Diseñamos un sistema fotovoltaico para iluminar una vivienda rural del Ande

SESIÓN DE APRENDIZAJE

Diseñamos un sistema fotovoltaico para iluminar una vivienda rural del Ande

I. DATOS INFORMATIVOS

II. PROPÓSITOS DE APRENDIZAJE

III. PROPÓSITO DE APRENDIZAJE

Competencia: Diseña y construye soluciones tecnológicas para resolver problemas de su entorno.

Capacidades:

Determina una alternativa de solución tecnológica.

Diseña la alternativa de solución tecnológica.

Implementa y valida la alternativa de solución tecnológica.

Desempeños:

Determina el problema tecnológico de la falta de energía eléctrica en viviendas rurales, las causas que lo generan y su alternativa de solución, considerando los requerimientos de los usuarios y los recursos disponibles.

Diseña y representa gráficamente su alternativa de solución tecnológica con paneles solares, batería y LED, seleccionando los materiales y estimando costos en soles.

Implementa y valida su alternativa de solución tecnológica, verificando el funcionamiento del circuito y calculando la cantidad de paneles necesarios para alimentar varios focos.

Criterios:

Explica con claridad el problema de la falta de electricidad en zonas rurales y justifica el uso de la energía solar como alternativa viable.

Diseña un circuito fotovoltaico básico que incluya panel solar, batería y LED, representándolo con un esquema claro.

Construye y prueba el circuito, verificando que el LED encienda y calculando cuántos paneles se necesitan para alimentar varios focos.

Comunica los resultados de su indagación y evaluación del sistema, mencionando ventajas y limitaciones.

Evidencia: Circuito fotovoltaico funcional que ilumina una maqueta de vivienda rural, acompañado de un esquema y el cálculo del número de paneles necesarios para alimentar varios focos.

Instrumento: Rúbrica.

IV. SITUACIÓN SIGNIFICATIVA

En el centro poblado de Quispicanchis, a 3 500 metros sobre el nivel del mar, en la región Cusco, 45 familias no cuentan con el servicio de energía eléctrica. Para iluminar sus casas usan velas y mecheros a kerosene, lo que les genera un gasto mensual de 25 soles por familia y ocasiona enfermedades respiratorias por el humo. El Ministerio de Energía y Minas ha instalado paneles solares en algunas viviendas de la zona, pero muchas familias aún no saben cómo funciona un sistema básico ni cuántos paneles necesitan para encender varios focos LED. Frente a esta situación, nos preguntamos: ¿cómo podemos diseñar y construir un sistema fotovoltaico básico que ilumine una vivienda rural? ¿Cuántos paneles solares se necesitan para alimentar 3 focos LED de 5 W cada uno?

V. SECUENCIA DIDÁCTICA

Inicio (15 min)

El docente muestra una imagen de una vivienda rural sin electricidad y pregunta: ¿cómo se iluminan las familias que no tienen luz eléctrica? ¿Qué problemas trae usar velas o mecheros? Los estudiantes comparten experiencias de sus propias familias o de comunidades que conocen.

Se presenta el propósito: "Hoy diseñaremos y construiremos un circuito fotovoltaico básico para iluminar una maqueta de vivienda rural, y calcularemos cuántos paneles se necesitan para varios focos".

Se establecen los acuerdos de convivencia: trabajar en equipo, cuidar los materiales, escuchar las ideas de todos.

Desarrollo (60 min)

1. Comprensión del problema (10 min)

El docente plantea: ¿Qué necesita una vivienda rural para tener luz eléctrica? ¿Qué recursos tenemos en el Perú para generar electricidad sin conectarse a la red? Los estudiantes leen el siguiente texto (Anexo 1) y responden: ¿por qué la energía solar es una alternativa viable para las zonas rurales? ¿Qué componentes tiene un sistema fotovoltaico básico?

Anexo 1: Texto sobre energía solar en el Perú

La energía solar fotovoltaica convierte la luz del sol en electricidad mediante paneles solares. En el Perú, regiones como Cusco, Puno y Ayacucho reciben radiación solar casi todo el año, con un promedio de 5 a 6 horas de sol al día. Esto convierte a la energía solar en una alternativa viable para las comunidades rurales que no están conectadas a la red eléctrica. Un sistema fotovoltaico básico está formado por un panel solar que capta la luz, un regulador de carga que controla el paso de energía, una batería que almacena electricidad para usarla de noche, y dispositivos de consumo como focos LED de bajo consumo. El Ministerio de Energía y Minas ha instalado más de 200 000 paneles solares en viviendas rurales del país, mejorando la calidad de vida de las familias y reduciendo el uso de velas y mecheros que dañan la salud.

2. Búsqueda de estrategias (10 min)

En equipos de 4, los estudiantes proponen cómo construir un circuito con panel solar, batería y LED. Se les entrega el kit de materiales (Anexo 2) y se les pide que diseñen un esquema del circuito. El docente guía con preguntas: ¿cómo se conecta el panel a la batería? ¿Cómo se conecta el LED? ¿Qué pasa si conectamos mal los polos?

Anexo 2: Kit de materiales por equipo

Cada equipo recibe:

1 panel solar pequeño de 6V y 1W

1 batería recargable de 3.7V

1 LED de bajo consumo (rojo, verde o blanco)

1 resistencia de 220 ohmios

1 diodo 1N4007

2 cables conductores de 20 cm

1 protoboard o tablero de madera

Cinta aislante

1 multímetro (opcional)

1 maqueta de vivienda rural (caja de cartón, palitos, etc.)

Hoja de cálculo y lápiz

3. Representación (10 min)

Cada equipo dibuja su esquema del circuito en una hoja o en la pizarra. Identifican los componentes: panel solar, regulador de carga (puede ser un diodo), batería, resistencia y LED. Explican la función de cada uno. El docente revisa los esquemas y da retroalimentación.

4. Formalización (10 min)

El docente sistematiza la información: la energía solar se convierte en energía eléctrica mediante el panel fotovoltaico, la batería almacena esa energía y el LED es un dispositivo de bajo consumo. Se explica la ley de Ohm y cómo calcular la resistencia necesaria para proteger el LED. Se presenta la fórmula para calcular la cantidad de paneles: Potencia total necesaria / Potencia de un panel = número de paneles. Se resuelve un ejemplo: si un foco LED consume 5 W y tenemos 3 focos, necesitamos 15 W. Si un panel entrega 10 W, necesitamos 2 paneles.

5. Reflexión (10 min)

Los estudiantes responden: ¿Qué dificultades encontramos al diseñar el circuito? ¿Cómo podríamos mejorar nuestro diseño? ¿Qué ventajas tiene la energía solar frente a otras fuentes? El docente refuerza la idea clave: la energía solar fotovoltaica es una alternativa viable para llevar electricidad a comunidades rurales del Perú que no están conectadas a la red.

6. Transferencia (10 min)

Cada equipo construye el circuito según su esquema. Prueban si el LED enciende. Si no enciende, revisan las conexiones y corrigen. Luego, calculan cuántos paneles se necesitarían para alimentar 3 focos LED de 5 W cada uno en una vivienda rural. Presentan su maqueta iluminada y explican su cálculo.

Cierre (15 min)

Cada equipo presenta su maqueta iluminada y explica cómo funciona su circuito y cuántos paneles calcularon.

El docente consolida las ideas principales: componentes del sistema fotovoltaico, conversión de energía y cálculo de paneles.

Metacognición: ¿Qué aprendí hoy sobre la energía solar? ¿Cómo lo aprendí? ¿Para qué me sirve lo que aprendí? ¿Cómo puedo aplicar esto en mi comunidad?

VI. MATERIALES

Panel solar pequeño (6V, 1W o similar)

Batería recargable (3.7V o 1.2V) o pila recargable

LED de bajo consumo (rojo, verde o blanco)

Resistencia de 220 ohmios

Diodo 1N4007 (para evitar descarga inversa)

Cables conductores (cables de timbre o similar)

Protoboard o tablero de madera

Cautín o cinta aislante

Multímetro (opcional)

Maqueta de vivienda rural (caja de cartón, palitos, etc.)

Hoja de cálculo y lápiz

Anexo 1: Texto sobre energía solar en el Perú

Anexo 2: Kit de materiales por equipo

VII. ANEXOS

El docente prepara con anticipación el texto informativo sobre la energía solar fotovoltaica en el Perú, que incluye datos sobre comunidades rurales electrificadas con paneles solares, los componentes de un sistema básico y las ventajas ambientales. También organiza los kits de materiales por equipo, asegurándose de que cada uno tenga un panel solar, una batería, un LED, una resistencia, un diodo, cables y una protoboard. Además, elabora una maqueta sencilla de vivienda rural con materiales reciclados para que los estudiantes la iluminen. Prepara una hoja de cálculo con la fórmula para determinar el número de paneles necesarios y un ejemplo resuelto. Finalmente, revisa que todos los materiales estén en buen estado y que los estudiantes manipulen con cuidado los componentes eléctricos.

ANEXO 1. INSTRUMENTO DE EVALUACIÓN: RÚBRICA

Construido con los criterios de evaluación de esta sesión. Edita los descriptores según tu aula.

Evidencia que se evalúa: Circuito fotovoltaico funcional que ilumina una maqueta de vivienda rural, acompañado de un esquema y el cálculo del número de paneles necesarios para alimentar varios focos.

ANEXO 2. REGISTRO DE EVALUACIÓN DEL AULA

Criterios: C1 = Explica con claridad el problema de la falta de electricidad en zonas rurales y justifica el uso de la energía solar como alternativa viable. | C2 = Diseña un circuito fotovoltaico básico que incluya panel solar, batería y LED, representándolo con un esquema claro. | C3 = Construye y prueba el circuito, verificando que el LED encienda y calculando cuántos paneles se necesitan para alimentar varios focos. | C4 = Comunica los resultados de su indagación y evaluación del sistema, mencionando ventajas y limitaciones.

Escala: C = En inicio, B = En proceso, A = Logro esperado, AD = Logro destacado.

Descargado de paraclases.com. Propuesta independiente y editable. Revisa su pertinencia curricular y adáptala a tu grupo antes de usarla.