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Abril 2009Abril 2009
Energía solar La energía solar es la energía
producida por el sol, que es convertida a energía útil por el ser humano, ya sea para calentar algo o producir electricidad (como sus principales aplicaciones).
Cada año el sol arroja 4 mil veces más energía que la que consumimos, por lo que su potencial es prácticamente ilimitado.
La intensidad de energía disponible en un punto determinado de la tierra depende, del día del año, de la hora y de la latitud. Además, la cantidad de energía que puede recogerse depende de la orientación del dispositivo receptor.
Características de la Energía Solar
Los rayos de luz solar nos transmiten una pequeñísima parte de la energía que continuamente se está produciendo en el Sol, por las reacciones nucleares que tienen lugar en su interior.
La energía solar se convierte en electricidad en los paneles o placas solares, que están formados por finas láminas de materiales especiales. En algunas casas, los podemos ver en el tejado, dando servicio para la calefacción o para el agua caliente de la casa.
La energía solar también se utiliza en los hornos solares, que tienen unos espejos llamados helióstatos, que se pueden orientar de forma que dirigen la luz del Sol que reflejan hacia una torre central en la que está el sistema de calentamiento. Como el número de espejos es muy grande, se alcanzan temperaturas muy altas, que resultan muy útiles, por ejemplo, en investigación.
Proviene de una fuente de energía inagotable. Es un sistema de aprovechamiento de energía
idóneo para zonas donde el tendido eléctrico no llega (campo, islas), o es dificultoso y costoso su traslado (conviene a mas de 5 Km).
Los sistemas de captación solar son de fácil mantenimiento.
El costo disminuye a medida que la tecnología va avanzando (el costo de los combustibles aumenta con el paso del tiempo porque cada vez hay menos).
Desventajas El nivel de radiación fluctúa de una zona a otra y de una
estación del año a otraPara recolectar energía solar a gran escala se requieren
grandes extensiones de terreno. Requiere gran inversión inicial. Se debe complementar este método de convertir energía
con otros. Los lugares donde hay mayor radiación, son lugares
desérticos y alejados, (energía que no se aprovechara para desarrollar actividad agrícola o industrial, etc.).
UsosEnergía solar Térmica: Para producir agua
caliente de baja temperatura para uso sanitario y calefacción.
Energía solar fotovoltaica: Para producir electricidad mediante placas de semiconductores que se alteran con la radiación solar.
Energía solar termoeléctrica: Para producir electricidad con un ciclo termodinámico convencional a partir de un fluido calentado a alta temperatura (aceite térmico)
Energía solar Híbrida: Combina la energía solar con otra energía.
Energía eólico solar: Funciona con el aire calentado por el sol, que sube por una chimenea donde están los generadores.
Huerta SolarPotabilizar de Agua
Destilación. Secado. Acondicionamiento y ahorro de energía
en edificaciones. Calentamiento de agua. Calefacción doméstica. Iluminación. Refrigeración. Aire acondicionado. Energía para pequeños electrodomésticos.
Usos
Calentador de agua solar• Cada día mas comunes los calentadores
de agua, funcionan aprovechando la energía calorífica procedente del sol y consisten básicamente en hacer circular el agua de un recipiente-almacén a través de un conducto de gran área colocado lo mas perpendicularmente posible a los rayos del sol y cuya superficie sea de color negro mate para lograr el mayor calentamiento.
• La circulación del agua puede ser forzada (por bomba) o natural aprovechando la diferencia de peso entre el agua caliente y fría para producir la circulación.
Esquema de su Funcionamiento
En el conducto inclinado dotado de una superficie negra mate inciden los rayos del sol y calientan el agua interior, este calentamiento reduce el peso específico del agua haciéndose mas ligera, esta ligereza hace que tienda a subir por el conducto por lo que se establece una corriente natural en el sentido de las flechas rojas.
La circulación continua del agua terminará calentando todo el tanque. Para reducir las pérdidas de calor durante las noches o períodos sin sol el tanque se aísla térmicamente del ambiente.
Concentradores solaresLos concentradores
solares son dispositivos con los que se colecta la luz solar de un área grande y se concentra sobre un área mas pequeña, el concentrador solar mas simple en un lente de vidrio.
Los rayos del sol inciden sobre el lente y son desviados por este hasta coincidir en un punto conocido como foco del lente, un cuerpo negro colocado ahí recibirá de manera concentrada la energía procedente de la luz colectada de un área mucho mayor por lo que su temperatura se elevará notablemente calentando el agua que lo rodea.
Sistemas destinados a climatizar en invierno, los ambientes interiores de los edificios, casas, locales comerciales.
Sus usos más comunes y prácticos son la posibilidad de calentar el agua para bañarse y lavar vajilla, además de la higiene de la ropa, al mismo tiempo que se reduce la utilización de electricidad de red y/o de combustibles derivados de los fósiles. Una gran cantidad de hogares en el mundo han climatizado el agua de sus piscinas mediante un sistema de calefacción que utiliza la energía del sol.
Sistemas de Calefacción Según la extensión:
Calefacción unitaria Calefacción centralizada Calefacción urbana
Según la forma de calefactor: Calefacción por agua Calefacción por vapor Calefacción por aire Calefacción eléctrica
Según el sistema utilizado: Calefacción con radiadores Calefacción por suelo radiante
Calefacción con bomba de calor (aire)
Cocina SolarCocina SolarHorno o de caja:
El horno o caja solar es una
caja térmicamente aislada,
diseñada para capturar la
energía solar y mantener
caliente su interior.
El funcionamiento de un horno solar (cocina solar tipo caja) se basa principalmente en algunos principios físicos.
Efecto invernaderoReflectores
Conducción
Radiación
Convección
Almacenaje de calor
Volumen de la caja
De los colores
Cocina SolarCocina Solar
La dirección de propagación de una onda se representa mediante líneas que se denominan rayos y según la forma de la superficie en la que inciden, así será la dirección de los rayos reflejados.
Principio de diseño de un concentrador solar
Cocina SolarCocina Solar
Historia
La primera cocina solar fue inventada en 1767
Horace de SaussureDra. Maria Telkes
origen húngaro
Cocina SolarCocina Solar
Ventajas•Facilidad de uso. •No contaminan, son muy ecológicas. •No necesitan electricidad, ni combustible. •Fomenta el uso de energías renovables. •La tecnología y conocimientos necesarios de fabricación es muy accesible. •Existe alta disponibilidad de los materiales de fabricación. •Los materiales de fabricación son económicos. •Es una buena solución en lugares donde el clima permite su uso cotidiano. •Es un beneficio en países y sitios donde los recursos energéticos para cocinar son escasos o de costos demasiado altos.
Cocina SolarCocina Solar
Desventajas•Se requiere más tiempo para cocinar (generalmente más de 1 hora). •Depende de las condiciones del tiempo para poder cocinar. No es posible en invierno con días nublados o con lluvia. •Se requiere una temperatura elevada. •solo se puede ocupar de día.
Cocina SolarCocina Solar
Uso en el Mundo
Regiones tropicales
España
Norte de Chile
Sur de los Estados Unidos
Cocina SolarCocina Solar
La cocina solar mas grande del mundo, se encuentra en Abu Road, India y esta ubicada en las instalaciones de la sede central de la Academia Mundial Brama Kumaris.
Cocina SolarCocina Solar
Energías Fotovoltaicas• Se denomina energía solar fotovoltaica a una
forma de obtención de energía eléctrica a través de paneles fotovoltaicos.
• Los paneles fotovoltaicos están formados por dispositivos semiconductores tipo diodo que, al recibir radiación solar, provocan saltos electrónicos, generando una pequeña diferencia de potencial en sus extremos.
Proceso de obtención de energíaA mayor escala, la corriente eléctrica
continua que proporcionan los paneles fotovoltaicos se puede transformar en corriente alterna e inyectar en la red eléctrica.
El proceso, simplificado, sería el siguiente:
Se genera la energía a bajas tensiones (380-800 V) y en corriente continua
Se transforma con un inversor en corriente alterna.
Mediante un centro de transformación se eleva a Media tensión (15 ó 25 kV)
Se inyecta en las redes de transporte de la compañía.
Proceso de obtención de energía
En entornos aislados, donde se requiere poca potencia eléctrica y el acceso a la red es difícil.
Estaciones meteorológicas y repetidores de comunicaciones, se emplean las placas fotovoltaicas como alternativa económicamente viable.
Producción de energía solar fotovoltaica
España es en la actualidad el primer productor mundial de energía fotovoltaica con una potencia instalada estimada de 3.200 MW. Tan solo en 2008 la potencia instalada en España ha sido de unos 2.500 MW.
Alemania es el segundo mayor productor de esta energía con unos 1.350 MW, con cerca de 5 millones de metros cuadrados de paneles solares, aunque sólo representan el 0,03% de su producción energética total.
Limitantes
El crecimiento actual de las instalaciones solares fotovoltaicas está limitado por la falta de materia prima en el mercado (silicio de calidad solar) al estar copadas las fuentes actuales, aunque a partir de la segunda mitad de 2008 el precio del silicio de grado solar ha comenzado a disminuir al aumentar su oferta debido a la entrada en escena de nuevos productores.
La mayor central de energía solar del mundo hasta el año 2004 se encontraba en la ciudad de Espenhaim, cerca de Leipzig.
Con 33.500 paneles solares modulares monocristalinos y una capacidad de producción de 5 megavatios, la central es suficiente para abastecer a 1.800 hogares.
Actualmente la empresa alemana SAG Solarstrom, que opera en España con el nombre TAU Solar, ha construido la mayor huerta solar del mundo en Erlasee (Alemania). Esta sustituye a la central de Espenhain.
La nueva central de Erlasee cuenta en su totalidad con una capacidad de producción de 12 megavatios.
Plantas de Concentración Fotovoltaica
Son las que utilizan una tecnología de concentración para maximizar la energía solar recibida por la instalación. Las instalaciones de concentración fotovoltaica se sitúan en emplazamientos de alta irradiación solar directa.
Eficiencia Energética• Conjunto de acciones que permiten
optimizar la relación entre la cantidad de energía consumida y los productos y servicios finales obtenidos.
• Esto se puede lograr a través de la implementación de diversas medidas e inversiones:
• A nivel tecnológico• De gestión• De hábitos culturales en la comunidad
RendimientosA. Células Fotovoltaicas:En cuanto a absorción de luz:• Una célula fotovoltaica (aislada) de silicio
policristalino oscilan alrededor del 10%. • Para células de silicio monocristalino, los
valores oscilan en el 15%. • El record mas alto de una célula
fotovoltaica ha sido de 32.6%.• El récord de eficiencia de paso de energía
solar a la red es de 31.25%
En cuanto a emisión de electricidad:• En un panel solar fotovoltaico, la
eficiencia de electricidad producida es de 40%.
RendimientosB. Colectores solares
térmicos:
• Puede alcanzar el 70% de transferencia de energía solar a térmica.
• La energía solar termoeléctrica de baja temperatura ronda el 50% en sus primeras versiones.
• Tiene la ventaja que puede funcionar 24 horas al día a base de agua caliente almacenada durante las horas de sol.
• Los nuevos paneles son en realidad colectores solares, para energía solar térmica.
• La mejora que han logrado los científicos es con respecto a la reflectividad de los espejos que producen el calor, que ahora es de casi el 95%.
Factores que afectan la eficiencia de equipos solares
• Valor de intensidad de la radiación solar.
• Día, hora y latitud de la tierra para la intensidad de energía solar.
• Dispositivo utilizado como receptor y almacenamiento de energía.
• Estados de las células fotovoltaicas.• Temperatura de la célula
fotovoltaica.• Perdidas de calor de la placa.• Transformación de energía solar en
luz.• Cantidad de luminosa
Visiones futuras• Hay líneas de investigación sobre
paneles híbridos que permiten generar energía eléctrica y térmica simultáneamente.
• Serian muy apropiados para instalaciones sencillas en azoteas y de autoabastecimiento -proyectos de electrificación rural en zonas que no cuentan con red eléctrica.
• Se estudia obtener energía de la fotosíntesis de algas y plantas, con un rendimiento del 3%.
Prototipo de herramienta para la medición de eficiencia de los paneles solares
• Los datos registrados por el equipo son:– Corriente– Tensión– Radiación solar – Temperatura
• La implementación de un modelo de simulación interno, permite analizar la respuesta obtenida y extrapolarla a condiciones estandarizadas para correlacionar la eficiencia de los paneles instalados con los datos de diseño.
• Con el prototipo que se trabaja se busca:– Determinar si el rendimiento de los bancos solares reproducen los
cálculos realizados en la etapa de diseño del sistema. – Observar y evaluar las condiciones físicas, el deterioro y la merma
que el paso del tiempo inducen en el funcionamiento de los equipos.
– Identificar los problemas que se originan – Detectar variaciones de potencia entre paneles de un mismo
banco, entre otras funciones.
¡Gracias!
