Laboratorio de Máquinas Térmicas Por: Juana Lucas García Energía Solar Laboratorio de Máquinas Térmicas Por: Juana Lucas García

¿Qué es la energía solar? Es la energía electromagnetica que proviene directamente de la radiación solar. Potencia del Sol = 4・1026 W Energía del Sol que llega a la Tierra = 5,5x1024 J/año. La energía solar recibida cada 10 días sobre la Tierra equivale a todas las reservas conocidas de petróleo, carbón y gas.

Factores que afectan la incidencia del sol La hora La inclinación de la Tierra respecto del Sol, variable a lo largo del año. Condiciones meteorológicas Grado de contaminación

Características Dispersión : su densidad apenas alcanza 1 kW/m2, muy por debajo de otras densidades energéticas, lo que hace necesarias grandes superficies de captación o sistemas de concentración de los rayos solares. Intermitencia : hace necesario el uso de sistemas de almacenamiento de la energía captada.

Aprovechamiento El primer paso para aprovechar la energía solar es la CAPTACIÓN, para lo que existen dos sistemas: Pasivos: No requieren dispositivos para captar la energía solar; ésta se aprovecha con la aplicación de elementos arquitectónicos como arquitectura bioclimática. Activos: Captan la energía solar por medio de colectores. De acuerdo al tipo de colector se realizará una conversión térmica o eléctrica.

Aprovechamiento de la energía solar Aprovechando el calor (conversión térmica) Aprovechando la luz (conversión fotovoltaica)

Conversión Térmica El principio es absorber el calor del Sol, si el cuerpo es negro la absorción es máxima y el cuerpo se calienta. Si el cuerpo es blanco refleja las radiaciones y el cuerpo no experimentara variación de temperatura. Puede ser de 3 tipos: baja, mediana y alta temperatura.

Conversión Térmica de baja temperatura Se utiliza para calentar agua por debajo de su punto de ebullición. Subsistema Colector: Capta la energía por medio de placas solares, captadores o paneles, mismos que son planos, en forma de caja metalica, en la que se disponen una serie de tubos, pintados de color negro, por los que circula agua. El interior del colector está pintado, de color negro mate. Así se logra maxima absorción.

Colector plano

Conversión Térmica a Media temperatura Para T>100ºC se debe concentrar la radiación solar por medio de lentes o espejos, que canalizan la radiación hacia un punto o superficie, llamado foco. Colector cilindro-parabólico: consiste en un espejo cilindro-parabólico que refleja la radiación recibida sobre un tubo de vidrio dispuesto en la línea focal. Dentro del tubo se vidrio están el absorbedor y el fluido portador del calor.

Colector cilindro-parabólico Se montan mirando al sur, si estamos en el hemisferio Norte y con una inclinación igual a la latitud del lugar. Requieren de un dispositivo que gire los espejos en sincronización con los movimientos del sol. Requieren depósitos de acumulación pequeños, menores superficies de absorción y tienen menos pérdidas de calor. Son más caros. Se pueden utilizar a nivel industrial como procesos térmicos, desalinización del agua de mar, climatización.

Colector cilindro-parabólico

Conversión Térmica a Alta temperatura Existen tres tipos de colectores dependiendo de la temperatura que se desee alcanzar: 1. Centrales solares: Conversiones térmicas T>500 ºC 2. Hornos solares: Logra temperaturas muy elevadas (6000ºC). 3. Concentrador con motor Stirling: (T=750ºC)

Centrales solares Concentra la radiación solar mediante grandes paraboloides (captadores parabólicos) o un gran numero de espejos enfocados hacia un mismo punto.

Hornos solares Formados por un espejo parabólico que concentra en su foco los rayos provenientes de la reflexion de las radiaciones solares en un cierto numero de espejos, llamados heliostatos, convenientemente dispuestos.

Concentrador con motor Stirling El motor funciona por medio de calor en lugar de funcionar con combustible o bien con una microturbina adaptada a un alternador. Calienta el fluido localizado en el receptor hasta 750 ºC, dicha energía se utiliza para que el motor genere energía nuevamente.

Conversión Fotovoltaica Se trata de convertir energía solar en eléctrica basado en el principio del “efecto fotovoltaico”. La luz del sol se transforma directamente en energía eléctrica en las células fotovoltaicas a través de un material semiconductor como el silicio. Al incidir los fotones (luz) sobre dichas células, se origina una corriente eléctrica. El rendimiento es pequeño, aprox. 25% luz solar= energía eléctrica

Paneles fotovoltaico Para obtener mas amperaje se conectan varias de ellas en serie =Paneles fotovoltaicos. Se construyen de forma que se puedan unir con otros paneles. Están provistas de acumuladores que almacenan la energía eléctrica no utilizada en forma de energía química. Para cuando falta la energía solar, estas instalaciones también se conectan en paralelo.

Aplicaciones Accesibilidad a la electricidad para bajos consumos (radio, tv) . Se requieren acumuladores. Calentador de agua. Usos rurales (riego, molienda, descascarillado) donde no se requiera la acumulación de la energía. Autogeneración: Es una fuente de generación de energía eléctrica independiente, que puede conectarse a la red. Generación masiva de electricidad.

Ventajas Su enorme potencial, la energía solar es prácticamente infinita. Sus aplicaciones son escalables, desde sistemas pequeños hasta plantas solares de producción eléctrica. Disponible en el lugar de generación, sin cargos extras por su distribución Suministro de energía en áreas remotas a la red eléctrica. Ningún daño ambiental, reducción de gases invernadero, libre de ruido y emisiones. Tecnología probada, confiable y durable. Bajos costos de mantenimiento.

Desventajas Las instalaciones requieren de amplios espacios. La radiacion solar no es uniforme y su uso se limita por diversos factores. El costo de inversion para la instalacion es alto en comparación con el rendimiento. La producción de paneles fotovoltaicos es muy contaminante.

Fuentes de Consulta Energía Solar. Tecnología Industrial. IES Tegueste. [Disponible en: http://iesvillalbahervastecnologia.files.wordpress.com/2 011/10/07_fuentes-de-energc3ada_energc3ada- solar.pdf] Energía solar fotovoltaica como fuente de energía renovable global. RENAC. [Disponible en: http://www.renacmexico.com/fileadmin/user_upload/D ownload/RENAC_Mexico/Introduccion_fotovoltaica.pdf] Las energías renovables: la energía solar y sus aplicaciones. Revista Digital Universitaria, 2010. [http://www.revista.unam.mx/vol.11/num10/art96/art9 6.pdf]