DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN PROCESOS E HIDRAULICA AREA DE INGENIERIA EN RECURSOS ENERGÉTICOS TEMA COLECTORES SOLARES PLANOS PRESENTA Dr. ENRIQUE BARRERA CALVA

EL SOL ES FUENTE DE ENERGIA POR EXCELENCIA El Sol es una de las innumerables estrellas que hay en nuestra galaxia, la más cercana a la Tierra, sin ella no existiría ninguna forma de vida sobre ella. Algunos datos sobre nuestro Sol Es una estrella con 5,000 millones de anos de vida. Es una estrella con 5,000 millones de anos de vida. Radio aproximado de 700,000 km. Radio aproximado de 700,000 km. Una masa 300,000 veces mayor que la tierra. Una masa 300,000 veces mayor que la tierra. Distancia Tierra-Sol: 149,597,870 km. Distancia Tierra-Sol: 149,597,870 km. Esta compuesto de átomos ligeros principalmente de Hidrógeno. Esta compuesto de átomos ligeros principalmente de Hidrógeno. La Temperatura del sol en la su superficie es de: 6000 K aprox. La Temperatura del sol en la su superficie es de: 6000 K aprox.

TEMPERATURA DEL SOL

Radiación térmica y el sol De acuerdo a la teorías de Stefan-Bolzman y Plank, el Sol como cualquier cuerpo con temperatura T distinta de cero radia energía, la cual llega a la tierra en forma de ondas electromagnéticas con distintas longitudes de onda. Distribución espectral de radiación emitida por el sol La radiación electromagnética emitida por el sol se distribuye como se muestra en la figura. El Sol radia energía en un amplio rango de longitudes de onda del espectro electromagnético. La mayor parte de la radiación emitida por el sol se sitúa en el rango de la radiación térmica esto es 0.1< <100 micras y es debido a esto que la mayor perte de la energía que nos llega del sol es en forma de radiación térmica (calor).

Como Aprovechar la energía Solar Por millones de años la energía solar ah sido aprovechada eficientemente por la naturaleza en procesos tales como la fotosíntesis o en la formación de lo que hoy conocemos como combustibles fósiles. Toda la Energía de la que disponemos hoy en día proviene o ah provenido de alguna del Sol, es por esto que podemos denominarle como la fuente de Energía por excelencia. Hoy en día la creciente demanda de energía por parte de la sociedad a llevado a reflexionar sobre el uso indiscriminado de los combustibles fósiles, los también crecientes problemas inherentes al uso de estos combustibles ah despertado un mayor interés en países desarrollados por las fuentes alternas de energía.

Formas de aprovechamiento de Energía Solar Tal y como muestra el esquema de la figura, el Sol puede aprovecharse de dos maneras diferentes: Como Fuente de CalorComo Fuente de Electricidad Energía Solar Térmica Energía Solar Fotovoltaica (PV) Energía Solar Pasiva Energía Solar Térmica (Utilizando concentradores)

Aprovechamiento de la Energia Solar en Colectores Solares

Efectos de la radiación en Colectores Solares

CAPTACIÓN DE ENERGÍA SOLAR TÉRMICA COLECTORES SOLARES El sistema más simple para aprovechar la energía calorífica del sol es la instalación de un colector solar plano (CSP). La figura siguiente muestra en un esquema muy general en que consiste un (CSP).

Sistemas solares de media y baja temperatura

Colectores Solares Planos (CSP)

Concentrador parabólico compuesto

Colecores Solares de Tubos Evacuados

Colectores solares cilíndrico- parabólicos

Colectores solares Acoplados entres si

SUBSISTEMA DE ALMACENAMIENTO Si se quiere aprovechar al máximo las horas de sol, será necesario acumular la energía en aquellos momentos del día en que esto sea posible y utilizarla cuando se produzca la demanda.

Funcionamiento por conveccción natural o termosifón El movimiento del agua por circulación natural o termosifón se produce por la diferencia de temperaturas entre el agua fría del tanque y la caliente del colector, esto es, el agua interior del colector calentada por el sol disminuye su densidad y por tanto su peso, por lo que el mayor peso del agua fría del depósito empuja al agua caliente del colector, menos pesada, obligándola a ascender por la tubería que une la parte superior del tanque.

Esquema del funcionamiento por termosifón

Sistema completo de funcionamiento por termosifón

Si queremos evitar los inconvenientes de la instalación con circulación por termosifón, la circulación del agua puede conseguirse introduciendo una bomba que hace circular el agua de forma forzada, lo cual permite regular mejor la instalación. La bomba de circulación de una instalación pequeña (colector de 4 m2, depósito de 200 litros) tiene una potencia relativamente pequeña, de unos 15 a 20 vatios. Funcionamiento por conveccción forzada

Sistemas de circuito abierto El agua que circula por los colectores se usa directamente para el consumo. Estas instalaciones no disponen de intercambiador quedando su aplicación limitada por factores tales como la calidad del agua o la existencia de heladas estacionales.

Sistemas de circuito cerrado El circuito primario estaría constituido por los colectores donde se produce el calentamiento del agua y por la bomba de impulsión. Este agua cede su calor por medio de un intercambiador al agua que circula por el circuito secundario, siendo éste agua la que es almacenada en el acumulador.

Tipo de Arreglos en colectores Arreglo en serieArreglo en paralelo La misma agua pasa y se va calentando cada vez más en cada uno de ellos. Los colectores funcionan a diferentes temperaturas y crecientes desde la entrada hasta la salida. Cuanto mayor sea la temperatura de funcionamiento del colector, menor será su rendimiento, es bueno poner doble cristal en los últimos colectores. Cada uno de ellos eleva la temperatura del agua una sola vez, pero actuando solo sobre una parte del caudal. La resistencia a vencer por parte del agua será menor y será posible el funcionamiento con termosifón.

Uso domestico de los colectores solares

Energia Solar Térmica en México

Conclusiones