PROYECTO FINAL FISICA II

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Informe de proyecto del curso de Física II 
Determinación de la energía máxima captada por un panel fotovoltaico 
 en verano, referente a la ciudad de Chulucanas – Perú 
 
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UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE – INGENIERÍA 
 
 
 
 “ELABORACIÓN DEL PROTOTIPO FOTOVOLTAICO EN SEGUIMIENTO 
AL SOL, DETERMINANDO LA MAYOR ENERGÍA CAPTADA EN HORA 
PUNTA, DADA DIVERSAS ESTACIONES DEL AÑO, CHULUCANAS - PIURA” 
 
 
 
"ELABORATION OF THE PHOTOVOLTAIC PROTOTYPE IN FOLLOW-UP 
IN THE SUN, DETERMINING THE GREATEST ENERGY CAPTURED IN HOUR 
PUNTA, GIVEN VARIOUS SEASONS OF THE YEAR, CHULUCANAS - PIURA " 
 
 
 
Josep, Gervasio A. 
Luis, Ortiz M. 
Noel, Peña S. 
Víctor, Alva C. 
Yahaira, Roque S. 
 
Docente: Lenin Araujo Castillo 
 
Trujillo, Lima, Perú 
Noviembre – 2020 
 
 
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AGRADECIMIENTOS 
 El presente proyecto de investigación fue realizado bajo la supervisión del docente Lenin 
 Araujo Castillo a quien le expresamos nuestro más profundo agradecimiento, por hacer 
 posible la realización de este trabajo. Además, de agradecer su paciencia, tiempo y 
 dedicación para que este proyecto pueda terminarse de manera satisfactoria. 
 Mis sinceros agradecimientos a la UPN por proporcionar el espacio y condiciones 
 necesarias para el desenvolvimiento de los experimentos que ayudaron a culminar el 
 presente trabajo. 
 Agradezco también a todos mis amigos que, de alguna forma, ayudaron a concluir este 
 trabajo. A mi familia por el apoyo moral e incentivo en los momentos difíciles. 
 Aquellos que no cité y que hicieron parte, directa o indirectamente, de esta parte de mi 
 vida. 
 
 ¡¡MUCHAS GRACIAS!! 
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RESUMEN 
 
El presente proyecto se diseñó a partir de un sistema solar fotovoltaico con seguimiento al sol 
para el suministro de energía, la cual encontramos en la hora que existe mayor cantidad de 
radiación solar que incide en su superficie, también influye la latitud del lugar, el azimut y las 
condiciones climáticas de la región. De ellos calcularemos el principal objetivo de este proyecto, 
es decir, determinar la energía máxima captada por el panel fotovoltaico en Chulucanas. 
La temperatura dada en la ciudad, es uno de los parámetros importantes para captar la máxima 
radiación solar que incide en los paneles solares. Este es específico para cada lugar y depende del 
grado de movimiento traslacional de las moléculas y su estado. En este prototipo se elabora un 
panel fotovoltaico que sigue al sol para la mayor captación de energía posible en el día. Se 
encuentra que la ganancia de energía dependerá de la temperatura promedio máxima de ese día. 
Se utilizó el programa MapleSim para la elaboración del prototipo y la obtención de los resultados 
en forma de gráficas donde se obtiene energía eléctrica, en Watts (W), con la temperatura 
promedio máxima en verano de Chulucanas. 
Este prototipo genera un desarrollo sostenible, reduciendo el impacto del efecto invernadero y el 
cambio climático. La energía solar no genera residuos ni contaminación del agua, factor 
importante teniendo en cuenta la escasez del agua; evita la contaminación acústica y todos los 
elementos de los sistemas fotovoltaicos son recuperables y reciclables. 
Los resultados de dicho proyecto de investigación fueron positivos, ya que, se verifico el correcto 
funcionamiento del prototipo construido. Se considero que este prototipo el cual responde 
favorablemente a temperaturas altas, proporciona un buen avance, ya que en este se considera la 
descripción de un desarrollo sostenible, el cual consiste en satisfacer las necesidades, sin afectar 
los recursos naturales y posibilidades de las generaciones futuras. 
 
 
 
 
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ABSTRACT 
This project was designed from a photovoltaic solar system with sun tracking for the energy 
supply, which we find at the time when there is the greatest amount of solar radiation that hits its 
surface, the latitude of the place, the azimuth also influences and the climatic conditions of the 
region. From them we will calculate the main objective of this project, that is, to determine the 
maximum energy captured by the photovoltaic panel in Chulucanas. 
The temperature given in the city is one of the important parameters to capture the maximum 
solar radiation that affects the solar panels. This is specific for each place and depends on the 
degree of translational movement of the molecules and their state. In this prototype, a photovoltaic 
panel is made that follows the sun for the highest possible energy capture during the day. It is 
found that the energy gain depends on the maximum average temperature of that day. 
The MapleSim program was used to develop the prototype and obtain the results in the form of 
graphs where electrical energy is obtained, in Watts (W), with the average maximum temperature 
in summer in Chulucanas. 
This prototype generates sustainable development, reducing the impact of the greenhouse effect 
and climate change. Solar energy does not generate waste or water pollution, an important factor 
considering the scarcity of water; avoids noise pollution and all elements of photovoltaic systems. 
The results of this research project were positive, since the correct functioning of the built 
prototype was verified. It was considered that this prototype which responds favorably to high 
temperatures, provides a good advance, since in this it is considered the description of a 
sustainable development, which consists of satisfying the needs, without affecting the natural 
resources and possibilities of future generations. 
Palabras Claves: Sistema fotovoltaico, eficiencia, impacto ambiental, temperatura, Chulucanas. 
 
KEYWORD: Photovoltaic system, efficiency, environmental impact, temperature, 
Chulucanas. 
 
 
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1. INTRODUCCIÓN 
La energía eléctrica se ha vuelto una necesidad básica e imprescindible para todo 
ser humano, lo podemos notar desde que conectamos un cargador hasta en abrir 
un grifo para obtener agua caliente, son actos que realizamos de manera tan 
frecuente, que ni siquiera nos damos el tiempo de recapacitar sobre el consumo 
excesivo, y mucho menos en su repercusión medio ambiental (González, 2018). 
En la Ciudad de Chulucanas, la gente se pone a hacer demandas por la falta de 
electricidad en sus hogares, ya que la empresa ENEL tiene antecedentes de 
mandar recibos con una cifra muy elevada, esto hace que en los hogares de esta 
ciudad mengue la electricidad; ni siquiera esto hace que la gente recapacite sobre 
lo dañino que es la electricidad para el medio ambiente, con esto no se quiere 
decir que la electricidad que llega a nuestros hogares es perjudicial, sino que se 
hace referencia a la producción (fabricación) de este elemento (electricidad), ya 
que esta empresa genera energía eléctrica a través del gas natural; gas que se 
saca del subsuelo de la tierra, y al extraerlo, este gas trae consigo a los famosos 
hidrocarburos que son perjudiciales para el medio ambiente (González, 2018). 
Para la resolución de este tipo de problemas que está maltratando al medio 
ambiente y sobre todo para que laspersonas disfruten de la electricidad, se optó 
por la implementación de paneles solares, que, a diferencia de otros, este se 
moverá con el sol para que así este panel solar pueda captar la radiación solar y 
brindarle a la gente una electricidad natural, esto se puede realizar gracias a que 
en esta zona la temperatura máxima promedia es de 33°C. Para la elaboración de 
este tipo de proyecto, primero debemos diseñar el panel solar, después fabricarlo 
dándole la facilidad de seguir al sol, luego ver en qué periodo de tiempo capta 
más más radiación solar. 
El objetivo general de este trabajo fue elaborar un prototipo fotovoltaico en 
seguimiento al sol, para determinar la mayor energía captada en hora punta, dad 
diversas estaciones del año, como objetivos específicos tenemos como se 
determina la mayor energía de un sistema solar fotovoltaico, como ayuda el 
prototipo a la población de Chulucanas a la demanda negativa e impacto 
ambiental, El seguimiento del panel sobre el sol, permitirá que la población de 
Chulucanas tenga electricidad de manera natural sin perjudicar al medio 
ambiente. Para la elaboración de dicho diseño fue maplesoft. esto nos permitirá 
saber en qué periodo se captará más. 
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2. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA: 
1. Radiación solar. 
La energía emitida por el sol proviene de una serie de reacciones termonucleares y 
exotérmicas. La radiación que emite tarda algo más de 8 minutos en alcanzar nuestro 
planeta. De la radiación solar solo llega un 51,6% a la superficie de la tierra. Los restantes 
48,4% se les pierde como reflexión (31%) y absorción (17,4%) en la capa de aire. Como 
la tierra se mueve alrededor del sol en una órbita ligeramente elíptica, la distancia entre 
ellos varía desde 98,3% de la distancia media cuando la tierra está más cerca del sol, hasta 
101,7% de la distancia media cuando la tierra está más alejada del sol. (Universidad 
Pontificia Católica del Perú, 2003). 
● Dispersión: la radiación solar viaja en línea recta, pero los gases y partículas en la 
atmósfera pueden desviar esta energía. 
 
● Intermitencia: Esta característica se refiere a que la energía solar de los primeros 
minutos de radiación es muy diferente a la del medio día, por lo que se necesita los 
paneles o colectores. (Guzmán, 2008) 
 
 
A. Tipos de radiación solar: 
 
● Radiación directa: Se recibe directamente del Sol sin haber sufrido cambio en 
dirección alguno. 
 
● Radiación difusa: Un porcentaje de la radiación que atraviesa la atmósfera reflejada 
por las nubes o absorbidas por estas. 
 
 
● Radiación reflejada: Proviene del reflejo en objetos terrestres. 
 
● Radiación total: Es la suma de las radiaciones directa, difusa y terrestre. (Loayza, 
2012). Además, al calentarse el suelo y la atmósfera, emiten su propia radiación en 
longitudes de onda infrarroja, comúnmente llamada térmica. Las diferentes 
radiaciones que se reciben están en relación a la: 
 
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o Masa de atmósfera atravesada. 
o Tiempo que dura la insolación. 
o Inclinación de los rayos. 
 
❖ Nubosidad (nubes, neblina, niebla, etc.) Los factores están influenciados por la 
estación del año, la hora del día, la latitud, la altitud y el estado del cielo. (Universidad 
Pontificia Católica del Perú, 2003) 
 
❖ Energía del Sol que llega a la Tierra es de 5,5x1024 J/año. Luminosidad solar. 
Ahora, un observador en la Tierra, viendo el Sol desde el límite superior de la 
atmósfera (para poder despreciar los procesos de dispersión y absorción) de manera 
normal al plano donde se encuentra, se ubica a una distancia dT-S=1 AU del Sol, que 
es la distancia media Tierra-Sol, de acuerdo a la Figura 1. (Fernández, Guzmán, & 
Giménez) 
 
 
Figura 1. Vista del sol visto desde el límite superior de la atmósfera terrestre. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fuente: (Fernández, Guzmán, & Giménez) 
 
La diferencia de la radiación que emite la Tierra es de una mayor longitud de onda 
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que la del Sol. Por tanto, la radiación electromagnética proveniente del Sol es 
conocida como Radiación de Onda Corta, mientras que la radiación electromagnética 
proveniente de la Tierra es llamada Radiación de Onda Larga. 
 
B. Irradiancia (G). 
 Es la rapidez de incidencia de energía radiante sobre una superficie, por unidad de 
área. Para expresarla se utiliza la letra “G” junto con los subíndices adecuados: 𝐺𝑜, 
𝐺𝑏, 𝐺𝑑, para la irradiancia extraterrestre, directa y difusa. Las unidades comunes 
para este término son 𝑊/𝑚2. Note que la irradiancia indica claramente que la 
radiación es un fenómeno que transcurre en el tiempo, en un instante dado” 
(Fernández, Guzmán, & Giménez). 
Figura 2: Pronostico de radiación UV máximo (cielo despejado y mediodía solar) en 
Chulucanas – Piura. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fuente: Senamhi 
C. Constante Solar. 
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La intensidad de la radiación solar que alcanza la atmósfera de la Tierra es 
conocida como constante solar, cuyo valor Gs=1353 W/m2 (energía resultante 
por unidad de tiempo y de área superficial normal a ella). La distancia media del 
Sol-Tierra es 1,5× 1011 m, por lo tanto, el Sol irradia 3,8×1026 W. Entonces 
puede irradiar durante 3,13×1010 años. Durante toda su vida el Sol sólo ha 
consumido el 14% de sus reservas de energía. 
Esta cantidad representa el flujo de radiación solar incidente sobre una superficie 
normal a los rayos solares, en la parte exterior de la atmósfera terrestre cuando la 
Tierra está a una distancia media del Sol. Como la Tierra se mueve alrededor del 
Sol en una órbita ligeramente elíptica, la distancia entre ellos varía desde 98,3% 
de la distancia media cuando la Tierra está más cerca del Sol, hasta 101,7% de la 
distancia media cuando la Tierra está más alejada del Sol. (Universidad Pontificia 
Católica del Perú, 2003) 
D. Aprovechamiento de la energía solar. 
Nuestro planeta recibe del sol una cantidad de energía anual de aproximadamente 
1,6 millones de kWh, de los cuales sólo un 40% es aprovechable, una cifra que 
representa varios cientos de veces la energía que se consume actualmente en 
forma mundial; es una fuente de energía descentralizada, limpia e inagotable. El 
aprovechamiento energético está entonces condicionado por la intensidad de 
radiación solar recibida por la tierra, los ciclos diarios y anuales a los que está 
sometida y las condiciones climatológicas del lugar. (Vendan, Shunmuganathan, 
Manojkumar, & Shiva, 2012) 
 La tecnología fotovoltaica actualmente ya es competitiva para electrificar 
emplazamientos alejados de las líneas eléctricas como, por ejemplo, viviendas 
rurales, bombeo de agua, señalización, alumbrado público, equipos de 
emergencia, etcétera. 
Esta puede ser aprovechada de diversas maneras, tanto para generar electricidad 
(energía eléctrica) como calor (energía térmica), pero tiene el inconveniente que 
se recibe solo durante el día, por ello debe combinarse con otros sistemas de 
generación o la inclusión de algunos sistemas de almacenamiento. Es evidente 
que, a pesar de la atenuación, la cantidad total de energía solar disponible en la 
Tierra es una enorme cantidad, pero por su baja densidad e intermitencia, necesita 
ser colectado y almacenado eficazmente. (Tian & Zhao, 2013, pág.538) 
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• Promedios climáticos de temperaturas extremas (máxima y mínima) de las 
estaciones meteorológicas utilizadas. 
 
• Chulucanas En las temperaturas extremas máximas tenemos que la T 
promedio es de 32.1 y la desviación estándar es de 2.2, por otro lado, en las 
mínimas se dice que la T promedio es 18.9 y desviación estándar 2.9. 
 
 
• Razones para su utilización. Es interesante la utilización de la energía solar 
por: Ambientales: contribuir a la mejora de la calidad del medio ambiente. 
Económicas: ahorro de energía convencional. 
 
2. Energía Fotovoltaica 
 
Energía solar: es aquella que aprovecha la energía del sol, este elemento tiene 
unos 6500 millones de años para seguir existiendo, lo cual hace que la E. solar se 
convierta en renovable e inagotable. Está energía se obtiene a través de paneles 
que captan este los rayos solares y las convierten en energía. 
 
Las células solares fotovoltaicas convierten la luz en energía de manera directa. 
Por otro lado, tenemos a los colectores solares térmicos que utilizan paneles o 
espejos que absorben y concentran el calor solar, la cual genera un vapor que 
pasa por una tubería que abastece un edificio e instalaciones o para la producción 
de electricidad. 
 
Beneficio: 
Economía cómoda: su producción llega ah de barata 
Beneficio social: 
Ayuda al medio ambiente: contaminación menor de las convencionales. 
 
Disponibilidad: al estar el sol en toda parte del mundo, habrá energía solar para 
todos. 
 
 
 
3. Chulucanas 
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Chulucanas, conocida además como la “Capital del Limón” ciudad peruana 
capital del distrito homónimo y se encuentra ubicada a 60 km de la provincia de 
Morropón, su población esta estimada en 57 418 habitantes para el año 2017 de 
acuerdo al censo 2017 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fuente: Sistema Estadística Nacional 
Una vez en chulucanas, la ciudad entera lo espera para que disfrute del calor de su 
gente, sus variados atractivos turísticos y su exquisita sazón, en medio de un clima 
benigno durante todo el año, que le garantiza una temperatura promedio de 31ºC. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3: Temperatura máxima y mínima promedio en enero 
 
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Fuente: Weather Spark 
 
 
Figura 4: Temperatura máxima y mínima promedio en febrero. 
 
Fuente: Weather Spark 
Figura 5: Temperatura máxima y mínima promedio en marzo. 
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Fuente: Weather Spark 
Figura 6: Temperatura máxima y mínima promedio en abril. 
 
Fuente: Weather Spark 
 
 
Figura 7: Temperatura máxima y mínima promedio en mayo. 
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Fuente: Weather Spark 
 
Figura 8: Temperatura máxima y mínima promedio en junio. 
 
Fuente: Weather Spark 
Figura 9: Temperatura máxima y mínima promedio en julio. 
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. Fuente: Weather Spark 
 
Figura 10: Temperatura máxima y mínima promedio en agosto. 
 
Fuente: Weather Spark 
Figura 11: Temperatura máxima y mínima promedio en setiembre. 
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Fuente: Weather Spark 
Figura 12: Temperatura máxima y mínima promedio en octubre. 
 
Fuente: Weather Spark 
 
 
Figura 13: Temperatura máxima y mínima promedio en noviembre. 
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Fuente: Weather Spark 
Figura 14: Temperatura máxima y mínima promedio en diciembre 
 
Fuente: Weather Spark 
De los datos de las figuras vistas, en la temporada de verano (22 de diciembre al 21 de marzo), 
se calculó una temperatura promedio máxima de 33°C, en la temporada de otoño (22 de marzo 
al 21 de junio), se calculó una temperatura máxima promedio de 32°C. En la temporada de 
invierno (22 de junio al 22 de setiembre), se calculó una temperatura máxima promedio de 31°C 
y en la temporada de primavera (23 de setiembre al 21 de diciembre), se calculó una temperatura 
máxima promedio de 31°C. 
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4. Componentes usados en el MapleSim 
 
A. Clock (Reloj): 
 
 El componente Reloj tiene una salida real que aumenta linealmente a una 
velocidad de una unidad por segundo cuando se inicia. (MapleSoft, 2020) 
 
Clock (Reloj). Fuente: MapleSoft 
B. Conversion block (Bloque de conversión): 
 
El componente de bloque de conversión convierte una señal real de una 
dimensión determinada de una unidad a otra. Desde los menús desplegables, 
seleccione la dimensión de la señal, luego seleccione las unidades de la entrada 
(de Unidad) y salida (a Unidad). (MapleSoft, 2020) 
 
Conversion block (Bloque de conversión). Fuente: MapleSoft 
C. Constant (Constante): 
 
El componente constante tiene una salida real igual al parámetro k. (MapleSoft, 
2020) 
 
Constant (Constante). Fuente: MapleSoft 
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D. Ramp (Rampa): 
 
El componente Rampa genera una señal de rampa real y continua. El parámetro 
booleano Suavizar esquinas selecciona si las esquinas se suavizan, el parámetro 
de suavidad, que puede variar de 0 a 1, determina la suavidad. Si la suavidad es 
mayor que 0, la señal de salida tiene una derivada continua. El intervalo de 
suavizado es igual al factor de suavidad multiplicado por la mitad del tiempo de 
rampa. (MapleSoft, 2020) 
 
Ramp (Rampa). Fuente: MapleSoft 
 
E. Add (Agregar): 
 
El componente Agregar calcula la suma de elementos de las entradas. El 
parámetro Tamaño de señal asigna la dimensión de los conectores de entrada y 
salida. (MapleSoft, 2020) 
 
Add (Agregar). Fuente: MapleSoft 
 
 
 
 
 
 
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F. Limiter (Limitador): 
 
El bloque Limiter pasa su señal de entrada como una señal de salida siempre 
que la entrada esté dentro de los límites superior e inferior especificados, umax 
y umin. Si este no es el caso, los límites correspondientes se pasan como salida. 
El parámetro Tamaño de señal asigna la dimensión de los conectores de entrada 
y salida. (MapleSoft, 2020) 
 
 
Limiter (Limitador). Fuente: MapleSoft 
 
G. Product (Producto): 
 
 
El componente Producto calcula el producto de las entradas (MapleSoft, 2020). 
 
 
Product (Producto). Fuente: MapleSoft 
 
 
 
 
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H. Prismatic (Prismática): 
 
 En el diagrama siguiente se muestra una articulación prismática, a veces 
denominada corredera o articulación de traslación, con los dos cuerpos que 
conecta. Una junta prismática permite una sola traslación relativa de los dos 
marcos conectados; esta articulación evita todos los demás movimientos relativos 
de los dos marcos. En el siguiente diagrama, el desplazamiento de la junta, s, 
representa la traslación relativa del marco final, x2y2z2, con respecto al marco 
inicial, x1y1z1. En este ejemplo, tanto x1 como x2 permanecen paralelos al eje de 
la articulación durante el movimiento de los dos cuerpos. 
 
Diagrama de articulación prismática. Fuente: MapleSoft 
 
Prismatic (Prismática). Fuente: MapleSoft 
 
 
 
 
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I. Sin o Sine (Seno): 
 
El componente Sine (o Sin) calcula el seno por elementos de la entrada u. El 
parámetro Tamaño de señal asigna la dimensión de los conectores de entrada y 
salida. (MapleSoft, 2020) 
 
Sin o Sine (Seno). Fuente: MapleSoft 
J. Box Geometry (Geometría de Caja): 
 
 La longitud del prisma se muestra entre los puntos en los que frame_a y frame_b 
están conectados en el espacio de trabajo del modelo. frame_a, frame_b y 
frame_c definen la orientación de la base del prisma. (MapleSoft, 2020) 
 
Box Geometry (Geometría de Caja). Fuente: MapleSoft 
K. Cylindrical Geometry (Geometría Cilíndrica): 
 
 La longitud del cilindro se muestra entre los puntos en los que el componente 
está conectado en el espacio de trabajo del modelo. Si conecta esta forma a los 
marcos de un solo componente, 
 
Marco de un solo componente. Fuente: MapleSoft 
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se muestra una forma de cilindro sobre la geometría implícita que representa el 
componente en el espacio de trabajo 3-D. 
 
Marco de un solo componente en 3-D. Fuente: MapleSoft 
Si conecta este componente a los marcos de dos componentes de modelado 
diferentes, 
 
Marco de dos componentes. Fuente: MapleSoft 
la forma del cilindro abarca múltiples componentes. (MapleSoft, 2020) 
 
Marco de dos componentes en 3-D. Fuente: MapleSoft 
 
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Cylindrical Geometry (Geometría Cilíndrica). Fuente: MapleSoft 
L. Fixed Frame (Marco Fijo): 
 
Un marco fijo está unido rígidamente al suelo mecánico. El marco del 
componente, que se muestra en el diagrama siguiente como x2y2z2, se puede rotar 
y desplazar con respecto al marco del suelo, que está representado por x1y1z1 en 
el diagrama. La traslación del marco final, x2y2z2, en relación con el marco del 
suelo, x1y1z1, está representada por el vector, r, resuelto en sus tres componentes 
en el marco x1y1z1. La rotación de x2y2z2, relativa a x1y1z1, se puede representar 
mediante tres ángulos de Euler, que representan tres rotaciones subsiguientes 
desde el marco del suelo al marco del componente, o mediante la matriz de 
rotación R & conjugate0; (r & conjugate0; 1 = R & conjugate0; ⋅r & conjugate0; 
2). (MapleSoft, 2020) 
 
Diagrama de Fixed Frame. Fuente: MapleSoft 
 
Fixed Frame (Marco Fijo). Fuente: MapleSoft 
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● Gain (Ganancia): 
 El componente Gain calcula la ganancia por elemento. El parámetro Tamaño de 
señal asigna la dimensión de los conectores de entrada y salida. (MapleSoft, 
2020) 
 
Gain (Ganancia). Fuente: MapleSoft 
M. Spherical (Esférica): 
 
En el diagrama siguiente se muestra una articulación esférica, a veces llamada 
articulación de rótula, con dos marcos de referencia en cada extremo de la 
conexión: x1y1z1 en el cuerpo 1 y x2y2z2 en el cuerpo 2. La articulación esférica 
restringe el movimiento relativo de los dos fotogramas a una rotación pura sobre 
el origen común; este tipo de unión no permite la traslación relativa de los dos 
marcos. 
 
Diagrama de articulación esférica. Fuente: MapleSoft 
 
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Spherical (Esférica). Fuente: MapleSoft 
N. Revolute: 
 
En el siguiente diagrama se muestra una articulación giratoria, a veces llamada 
pasador o bisagra, con los dos cuerpos y los marcos de referencia fijos del cuerpo 
que conecta. Una articulación giratoria permite una sola rotación relativa de los 
dos marcos; este tipo de junta evita todas las demás rotaciones y traslaciones 
relativas. En el diagrama que se muestra a continuación, el ángulo de unión, q, 
representa la orientación relativa del marco final, x2y2z2, con respecto al marco 
inicial, x1y1z1. Tanto z1 como z2 permanecen paralelos al eje de la articulación 
durante la rotación de la articulación en este ejemplo. 
 
Diagrama de articulación giratoria. Fuente: MapleSoft 
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Revolute. Fuente: MapleSoft 
O. Rigid Body (Cuerpo Rígido): 
 
 Un componente de carrocería rígida se muestra esquemáticamente en el 
siguiente diagrama. Se supone que el suelo es un marco de referencia inercial y 
el movimiento del cuerpo se rastrea en relación con el marco del suelo. Cuando 
se crea un nuevo cuerpo rígido, se crea un marco externo de referencia (frame_a) 
en el centro de masa, C, del cuerpo. La matriz de inercia se especifica luego en 
términos de sus momentos y productos sobre C, resueltos en componentes a lo 
largo de los ejes locales x, y, z en C. Si se selecciona la opción de tratar el cuerpo 
rígido como una masa puntual variable, estos los productos y los momentos se 
ignoran. 
 
Diagrama de cuerpo rígido. Fuente: MapleSoft 
 
 
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28 
 
 
Para tratar el cuerpo rígido como una masa puntual variable, seleccione el 
parámetro Masa puntual variable. Esto habilita la conexión vMass, que le permite 
conectar una señal real a vMass. La masa del cuerpo rígido cambiará según el 
valor de la señal conectada a vMass. (MapleSoft, 2020) 
 
 
 
Rigid Body (Cuerpo rígido). Fuente: MapleSoft 
 
 
 
Rigid Body (Cuerpo rígido) con Masa Puntual Variable. Fuente: MapleSoft 
 
P. Rigid Body Frame (Estructura de Cuerpo Rígido): 
 
 Un marco con un desplazamiento y una orientación fijos en relación con un 
marco de centro de masa (CoM) de cuerpo rígido. Un marco de cuerpo rígido es 
un marco fijo al cuerpo que se utiliza para definir ubicaciones de interés en el 
cuerpo donde está conectado (por ejemplo, ubicaciones donde se conecta con 
otros cuerpos). La posición y la orientación relativas al centro de masa deben 
definirse para cada marco fijo. La posición del marco x'y'z' fijo al cuerpo en 
relación con el centro de masa del marco xyz, ambos mostrados en el diagrama a 
continuación, está definida por el vector de posición de traslación de C a P, 
resuelto en componentes a lo largo del centro de masa Ejes x, y y z. La orientación 
de x'y'z' con respecto a xyz se puede definir mediantela matriz de transformación 
de rotación entre los dos, o mediante una rotación alrededor de uno o más de los 
ejes x, y o z. (MapleSoft, 2020) 
 
 
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29 
 
 
 
Diagrama de un marco de cuerpo rígido. Fuente: MapleSoft 
 
 
 
Rigid Body Frame (Estructura de Cuerpo Rígido). Fuente: MapleSoft 
 
Q. Tapered Cylinder Geometry (Geometría de Cilindro Cónico): 
 
 La longitud de la forma del cilindro ahusado se muestra entre los puntos en los 
que frame_a y frame_b están conectados en el espacio de trabajo del modelo. 
Puede conectar esta forma a los marcos de un solo componente de modelado o 
puede conectar este componente a los marcos de dos componentes de modelado 
diferentes. Si desea mostrar una forma de cono, especifique un valor de 0 para 
uno de los parámetros de radio. (MapleSoft, 2020) 
 
 
 
Diagrama de Cilindro Cónico en 3-D. Fuente: MapleSoft 
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Tapered Cylinder Geometry (Geometría de Cilindro Cónico). Fuente: MapleSoft 
 
R. Angle Sensor (Sensor de Ángulo): 
 
El componente Sensor de ángulo genera una señal de salida proporcional al 
ángulo absoluto de la brida giratoria adjunta. (MapleSoft, 2020) 
 
 
 
Angle Sensor (Sensor de Ángulo). Fuente: MapleSoft 
 
S. Prescribed Rotation (Rotación Prescrita): 
 
 Un impulsor de movimiento de rotación prescrito es idéntico a una articulación 
esférica, excepto que las rotaciones de la articulación están prescritas por señales 
de entrada, en lugar de ser libre de variar. (MapleSoft, 2020) 
 
 
 
Prescribed Rotation (Rotación Prescrita). Fuente: MapleSoft 
 
 
 
 
 
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31 
 
 
T. Spherical Geometry (Geometría Esférica): 
 
 Puede adjuntar este componente a un solo componente o línea de conexión en el 
espacio de trabajo del modelo. En el espacio de trabajo 3-D, el origen de la esfera 
se coloca en el marco de referencia. Por ejemplo, cuando un componente de 
geometría esférica está conectado al final de un modelo de péndulo, como se 
muestra en el siguiente diagrama. 
 
 
 
Diagrama de geometría esférica conectado al final de un modelo de péndulo. 
Fuente: MapleSoft 
 
 
lo siguiente se muestra en el espacio de trabajo 3-D. (MapleSoft, 2020) 
 
 
 
Diagrama de Geometría Esférica en 3-D. Fuente: MapleSoft 
 
 
 
Spherical Geometry (Geometría Esférica). Fuente: MapleSoft 
 
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U. Current Sensor (Sensor Actual): 
 
 Sensor para medir la corriente en una rama. El componente del sensor de 
corriente genera una señal de salida proporcional a la corriente que lo atraviesa. 
(MapleSoft, 2020) 
 
 
Current Sensor (Sensor Actual). Fuente: MapleSoft 
 
V. Constant Voltage (Voltaje Constante): 
 
Fuente de voltaje constante. El componente de voltaje constante genera un voltaje 
constante. (MapleSoft, 2020) 
 
 
 
Constant Voltage (Voltaje Constante). Fuente: MapleSoft 
 
W. Ideal Op Amp 3 Pin: 
 
 El amplificador operacional ideal con tres pines tiene el mismo comportamiento 
que el amplificador operacional ideal, que tiene cuatro pines. Solo queda fuera el 
pin de salida negativo. Tanto el voltaje de entrada como la corriente están fijos a 
cero (anulador). En el pin de salida es posible cualquier voltaje y cualquier 
corriente. (MapleSoft, 2020) 
 
 
 
Ideal Op Amp 3 Pin. Fuente: MapleSoft 
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X. Resistor (Resistencia): 
 
El componente de resistencia modela una resistencia eléctrica lineal constante 
con un puerto de calor opcional y dependencia de la temperatura. Se permite que 
la resistencia sea positiva, cero o negativa. (MapleSoft, 2020) 
 
 
 
Resistor (Resistencia). Fuente: MapleSoft 
 
Y. Signal Current (Corriente de Señal): 
 
 Fuente de corriente genérica que utiliza la señal de entrada como fuente de 
corriente. La fuente de corriente de señal genera una corriente que es 
proporcional a la señal de entrada. (MapleSoft, 2020) 
 
 
 
Signal Current (Corriente de Señal). Fuente: MapleSoft 
 
Z. Diode (Diodo): 
 
 
Diode (Diodo). Figura reproducida del MapleSim 
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Parámetros de Diode (Diodo). Figura reproducida del MapleSim 
 
AA. PV (Diodo Fotovoltaico): 
 
 
PV (Diodo Fotovoltaico). Figura reproducida del MapleSim 
 
 
 
Parámetros de PV (Diodo Fotovoltaico). Figura reproducida del MapleSim 
 
 
 
 
 
 
 
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3. METODOLOGÍA 
 
 3.1 Diseño de investigación 
Según el propósito. - Aplicada: Es aplicada ya que se utilizaran los 
conocimientos en la práctica, para aplicarlos en beneficio de obtener la mayor 
energía solar para los ciudadanos de Chulucanas. Se tiene como propósito 
determinar la mayor captacion de energia en la colocación de paneles 
fotovoltaicos en la ciudad de Chulucanas-Piura. 
 3.2 Unidad de estudio 
La unidad de estudio estará constituida por el panel fotovoltaico. 
 
 3.3 Materiales y equipos 
Para la realización y construcción del prototipo se tomó en cuenta los siguientes 
materiales: 
● 1 Diodo fotovoltaico 
● Software MapleSim 
● 1 Sensor de voltaje 
● Sensores de ángulo 
● Limitador de voltaje 
● Pines de carga 
● 2 Resistores 
● 1 Diodo 
● The Weather Channel. 
 
 
 
 
 
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3.2. Procedimiento Experimental y Obtención de Resultados. 
En este caso la determinación mayor de energía de las superficies captadoras de 
un sistema solar está determinado por muchos factores, entre ellos la radiación 
incidente en el lugar donde va situada la instalación, el cielo solar, donde influye 
la sombra de objetos que no pueden ser eliminados, como edificios, montañas, 
entre otros, así como el coeficiente de albedo referente a los niveles de reflexión 
del lugar donde se ubica el sistema. 
Además, la determinación óptima de energía de un sistema fotovoltaico debe 
coincidir con la latitud del lugar, resultado ya presentado anteriormente por otros 
autores (Duffie y Beckman, 1996; Bérriz y Álvarez, 2004, Gunerhan y Hepbasli, 
2007; Shariah et al., 2002; Cheng et al., 2005; Cheng et al., 2009, Righini y 
Grossi Gallegos, 2011). 
En este caso vamos a utilizar el programa MapleSim que nos permitirá diseñar el 
prototipo y obtener los resultados, en gráficas, de la captación de energía máxima 
en la estación de verano en Chulucanas. 
En primera instancia, se diseñó el prototipo del panel fotovoltaico en el programa 
MapleSim. Una fotografía de dicho diseño se muestra en figura 3.2.1. En esta 
fotografía, también se puede observar la posición del sol. Se modela una matriz 
solar de unión única de un solo eje utilizando componentes multicuerpo y 
eléctricos. Primero, la radiaciónsolar en el panel se calcula en función de la 
inclinación del panel y del ángulo de elevación del sol que varía a lo largo del 
día. Esto se utiliza como entrada a un modelo de circuito equivalente de la celda 
solar de unión única para estimar la generación de energía de la matriz. 
 
Fig. 3.2.1 Panel fotovoltaico y posición del sol diseñado en MapleSim. Figura reproducida del 
MapleSim. 
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Se va a manipular la temperatura, en grados Kelvin (K), irradiada por el sol en Chulucanas en esa 
hora del día para encontrar la energía eléctrica recolectada en ese momento. Para ello 
manipularemos esta variable en el ítem que dice Temperature_1. 
 
 
 
Fig. 3.2.2 Propiedades de Temperature_1. Figura reproducida del MapleSim. 
 
También se va la hora del día para hallar la energía eléctrica en ese momento. Con el siguiente 
ítem se manipulará la hora de inicio (en segundos), teniendo en cuenta que la hora 0 será las 5:55 
am que es la hora de salida del sol en Chulucanas. 
 
 
 
Fig. 3.2.3 Propiedades de C1. Figura reproducida del MapleSim. 
 
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38 
 
 
Y en el siguiente ítem, que se encuentra en la barra superior del programa. se manipulará 
el tiempo que transcurre desde el tiempo inicial (T0) colocado. 
 
Fig. 3.2.4 Hora transcurrida. Figura reproducida del MapleSim. 
 
Finalmente, el programa MapleSim nos dará los resultados de la energía eléctrica 
producida en una hora del día (h) y a cierta temperatura (T). 
3.3. Programación/Cálculos 
Para la visualización y control del prototipo se utilizó el software MapleSim. El panel del 
programa es mostrado en la figura 3.3.1. El programa MapleSim nos permitirá calcular 
la captación de la radiación solar con respecto a la temperatura y la hora de Chulucanas, 
esto nos ayudará a estimar la generación de energía. Los datos principales de entrada 
requeridos para cumplir con la simulación son: temperatura (K) e intervalo de medida 
(cada cuanto tiempo se almacenará un dato). Por otro lado, el dato de salida consiste en: 
estimar la energía máxima captada (W). 
 
 
 Figura 3.3.1. Panel del MapleSim. Figura reproducida del MapleSim 
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Las partes más importantes del diagrama de bloques del programa diseñado es mostrada 
en las siguientes figuras. 
 
 
 
Figura 3.3.2. Esquema Principal del Sistema. Figura reproducida del MapleSim 
 
 
 
 
Figura 3.3.3. Esquema de Sun_Solar1. Figura reproducida del MapleSim 
 
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Figura 3.3.4. Esquema Sun1. Figura reproducida del MapleSim 
 
 
 
Figura 3.3.5. Esquema de SolarArray1. Figura reproducida del MapleSim 
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41 
 
 
 
Figura 3.3.6. Esquema de Solar_Array_Equivalent_Circuit2. Figura reproducida del MapleSim 
 
Para que nosotros hallemos la energía eléctrica máxima, en Watt (W), captada por el panel 
fotovoltaico desde las 5:50 am hasta las 6:15 pm, usaremos los datos de la siguiente tabla que 
extrajimos de la página Weather Spark, donde se ve la temperatura promedio máxima en cada 
estación del año en Chulucanas. 
 
ESTACIÓN 
TEMPERATURA 
°C K 
Verano 33 306.15 
Otoño 32 305.15 
Invierno 31 304.15 
Primavera 31 304.15 
Fuente: Creación propia 
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Tabla 3.3.1. Temperatura Promedio Máxima en cada estación del año en Chulucanas. 
Elaboración Propia. 
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 
Para empezar a realizar las operaciones en el programa MapleSim, se consideran los siguientes 
parámetros: para la temperatura solar en Chulucanas se considerará la temperatura máxima 
promedio que hay cada temporada del año, que se encuentra en la tabla 3.3.1., en grados Kelvin 
(K) y la hora será desde las 5:50 am (salida del sol) hasta las 6:15 pm (puesta del sol). 
 
 
Fig. 4.1 Panel Fotovoltaico con seguimiento al sol. Figura reproducida del MapleSim 
 
Y obtenemos los siguientes resultados en Watts (W): 
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Fig. 4.2 Gráfica de la energía eléctrica (W) en verano. Figura reproducida del MapleSim 
 
Fig. 4.3 Gráfica de la energía eléctrica (W) en otoño. Figura reproducida del MapleSim 
 
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Fig. 4.4 Gráfica de la energía eléctrica (W) en invierno. Figura reproducida del MapleSim 
 
Fig. 4.5 Gráfica de la energía eléctrica (W) en primavera. Figura reproducida del MapleSim 
Observamos que la energía máxima que capta el panel fotovoltaico en verano y otoño es un 
poco más de 12 W, mientras que de invierno y primavera es de 12W. 
En el distrito la ciudad de Chulucanas a las 5:50 am el panel solar captura determinada cantidad 
de radiación solar que genera la electricidad (11.8 W) a la población, pero como el panel se mueve 
respecto a la rotación del sol, se tendrá que a cierto tiempo del día (entre las 2:00 pm y 3:00 pm) 
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el panel solar capta mayor radicación solar, lo cual genera un aumento de energía a la población 
(12:00 W) que es mayor a la de la salida del sol (5:50 am) y a la puesta del sol (6:15 pm) 
5. CONCLUSIONES 
 Se concluye que: 
❖ En la estación de verano, el panel fotovoltaico capta mayor energía eléctrica 
debido a que la temperatura promedio máximo es mayor al resto de las 
estaciones. 
 
❖ Tenemos que la hora óptima en donde el panel fotovoltaico llega a obtener la 
mayor concentración de energía eléctrica (W) es aproximadamente entre las 2:00 
pm y 3:00 pm del día. 
 
❖ La determinación mayor de energía se debió a factores como la superficie, la 
latitud de dicho lugar, su azimut y las condiciones climáticas de dicha región, que 
en este caso se consideraron las que tiene la estación de verano en Chulucanas. 
 
❖ El uso del prototipo ayudará a la población de Chulucanas con respecto a sus 
economía e impacto ambiental. 
 
6. Consideraciones Finales y Perspectivas Futuras 
El presente prototipo, mediante algunas mejoras e implementaciones, puede 
llegar a captar más radiación solar de la que se puede. Como sugerencia se pueden 
seguir utilizando estos programas, ya que son adecuados para el cálculo de las 
temperaturas. A través de estos programas se puede implementar en la parte 
inferior del panel un marco, un video posterior, un encapsulante frontal, celdas 
solares, encapsulante trasero, recubrimiento trasero y una caja de conexión, esto 
hará que el panel capta más radiación, ya que la parte superior del panel capta 
solo lo necesario para su capacidad. al implementar una capa trasera, se tendría 
mayor captación. 
 
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46 
 
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Informe de proyecto del curso de Física II 
Determinación de la energía máxima captada por un panel fotovoltaico 
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