18
15 Capitulo 2. Marco teórico 2.1 Energía renovable Se denomina energía renovable a la energía que se obtiene de la naturaleza, se les considera inagotables, con una gran cantidad de energía almacenada, y que son capaces de regenerarse por medios naturales y de forma rápida. También se las llama energías alternativas debido a que pueden suplir a las energías o fuentes energéticas tradicionales, con un apreciable menor efecto contaminante. Las energías renovables dentro de las cuales se incluyen: la energía solar fotovoltaica, eólica, geotérmica mareomotriz, térmica, Biomasa etc. podrían solucionar muchos de los problemas ambientales en la actualidad, como el cambio climático, los residuos radiactivos, las lluvias ácidas y la contaminación atmosférica. [1] Las principales razones para hacer uso de estas fuentes de energía se basan en los siguientes aspectos: Las fuentes de energía fósil actualmente explotadas terminarán agotándose, según los pronósticos actuales, en el transcurso de este siglo XXI. Evitar en la medida de lo posible la construcción de grandes infraestructuras de generación y distribución de energía eléctrica que afecten al ecosistema existente. Ayudar en gran parte a la implantación de un desarrollo sostenible que nos ayude a coexistir con nuestro planeta. Contribuir a la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero, que incidan en la mitigación de los impactos del cambio climático, mediante la adopción de energías renovables y prácticas de eficiencia energética en los procesos productivos de los negocios locales y comerciales, para propiciar el ahorro de la energía y la disminución de costos de producción.

Capitulo 2. Marco teóricorepositorio.upsin.edu.mx/Fragmentos/Capitulo2Cap2... · 2016. 9. 5. · 15 Capitulo 2. Marco teórico 2.1 Energía renovable Se denomina energía renovable

  • Upload
    others

  • View
    0

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Capitulo 2. Marco teóricorepositorio.upsin.edu.mx/Fragmentos/Capitulo2Cap2... · 2016. 9. 5. · 15 Capitulo 2. Marco teórico 2.1 Energía renovable Se denomina energía renovable

15

Capitulo 2. Marco teórico

2.1 Energía renovable

Se denomina energía renovable a la energía que se obtiene de la naturaleza, se

les considera inagotables, con una gran cantidad de energía almacenada, y que

son capaces de regenerarse por medios naturales y de forma rápida. También se

las llama energías alternativas debido a que pueden suplir a las energías o fuentes

energéticas tradicionales, con un apreciable menor efecto contaminante.

Las energías renovables dentro de las cuales se incluyen: la energía solar

fotovoltaica, eólica, geotérmica mareomotriz, térmica, Biomasa etc. podrían

solucionar muchos de los problemas ambientales en la actualidad, como el cambio

climático, los residuos radiactivos, las lluvias ácidas y la contaminación

atmosférica. [1]

Las principales razones para hacer uso de estas fuentes de energía se basan

en los siguientes aspectos:

Las fuentes de energía fósil actualmente explotadas terminarán

agotándose, según los pronósticos actuales, en el transcurso de este siglo

XXI.

Evitar en la medida de lo posible la construcción de grandes

infraestructuras de generación y distribución de energía eléctrica que

afecten al ecosistema existente.

Ayudar en gran parte a la implantación de un desarrollo sostenible que nos

ayude a coexistir con nuestro planeta.

Contribuir a la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero, que

incidan en la mitigación de los impactos del cambio climático, mediante la

adopción de energías renovables y prácticas de eficiencia energética en los

procesos productivos de los negocios locales y comerciales, para propiciar

el ahorro de la energía y la disminución de costos de producción.

Page 2: Capitulo 2. Marco teóricorepositorio.upsin.edu.mx/Fragmentos/Capitulo2Cap2... · 2016. 9. 5. · 15 Capitulo 2. Marco teórico 2.1 Energía renovable Se denomina energía renovable

16

Respecto a lo anterior es sin duda un hecho indiscutible la preocupación

mundial respecto al cambio climático en nuestro planeta. Actualmente existen

organismos en muchos países responsables de tomar medidas a fin de reducir el

índice de contaminantes que afectan nuestro entorno. En la figura 1. Se muestra el

porcentaje de las energías renovables, su capacidad energética y la producción

de biocombustibles en el mundo.

Figura 1. Energías renovables en el mundo [2]

2.2 Energía solar

La energía solar es una fuente de energía renovable, obtenida a partir del

aprovechamiento de la radiación electromagnética (radiación solar) procedente del

Sol. La radiación solar que alcanza la Tierra ha sido aprovechada por el ser

humano desde la Antigüedad, mediante diferentes tecnologías que han ido

evolucionando con el tiempo desde su concepción. En la actualidad, el calor y la

Page 3: Capitulo 2. Marco teóricorepositorio.upsin.edu.mx/Fragmentos/Capitulo2Cap2... · 2016. 9. 5. · 15 Capitulo 2. Marco teórico 2.1 Energía renovable Se denomina energía renovable

17

luz del Sol puede aprovecharse por medio de captadores como células

fotovoltaicas, helióstatos o colectores térmicos, que pueden transformarla en

energía eléctrica o térmica. Es una de las llamadas energías renovables o

energías limpias, que pueden ayudar a resolver algunos de los problemas más

urgentes que afronta la humanidad.

La Radiación Solar es la energía emitida por el sol (figura 2), que se

propaga en todas las direcciones a través del espacio mediante ondas

electromagnéticas.

Las diferentes tecnologías solares se clasifican en pasivas o activas según

cómo capturan, convierten y distribuyen la energía solar. Las tecnologías activas

incluyen el uso de paneles fotovoltaicos y colectores térmicos para recolectar la

energía. Entre las técnicas pasivas, se encuentran diferentes técnicas enmarcadas

en la arquitectura bioclimática: la orientación de los edificios etc. [3]

La electricidad es una de las formas de energía más versátiles y que mejor

se adaptan a cada necesidad. Su utilización está tan extendida que difícilmente

podría concebirse una sociedad tecnológicamente avanzada que no hiciese uso

de ella. Actualmente existen miles de aparatos que, bien en forma de corriente

continua o de corriente alterna, utilizan la electricidad como fuente de energía, y su

uso ha provocado una alta demanda de consumo eléctrico.

Este hecho ha propiciado la búsqueda de nuevas fuente de energía y

nuevos sistemas de producción eléctrica, basados, fundamentalmente en el uso

de energías renovables. Los sistemas actuales de generación y producción de

electricidad cuentan con una gran cantidad de problemas los cuales hacen

necesario intentar y más que nada desarrollar otro tipo de fuentes energéticas que

apunten hacia un futuro sustentable, donde la sociedad se vea beneficiada

económicamente y mejore su calidad de vida donde el medio ambiente no se vea

afectado.

Page 4: Capitulo 2. Marco teóricorepositorio.upsin.edu.mx/Fragmentos/Capitulo2Cap2... · 2016. 9. 5. · 15 Capitulo 2. Marco teórico 2.1 Energía renovable Se denomina energía renovable

18

Como ya se ha mencionado antes, la tendencia actual es la utilización de

energías renovables. Es aquí donde la energía solar tiende a ser de mera

importancia debido a que está puede ser utilizada de diferentes formas para

aprovechar la radiación solar y producir electricidad; está fuente se distingue entre:

Métodos indirectos: El sol se aprovecha para calentar un fluido (puede ser

agua, sodio, sales fundidas etc.) y convertirlo en vapor, con el fin de

producir electricidad mediante el movimiento de un alternador o

simplemente agua caliente para lugares públicos o uso domestico. La

producción de la electricidad se realiza mediante un ciclo termodinámico

convencional, como se haría en una central térmica de combustible fósil

Métodos directos: En ellos la luz del sol es convertida directamente a

electricidad mediante el uso de células solares que apiladas o en conjunto

conforman un sistema fotovoltaico o panel solar. [4]

La energía solar se encuentra disponible en todo el mundo. Algunas zonas del

planeta reciben más radiación solar que otras. En el caso particular de Ecuador,

los sistemas fotovoltaicos son una alternativa muy interesante, desde las

perspectivas técnica y económica, pues la región dispone durante todo el año de

abundante radiación solar; entre las aplicaciones más destacadas en este país

para suministrar energía son los emplazamientos aislados de la red (viviendas

aisladas, faros, postes SOS, bombeos, repetidores de telecomunicaciones, etc.).

Figura 2. Radiación solar en el mundo [3]

Page 5: Capitulo 2. Marco teóricorepositorio.upsin.edu.mx/Fragmentos/Capitulo2Cap2... · 2016. 9. 5. · 15 Capitulo 2. Marco teórico 2.1 Energía renovable Se denomina energía renovable

19

2.3 Energía solar fotovoltaica

El principio fotoeléctrico es un tema que se ha fortalecido en los últimos 30 años

debido al avance científico y al interés en su aplicación a las energías renovables;

sin embargo el efecto fotovoltaico es un principio físico descubierto en el año de

1839 por el francés Edmund Bacquerel; pero no fue hasta después de 48 años

cuando Heinrich Hertz hizo las primeras observaciones a detalle y la descripción

experimental de tal principio. En el año de 1887 Hertz fabricó la primera celda

fotovoltaica, la cual convertía la luz en electricidad con apenas el 1% de eficiencia.

A pesar de haberse publicado varios artículos con investigaciones en el

campo, nunca hubo una explicación física del fenómeno hasta el año de 1905

cuando Albert Einstein expone una demostración puramente matemática para el

efecto fotoeléctrico en la cual predecía que la energía con la cual los electrones

escapaban de un material aumenta linealmente con la frecuencia de la luz

incidente. Artículo que llevó a Einstein a ser acreedor del Premio Nobel de la

Física en el año de 1921.

A la fecha el principio fotovoltaico se encuentra en pleno auge de su

crecimiento y desarrollo, en el cual alrededor del mundo día a día se buscan

nuevas técnicas para incrementar su eficiencia y reducir sus costos para cada vez

acercarnos más a esta alternativa energética utilizando como fuente primaria a la

energía electromagnética proveniente del sol. [5]

La energía solar fotovoltaica es una forma de obtención de electricidad por

medio de paneles solares fotovoltaicos. Los paneles o módulos fotovoltaicos están

compuestos por dispositivos semiconductores tipo diodo (células fotovoltaicas)

que, al recibir la radiación solar, se estimulan y generan saltos electrónicos,

generando diferencias de potencial en sus extremos. El acoplamiento en serie de

estas células permite obtener voltajes en corriente continua, adecuados para

alimentar dispositivos electrónicos sencillos o a mayor escala, esta corriente

Page 6: Capitulo 2. Marco teóricorepositorio.upsin.edu.mx/Fragmentos/Capitulo2Cap2... · 2016. 9. 5. · 15 Capitulo 2. Marco teórico 2.1 Energía renovable Se denomina energía renovable

20

eléctrica continua generada por los paneles se puede transformar en corriente

alterna e inyectar en la red eléctrica.

La cantidad de energía solar aprovechable depende de muchos factores,

algunos de ellos pueden ser controlados en el diseño e instalación del sistema

(orientación, inclinación, ubicación de paneles, etc.) y otros se escapan de control

ya que están en función de la localización geográfica y meteorología de la

instalación. [5]

2.3.1 La célula fotovoltaica

Es el elemento fundamental de todo sistema fotovoltaico, atribuyéndole la

responsabilidad de captar la energía electromagnética proveniente del sol y

generar una corriente eléctrica. La base primordial de su composición es el silicio;

lugar donde se producen los efectos físicos que hacen posible el principio de la

conversión de energía. [5]

En la célula, la radiación incide generalmente sobre una lámina tipo n, con

un grosor menor a 1μm para que la penetración de los fotones en el cristal sea

suficiente para crear un par electrón-hueco y generar un flujo de electrones. La

célula solar se fabrica mediante la cristalización de silicio y de ello aparecen tres

tipos principales:

Silicio cristalino.- Este tipo de células representan el estándar de la

tecnología fotovoltaica comercial. El silicio pasa por varios procesos durante

su fabricación, en los cuales debe ser purificado, fundido y cristalizado ya

sea en láminas o lingotes, estructuras que luego serán cortadas en celdas

individuales y a continuación pulidas. Este mecanismo de fabricación

desperdicia casi el 50% del material original. Las impurezas de boro y

fósforo para formar capas tipo p y capas tipo n se las introduce mediante

difusión a elevada temperatura. Por lo general la tensión de cada célula

solar produce alrededor de 0,5 V; valor independiente del área superficial

Page 7: Capitulo 2. Marco teóricorepositorio.upsin.edu.mx/Fragmentos/Capitulo2Cap2... · 2016. 9. 5. · 15 Capitulo 2. Marco teórico 2.1 Energía renovable Se denomina energía renovable

21

de la misma; señalando la diferencia con la corriente proporcionada que

será mayor cuanto más grande sea la misma. Esta construcción puede

presentar dos configuraciones distintas; el silicio monocristalino y el silicio

policristalino.

Silicio amorfo.- También conocido con el nombre de “película delgada”, su

fabricación se basa en el depósito de capas delgadas de silicio, evaporando

al vacío, erosión iónica, y deposición de vapor sobre un sustrato que

generalmente es vidrio o plástico. Mediante este proceso es posible obtener

células solares a precios muy económicos, pero lamentablemente su

eficiencia también es mucho más reducida.

Silicio policristalino.- La forma de trabajo de las celdas policristalinas es

igual al de una célula de Si monocristalina; la diferencia radica que en su

fabricación se utiliza un silicio de menor calidad. A nivel microscópico esta

celda contiene varios granos de silicio dejando espacio libre entre sus

uniones; es por estos huecos que se interrumpe el fenómeno fotovoltaico y

su eficiencia es reducida. [5] En la tabla 1. Podemos ver la eficiencia de

cada tipo de celda fotovoltaica, así como sus ventajas y desventajas de

cada una de ella.

Tabla 1. Tipos de celdas solares

Tipo de celda Eficiencia Ventajas Desventajas

laboratorio Producción

Silicio Monocristalino

19,10%

12-16%

Tecnología bien desarrollada y probada. Estable. Mayor eficiencia.

Emplea material caro.

Desperdicio elevado.

Fabricación costosa.

Silicio Policristalino

18%

11-14%

Tecnología bien

desarrollada y

probada.

Estable.

Buena eficiencia

Menor costo.

Emplea material caro.

Desperdicio elevado.

Fabricación costosa.

Menor eficiencia.

Silicio Amorfo

11.5 %

4-8%

Utiliza poco material.

Alto potencial y

producción rápida.

Costo reducido 50%

del Silicio cristalino.

Degradación pronunciada.

Menor eficiencia.

Menor durabilidad.

Page 8: Capitulo 2. Marco teóricorepositorio.upsin.edu.mx/Fragmentos/Capitulo2Cap2... · 2016. 9. 5. · 15 Capitulo 2. Marco teórico 2.1 Energía renovable Se denomina energía renovable

22

2.3.2 Parámetros fundamentales de la célula solar

Corriente de cortocircuito (Isc): máximo valor de corriente que puede

circular por la célula solar ó un panel fotovoltaico. Se da cuando sus

terminales están en cortocircuito.

Tensión nominal (Vn).- Es el valor de su tensión determinada en el

momento de su diseño y fabricación. Depende de la cantidad de celdas

fotovoltaicas dispuestas en serie dentro del módulo.

Tensión a circuito abierto (Voc).- Es el máximo valor de tensión que se

alcanza en el panel fotovoltaico al mantener una corriente igual a cero. Esta

tensión es igual a la tensión de cada célula individual multiplicada por el

número de las mismas colocadas en serie.

Potencia máxima (Pm).- También llamada potencia pico del panel; es el

máximo resultado del producto de la tensión y corriente en la curva

característica V-I de cada módulo. Aproximadamente al 80% de la tensión a

circuito abierto es la adecuada para su cálculo. [6]

2.3.3 Elementos que componen un sistema fotovoltaico

Todo sistema fotovoltaico está compuesto de varios elementos necesarios para su

correcto funcionamiento y control (figura 3.). Estos equipos son el generador

fotovoltaico, el regulador e inversor de corriente, sistemas de acumulación o

baterías y equipo diverso para mantener estables los sistemas de seguridad y

medición. [3]

Figura 3. Elementos de un sistema fotovoltaico aislado [3]

Page 9: Capitulo 2. Marco teóricorepositorio.upsin.edu.mx/Fragmentos/Capitulo2Cap2... · 2016. 9. 5. · 15 Capitulo 2. Marco teórico 2.1 Energía renovable Se denomina energía renovable

23

El panel solar: Un panel solar o módulo fotovoltaico está formado por un conjunto

de células, conectadas eléctricamente, encapsuladas, y montadas sobre un

estructura de soporte o marco. Proporciona en su salida de conexión una tensión

continua, y se diseña para valores concretos de tensión (6v, 12v, 24v…), que

definirán la tensión a la que trabajara el sistema fotovoltaico. La figura 4. Indica

cada elemento del panel solar. [3]

Figura 4. Partes de un panel solar

La forma de interconexión entre varios módulos depende de las

características de tensión, corriente y potencia que se requiera, sin embargo es

necesario indicar que no es aconsejable conectar entre sí módulos de distintas

características o de diferentes fabricantes. Existen tres formas de conexionado:

Serie.- La tensión total es igual a la tensión de un módulo multiplicada por el

número total de unidades conectadas en serie.

Paralelo.- La corriente total es igual a la corriente de un módulo multiplicada por el

número de unidades conectadas en paralelo.

Mixta.- En combinación de los dos casos anteriores para ajustar los parámetros

eléctricos a los requerimientos o necesidades del sistema que se diseña.

Page 10: Capitulo 2. Marco teóricorepositorio.upsin.edu.mx/Fragmentos/Capitulo2Cap2... · 2016. 9. 5. · 15 Capitulo 2. Marco teórico 2.1 Energía renovable Se denomina energía renovable

24

Acumulador: la producción de energía fotovoltaica únicamente puede ser captada

durante las horas de luz natural; mientras que el consumo de la misma se la

realiza en mayor o menor magnitud en el transcurso de un día completo. Es por

ello la necesidad de almacenar la energía eléctrica en sistemas de acumulación a

fin de poder disponer de ella en momentos de poca o nula radiación solar. [5]

Las baterías utilizadas en los sistemas fotovoltaicos son únicamente las de

“plomo-ácido” por las características que presentan. Dentro de este tipo de

baterías se encuentran diferentes modelos, dependiendo del tipo de instalación

(capacidad, mantenimiento, temperatura del lugar, etc.) se elige la batería o

acumulador que garantice un mejor funcionamiento en el sistema.

La capacidad de las baterías se mide en Amperio-hora (Ah) y está

influenciada por la temperatura, aumentando conforme ésta se incremente. Es

conveniente que en una instalación solar las baterías alcancen un nivel de carga

superior al 90% antes de ser cortada su alimentación.

La tensión nominal de las baterías es generalmente de 12V y con una

capacidad de fabricación máxima de 400 Ah. Si se requiere en algún diseño

capacidades superiores es necesario colocar baterías en serie (aumenta el voltaje)

o paralelo (aumenta la corriente).

Regulador: Este equipo es muy necesario y elemental en un sistema fotovoltaico

que incluya sistema de acumulación como se ve en la figura 5, ya que sirve para

proteger a las baterías. En el momento que el acumulador haya alcanzado su

máxima capacidad de carga, el regulador corta el paso de corriente que se

conecta al generador fotovoltaico. De igual manera y en sentido inverso, en la

parte de descarga se ocupará de asegurar el suministro eléctrico diario suficiente y

evitar la descarga excesiva de la batería con el fin de alargar su vida útil. [3]

Page 11: Capitulo 2. Marco teóricorepositorio.upsin.edu.mx/Fragmentos/Capitulo2Cap2... · 2016. 9. 5. · 15 Capitulo 2. Marco teórico 2.1 Energía renovable Se denomina energía renovable

25

Figura 5. Posición del regulador en una instalación [3]

Inversor: El inversor es el equipo que sirve para adaptar la forma de corriente

producida en el módulo fotovoltaico a la forma requerida por la carga. Se encarga

de convertir la corriente continua de la instalación en corriente alterna, igual a la

utilizada en la red eléctrica: 220 V de valor eficaz y una frecuencia de 50 Hz.

Es un elemento imprescindible en las instalaciones conectadas a red, y

estará presente en la mayoría de las instalaciones autónomas sobre todo en

aquellas destinadas a la electrificación de viviendas. El inversor de corriente debe

conectarse en los bornes de salida del regulador. Un factor importante en sus

características eléctricas es su potencia nominal, entendida como la potencia que

es capaz de suministrar el inversor de forma continua. Estos equipos varían entre

valores de 100 a 5000 W. El rendimiento de este equipo es un aspecto que se

debe tomar mucho en cuenta, debido a que si su eficiencia es muy pobre se

produce elevadas cantidades de energía desperdiciadas en forma de calor. [5]

2.4 Energía térmica

La energía térmica o calorífica es la parte de energía interna de un sistema

termodinámico en equilibrio que es proporcional a su temperatura absoluta y se

Page 12: Capitulo 2. Marco teóricorepositorio.upsin.edu.mx/Fragmentos/Capitulo2Cap2... · 2016. 9. 5. · 15 Capitulo 2. Marco teórico 2.1 Energía renovable Se denomina energía renovable

26

incrementa o disminuye por transferencia de energía, generalmente en forma de

calor o trabajo, en procesos termodinámicos. [7]

2.4.1Fundamentos de la energía térmica en sistemas

solares.

Los sistemas de energía solar térmica utilizan los rayos solares para obtener agua

caliente. Unas placas especiales, denominadas colectores, concentran y acumulan

el calor del Sol, y lo transmiten a un fluido que queremos calentar. Este fluido

puede ser bien el agua potable de la casa o bien el sistema hidráulico de

calefacción de la vivienda.

En cuanto a la generación de agua caliente para usos sanitarios, hay dos tipos

de instalaciones:

circuito abierto, donde el agua de consumo pasa directamente por los

colectores solares.

circuito cerrado, donde el agua de consumo no pasa directamente por los

colectores solares. Este sistema es el más común. Se utiliza un líquido

anticongelante que recorre los tubos dentro de los colectores y se calienta

por la acción de la radiación solar. [8]

Colector solar: Un captador solar, también llamado colector solar, es cualquier

dispositivo diseñado para recoger la energía radiada por el sol y convertirla en

energía térmica

Los colectores solares se clasifican de acuerdo a su estructura, ya sea de baja

temperatura o alta temperatura:

Colectores solares de placa plana. Estos colectores poseen una cubierta

transparente de vidrio o plástico que aprovecha el efecto invernadero como el de

la figura 6, formado por una serie de tubos de cobre, los cuales expuestos al sol

absorben la radiación solar y se la transmiten al fluido que atraviesa su interior.

Page 13: Capitulo 2. Marco teóricorepositorio.upsin.edu.mx/Fragmentos/Capitulo2Cap2... · 2016. 9. 5. · 15 Capitulo 2. Marco teórico 2.1 Energía renovable Se denomina energía renovable

27

Colectores solares de vacío. Van dotados de una doble cubierta envolvente,

herméticamente cerrada, aislada del interior y del exterior, y en la cual se ha

hecho el vacío. Su finalidad es la de reducir las pérdidas por convección. [9]

2.4.2 Elementos principales de un colector

Colector. Está constituido por una superficie absorbente expuesta a la

radiación solar. La energía solar absorbida por la placa de vidrio es

transferida al agua que circula en tubos colocados en contactos con la

misma.

Depósito de almacenamiento. El almacenamiento de energía captada

permite hacer frente al carácter discontinuo de la energía solar. Es hecho a

través del almacenamiento de agua en un depósito apropiado y se

manifiesta por la elevación de la temperatura del agua almacenada.

Sistema auxiliar de apoyo. Se recurrirá a un sistema de apoyo siempre que

haga falta complementar el suministro del sistema de calentamiento solar,

otorgando siempre prioridad al sol.

Bomba de recirculación. La función de la bomba de recirculación es

mantener el fluido circulando en un circuito cerrado con la finalidad de

aprovechar la energía térmica de la radiación solar.

Figura 6. Colector solar de placa plana [9]

Page 14: Capitulo 2. Marco teóricorepositorio.upsin.edu.mx/Fragmentos/Capitulo2Cap2... · 2016. 9. 5. · 15 Capitulo 2. Marco teórico 2.1 Energía renovable Se denomina energía renovable

28

2.4.3 Funcionamiento de un colector

El funcionamiento de un colector solar es más sencillo de lo que parece. La

técnica de la que se vale es crear un efecto invernadero dentro del colector (el

mismo principio que se puede experimentar al entrar en un coche aparcado al sol

en verano):

El sol incide sobre el vidrio del colector, que siendo transparente a la

longitud de onda de la radiación visible, deja pasar la mayor parte de la

energía. Ésta calienta entonces la placa colectora que, a su vez, se

convierte en emisora de radiación.

La radiación resultante es incapaz de pasar a través del vidrio opaco

superior, por lo que el calor se acumula en el interior del colector creando

un pequeño efecto invernadero.

Al paso por la caja, el fluido caloportador que circula por los conductos se

calienta, y transporta esa energía térmica a donde se desee. [10]

2.4.4 Principales usos de los colectores solares

Preparación de agua caliente para usos sanitarios: es el agua destinada al

consumo humano (potable) que ha sido calentada. Se utiliza para ducharse,

para lavarse en el lavabo o en el bidé, etc.

Calefacción: los sistemas de energía solar térmica solo se recomiendan

para sistemas de calefacción de baja temperatura, como el suelo radiante,

donde se emplean para precalentar el agua de la caldera.

Climatización de piscinas: es el uso más adecuado para un sistema de

energía solar térmica. La baja temperatura de trabajo requerida permite

incluso tipologías de colectores sin vidrio protector, lo que abarata

enormemente tanto los costes como el impacto ambiental de la instalación.

Page 15: Capitulo 2. Marco teóricorepositorio.upsin.edu.mx/Fragmentos/Capitulo2Cap2... · 2016. 9. 5. · 15 Capitulo 2. Marco teórico 2.1 Energía renovable Se denomina energía renovable

29

2.5 Energía eólica

Es la energía obtenida a partir del viento, es decir, la energía cinética generada

por efecto de las corrientes de aire, y que es convertida en otras formas útiles de

energía para las actividades humanas. En la actualidad, la energía eólica es

utilizada principalmente para producir electricidad mediante aerogeneradores,

conectados a las grandes redes de distribución de energía eléctrica.

La energía eólica es un recurso abundante, renovable, limpio y ayuda a

disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero al reemplazar fuentes de

energía a base de combustibles fósiles, lo que la convierte en un tipo de energía

verde. El impacto ambiental de este tipo de energía es además, generalmente,

menos problemático que el de otras fuentes de energía.

2.5.1Funcionamiento de un aerogenerador

Un aerogenerador es un generador eléctrico movido por una turbina accionada por

el viento (turbina eólica). Sus precedentes directos son los molinos de viento que

se empleaban para la molienda y obtención de harina. En este caso, la energía

eólica, en realidad la energía cinética del aire en movimiento, proporciona energía

mecánica a un rotor hélice que, a través de un sistema de transmisión mecánico,

hace girar el rotor de un generador, normalmente un alternador trifásico, que

convierte la energía mecánica rotacional en energía eléctrica (Figura 7). [11]

Para poder aprovechar la energía eólica es importante conocer las

variaciones diurnas y nocturnas y estacionales de los vientos, la variación de la

velocidad del viento con la altura sobre el suelo, la entidad de las ráfagas en

espacios de tiempo breves, y valores máximos ocurridos en series históricas de

datos con una duración mínima de 20 años. Es también importante conocer la

velocidad máxima del viento. Para poder utilizar la energía del viento, es necesario

Page 16: Capitulo 2. Marco teóricorepositorio.upsin.edu.mx/Fragmentos/Capitulo2Cap2... · 2016. 9. 5. · 15 Capitulo 2. Marco teórico 2.1 Energía renovable Se denomina energía renovable

30

que este alcance una velocidad mínima que depende del aerogenerador que se

vaya a utilizar pero que suele empezar entre los 3 m/s (10 km/h) y los 4 m/s (14,4

km/h), velocidad llamada "cut-in speed", y que no supere los 25 m/s (90 km/h),

velocidad llamada "cut-out speed". [11]

Figura 7. Funciones de las partes del aerogenerador [12]

2.5.2 Partes de un aerogenerador

Palas del rotor: Es donde se produce el movimiento rotatorio debido a la

energía cinética del viento.

Eje: Encargado de transmitir el movimiento rotatorio.

Caja de engranajes o Multiplicadores: Encargados de cambiar la

frecuencia de giro del eje a otra menor o mayor según dependa el caso

para entregarle al generador una frecuencia apropiada para que este

funcione.

Generador: Es donde el movimiento mecánico del rotor se transforma en

energía eléctrica.

Page 17: Capitulo 2. Marco teóricorepositorio.upsin.edu.mx/Fragmentos/Capitulo2Cap2... · 2016. 9. 5. · 15 Capitulo 2. Marco teórico 2.1 Energía renovable Se denomina energía renovable

31

Además de estos componentes básicos se requieren otros componentes para

el funcionamiento eficiente y correcto del aerogenerador en base a la calidad de

servicio de la energía eléctrica, alguno de ellos son:

Controlador electrónico: que permite el control de la correcta orientación

de las palas del rotor, también en caso de cualquier contingencia como

sobrecalentamiento del aerogenerador lo para.

Unidad de refrigeración: Encargada de mantener al generador a una

temperatura prudente.

Anemómetro y la Veleta: Cuya función están dedicadas a calcular la

velocidad del viento y la dirección de este respectivamente. Están

conectadas al controlador electrónico quien procesa estas señales

adecuadamente.

2.5.3 Energía eólica en Ecuador

La Central Eólica Villonaco de 16.5 MW de potencia inició su construcción en

Agosto de 2011. Cuenta con 11 aerogeneradores como se muestran en la figura 8

de 1.5 MW cada uno. Es el primer proyecto eólico en Ecuador continental, además

de ser el primero en el mundo ubicado a una altitud de 2700 msnm. El proyecto se

encuentra ubicado en la provincia de Loja, cantón Loja.

Contempla 11 aerogeneradores del tipo GW70/1500, a una altura

aproximada de 2720 msnm, a lo largo de la línea de cumbre del cerro Villonaco

con una distancia aproximada de 2 km. La subestación de elevación Villonaco

34.5 KV/69 KV tiene una capacidad de 25 MWA y presenta un esquema de

conexión de barra principal y transferencia. La subestación Loja, contempla la

instalación de una bahía de 69 KV, la cual recibirá la energía proveniente de la

subestación Villonaco para ser conectada al Sistema Nacional de Transmisión.

Se constituye en un proyecto emblemático del estado Ecuatoriano que se

encuentra operando de forma normal y continúa sobre la base de los

Page 18: Capitulo 2. Marco teóricorepositorio.upsin.edu.mx/Fragmentos/Capitulo2Cap2... · 2016. 9. 5. · 15 Capitulo 2. Marco teórico 2.1 Energía renovable Se denomina energía renovable

32

requerimientos del sistema eléctrico ecuatoriano desde el 2 de enero de 2013,

aportando al Sistema Nacional Interconectado una energía de 105.46 GWh desde

su entrada en operación a agosto del 2014, reduciendo emisiones de CO2 en

aproximadamente 0.032 millones de Ton/año, sustituyendo la importación de

energía, y creando 254 fuentes de empleo directo.

Beneficia directamente a más de 200 mil habitantes gracias a la

implementación de nuevas prácticas de compensación a través de convenios para

el mejoramiento de infraestructura y equipamiento de Centros Educativos,

dotación de suministro eléctrico a las comunidades de la zona de influencia,

convenios para contribuir con recursos económicos para el mejoramiento de vías,

capacitación a los moradores de la zona en control fitosanitario de cultivos,

jardinería y mantenimiento de áreas verdes.

La construcción de esta obra implicó una inversión de 48.35 millones de

dólares y una inversión en programas de desarrollo integral y sostenible de

aproximadamente 408 mil. [13]

Figura 8. Parque eólico en Villonaco [13]