................................................45
T+-+ 2 Especi!icaciones tecnicas.................................................................46
T+-+ 3 Especi!icaciones tecnicas.................................................................47
T+-+ 4Especi!icaciones tecnicas.................................................................48
T+-+ 5 Descarga de supercondensadores....................................................66
T+-+ ,%arga +upercondensadores 1..........................................................68
T+-+ %arga +upercondensadores 2..........................................................70
T+-+ 8 Descarga de la batera...................................................................72T+-+ 9 %arga atera................................................................................74
T+-+ 10 %arga +istema.............................................................................76
7
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
8/82
LISTA DIAGRAMA
D(+#*+/+ 1 Diagrama el6ctrico sistema........................................................52
D(+#*+/+ 2 Diagrama supercondensadores..................................................53
D(+#*+/+ 3 Diagrama Optimiacin.............................................................56
8
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
9/82
LISTA GRAFICAS
G*+(+& 1 Descarga +upercondensador......................................................67
G*+(+& 2 %arga +upercondensador 1.........................................................69
G*+(+& 3%arga +upercondensador 2.........................................................71
G*+(+& 4 Descarga atera.......................................................................73
G*+(+& 5%arga atera...........................................................................75
G*+(+& , %arga +istema..........................................................................77
9
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
10/82
RESUMEN
El presente trabajo de investigacin tiene como objetivo principal dise>ar unsistema de almacenamiento de energa solar: para este !in se emplean nuevas
tecnologas ue sirvan como complemento a la batera en su proceso de carga ?
durante el tiempo ue se encuentre descargada.
Por tal ran los supercondensadores surgen como un componente idneo para
almacenar los picos de energa generados por destellos de lu solar durante el
trascurso del da.
Para lograr el objetivo el presente trabajo se ,a dividido en dos partes a saber@
na primera parte donde el lector podr9 encontrar todos los conceptos tericos del
!uncionamiento de los +upercondensadores ? de las aplicaciones dadas en el
mundo ? una segunda parte donde se describir9n los resultados encontrados en la
implementacin de los +upercondensadores como complemento durante la carga
de la batera ? del !uncionamiento del banco solar.
10
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
11/82
ABSTRACT
&,is degree orB ,as as main objective to design a s?stem !or storing solarenerg?: ne tec,nologies !or t,is purpose serve to supplement t,e batter?
c,arging process and in addition during t,e time it is disc,arged are used.
For t,is reason supercapacitors emerge as a suitable component !or storing
energ? peaBs generated b? !las,es o! sunlig,t during t,e da?.
&o ac,ieve t,e goal o! t,is orB ,as been divided into to parts namel?@ a !irst part,ere t,e reader ill !ind all t,e t,eoretical concepts o! t,e operation o!
+upercapacitors and application given in t,e orld and a second section ill be
described t,e results encountered in t,e implementation o! +upercapacitors
supplement during batter? c,arging and operation o! t,e solar banB.
11
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
12/82
INTRODUCCION
En un mundo globaliado ? cada ve m9s competitivo: se busca emplear nuevas
tecnologas ue sirvan como solucin a problemas presentes en elaprovec,amiento de la energa solar: por tal motivo se busca tener ma?or
e!iciencia en el proceso de almacenamiento de dic,a energa.
os supercondensadores son dispositivos ue contribu?en en el almacenamiento
de energa: logrando con ellos tener ma?or capacidad de carga en menos tiempo
de los ue se lograran con una batera tradicional.
En el presente trabajo de grado se dan a conocer los pasos ? resultados de la
construccin del banco solarC tratando de comprobar las cualidades de los
supercondensadores: logrando optimiar la energa proporcionada por el panel
solar ? su almacenamiento. Para este !in el investigador se apo?ar9 en los
conocimientos aduiridos durante la carrera: las ense>anas ? aportes de los
educadores en el campo de almacenamiento de energa: lo cual permite dise>ar e
implementar un sistema basado en energa solar.
&ambi6n se mostraran los c9lculos: las gr9!icas obtenidas en las pruebas de carga
? descarga de la batera ? del sistemaC evidenciando su comportamiento en estos
dos procesos.
Adicionalmente los supercondensadores son dispositivos de potencia ue pueden
almacenar r9!agas de energa en cortas !racciones de tiempo ? pueden
proporcionar descargas de energa en cortos tiemposC logrando unaprovec,amiento de la energa generada por el sistema solar. o anterior se
tratar9 de comprobar con las pruebas a realiar durante el desarrollo del
presente trabajo de grado.
12
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
13/82
El investigador buscar9 dise>ar e implementar un sistema el cual pueda
almacenar la totalidad de la energa generada por un panel solar de -7 vatiosC
para ello es de vital importancia utiliar las cualidades de r9pido almacenamiento
de los supercondensadores.
Adicionalmente se dise>ar9n los respectivos diagramas el6ctricos del sistema:
implementando las normas industriales sobre la codi!icacin de colores de las
instalaciones el6ctricas ? de proteccin de las mismas.
El presente trabajo contendr9 todas los ,allagos ? resultados propios del
desarrolloC esperando ue dic,as vivencias sirvan como !undamentos paratrabajos !uturos sobre el almacenamiento de energa.
13
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
14/82
2. IDENTIFICACION DEL PROBLEMA
2.1 A$''d'$'& d' P*o-'/+
as bateras: son elementos dise>ados para el almacenamiento de energa: sin
embargo durante su proceso de carga se reuieren tiempos mu? largos: por esta
ran no tienen la capacidad de almacenar los picos m9imos de energa
producida por un panel solar.
as bateras convencionales: son dispositivos ue tienen alta densidad de energa
? pueden almacenar una gran cantidad de energa el6ctrica: dic,o proceso
reuiere ,oras para cargar ? descargar.
Adicionalmente en los sistemas donde la energa es proporcionada por la batera
se presenta un problema cuando 6sta es descargada totalmente: dado ue para
volverla a cargar toma un tiempo largo.
F(#)*+ 1 atera solar
F)'$'@ ,[email protected].,tml
14
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
15/82
2.2 D'&*(( d' *o-'/+
Actualmente en la !acultad de ingeniera mec9nica se cuenta con un sistema de
paneles solares dise>ado e implementado para el aprovec,amiento de energasolar: para almacenar esta energa se usa una batera: la cual se encuentra
limitada en su velocidad de carga dadas a sus caractersticas !sico umicas: lo
cual ,ace ue se pierda gran cantidad de energa cuando se tiene alta radiacin
solar.
%uando se suministra energa a una carga se reuiere de tiempo signi!icativo para
la descarga: lo cual es un inconveniente cuando se tienen cargas ue necesitanalto suministro de corriente en un intervalo peue>o de tiempo.
Adicionalmente los sistemas instalados no cuentan con un mecanismo ue de
apo?e a la batera en momentos ue se encuentre descargada totalmente:
creando as un problema para el !uncionamiento del sistema en tempranas ,oras
del da ? en momentos ue la batera no cuente con carga.
Por tal ran se ,ace necesario implementar un mecanismo ue nos a?ude a
mejorar la e!iciencia de la batera durante el proceso de carga ? descarga.
&ambi6n es necesario dise>ar un sistema ue proporcione apo?o a la batera en
momentos ue no cuente con la energa su!iciente para el !uncionamiento del
sistema.
Esperando as tener el ma?or almacenamiento de la energa generada por el
panel solar ? una alta e!iciencia del sistema durante su !uncionamiento.
15
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
16/82
2.3 Fo*/)+( d' *o-'/+
Ga implementacin de +upercondensadores como complemento para la carga ?
descarga de la batera permitir9 tener m9s e!iciencia en el proceso dealmacenamiento ? distribucin de la energa solarH
3. "USTIFICACION
a duracin de las bateras depende de la cantidad de carga ue almacenen:
independientemente de su uso. &ienen una vida ;til de unos 3 a>os o m9s si se
almacenan con un 47I de su carga m9ima: cualuier batera:
independientemente de su tecnologa: se deteriora si se almacena sin carga.
os supercondensadores pueden ser cargados ? descargados entre cien ? mil
veces m9s r9pido ue una batera convencional: estos dispositivos son una nueva
clase de bateras. )asta a,ora: los supercondensadores ,an reemplaado a las
bateras en aplicaciones tales como reservas para electricidad ? electrnica: al
control de las ,ojas de las turbinas ? la apertura de emergencia de las puertas del
autob;s.
F(#)*+ 2 +upercondensador de 2:/ voltios
F)'$'@ .supercondensadores.com
16
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
17/82
4. OB"ETIVOS
4.1. O-'$(6o #''*+
%onstruir un banco con un panel solar de "7 vatios: una batera de litioion
calculada para esta potencia: supercondensadores en paralelo con la !uente:
cargas ? una gua ue permita realiar una pr9ctica de laboratorio.
Optimiar el uso de la batera en el almacenamiento de energa solar con el uso
de supercondensadores conectados en paralelo con la batera.
4.2. O-'$(6o& E&'7(o&
%onstruir un banco solar similar a los eistentes en la !acultad de ingeniera
electromec9nica adicion9ndoles los supercondensadores. $ealiar el an9lisis de energa de carga de la batera generando los datos ?
represent9ndolos en !orma gr9!ica. (enerar los datos de tiempo de carga de la batera: as mismo midiendo
estas variables al momento de la descarga de la batera ? de los
+upercondensadores. Dise>ar una gua ue permita realiar una pr9ctica con el banco para el
aprendiaje de los estudiantes de 'ngeniera Electromec9nica ? #ec9nica
de la niversidad Antonio 0ari>o.
5. MARCO DE REFERENCIA
17
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
18/82
Durante el desarrollo del presente trabajo se encontr entre otros los siguientes
trabajos relacionados con supercondensadores en el almacenamiento de
energa@
'D&ec,E: empresa dedicada a la investigacin de mercados ? en!ocada a nuevas
tecnologas: ,a publicado un interesante estudio comparando la viabilidad de las
bateras de ion litio ? la incipiente mejora de los supercondensadores.
F(#)*+ 3 +upercondensador
F)'$'orococ,eselectricos.com
+eg;n el estudio J+upercapacitors can destro? t,e lit,iumion marBetK los avances
en supercondensadores durante los ;ltimos a>os se ,an sucedido muc,o m9s
r9pido ue en el campo de las bateras de ion litio: lo ue podra poner en jaue el
mercado de est9s ultimas.
F(#)*+ 4 Automviles )bridos
18
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
19/82
F)'$',ttp@!orococ,eselectricos.
a principal di!erencia entre bateras ? supercondensadores es ue los
supercondensadores son acumuladores !sicos: no umicos como las bateras: ?
su sistema de almacenamiento se basa en la separacin de cargas. as cargas se
desplaan muc,o m9s r9pido ue los iones
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
20/82
F)'$',ttp@!orococ,eselectricos.
+in embargo 'D&ec,E calcula ue para 2724 el mercado de supercondensadores
alcanar9 los -."77 millones de dlares: superando al de las bateras. Esta
prediccin tan arriesgada se !undamenta en los ;ltimos logros en
supercondensadores: ue en algunos casos ,an demostrado capacidades de 3"
8,Bg. Aunue no pareca muc,o 0anotune &ec,nologies asegura ue alcanar9
los "77 8,Bg en los primos a>os: doblando la densidad energ6tica de las
actuales bateras de ion litio.
Pero no se trata solo de 0anotune: #aell &ec,nologies: un gigante del sector de
condensadores: espera triplicar mu? pronto la densidad energ6tica de sus
productos ? los !abricantes de condensadores basados en gra!eno ue apuntan a
los 277 8,Bg. 2
F(#)*+ ,Auto buses )bridos
2 http://forococheselectricos.com/2014/07/los-supercondensadores-acaaran-con-las-aterias-de-ion-litio.html
20
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
21/82
F)'$'@ ,ttp@!orococ,eselectricos.
En cualuier caso los epertos creen ue los condensadores no tienen ue llegar
a igualar en capacidad a las bateras de ion litio para ,acerse con un buen troo
del mercado de bateras. (racias a otras ventajas: como duracin: potencia ?
seguridad: ?a se ,a ,ec,o con un 1I de este mercado teniendo tan solo una
cent6sima parte de esa densidad energ6tica.
El Dr. Peter )arrop: coautor del estudio: pronostica ue una mejora desde los /
8,Bg actuales a 47 8,Bg podra multiplicar por 17 la participacin de esta
tecnologa en el mercado: incluso teniendo en cuenta !uturas mejoras en el
rendimiento de las bateras de ion litio. Alcanar la ci!ra de 177 8,Bg igualara la
luc,a entre las dos tecnologas.3
os supercondensadores encuentran su uso en autobuses ,bridos: como los ue
recorren arcelona ? muc,as ciudades %,inas: Estadounidenses: en el sistema dearranue de camiones ? seran un complemento per!ecto para ve,culos ,bridos.
3.L. indu,ea: A.%. $en!re: #. arnes: Jltracapacitor Energ? +torage !or #icro(rid #icrogenerationK:t,e 4t, 'nternational %on!erence on Poer Electronics: #ac,ines and Drives: 2775.
21
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
22/82
5.2 MARCO TEORICO
5.2.1 G''*+(d+d'&
os supercondensadores son dispositivos electroumicos capaces de sustentar
una densidad de energa alta en comparacin con los condensadores normales:
presentando capacitancias miles de veces ma?or ue la de los condensadores
electrolticos de alta capacidad.
5.2.2 '**+/('$+& d' Io6+(
El primer supercondensador !ue patentado por el ingeniero el6ctrico ). E. ecBeren 1M"/: ? se basaba en el principio de aumento del 9rea de las placas:
produciendo un aumento en el 9rea de las placas ? por tanto en la capacitancia.
El primer supercondensador comercial lo !abric +tandard Oil o! O,io en 1M-M:
con una inter!a de carbono. A pesar de los enormes problemas derivados de la
enorme resistencia interna de los primeros supercondensadores: en los siguientes
veinte a>os !ueron utiliados para el desarrollo de los primeros magnetoscopiosC
usando para ello inter!aces de carbono con placas de aluminio en plasma. 4
En 1MM1: se !abric elprimer supercondensador ue present una baja resistencia
interna. Estos dispositivos genero un gran inter6s por su posible aplicacin en
automviles ,bridos: por lo ue se impuls su investigacin en todo el mundo.na
de las m9s importantes !ue la iniciada en 1MM5 por el Departamento de Energa de
los Estados nidos ? ue a;n sigue vigente: actualmente los supercondensadores
comerciales son de base carbono con un electrolito de metal alcalino. El principal
productor es #aell: actualmente la investigacin con supercondensadores se
4!e.in".puc.cl/po!er/alumno12/almacena/#upercondensadores.html
22
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
23/82
est9 en!ocando en autos ,bridos ? su uso en sistemas de energa solar ? energa
elica. "
5.2.3. V'$++& d' S)'*od'&+do*'&
a investigacin en supercondensadores se encuentra motivada por las enormes
ventajas ue su uso representa para el desarrollo de circuitos el6ctricos como@
(ran perodo de operacin %apacidad de manejar altos valores de corriente *alor de carga !9cil de monitorear Alta e!iciencia (ran rango de tensin (ran rango de temperatura %iclos de !uncionamiento largos Facilidad de mantenimiento
5.2.4. A)$o/6('& :7-*(do&
En cuanto las aplicaciones de los supercondensadores: 6stos pueden utiliarse en
automviles el6ctricos o ,bridos. Otorgaran la enorme carga el6ctricaalmacenada en mu? poco tiempo ue a?udaran a accionar el motor el6ctrico
cuando el ve,culo se encuentre en alto total. Posteriormente: el
supercondensador se volvera a cargar relativamente r9pido para volver a ceder
su carga el6ctrica en alg;n otro alto. ajo este mismo principio: un
supercondensador podra apo?ar con potencia el6ctrica a un motor de un
elevador: por ejemplo. &ambi6n: podra utiliarse para alimentar el6ctricamente
dispositivos electrnicos como mviles: relojes: c9maras !otogr9!icas: entre otros:
durante periodos relativamente largos. -
5http://!e.in".puc.cl/po!er/alumno12/almacena/#upercondensadores.html
23
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
24/82
F(#)*+ Esuema Automviles )bridos
F)'$',[email protected]
supercondensadores
5.2.4.1 A$)+(d+d +)$o/6('& :7-*(do&
El nuevo nano material testado por *olvo: permite !abricar pieas de coc,e
capaces de almacenar la energa del !reno regenerativo para alimentar ,asta con
12 voltios el sistema del coc,e: reduciendo el peso del ve,culo ,asta en un 1"I.
a implementacin de bateras ? sistemas de almacenamiento de energa m9s
e!icientes en los coc,es ,bridos ? el6ctricos supondr9 todo un revulsivo para esta
industria ? el despegue de!initivo de este tipo de ve,culos sostenibles dentro del
mercado del automvil. Por eso compa>as automovilsticas como *olvo ,an dado
un paso m9s en esta carrera de !ondo: desarrollando un revolucionario sistema de
almacenamiento de energa para coc,es el6ctricos ue tratar9 de sustituir a las
bateras actuales.
a novedad de este nuevo sistema reside en la implementacin de bateras nano
estructuradas ? supercondensadores ue podran o!recer un almacenamiento de
energa m9s ligero ? con un menor consumo de espacio en el ve,culo.
24
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
25/82
F(#)*+ 5 atera (ra!eno
F)'$'@ ,ttp@blogt,inBbig.combateriascoc,esgra!eno
a solucin al problema de las bateras actuales se ,a centrado en el dise>o de un
nuevo compuesto a partir de la combinacin de !ibra de carbono ? una resina
polim6rica: con la ue se obtiene un nano material ue colabora de !orma conjunta
con supercondensadores estructurales. Este compuesto permite ser moldeado
gracias a la !ibra de carbono para adaptarse a la !orma de las di!erentes partes del
ve,culo: uedando completamente integrado en la propia carrocera: los panelesde las puertas ? el portn del maletero.
De esta !orma se consigue un a,orro considerable del peso ? el espacio ocupado
por estos componentes: uedando los supercondensadores per!ectamente
integrados en la estructura del ve,culo. El material se recarga bien por el uso del
!reno regenerativo: bien conect9ndose a una !uente de alimentacin tal ? como lo
,acen los ve,culos ,bridos o el6ctricos actuales. Dic,a energa almacenada en
el material: se trans!iere al motor el6ctrico ? al resto de sistemas el6ctricos del
ve,culo: permitiendo tiempos de recarga ? almacenamiento muc,o m9s r9pidos
ue las bateras actuales.
25
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
26/82
F(#)*+ 9 automviles *olvo
F)'$'@ ,ttp@blogt,inBbig.combateriascoc,esgra!eno
5.2.5 A/+'+/('$o d' ''*#7+
no de los usos m9s etendidos de supercondensadores es su uso en sistemas
micro electrnicos: memorias de computadoras: relojes ? c9maras de alta
precisin. +u uso permite mantener el !uncionamiento de los dispositivos durante
,oras e incluso das. na aplicacin estudiada ampliamente en la actualidad es el
uso de supercondensadores en sistemas P+. +e utilian para !acilitar la
trans!erencia de energa: ,acer m9s e!iciente la carga de energa el6ctrica:
permitiendo el aislamiento de los sistemas P+ para el !uncionamiento de
sistemas el6ctricos.
n euipo de investigadores de una universidad de %orea del +ur ,a conseguido
producir bateras para coc,e basadas en supercondensadores de gra!eno en
polvo: ue se pueden cargar en segundos: ? ue adem9s tras muc,os ciclos no
pierden capacidad de carga signi!icativa. a capacidad de estas bateras sera del
orden de las de litios empleadas actualmente de !orma masiva. /
7,ttp@blogt,inBbig.combateriascoc,esgra!eno
26
http://blogthinkbig.com/baterias-coches-grafeno/http://blogthinkbig.com/baterias-coches-grafeno/ -
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
27/82
os supercondensadores pueden cargar ? descargar entre cien ? mil veces m9s
r9pido ue las bateras convencionales. Esta nueva clase de bateras: llamadas
supercondensadores a micro escala a base de gra!eno: est9n ,ec,as de una capa
de un 9tomo de carbono de espesor. Adem9s: su !abricacin es relativamentesencilla ? se podr9 integrar !9cilmente a distintos aparatos. Para desarrollar su
nuevo micro supercondensador: los investigadores utiliaron una l9mina
bidimensional de carbono: conocido como gra!eno.
5.2., A)$o-)&'& ';)(+do& o &)'*od'&+do*'&
En Pars est9n probando autobuses ,bridos de la empresa #A0 euipados con
supercondensadores aparte de un motor di6sel. El arranue lo realian los
motores el6ctricos con la energa de los supercondensadores ? el motor di6sel se
pone en !uncionamiento una ve el autob;s est9 en marc,a. As se obtiene un
a,orro de combustible del 272"I ? una reduccin de la contaminacin sonora. 5
F(#)*+ 10Autob;s supercondensadores
8,[email protected]"paristestsane,?bridbust,atusesultracapacitors
27
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
28/82
F)'$'@ .autobloggreen.com
5.2. S)'*od'&+do*'&
os supercondensadores est9n !ormados por pares de placas conductivas
separadas por un medio diel6ctrico. Nstos se di!erencian de un condensador o
capacitor normal en ue o!recen una alta capacitancia en poco espacio. Adem9s:
los supercondensadores tienen una super!icie de electrodos signi!icativamente
m9s grande ue la de los condensadores normales: acoplada con una placa
el6ctrica delgada entre el electrodo ? el electrolito.
&ienen la capacidad de ser cargados ? descargados en mu? poco tiempo: lo cual
los ,ace apropiados antes interrupciones de suministro de poca duracin.
Desarrollos recientes ,an logrado ue esta tecnologa pueda lograr una densidad
de energa de -78,Bg ? densidad de potencia de 177.777 8Bg. n condensador
de alta capacidad tiene un gran rendimiento
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
29/82
F)'$'@ .supercondensadorespolianilna
Adem9s de los supercondensadores de carbono: ,a? otros con una ma?orcapacidad a;n. (eneralmente est9n basados en polmeros conductores como la
polianilina: el polipirrol: el politio!eno: entre otros.
as capacidades de los supercondensadores basados en polmeros conductores
est9n en el orden de los cientos de Faradios por gramo. Para una velocidad de
carga ? descarga ma?or: es pre!erible ue el polmero sea lo m9s poroso posible.
Esto !acilita la interaccin de los iones en solucin con las cadenas polim6ricas.a ventaja de estos dispositivos con respecto a los de carbono: es ue pueden
almacenar cientos de veces m9s carga el6ctrica: la desventaja: es ue su vida ;til
es sensiblemente menor. Actualmente: se realia una amplia investigacin
cient!ica para ,acerlos m9s e!icientes.
Posteriormente: el supercondensador se volvera a cargar relativamente r9pido
para volver a ceder su carga el6ctrica en alg;n otro alto. ajo este mismo
principio: un supercondensador podra apo?ar con potencia el6ctrica a un motor de
un elevador.
29
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
30/82
%omo podemos ver: el supercondensador sera un dispositivo intermedio entre
una batera el6ctrica ? un condensador convencional. En ciertas condiciones
podra utiliarse como batera: ? en otras: como condensador. +era como obtener
un enorme tanue para almacenar agua: ue a veces tenga la !uncin de presa: ?a veces de tanue para el lavado de botellas: como vimos en nuestra analoga.
5.2..1 S(&$'/+& -+&+do& ' &)'*od'&+do*'&
os supercondensadores son dispositivos de almacenamiento de energa el6ctrica
en !orma de cargas electroest9ticas con!inadas en peue>os dispositivos:
!ormados por pares de placas conductivas separadas por un medio diel6ctrico. a
construccin ? !uncionamiento es similar a un condensador convencional a gran
escala. n supercondensador puede llegar a tener capacidades del orden de miles
de !aradios. os supercondensadores son caracteriados por poder ser cargados ?
descargados en brevsimos perodos de tiempo: del orden de segundos o menos:
lo cual los ,ace especialmente apropiados para responder ante necesidades de
puntas de potencia o ante interrupciones de suministro de poca duracin. Ello es
debido a ue el almacenamiento de cargas es puramente electroest9tico.
F(#)*+ 12 +upercondensadores varios
F(#)*+@ As,utos, . +ing, ? alan #andar
30
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
31/82
En los ;ltimos a>os: los supercondensadores ,an surgido como una alternativa o
complemento importante para otros dispositivos de produccin o almacenamiento
de energa el6ctrica como las pilas de combustible o las bateras. a principal
virtud del primero !rente a los dos ;ltimos es la ma?or potencia ue es capa dein?ectar: aunue poseen una menor densidad de energa. Otras caractersticas de
los supercondensadores son la rapide de carga ? descarga: pueden proporcionar
corrientes de carga altas: cosa ue da>a a las bateras: el n;mero de ciclos de
vida de los mismos: del orden de millones de veces: no necesitan mantenimiento:
trabajan en condiciones de temperatura mu? adversas ? por ;ltimo: no presentan
en su composicin elementos ticos: mu? com;n en bateras.
a principal desventaja de los supercondensadores es la limitada capacidad de
almacenar energa. En realidad debido a sus di!erentes prestaciones:
condensadores ? bateras no son sistemas ue rivalicen entre s: sino m9s bien se
pueden considerar en muc,as aplicaciones como sistemas complementarios
donde la batera aporta la energa mientras el supercondensador aporta los picos
de potencia.
os materiales estudiados como electrodos para supercondensadores son
principalmente de tres tipos@ idos de metales de transicin: polmeros
conductores ? materiales de carbono activados. %on idos met9licos se ,an
conseguido valores de capacidad mu? altos: pero estos supercondensadores
tienen la desventaja de ue son ecesivamente caros ? por lo tanto slo se utilian
en aplicaciones militares ? en la industria aeroespacial. El uso de polmeros
conductores tambi6n puede dar lugar a capacidades relativamente altas: pero
estos materiales presentan el inconveniente de ue su!ren ,inc,amiento ?contraccin: lo cual es indeseable puesto ue pueden ocasionar la degradacin de
los electrodos durante los ciclos de carga ? descarga. Finalmente: los materiales
de carbono se presentan como los materiales activos del electrodo m9s atractivos:
debido a su bajo coste relativo: elevado 9rea super!icial
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
32/82
m2g1= ? gran disponibilidad. Adem9s: los materiales de carbono pueden
presentar unas estructuras di!erentes.
#uc,os cient!icos est9n trabajando para desarrollar: supercondensadores de bajocosto ligeros verdes con un alto rendimiento: ? a,ora dos investigadores ,an
desarrollado un nuevo electrodo supercondensador basado en una nano
estructura ,brida ,ec,a de un ido de ido de ,ierro cubierta eterior de nuel
,brido ? un conductor de ,ierronuel n;cleo. +u estructura de n;cleo: cortea
podra signi!icar m9s r9pido el tiempo ? duracin de la batera de carga en los
ve,culos el6ctricos ? electrnicos port9tiles. M
F(#)*+ 13 %omposicin +upercondensadores
F)'$'@ As,utos, . +ing, ? alan #andar %entro 0acional +0 ose
de %iencias 9sicas
9$shutosh %. #in"h & %al&an 'andal / (entro )acional #) *ose de (iencias *+sicas, ndia
32
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
33/82
+on electrodos de supercondensadores de alto rendimiento. En la 'uierda de la
Figura 13 se muestra@ campo de microscopio electrnico de barrido de emisin ?
microscopio electrnico de transmisin microgra!asC en la Derec,a@ vista en
seccin de un solo nano estructura ,brida.
%omo un dispositivo de almacenamiento de energa: los supercondensadores ,an
atrado una atencin considerable en los ;ltimos a>os debido a su ultraalta carga
? velocidad: ecelente estabilidad: vida de ciclo largo ? mu? alta densidad de
potencia de la descarga. 'magnese cargar su tel6!ono celular en tan slo unos
segundos o repostar un coc,e el6ctrico en m9s ue unos minutos: ue son a la
ve parte del !uturo prometedor ue supercondensadores podan o!recer.
5.3 MARCO CONCEPTUAL
En un artculo publicado en la revista Lornal o! App lied P,?sis: de A'P Publis,ing:
se in!orma de la t6cnica de !abricacin del electrodo nano estructura ,brida:
&ambi6n demuestran su rendimiento superior en comparacin con: electrodos de
supercondensadores no ,bridos eistentes. Puesto ue el ido de nuel ? ido
de ,ierro son materiales respetuosos con el medio ambiente ? baratas ue est9n
ampliamente disponibles en la naturalea: la novela electrodo promete
supercondensadores de bajo costo verde ? en el !uturo.
5.3.1 L+ *o/'&+ d' S)'*od'&+do*
os +upercondensadores son dispositivos electrnicos utiliados para almacenar
una cantidad etremadamente grande de cargas el6ctricas. &ambi6n sonconocidos como condensadores electroumicos: ? prometen alta densidad de
potencia: capacidad de velocidad alta: la estabilidad del ciclo ecelente ? alta
densidad de energa.
33
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
34/82
En los dispositivos de almacenamiento de energa: almacenar una carga el6ctrica
se llama Qdensidad de energaQ: una distincin de la Qdensidad de potenciaQ: ue
se re!iere a la rapide con la energa ue se entrega. %ondensadores
convencionales tienen alta densidad de potencia pero baja densidad de energa: loue signi!ica ue pueden cargar ? descargar r9pidamente ? liberar una r9!aga de
energa el6ctrica en un corto tiempo: pero no pueden contener una gran cantidad
de cargas el6ctricas.
as bateras convencionales: por otro lado: son lo contrario. &ienen alta densidad
de energa o puede almacenar una gran cantidad de energa el6ctrica: pero puede
tomar ,oras para cargar ? descargar. os +upercondensadores son un puenteentre los condensadores ? las bateras convencionales: ue combina las
propiedades ventajosas de alta potencia: alta densidad de energa ? baja
resistencia interna: ue puede reemplaar las bateras como !uente de energa
potencialmente m9s segura ? r9pida: !iable ? de dispositivos electrnicos ?
el6ctricos port9tiles en el !uturo.
En los supercondensadores: la alta capacidad: o la capacidad de almacenar una
carga el6ctrica: es !undamental para lograr una ma?or densidad de energa.
#ientras tanto: para lograr una ma?or densidad de potencia: es crtico tener una
gran 9rea de super!icie electroumicamente accesible: alta conductividad el6ctrica
? caminos de di!usin de iones cortos. #ateriales nanos estructurados activos
proporcionan un medio para estos !ines.
5.3.2 C/o *'+(
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
35/82
electrodos nanos estructura de conc,a: el electrodo de material ,brido demostr
ma?or capacidad: ma?or densidad de energa ? una ma?or carga: tiempo de
descarga.17
5.3.3 S(&$'/+ d' *')'*+( d' ''*#7+
5.3.3.1 D(&o&($(6o& d' +/+'+/('$o d' ''*#7+
os dispositivos de almacenamiento de energa se pueden clasi!icar en dos tipos
de acuerdo a la !orma en ue almacenan la energa@ dispositivos de
almacenamiento directo ? de almacenamiento indirecto. En el almacenamiento
directo si la energa es el6ctrica se almacena en dispositivos el6ctricosC si la
energa es magn6tica: eisten sistemas de almacenamiento de energa magn6tica
por superconduccin. os supercondensadores almacenan la carga el6ctrica por
medio de sus electrodos mientras ue los magn6ticos almacenan la carga
magn6tica a trav6s de un n;cleo superconductor. En el almacenamiento indirecto
se usan t6cnicas para almacenar la energa en !orma de calor: aire comprimido e
,idrgeno sin embargo: esta !orma no es tan e!ectiva pues ,a? ocasiones en ue
se pierde m9s energa de la ue se puede almacenar. En el transporte las bateras,an sido la !uente de energa el6ctrica durante muc,os a>os ? ,o? en da en
combinacin con los supercondensadores: resultan ser en conjunto una !uente de
energa atractiva ? e!iciente para su aplicacin en ve,culos el6ctricos. 11
10$shutosh %. #in"h, %al&an 'andal n"eniera de alta electrodo supercapacitor rendimientoasado en e-)i / e23-)i11simulacin de un sistema de recuperacin de ener"a asado ensupercapacitores con aplicacin en traccin elctrica tesis/ in". +n "nacio u+re ern+nde
35
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
36/82
F(#)*+ 14Diagrama loues
F)'$'@ %lasi!icacin de los Dispositivos de Almacenamiento de Energa
5.3.3.2 T'oo#7+ d' + B+$'*7+
a batera es un dispositivo indispensable en el accionamiento del motor de
ve,culos de combustin interna ? ve,culos el6ctricos. )a sido utiliada durante
muc,os a>os debido a su alta densidad de energa. na batera es una unidad
el6ctrica ? mec9nica ue convierte energa umica en energa el6ctrica cuando se
descarga ? viceversa cuando se carga. En la ma?ora de los casos una batera es
un arreglo de celdas electroumicas en la cuales se genera un potencial el6ctrico
entre los electrodos
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
37/82
ion=. %on la aparicin de los supercondensadores 13? combin9ndolos con la batera
es posible etender el tiempo de vida de una batera.
Para las aplicaciones de en una batera se debe tener en cuenta lo siguiente@
Densidad de energa@ cantidad de energa almacenada por unidad de masa. Densidad de potencia@ cantidad de potencia por unidad de masa. *oltaje de cada celda@ voltaje en las terminales de una celda elemental. E!iciencia@ la ran entre la energa ue entrega la batera ? la energa
reuerida por la batera para regresar al estado inicial de la descarga. &emperatura de operacin. $an de auto descarga.
%iclos de carga. $an de cargaC la ran a la ue la energa es regresada a la batera
5.3.3.3 Mod'o d' + B+$'*7+
a batera se modela !recuentemente como una !uente de voltaje en serie con una
$esistencia. Debido al proceso electroumico de la batera no es !9cil modelar el
comportamiento por lo ue eisten modelos complejos en la literatura ue
modelan las ateras de plomo9cido: a partir de la determinacin de algunos
par9metros como la temperatura ? la capacidad nominal de carga ? descarga.
F(#)*+ 15 #odelo El6ctrico de la atera.
13simulacin de un sistema de recuperacin de ener"a asado ensupercapacitores con aplicacin en traccin elctrica tesis/ in". +n "nacio u+re ern+nde
37
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
38/82
F)'$'@simulacin de un sistema de recuperacin de energa basado en
+upercapacitores
Este modelo asume ue la resistencia interna es constante durante los ciclos de
carga ? descarga ? no vara con la amplitud de la corriente. os par9metros se
obtienen de la descarga de una batera ? se asume ue son los mismos cuando se
carga la batera. a capacidad de la batera no cambia con la amplitud de la
corriente por lo ue no ,a? e!ecto de PeuBert. En cuanto a la capacidad en A,. a
temperatura: la autodescarga ? el e!ecto memoria de la batera no sonconsiderados en este modelo.14
5.3.3.4 T'oo#7+ d' S)'*od'&+do*
os capacitores comunes se clasi!ican en electrost9ticos ? electrolticos dentro de
los capacitores electrolticos eiste una subclase especial llamados capacitores
electroumicos de doble capa
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
39/82
las propiedades capacitivas entre un metal ? una solucin electroltica. +in
embargo: (eneral Electric patent los primeros capacitores electrolticos ,ec,os
con electrodos de materiales porosos en 1M"/. A>os m9s tarde en 1M-- la
compa>a +tandard Oil o! O,io
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
40/82
F)'$'@simulacin de un sistema de recuperacin de energa basado en
supercapacitores
Eisten varios modelos el6ctricos ue intentan aproimar el comportamiento !sico
del supercapacitor. El modelo euivalente del supercapacitor ue se muestra en
la !igura 1/ ? consiste de 4 elementos ideales@ un resistor en serie euivalente: un
inductor: un capacitor % ? un resistor en paralelo.1- .
F(#)*+ 1 #odelo de un supercapacitor de primer orden
F)'$'@simulacin de un sistema de recuperacin de energa
El resistor modela las p6rdidas de energa durante la carga ? descarga delsupercapacitor: mientras ue en se pierde energa por la auto descarga del propio
16simulacin de un sistema de recuperacin de ener"a asado ensupercapacitores con aplicacin en traccin elctrica tesis/ in". +n i"nacio u+re ern+nde
40
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
41/82
capacitor. A tambi6n se le conoce como resistencia en serie euivalente: la cual
depende de par9metros como la temperatura. +i la temperatura aumenta la
resistencia es m9s grande. En aplicaciones de alta !recuencia las impedancias
mencionadas son consideradas sin embargo: en alta potencia es muc,o ma?orue por lo ue se puede despreciar. +e considera el circuito de la !igura 15 en el
ue se desprecia la inductancia .
F(#)*+ 18 %ircuito euivalente descarga
F)'$'@ simulacin de un sistema de recuperacin de energa
basado en +upercapacitores
a e!iciencia del supercapacitor se ve a!ectada por las p6rdidas de energa en la
resistencia. En la !igura 1M se muestra la curva de e!iciencia en !uncin del tiempo
para descarga a corriente constante. +e elige la escala semilogartmica en el eje
? aritm6tica en el eje ? para visualiar la gr9!ica de !orma m9s pr9ctica. %on lospar9metros establecidos se observa ue se alcana una e!iciencia del M7I a
partir de 5 segundos. Aproimadamente en 477 segundos se llega al 177I de
41
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
42/82
e!iciencia: en este momento el supercapacitor ,a trans!erido la energa disponible
del supercapacitor ,acia la carga.1/
F(#)*+ 19E!iciencia de un supercapacitor para descarga a corriente constante.
F)'$'simulacin de un sistema de recuperacin de energa basado en
+upercapacitores
5.3.3.8 D'&+*#+ d' S)'*++($o* + Po$'(+ Co&$+$'
En 6ste m6todo se desea ue la potencia con la ue se descarga el
supercapacitor sea constante. +i la potencia es constante: el voltaje en el
supercapacitor vara por la descarga: mientras ue la corriente en el
supercapacitor tambi6n vara. De esta !orma se mantiene la potencia constante.
a siguiente tabla muestra los par9metros ue se utilian para descargar un
mdulo de #aell &ec,nologies con potencia constante.15
5.4 MARCO METODOLOGICO
17simulacin de un sistema de recuperacin de ener"a asado ensupercapacitores con aplicacin en traccin elctrica tesis/ in". i+n i"nacio u+re hern+nde
18
42
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
43/82
5.4.1 T(o d' I6'&$(#+(
El presente trabajo de investigacin est9 en!ocado inicialmente en un tipo de
investigacin cualitativa: donde se evaluar9 el !uncionamiento de lossupercondensadores utiliados en un banco solarC posteriormente se optara por
utiliar la metodologa cualitativa para determinar mediante pruebas la e!iciencia
de los supercondensadores en el complemento de la batera para la carga.
5.4.2 ($'&(& d' + I6'&$(#+(
na ve estructurado el sistema de los +upercondensadores: se podr9 innovar ?
crear un nuevo sistema de complemento para el almacenamiento de energaC ? deigual manera no solo permitir9 incursionar en nuevos mercados: sino adem9s
aumentar la capacidad de almacenamiento de energa ? disminuir tiempos de
carga ? descarga de la batera en el sistema.
5.43 T=(+& d' R'o'( d' d+$o&
a !uente de in!ormacin primaria ser9n los datos ue se recolecten en las
pruebas realiadas a los supercondensadores ? la batera durante su!uncionamiento.
a !uente de in!ormacin secundaria se obtendr9 de las investigaciones realiadas
sobre el !uncionamiento de los supercondensadores ? tetos sobre el
almacenamiento de energa.
,. RESULTADOS DE LA INVESTIGACION
43
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
44/82
,.1 D'&*(( d' &(&$'/+
Para el desarrollo del pro?ecto es necesario implementar un sistema de energa
solar con supercondensadores: complementando la batera a la ,ora de cargar ?descargaC lo anterior es aprovec,ando los picos m9imos de energa en los
momentos donde se presenta ma?or radiacin solar.
En la construccin del pro?ecto !ue necesario utiliar los siguientes componentes@
Panel solar de "7 +upercondensadores de 2./ * "77F
$egulador de *oltaje de 12 * 1 atera de 12 * 12 , ? 1 atera 12 * 15, ombillos de 3 8
,.1.1 P+' &o+* ,0> 12V
os paneles solares '0&' son ecelentes mdulos en cuanto a su salida de
potencia ? con!iabilidad a largo plao. +on mdulos probados independientemente
para asegurar la con!ormidad con est9ndares ? regulaciones.
+us celdas solares tienen una transmisin elevada ? son de !ibra teturiada: lo
ue contribu?e a ue entregan energa de !orma altamente e!iciente. Adem9s
cuentan con diodos de b?pass ue minimian la cada de potencia causada por
sombras.
+on paneles cuidadosamente !abricados con !ibra de vidrio templada: resina E*A:
pelcula resistente al agua ? marco de aluminio lo ue aseguran 177I su uso paraeteriores
P+o& d' (#'('*7+
44
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
45/82
F(#)*+ 20 Panel solar
F)'$'@ paneles solares '0&'
En la !igura 27 se puede ver las dimenciones de el panel solar utiliado en el
presente trabajo de grado: ? la distriducion de las celdas solares: coneiones.
T+-+ 1 %oe!icientes de temperatura
%oe!iciente de temperatura de la 'sc U7:74IVW%
%oe!iciente de temperatura del *o 7:35IVW%%oe!iciente de temperatura de m9ima potencia 7:4/IVW%%oe!iciente de temperatura de la 'mp U7:74IVW%%oe!iciente de temperatura del *mp 7:35IVW%F)'$'@ Paneles solares '0&'
T+-+ 2 Especi!icaciones tecnicas
Potencia m9ima -78
45
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
46/82
&ipo de celda Policristalino*oltaje de m9ima potencia
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
47/82
os ultra caractersticas de baja temperatura: amplio rango de temperatura
de 47 Z /7 Wc. a deteccin es conveniente: la energa restante se puede leer
directamente. El rango de capacidad suele ser 7.71F Z 1777F. Est9ndar calidad@ '+O M777C '+O M771@ 2777C '+O M771@ 2775C '+O 14771@
2774: %E: $O)+.
T+-+ 3 Especi!icaciones tecnicas
SUPERCONDENSADOR
No/-*' +;per capacitor 2./v"77!+*+$'*7&$(+& 1.*ida ;til@ ,asta 1.277.777 ciclos: libre de mantenimiento
2se puede utiliar como una batera recargable3.%arga r9pida@ carga 17 segundos para alcanar su capacidadnominal de m9s de M"I
A(+(o'& Ampliamente utiliado en el tel6!ono inal9mbrico: tel6!ono celular:c9mara digital: electrodom6sticos inteligentes:
juguete electrnico: cerradura inteligente: inteligente metros: #P3:PDA: D*D: *&$: (P+: P%: !a mac)ine:euipo de audio: cocina el6ctrica: calentador de agua el6ctrico:autoalimentado s;per linterna: impresora: la lu trasera: juguetes electrnicos: la caja registradora
!iscal: P+:: energa elica: energa solar: reciclaje+istema de la batera ? as sucesivamente.
F)'$'@ .alibaba.compdetail2/v"77!supercapacitors!orelectroniccarandbusstarting151/5-52"4.,tml
,.1.2 R'#)+do* d' 6o$+' d' 12 V
$egulador de carga +teca -A apto para tensiones de 12* ? de 24*. %on el
regulador de carga +teca de -A: podemos conectar paneles solares tanto de 12*
como de 24* ue no superen -A de carga entre todos. a relacin calidad precio
47
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
48/82
de los reguladores de carga +teca permiten decir ue son los m9s usados en
sistemas !otovoltaicos aislados.
T+-+ 4Especi!icaciones tecnicas
R'#)+do*'& d' C+*#+A/'*(o& ? o*+Entre 7A ? 17XT'&( d' R'#)+do* d' C+*#+12* o 24*Co&)/o d' R'#)+do* d' C+*#+[ 4 mAG+*+$7+ R'#)+do* d' C+*#+2 a>osCo**('$' d' Co&)/o d' R'#)+do* d' +*#+- AT'&( d' F(+ d' C+*#+13T'&( d' *'+$(6+(\ "7 12D(/'&(o'& d' R'#)+do* d' C+*#+14" 177 24 mmP'&o d' R'#)+do* d' +*#+apro. 1"7 g
F)'$'@.autosolar.esreguladordecargareguladorcargasteca-a
,.1.2 B+$'*7+ d' 12 V
a batera almacena ? la energa producida por el panel solar: esta ser9 utiliada
por los euipos dise>ados para esta misma o ser9 trans!ormada a corriente
alterna por un inversor de corriente.
a cantidad de bateras necesarias en un euipo aislado lo determina la cantidad
necesaria de energa a utiliar entre el da ? la noc,e: contamos con bateras de
electrolito luido abiertas o cerradas ? de electrolito inmoviliado
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
49/82
Para la eleccin de la batera idnea en el trabajo de investigacin: es necesario
aclarar ue el panel solar cuenta con aproimadamente 4 ,oras de radiacin solar
durante el daC de lo anterior podemos deducir la siguiente ecuacin@
E]PtV,
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
50/82
B+$'*7+ 1
*]12
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
51/82
*ale anotar ue de acuerdo a las ecuaciones empleadas anteriormente: para el
presente sistema: seria valido utiliar una batera de 12 v Y 27A, puesto ue esta
batera dara una capacidad de almacenamiento de 2478: ue es la energa
promedio generada por el panel en un da normalC no obstante es importanteaclarar ue en el desarrollo del presente trabajo de grado se decide implementar
dos bateras logrando ma?or capacidad de almacenamiento ue la energa
promedio generada por el panel solar: garantiando un margen entre la energa
producida por el panel ? la capacidad de almacenamiento del sistema.
,.2 D(+#*+/+ '=$*(o &(&$'/+
En el desarrollo del presente trabajo de grado: !ue necesario realiar un diagramael6ctrico de la conein de los componentes: logrando as tener un sistema de
recoleccin ? almacenamiento de energa solar.
En la implementacin del trabajo de grado se dise> un circuito el6ctrico ue nos
permita realiar las distribucin de los componentes del sistema: para tal !in se
utilia un so!tare para dise>ar diagramas el6ctricos.
D(+#*+/+ 1 Diagrama el6ctrico sistema
51
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
52/82
F)'$'@ Propia de la 'nvestigacin
En el anterior diagrama se observa la conein de los componentes del sistemaC
se puede notar ue del panel solar salen dos lneas: una positiva ? una negativa
las cuales llegan al regulador de voltajeC el cual es el encargado de distribuir ?
regular la energa entregada por el panel: saliendo cuatro
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
53/82
Este trabajo de investigacin tiene como !in la implementacin de
supercondensadores como apo?o al momento de la carga ? descarga de la
batera: logrando aprovec,ar los picos de lu solar durante un da normal ?
suministrando cargas en instantes de tiempo.
D(+#*+/+ 2 Diagrama supercondensadores
F)'$'@ Propia de la 'nvestigacin
En el desarrollo del pro?ecto se dise> el diagrama 2: en el cual se puede ver ue
se utiliaron 4 supercondensadores de 2:/ * ^ "77 F: ? " supercondensadores de
2:/ * ^ 177 F.
En el diagrama se muestra: ue se conectaron cuatro supercondensadores de2:/ * ^ "77 F en serieC adicionalmente se realia la conein de "
supercondensadores de 2:/ * ^ 177 F en paralelo entre s: logrando as !ormar
53
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
54/82
un supercondensador resultante de 2:/ * ^ "77 F: el cual se conectar9 en serie
con los otros 4 supercondensadores.
+e decidi utiliar los supercondensadores en serie: logrando una capacidad decarga elevada ? un voltaje semejante al manejado por la bateraC lo anterior se
puede epresar con las siguientes ecuaciones@
*t] *1U *2 U *3U *4U*"
*t] 2:/ v U 2:/ v U 2:/ v U 2:/ v U 2:/ v
*t] 13:" *
De donde se puede decir ue *t es el voltaje total de los supercondensadores
dado en *oltios: *1 es el voltaje de cada uno de los supercondensadores en
voltios.
Para ,allar la carga de los supercondensadores se utili la siguiente ecuacin
_t ] _1] _2]_3]_4]_17
_1] %1V *1
_1] "77V2./
_1] 13"7 %olumbios
De donde se sabe ue _t es la carga total en %olumbiosC ? % es la %apacidad del
supercondensador en Faradios.
54
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
55/82
a Energa total de los +upercondensadores se puede calcular de la siguiente
manera@
]
De donde tenemos ue para los supercondensadores es@
_] 13"7 %olumbios
%]177 Faradios
Al remplaar los datos del sistema en la ecuacin se obtiene el siguiente
resultado.
]
] M112." Lulios
,.2.1 D(+#*+/+ '=$*(o d' O$(/(
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
56/82
D(+#*+/+ 3 Diagrama Optimiacin
F)'$'@ Propia de la 'nvestigacin
%on el diagrama de optimiacin de la energa: se logra garantiar ue cuando la
batera este sin carga necesaria para el !uncionamiento de los bombillos: los
supercondensadores puedan suministrar la energa necesaria para este
!uncionamiento durante el tiempo ue la batera consiga tener la carga adecuada:
es decir: ue con la implementacin de este circuito garantiamos ue si la batera
no tiene carga adecuada el sistema aun !uncione con un tiempo mu? corto de
radiacin solar.
56
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
57/82
El circuito el6ctrico !unciona de la siguiente manera@
a energa proveniente del panel solar pasa por medio del regulador de voltaje: el
cual est9 conectado con el sistema de almacenamiento ana
despu6s de ue en la noc,e anterior se ,a?a descargado la batera ? los
supercondensadores en su totalidad: tras una peue>a !raccin de tiempo con
radiacin solar el sistema !uncione: es decir: ue despu6s de 17 a 27 segundos de
radiacin solar los supercondensadores se cargan ? logran proporcionar la energa
su!iciente para ue los bombillos alumbren: gracias al Diodo instalado en el
sistema esta energa no es adsorbida por la batera sino ue sirve para ue los
bombillos !uncionen mientras la batera se logra cargar.
,.3 Mo$+'
Para la implementacin del presente trabajo de investigacin se decidi utiliar el
bloue de mec9nica: especialmente el s6ptimo pisoC instalando el panel solar en el
9rea de los tanues de agua
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
58/82
Durante la instalacin del sistema de panel solar !ue necesario instalar una
estructura met9lica: en la cual se aloja el panel solar de -7 8C esta estructura se
instal en el 9rea de los tanues del bloue de mec9nica por autoriacin de la
administracin de la universidad.
a estructura del panel solar cuenta con una altura de 1:57 #ts ? un Angulo de
inclinacin de 4" C aclarando ue la estructura cuenta con un sistema para ajustar
el Angulo del panel solar de acuerdo a la disposicin del sol en el da.
Para la ubicacin del panel solar se utili como base un so!tare ue se
encuentra disponible en la p9gina de +unEart,&ools: en el cual se introducen lascoordenadas del lugar donde se desea instalar el panel solar ? el so!tare
calcula los grados de inclinacin: orientacin donde el panel solar tendr9 ma?or
e!iciencia.
A continuacin se muestran las gr9!icas generadas por el so!tare
58
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
59/82
F(#)*+ 21'nstalacin panel solar
F)'$'+uneaert,tools.com
En la !igura 21 se muestra ue la inclinacin adecuada para la instalacin del
panel solar es de 4":- en la cual se tendr9 ma?or e!iciencia. Adicionalmente se
59
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
60/82
muestra la latitud ? el grado de direccionamiento adecuado para la instalacin en
el bloue de mec9nica de la !acultad de ingeniera electromec9nica.
F(#)*+ 22 'nstalaciones del sistema
F)'$'@ Propia de la 'nvestigacin
En la Figura 22 se observa la instalacin del sistema de supercondensadores
como complemento a la batera en el almacenamiento de energa solar.
En la imagen: en la parte superior est9 el regulador de voltaje: ue es el
encargado de distribuir la energaC saliendo dos lneas ,aca las bateras: de
donde se conectan los supercondensadores.
&ambi6n se muestra dos acrlicos: cada uno con dos bombillos de 38 ? su
respectivo interruptorC donde el objetivo es utiliar la energa almacenada por los
supercondensadores ? la batera durante el da.
60
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
61/82
F(#)*+ 23 $egulador de voltaje
F)'$'@ Propia de la 'nvestigacin
En la Figura 23 se observa el regulador de marca +&E%AC as mismo se
evidencia ue del panel solar entran dos lneas con su respectiva polaridad al
regulador: saliendo cuatro lneas ue ser9n distribuidas entre la batera ? losbombillos. Es importante aclarar ue el regulador uedo instalado en la parte
superior de la pared del laboratorio /73
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
62/82
F(#)*+ 24 atera
F)'$'@ Propia de la 'nvestigacin
En la Figura 24 se observa la instalacin de las bateras: se colocaron en dos
repisas met9licas: asegur9ndolas con tornillos a la pared.
Adicionalmente se instal un barraje antes de las bateras: cu?o !in es proporcional
un mecanismo de proteccin al sistemaC evidenciando la conein de las bateras
con los supercondensadores.
Para la instalacin del barraje se decido instalar una proteccin de seis os en los componentes del sistema.
62
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
63/82
F(#)*+ 25 +upercondensadores
F)'$'@ Propia de la 'nvestigacin
En la Figura 2" se ve la conein realiada con los supercondensadores: son
cuatro supercondensadores verdes los cuales son de 2:/ * "77 FC 'gualmente se
instalaron cinco supercondensadores negros de 2:/ * 177 F.
os supercondensadores se instalaron en un acrlico negro permitiendo a los
dem9s estudiosos de la !acultad de 'ngeniera Electromec9nica de la niversidad
Antonio 0ari>o visualiar las coneiones realiadas en el presente trabajo de
investigacin.
63
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
64/82
F(#)*+ 2,anco luminoso
F)'$'@ Propia de la 'nvestigacin
En la Figura 2- se observa uno de los dos bancos con bombillos: con el cual se
aprovec,a la energa almacenada por la batera en el daC estos bancos cuenta
con bombillos de 3 8 ? su respectivo interruptor: evidenciando ue la energa ue
permite el !uncionamiento de los bombillos proviene del regulador.
F(#)*+ 2Accionamiento sistema
64
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
65/82
F)'$'Propia de la 'nvestigacin
En la imagen 2/ se evidencia el !uncionamiento del sistema en su totalidadC loscomponentes del sistema ? la luminosidad producida por los bombillos durante el
aprovec,amiento de la energa almacenada en las bateras ? en los
supercondensadores.
,.4 P*)'-+& *%$(+&
En esta parte del trabajo de 'nvestigacin se mostraran los resultados de las
pruebas pr9cticas realiadas en el almacenamiento de la energa suministrada por
el panel solar: las pruebas en el momento de descarga ? carga de los
supercondensadores ? de la batera.
&ambi6n se analia el comportamiento de la batera ? los supercondensadores al
momento de tener una carga: describiendo su comportamiento en !orma gr9!ica
con los datos obtenidos en las pruebas: durante el !uncionamiento del banco
solar.
,.4.1 D'&+*#+ &)'*od'&+do*
Durante el desarrollo del trabajo de 'nvestigacinC !ue necesario realiar varias
pruebas pr9cticas para poder dise>ar gra!icas ue muestren el tiempo de
descarga de los supercondensadoresC con el !in de demostrar las cualidades
aduiridas para el sistema por medio de los supercondensadores.
%abe Aclarar ue el comportamiento de los supercondensadores no es el de un
condensador normal: puesto ue son dispositivos ue almacenan grandes
65
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
66/82
cantidades de energa en peue>as !racciones de tiempo ? proporcionan
cantidades de energa en una !raccin de tiempo determinada.
T+-+ 5 Descarga de supercondensadores
T('/o @/ Vo$+' @V
7 12:23
1 11:5
2 17:M"
3 M:-
4 5:2" /:-
/ -:43
5 -:23
17 ":43
12 4:M2
14 4:2-
1" 4
1/ 3:M
15 3:24
27 3:2321 3:23
2" 2:52
37 2
35 1:41
42 1:47"
"7 1:3M
"" 1:3/
-7 1:3-
F)'$'@ Propia de la 'nvestigacin
De la tabla n;mero " se puede decir: ue despu6s die 17 segundo de estar
sometido a una carga de 12 8: estos pierden a mita de la carga almacenada ? ue
66
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
67/82
pasando este tiempo se evidencia ue la perdida de carga se disminu?e
notoriamente.
G*+(+& 1 Descarga +upercondensador
F)'$'@ Propia de la 'nvestigacin
Durante el desarrollo de la investigacin se realiaron pruebas del tiempo ue
tardaban en descargarse los supercondensadores: logrando construir la gr9!ica 1
con los datos resultantes de las pruebas.
En las pruebas realiadas se utiliaron 4 bombillos de 3 8 para aprovec,ar la
energa almacenada en los supercondensadores: logrando un tiempo m9imo de
!uncionamiento de los bombillos de 27 minutos: es decir: la carga almacenadapor los supercondensadores alcana para 27 minutos de !uncionamiento de los 4
bombillos del pro?ecto.
67
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
68/82
De la gr9!ica uno se puede decir: ue el comportamiento de estos dispositivos al
momento de la descarga pasados los cuarenta segundo se trata de nivelar ,asta
llegar a los sesenta segundo donde ?a no se cuenta con energa necesaria para el
!uncionamiento del sistema,.4.2 C+*#+ &)'*od'&+do*
Al realiar las pruebas de carga de los +upercondensadores se evidencio ue los
dispositivos en cortas !racciones de tiempo logran alcanar su carga totalC lo cual
es mu? interesante para el aprovec,amiento de los destellos de lu solar
presentes durante un da en ogot9.
T+-+ ,%arga +upercondensadores 1
T('/o@&
Vo$+'@V
1 1:22 1:5
3 2:3
4 2:-
- 3:4
5 4
17 4:-
1" -
23 /:"
25 5:1
32 5:M
3- M:2
3M M:4
42 M:/
4" 17:2
"7 17:5
"4 11:4
-7 11:5
-2 12:1
-- 12:2
/7 12:23
/1 12:24
/4 12:2-
68
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
69/82
57 12:3
F)'$'@ Propia de la 'nvestigacin
En la tabla n;mero - observamos los resultados de las pruebas realiadas en un
da a las die ana: con una temperatura promedio de 15 grados
centgrados. Podemos notar ue los supercondensadores alcanan su capacidad
de almacenamiento en un corto tramo de tiempo.
Por esta ran se evidencia ue los supercondensadores pueden proporcionar
cargas elevadas en cualuier instante de tiempo.
Para la obtencin de los datos !ue necesario dejar los supercondensadores
conectados al panel solar en paralelo determinado tiempoC al momento de tomar la
medicin de la carga en los supercondensadores: se desconectaban del panel
solarC puesto ue si era tomado cuando estaban conectados con el panel el medir
el voltaje generado seria errnea.
G*+(+& 2 %arga +upercondensador 1
69
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
70/82
F)'$'@ Propia de la 'nvestigacin
Al terminar las pruebas realiadas en el presente trabajo de investigacin
con!irmamos ue los supercondensadores son dispositivos ue en tramos cortos
de tiempo alcanan su capacidad de almacenamientoC se realiaron numerosas
pruebas para lograr construir las gr9!icas de carga de los supercondensadores.
P*)'-+ 2 d' C+*#+ d' o& S)'*od'&+do*'&
Para poder demostrar las cualidades descritas anteriormente de los
supercondensadores: se reali la prueba de carga en condiciones di!erentes a la
prueba anterior.
T+-+ %arga +upercondensadores 2
T('/o@&
Vo$+' @V
7 11 1:22 1:53 2:24 2:5- 3:/
5 4:317 4:51" ":523 -:M25 /:"32 5:33- 5:/3M M:142 M:44" M:5"7 17:2"4 17:"-7 17:5-2 11:1-- 11:3/7 11:-/1 11:M/4 12:157 12:352 12:454 12:-
70
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
71/82
5- 12:/M7 12:5
F)'$'@ Propia de la 'nvestigacin
En la tabla n;mero / se evidencia los resultados de las pruebas realiadas en un
da a las 14 ,oras. Observando ue los supercondensadores alcanan su
capacidad de almacenamiento en un corto tramo de tiempoC en relacin con la otra
prueba realiada en ,oras de la ma>ana se evidencia ue en la tarde los
supercondensadores tardan 17 segundos m9s ue en la ma>ana para alcanar
su capacidad de almacenamiento m9imo.
G*+(+& 3%arga +upercondensador 2
F)'$'Propia de la 'nvestigacin
En la gr9!ica 3 se puede decirC ue las primeras mediciones realiadas a los
supercondensadores: muestran ue en los primeros veinte
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
72/82
En el proceso de carga de los supercondensadores se puede analiar ue
independientemente de la ,ora del da donde se realice el proceso: los
supercondensadores mantienen un comportamiento regularC dic,os dispositivosdemuestran ue su cualidades en el proceso de almacenamiento es la reduccin
de tiempo: a di!erencia de otros dispositivos utiliados para el almacenamiento de
energa.
,.4.3 D'&+*#+ B+$'*7+
Para determinar el tiempo ue tardan las bateras en descargase: !ue necesario
realiar pruebas pr9cticas: logrando dise>ar gra!icas ue demuestren el tiempo de
descarga del bateraC con el !in de poder demostrar la e!iciencia del sistema.
T+-+ 8 Descarga de la bateras&iempo
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
73/82
En la tabla n;mero 5 se puede decir: ue los datos resultantes de las pruebas
realiadas a las bateras: se ,a?o ue las bateras descargan en 12 ,oras con un
consumo de 12 8.
Durante las pruebas se not ue para los dos bancos de bombillos montados en el
presente pro?ecto: la carga de la batera los abastece 14 ,oras continuamente:
cabe anotar ue si variamos el consumo variaremos el tiempo de duracin de la
carga de la batera.
G*+(+& 4 Descarga atera
F)'$'@ Propia de la 'nvestigacin
En la gr9!ica n;mero 4 se puede evidenciar los resultados obtenidos en las
pruebas en el banco solarC teniendo m9s o menos una cada de 1 v por ,ora
con la carga de los 4 bombillos de 38 cada unoC de esta gra!ica podemos deducir
ue con estas bateras podemos suministrar energa para una ,abitacin normal
73
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
74/82
durante catorce ,oras continuas: lo cual es algo mu? prometedor para un !uturo
energ6tico: dado los grandes bene!icios con el aprovec,amiento de la energa
solar.
,.4.4 C+*#+ B+$'*7+
Al realiar las pruebas de carga de las bateras se evidencia ue estos
componentes reuieren un tiempo signi!icativo para cargarse: adicionalmente se
puede ver ue en el momento de cargar la batera dependemos de dos !actores@ la
capacidad de la batera ? la radiacin solarC esta ;ltima es la ue nos dictamina la
cantidad de energa entregada a la batera en cada instante en su proceso de
carga.
T+-+ 9 %arga atera
T('/o @: Vo$+' @V7 7
7." 1:M1 4:1
1:" ":52 /:23 5:4
3:" M:M4 17:/4:" 11:24:- 12" 12:22- 12:25
F)'$'@ Propia de la 'nvestigacin
En la tabla n;mero M se plasman los datos aduiridos al realiar la prueba para
determinar el tiempo de carga de las bateras: notando ue para unabastecimiento de energas proveniente de la radiacin solar en ogot9: durante
un da cotidiano en ,oras de la ma>ana: las bateras se cargara en seis
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
75/82
G*+(+& 5%arga atera
F)'$'@ Propia de la 'nvestigacin
En la gr9!ica n;mero " +e evidencia la batera en condiciones normales tendr9
un tiempo de carga de - ,oras ? mediaC aclarando ue la !uente ue suministra la
energa para este proceso es el panel solar: ue por !actores clim9ticos no tiene
un est9ndar de energa suministrada por ,ora sino un promedio: de 2:4 voltios
aproimadamente cada ,oraC este !actor puede ser mu? importante para la vida
;til de la batera puesto ue esta ser carga en menor tiempo suministrando cargas
elevadas pero al mismo tiempo acortando la vida ;til de la batera.
,.4.5 C+*#+ -+o &o+*
75
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
76/82
En este paso de la investigacin se realiaron las pruebas de carga al sistema
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
77/82
G*+(+& , %arga +istema
F)'$'@ Propia de la 'nvestigacin
En la gra!ica - se pudo construir a partir de los datos de la tabla n;mero 17: ue
son los datos aduiridos en las pruebas realiadas en el banco solar. +e puede
notar ue el sistema se carga en - )oras su carga total: aclarando ue en un da
soleado se puede reducir el tiempo de carga en media ,ora o m9s
aproimadamente.
Durante el !uncionamiento del sistema se evidencio ue el sistema suministrar
energa a una carga: los supercondensadores manejan un voltaje menor al de la
bateraC lo anterior a ran ue los supercondensadores cuentan con un umbral:
para ue en un pico de energa esta: sea almacenada por ellos. Este
77
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
78/82
comportamiento es porue los supercondensadores son el dispositivo del sistema
ue m9s !9cil se cargan ? entregan energa
. GUIA ALMACENAMIENTO DE ENERGIA SOLAR ENSUPERCONDENSADORES
NOMBRE
CODIGO
OB"ETIVO
%onstruir un gr9!ico ? analiar los datos voltajetiempo con la energa
suministrada por un panel solar de -7 8 ? almacenada por el banco de
supercondensadores.
MATERIALES
Para la elaboracin de la gua es importante ue el estudiante cuente con los
siguientes componentes@
P+' So+* ,0 > B+o S)'*od'&+do*'&
U M)$7/'$*o C*oo/'$*o P+' M((/'$*+do
78
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
79/82
PROCEDIMIENTO
1. Desconecte los supercondensadores de la batera ? con6ctelos
directamente al panel solar a trav6s de un interruptor.2. *eri!iue ue los supercondensadores est6n descargadosC si no lo est9n
descargarlos a trav6s de una resistencia de alta disipacin.3. %ierre el interruptor e inicie el cronometraje4. &ome datos del voltaje cada minuto en un intervalo de 2" minutos.". Elabore un gr9!ico en papel milimetrado de voltaje en !uncin del tiempoC
utiliando Ecel: ,alle la ecuacin ue presente el mejor ajuste de los
datos.-. +eg;n el gra!ico obtenido describa como !ue la radiacin solar durante el
tiempo de carga de los supercondensadores
CONCLUSIONES
79
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
80/82
8. CONCLUSIN
%on la instalacin de los supercondensadores como complemento de la batera se
logra un ma?or almacenamiento de energa ? se evidencia ue se mejora la
captacin ? suministro de energa del sistema.
En la elaboracin del circuito se deben instalar los supercondensadores en serie
para lograr nivelar el voltaje manejado por la bateraC adicionalmente la conein
del banco de supercondensadores se ,ace en paralelo con la batera.
Durante las pruebas realiadas en la carga: descarga de la batera ?
supercondensadores: la obtencin de datos voltajetiempo se debe conectar los
supercondensadores a la !uente por !racciones de tiempo ? despu6s
desconectarlos de la !uente tomando la lectura del voltaje en los
supercondensadores: lo anterior para poder construir las gra!ica de carga de los
supercondensadores sin la necesidad de utiliar una resistencia: puesto ue noera necesario ?a ue los supercondensadores son componentes de
almacenamiento de gran cantidad energa.
+e evidenci durante las pruebas realiadas ue al momento de adminstrale una
carga a los supercondensadores ? la batera: se media en voltaje ue manejaban
los dos a la ,ora de la descarga. El voltaje de los supercondensadores era in!erior
al de la batera: lo anterior se debe a ue los supercondensadores por ser un
mecanismo ue suministra carga en cortos tramos de tiempo siempre dejan un
umbral de energa para ue al momento de ue el sistema tenga un pico de
energa se almacena en los supercondensadoresC ? en el momento de suministrar
80
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
81/82
energa el sistema opta por el dispositivo ue suministre la energa m9s
!9cilmente.
9. RECOMENDACIONES
Para un mejor aprovec,amiento de la energa generada por el panel se
recomienda instalar un supercondensador m9s: de las mismas caractersticas de
los anteriores en serie: logrando as subir el voltaje a 1-.1 voltios: logrando de esta
manera ue el umbral de cargadescarga de los supercondensadores sea ma?or.
81
-
7/17/2019 Trabajo de Grado Supercondensadores
82/82
BIBLIOGRAFIAS
1. An overvie .%. Div?a and Lacob stergaard : Jatter? energ? storage
tec,nolog? !or poer s?stemsK: Electric Poer +?stems $esearc, *olume
/M: 'ssue 4: April 277M.2. P.L. indu,ea: A.%. $en!re: #. arnes: Jltracapacitor Energ? +torage
!or #icro(rid #icrogenerationK: t,e 4t, 'nternational %on!erence on Poer
Electronics: #ac,ines and Drives: 2775.
3. Lo,n #. #iller: Qltracapacitor E!!icienc? under %onstant Poer %onditions@Prospects !or it,ium atter? plus ltracapacitor )?brid Energ? +torage
+?stems:Q 3rd 'nternational +?mposium on arge ltracapacitor &ec,nolog?
and Application