ENERGÍAS ALTERNATIVAS ENERGÍAS RENOVABLES ENERGÍAS ALTERNATIVAS

ENERGÍAS RENOVABLES ENERGÍA SOLAR

El Sol es la principal fuente de energía de la Tierra. ENERGÍA SOLAR El Sol es la principal fuente de energía de la Tierra.

ENERGÍA SOLAR Gran parte de la energía liberada por el Sol (reacciones nucleares) llega a la Tierra en forma de ondas electromagnéticas.

EL SOL RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA Rayos gamma, rayos ultravioletas, luz visible y rayos infrarrojos. 1/3 de las ondas se devuelve por reflexión. 1/3, lo absorbe el vapor de agua y otros componentes de la atmósfera. La capa de Ozono se encarga de eliminar prácticamente la totalidad de la radiación gamma y gran parte de la radiación ultravioleta.

EL SOL RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA gamma: pared de hormigón, lámina gruesa de plomo, no tiene naturaleza material. Gran poder de penetración. Radiación ultravioleta (UV-C más peligrosa, la absorbe oxígeno y ozono, UV-B cáncer.

DENSIDAD DE RADIACIÓN Su valor depende de varios factores: CAPAS ALTAS DE LA ATMÓSFERA: 1350 W/m2 SUPERFICIE DE LA TIERRA: 900 W/m2 Su valor depende de varios factores: La hora del día. La estación del año, es decir la inclinación de la Tierra respecto del Sol. Las condiciones meteorológicas (especialmente nubes). El grado de contaminación de la atmósfera.

DENSIDAD DE RADIACIÓN

DENSIDAD DE RADIACIÓN

INTENSIDAD MEDIA DE RADIACIÓN SOLAR- CONSTANTE SOLAR FUERA DE LA ATMÓSFERA, K= 1.94 cal/(min.cm2) EN LA SUPERFICIE DE LA TIERRA K= 1.3 cal/(min.cm2) EJERCICIO: comprobar que la intensidad media de radiación o constante solar es lo mismo que la densidad media de radiación. Para ello convertir las unidades cal a julios, y los julios a watios por segundo.

ENERGÍA SOLAR Q= K*t*S (energía en cal) P= Q/t= k*S La fórmula que nos indica la cantidad de calor que llega a un punto de la superficie de la Tierra viene dada por la expresión: Q= K*t*S (energía en cal) P= Q/t= k*S donde Q es el calor en calorías. K es la contante solar en cal/(min*cm2) t es el tiempo en minutos S es la superficie en cm2

EJERCICIO Determina la cantidad de calor en calorías que habrá entrado en una casa durante un día (10 horas de sol) del mes de julio, suponiendo que dispone de una cristalera de 3x2 m, y no se han producido pérdidas ni reflexiones en el vidrio. SOLUCIÓN: t= 10 horas= 600 minutos. K= 0.9 cal/min*cm2, superficie= 6 m2= 60 000 cm2. Sustituyendo: Q=k*t*S= 32400 Kcal

APROVECHAMIENTO DE LA ENERGÍA SOLAR

COLECTORES O CAPTADORES SOLARES COLECTOR PLANO: su funcionamiento se basa en que todo cuerpo expuesto al sol absorbe parte de los rayos solares que inciden sobre él. Dependiendo de su COLOR, absorberá más o menos radiaciones. Color negro Color blanco Espejos

ENERGÍA SOLAR TÉRMICA CAPTADOR O COLECTOR PLANO: consiste en una caja, normalmente metálica, en cuyo interior se disponen una serie de tubos, pintados de color negro, por los que circula agua. El interior del colector está pintado, igualmente, de color negro mate para absorber los rayos solares.

COLECTOR PLANO

TIPOS DE COLECTORES Hasta temperaturas de 35 ºC: tuberías sin aislamiento, sin cristal, en contacto con el exterior. (Duchas solares, climatización de piscinas, calefacción de invernaderos, etc..)

TIPOS DE COLECTORES Hasta temperaturas de 60 ºC: en este caso el colector lleva un cristal exterior y en el interior va aislado térmicamente, mediante fibra de vidrio o poliuretano. Su interior va pintado de negro mate, así como las tuberías. Se usan para agua caliente sanitaria, para calefacción de viviendas, para usos industriales, etc… colector solar por termosifón

SISTEMAS DE CALEFACCIÓN Y AGUA CALIENTE EN VIVIENDAS- En Galicia: sistema forzado

TIPOS DE COLECTORES Hasta 120 ºC: el colector lleva en su interior un aislamiento al vacío. Por tanto, irá precintado para que no se pueda abrir. Se emplea para usos industriales en los que se necesite agua a alta temperatura. Para saber más: sistema termosifón (clima cálido), sistema forzado, sistema integrado(clima tropical).

APROVECHAMIENTO PASIVO DE LA ENERGÍA SOLAR Existen numerosas aplicaciones en las que se emplea este sistema. A modo de ejemplo: INVERNADEROS DESALINIZADORA DE AGUA MARINA

INVERNADEROS Aprovecha el efecto producido por la radiación solar producida por el sol que, al atravesar un vidrio u otro material traslúcido, calienta los objetos que hay adentro; estos, a su vez, emiten radiación infrarroja, con una longitud de onda mayor que la solar, por lo cual no pueden atravesar los vidrios a su regreso quedando atrapados y produciendo el calentamiento. Las emisiones del sol hacia la tierra son en onda corta mientras que de la tierra al exterior son en onda larga. La radiación visible puede traspasar el vidrio mientras que una parte de la infrarroja no lo puede hacer. El cristal o plástico usado para un invernadero trabaja como medio selectivo de la transmisión para diversas frecuencias espectrales, y su efecto es atrapar energía dentro del invernadero, que calienta el ambiente interior.

INVERNADEROS

DESALINIZADORA DE AGUA MARINA

HORNO SOLAR En los Pirineos orientales, en el sur de Francia, concretamente en Odeillo (Font Romeu), se halla uno de los mayores hornos solares del mundo. El horno solar de Odeillo es un centro donde investigan la exposición de materiales a altas temperaturas, así como el choque térmico de frío y calor extremo. Dispone de una potencia térmica de 1.000 kW, con aplicaciones múltiples que van desde estudios de ciencia y energía, industria, medio ambiente e incluso el estudio de materiales para viajar al espacio. El sol se refleja en los espejos, concentrando la radiación solar hacia la gran parábola del edificio, esta concentra a su vez toda la radiación hacia un punto determinado de la torre situada delante del edificio, alcanzando temperaturas de más de 3.000ºC.

HORNO SOLAR

HORNO SOLAR

HORNO SOLAR Horno solar d´Odeillo, Horno solar de Odeillo

COLECTORES CILÍNDRICO-PARABÓLICOS- ELECTRICIDAD Concentran los rayos solares en una tubería que contiene un líquido (aceite). Con este sistema se pueden conseguir temperaturas de hasta 300 ºC. El fluido transmite el calor desde los colectores hasta un intercambiador de calor que hay en la caldera. Con este calor se consigue evaporar agua. El vapor hace girar una turbina. El alternador, solidario a la turbina, se encarga de generar la corriente eléctrica.

COLECTORES CILÍNDRICO-PARABÓLICOS- ELECTRICIDAD Central en Abu Dhabi Animación

CAMPO DE HELIOSTATOS- PRODUCCIÓN DE ELECTRICIDAD Está formado por serie de espejos direcionales, de grandes dimensiones, que reflejan la luz solar hacia una torre, concentrando los rayos solares sobre una caldera. El aporte calorífico es absorbido por el fluido de la caldera y conducido hacia el generador de vapor. Luego la energía se transmite a un segundo circuito, donde el agua que tiene se evapora y llega al grupo turbina-alternador, que produce electricidad. Finalmente el fluido es condensado en el aerocondensador para repetir el ciclo. Almería, Animación

CAMPO DE HELIOSTATOS- PRODUCCIÓN DE ELECTRICIDAD

CAMPO DE HELIOSTATOS- PRODUCCIÓN DE ELECTRICIDAD

CAMPO DE HELIOSTATOS- PRODUCCIÓN DE ELECTRICIDAD

PANELES FOTOVOLTAICOS monocristalinos policristalinos de alta concentración

PANELES FOTOVOLTAICOS Cada panel está formado por una serie de células solares (36 en serie), construidas a partir de silicio como material base. Cuando la luz solar incide sobre el material se produce una pequeña tensión (0.58 voltios) en los extremos de la célula. Se colocan en series consiguiendo un voltaje de 18 voltios y una intensidad aprox de 2 A. El rendimiento suele ser del 25 %.

PANELES FOTOVOLTAICOS Vídeo placa fotovoltaica

Q= m* 1cal/(g*ºC)* (Tf-Ti); EJERCICIO Un colector plano que tiene una superficie de 4 metros cuadrados debe calentar agua para uso doméstico. Sabiendo que el coeficiente de radiación solar es K=0.9 cal/min*cm2 y que el consumo de agua es constante, a razón de 6 litros/min, determina el aumento de temperatura del agua si está funcionando durante 2 horas. Se supone que inicialmente el agua está a 18 ºC y que no hay pérdidas de calor. SOLUCIÓN: Q=K*t*S; t=2 horas=120 min; S= 4 m2=40000 cm2; K=0.9 cal/min*cm2 Q=0.9*120*40000=4320000 cal= 4320 Kcal Consumo de agua= 6 litros/min; Cantidad de agua= 6 litros/min* 120 min= 720 litros=720 kg Q para calentar agua= Q colector (no hay pérdidas)=> Q= m* 1cal/(g*ºC)* (Tf-Ti); Q= calor absorbido por la masa de agua (cal); m= masa del agua en gramos (g) T= temperaturas en grados centígrados (ºC). cagua=1cal/(g*ºC)= calor específico del agua solución Tf= 24 ºC, aumento de 6 grados.

EJERCICIOS Calcula qué cantidad de calor habría que extraer cada hora, mediante aire acondicionado, de un edificio de oficinas, si dispone de una superficie de 120 m2 de cristaleras. El valor de k=0.6 cal/min*cm2. SOLUCIÓN: Q/t= 43200 Kcal/h

EJERCICIOS En una casa de campo se quiere instalar una placa fotovoltaica que alimente dos lámparas de bajo consumo (9w cada una) y un televisor de 29 watios. Determina la superficie que tiene la placa, si el rendimiento es del 30% y k=0.8 cal/min*cm^2 SOLUCIÓN: t= 1hora=60 min rend=Eu/Es; Eu= energía utilizada; Es= energía suministrada; Eu= P*t Es= k*S*t

EJERCICIO Queremos instalar en nuestra vivienda unos colectores planos que desarrollen una potencia de 60 Kw, con un rendimiento del 40%. Suponiendo una intensidad de radiación solar media de 1200 W/m2, ¿Qué superficie deben ocupar los colectores? SOLUCIÓN: S= 125 m2

EJERCICIO La superficie total de España es de 500000 km2. Suponiendo una insolación media de 2 200 horas anuales y una intensidad de radiación solar de 1300 w/m2, calcula la energía solar total que recibe nuestro país en el transcurso de un año. SOLUCIÓN 5.15*1021Julios

EJERCICIO Calcula la superficie de panel fotovoltaico necesario para alimentar una estufa eléctrica de 1500 w de potencia durante 2 horas. Supón una densidad de radiación de 1000 w/m2, un aprovechamiento solar de 6 horas y un rendimiento del equipo del 20 %. SOLUCIÓN: S= 2.5 m2