Conceptos Básicos de Energía Solar UNAM Conceptos Básicos de Energía Solar EXPOSITOR Aarón Sánchez Juárez Centro de Investigación en Energía-UNAM Priv. De Xochicalco s/n, col Centro Temixco, Mor. Tel (01) 5622 9716 E-mail: asj@mazatl.cie.unam.mx

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UNAM YA QUE EL SOL ES UNA FUENTE INAGOTABLE DE ENERGÍA, RADIACION SOLAR 1.12 x 10 17 watt-hr c/s FLUJO DE 1,353 watts/m 2 Pérdidas del 30% (UV,VIS) debido a reflexiones Pérdidas del 47% (IR) debidas a absorción y reemisión 0.023% usado en procesos de fotosíntesis TIERRA 23% usado en evaporación y lluvias 0.21% usado en vientos, mareas, olas,... YA QUE EL SOL ES UNA FUENTE INAGOTABLE DE ENERGÍA, ¿ DE QUE MANERA PODEMOS HACER USO DE ELLA?

UNAM TÉRMINOS Y UNIDADES DE MEDICIÓN EL RECURSO SOLAR : CONCEPTOS IRRADIANCIA: un metro cuadrado de área. UNIDADES: Watt / metro cuadrado INSOLACIÓN: UNIDADES: Si la entonces la Watt-hora/metro cuadrado CONSTANTE SOLAR ( Io Luz Solar : Es una forma de Energía que esta formada por un conjunto de radiaciones electromagnéticas con longitudes de onda que abarcan el Ultravioleta, el Visible y el Infrarojo . TÉRMINOS Y UNIDADES DE MEDICIÓN Valor instantáneo de la potencia luminosa recibida en un captador de ( W/m 2 ) Valor acumulado de la Irradiancia en un tiempo dado. unidad de medición para el tiempo es la “hora” ( h ) , INSOLACIÓN se mide en: ( W-h/m ) : Valor de la fuera de la atmósfera. = 1,353 W/m OTRAS UNIDADES 1,000 W-h/m = Langley / 85.9 = 316.96 BTU / ft = 3.6 MJ /m

UNAM RADIACION GLOBAL La máxima radiación YA QUE SE TIENEN PROCESOS DE ABSORCIÓN, REFLEXIÓN Y DISPERSIÓN DE LA LUZ SOLAR AL ATRAVESAR LA ATMÓSFERA, LA RADIACIÓN SOLAR SE ATENÚA EN ELLA. UN CAPTADOR SOLAR PUEDE RECIBIR LA RADIACIÓN SOLAR DE DOS FORMAS: DIRECTA: Es la que recibe el captador cuando su superficie es perpendicular a los rayos solares. DIFUSA: Es la que el captador “ve” como si vieniera de la bóveda celeste. Esta compuesta por la reflejada y la refractada. RADIACIÓN GLOBAL = DIRECTA + DIFUSA En un día despejado la radiación directa es la máxima componente que recibe un captador. En un día nublado, la componente máxima corresponde a la difusa . La máxima radiación que llega a la superficie de la Tierra es de 1, 000 W/m 2 . Las condiciones son: día muy claro, sin pártículas en el aire, sin absorción molecular, al niveldel mar y con los rayos solares en el zenit del captador. En un día nublado, la Irradiancia típica es de 100 W/m 2 .

FACTORES QUE AFECTAN LA UNAM FACTORES QUE AFECTAN LA RADIACIÓN SOLAR ATMOSFÉRICOS GEOGRÁFICOS Nubes Partículas suspendidas Contaminación Rotación diaria Traslación Latitud y longitud

UNAM Espectro de la radiación solar en donde se muestra el efecto de atenuaciónde la atmósfera terrestre

UNAM Longitud de la trayectoria de la Luz Solar al atravesar la Masa de Aire de la atmósfera y el concepto de AMX

UNAM Movimiento de la Tierra alrededor del Sol. La inclinación del eje terrestre con respecto al plano de la eclíptica hace que el hemisferio norte se incline hacia el Sol en Verano y se aleje de él en Invierno, produciendo las estaciones del año

UNAM 50º 63º 83º 112º Trayectoria solar aparente en dos épocas del año. En negro se muestra par una Latitud de 40º; y en rojo, para una Latitud de 16º.

UNAM TRAYECTORIA SOLAR ANUAL LOCALIDAD: MONTERREY N.L.

TRAYECTORIA SOLAR N a b c d O E e f g S UNAM Localidad: Mérida, Yuc. Lat.: 20º 59’; N Long.: 89º 38’ 43”; O Decl. Mag.: 2.5º; E a b c d O E e f a 21 Jun. 13hr, 17’ b 21 Jul/May 13hr, 6’ c 21 Ago/Abr 12hr, 37’ d 21 Sep/Mar 11hr, 59’ e 21 Oct/Feb 11hr, 23’ f 21 Nov/Ene 10hr, 54’ g 21 Dic 10hr, 43’ g S

EQUIPO PARA MEDIR LA RADIACIÓN SOLAR UNAM EQUIPO PARA MEDIR LA RADIACIÓN SOLAR Piranómetro: Este equipo tiene la capacidad de medir la radiación total: directa + difusa. El sensor es una termopila que mide la irradiancia en 180º independientemente de la longitud de onda y del ángulo de incidencia. Celda Solar calibrada: Debido a que la Isc de una celda solar es lineal respecto a la Irradiancia, éstas representan una buena herramienta para medir la radiación solar total.

EQUIPO PARA MEDIR LA RADIACION SOLAR UNAM EQUIPO PARA MEDIR LA RADIACION SOLAR Pirheliómetro: Equipo usado para medir la irradiancia directa. Usa un detector que colima la luz solar hacia él a través de un sistema de seguimiento.

UNAM ENERGÍA RECIBIDA EN UN CAPTADOR HORIZONTAL

UNAM El concepto de horas-pico como una manera de trabajar la energía recibida en un captador Horas de Sol 8:00 12:00 16:00 1,000 W/ m 2 10:00 14:00 0.0 W/ m HORAS-PICO 8 h-p 4 h-p Area bajo la curva A= 8,000 W-h/m2 A= 4,000 W-h/m2

Mapa de Insolación Solar Global diaria promedio anual UNAM Mapa de Insolación Solar Global diaria promedio anual Captador Horizontal Unidades Horas-Pico

INCLINACION DELCAPTADOR UNAM INCLINACION DELCAPTADOR MÁXIMA CAPTACIÓN: RAYOS PERPENDICULARES AL CAPTADOR. ES NECESARIO SEGUIDOR SOLAR CON 2 MOVIMIENTOS SE PUEDEN TENER: ARREGLOS FIJOS Y MÓVILES CAPTADOR FIJO IMPLICA CRITERIO DE SELECCIÓN PARA ÁNGULO DE INCLINACION QUE GARANTICE MÁXIMA GENERACION. EN EL HEMISFERIO NORTE EL SOL SE DECLINA MAS TIEMPO HACIA EL SUR, DURANTE TODO EL AÑO; IMPLICANDO CAPTADORES INCLINADOS, RESPECTO A LA HORIZONTAL, VIENDO HACIA EL SUR. REGLA DE MANO: CAPTACIÓN ANUAL MÁXIMA, INCLINCACIÓN IGUAL A LA LATITUD DEL LUGAR.

Mapa Isogónico UNAM 12º E 10º E 11º E 8º E 6º E 4º E 7º E 9º E 5º E Declinación Magnética

ORIENTACION NORTE-SUR UNAM ORIENTACION NORTE-SUR Recomendaciones: La cara de los módulos deben de estar hacia el SUR (NO MAGÉTICO) La Declinación Magnética es la desviación del Norte Verdadero y el Norte Magnético (detectado por una Brújula). La Declinación se expresa en Grados ESTE u OESTE desde el SUR MAGNÉTICO Nm NORTE magnético NORTE verdadero 270º O 90º E DECLINACIÓN 180º S 167º S verdadero Ejemplo: Declinación Mag. 13º E. El Sur Verdadero está a 13º E del Sur magnético. Si el captador se orienta con una brújula, el Sur verdadero estará a 167º. Brújula S

CAPTADORES CON SEGUIDORES UNAM CAPTADORES CON SEGUIDORES ÁNGULO POLAR VARIABLE: -Esta estructura se recomienda para aumentar la captación de radiación directa. -El captador sigue el recorrido del Sol diariamente girando de Este a Oeste sobre el eje de giro Norte-Sur. -Presenta algo de simplicidad y su ganancia relativa puede ser hasta del 40% más de energía por día comparada con un captador fijo. -Desventajas: Alto costo y el bajo rendimiento cuando los días están nublados. ÁNGULO POLAR Y AZIMUTAL VARIABLE: -Los captadores se mueven en dos ejes de tal manera que obligan al captador a presentar su superficie siempre perpendicular a los rayos solares, en cualquier hora del día y cualquier época del año. -La ganancia de captación es grande del orden del 60% más que un captador fijo. -Desventajas: Alto costo y mayor complejidad del sistema. Mantenimiento frecuente. Bajo rendimiento en días nublados.

UNAM ENERGÍA RECIBIDA EN UN CAPTADOR CON DIFERENTE INCLINACIÓN

RS(I)= RS(H)/cos (0.87L) UNAM INSOLACION GLOBAL DIARIA PROMEDIO (HORAS-PICO) MONTERREY, N.L. LATITUD: 25º45’N; LONGITUD: 100ºW; DECLINACIÓN MAGNETICA 7º 20’E ; ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEPT OCT NOV DIC ANUAL CAPTADOR HORIZONTAL 3.2 3.6 4.1 4.3 4.8 5.5 6.1 5.6 5 3.8 3.3 3.0 4.4 INCLINACION = LAT-15º CAPTADOR FIJO SEGUIDOR POLAR 3.97 5.3 4.18 5.57 4.41 6.04 4.32 6.09 4.6 6.58 5.19 7.26 5.85 8.04 5.63 7.67 5.38 7.38 4.07 5.47 3.83 4.63 6.35 INCLINACION = LAT 4.79 5.98 4.71 4.57 4.11 4.1 4.52 5.21 5.35 5.56 4.97 4.94 4.73 4.8 5.8 6.04 6.61 7.43 7.4 7.51 6.5 6.2 5.84 6.49 INCLINACION = LAT+15º CAPTADOR FIJO 5.28 4.93 4.42 3.63 3.36 3.6 4.27 4.72 5.4 5.2 5.44 5.3 4.63 SEGUIDOR POLAR 6.95 6.45 5.89 4.97 4.69 4.93 5.71 6.26 7.19 6.92 7.17 6.98 6.2