modulo 2 conceptos básicos de sistemas solares
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Este es el segundo módulo del Taller De Usos de Energía Solar en Construcciones Residenciales dictado por la Ing. Diana C. Gasca y Fernando Luna, Ph.D Con el apoyo de Cientificamente, COEXITO S.A y APROTEC SAS. Trata sobre conceptos básicos de sistemas solares térmicos y fotovoltáicos.TRANSCRIPT
Conceptos básicos de sistemas solares
.
La energía del Sol.
4H He2 + Mucha energía 6.4 x 107 W/m2.
Producida por una contínua reacción nuclear:
A la capa superior de la atmósfera de la tierra llegan: 1.36 x 103 W/m2 (Constante solar).
La energía del Sol incidente en la tierra se puede aprovechar
de tres formas:
Concentración de Calor
Producción de electridad
Iluminación Natural
Toda aplicación tecnológica de energía solar se deriva de estas tres! Hornos solares, cargadores solares, bombeo de agua, etc
Concentradores de calor.
Condiciones generales:
1. Material que absorbe radiación
en las frecuencias que el sol emite.
2. Material que emite muy
Poco calor luego de estar caliente
Den
sida
d de
Pot
enci
a es
pect
ral r
elati
va
Longitud de Onda (µm)Re
flect
anci
a
Radiación Solar
(e) AbsorbenteSelectivo ideal.
Concentradores de calor.
1. De placa plana sin cubierta.
Material : Polipropileno, Polietileno, Policloruro de Vinilo (PVC)
Temperatura : 25 – 30 ºC. Grandesperdidas por radiación
Factor de perdida : 15 – 25 W/m2 ºC
Colectores de Placa plana sin cubierta son livianos comparativamente (30 Kg), reciben un alto caudal ( 5gl/min) y normalmente se usan sin tanques para almacenar agua caliente
pero sí para recircular agua. Necesitan grandes áreas para montaje.
Concentradores de calor.
2. De placa plana con cubierta.
Cubierta de Vidrio, una o dos capas. Deja pasar UV, retiene IR
lejano (Efecto invernadero).
Lámina de cobre pintada de negro o
con capas selectivasSerpentín de Cobre.
Montura de Aluminioanodizado.
Concentradores de calor.
2. De placa plana con cubierta.Superficies
selectivas
Negro de NiquelNegro de CromoNegro de CobreNitruro de Aluminio
Sistema Absorbente
Absortividad (α)
Emisividad (ε )
Espejo
Concentradores de calor.
2. De placa plana con cubierta.Material : Metálico con aislamiento
Temperatura : 10-80 ºC. Grandesperdidas por radiación
Factor de perdida : 5 W/m2 ºC
Colectores de Placa plana con cubierta se usan con tanques para almacenar agua caliente. Necesitan áreas pequeñas de montaje.
Por qué están cubiertas las tuberías ?
Concentradores de calor.3. De tubos evacuados. (Tubo de Calor)Intercambia
dor de calor
Tubo evacuad
o de vidrio
evacuado
Película absorbe
nte
El líquido en el tubo se convierte en vapor caliente, el cual calienta el fluido en el intercambiador de calor.
Tubo Calien
te
Agua Fría
Agua CalienteA tanque reservori
o
Concentradores de calor.3. De tubos evacuados. (Flujo Directo)
Concentradores de calor.3. De tubos evacuados.
Material : Vídrio, Materiales frágiles.
Temperatura : 10-130 ºC. El vacío es un gran aislante. MejorDesempeño.
Factor de perdida : 2 W/m2 ºC
Colectores de tubos de vacío tienen alta capacidad calefactora. Pueden ser usados para aplicaciones industriales. Por ser cilíndricos los colectores atrapan luz en diversos ángulos.
Instalación General (Calentamiento).
TECHOCONEXIONES
TANQUE DE ALMACENAMIENTO
• Inclinación, (necesito anclaje?)
• Cuánta Área Tengo libre?.
• Donde estará el tanque? (Techo, en planta baja?)• Que función cumple el tanque? (Es una piscina, es una caldera, es un reservorio para flujo no-contínuo (Cocina, Servicios Sanitarios)?.
• Inclinación de la tubería (> 20).• Aislamiento de las tuberías.•Sistema mixto? (uso de agua caliente solar como entrada a sistema convencional.)
Fuí el otro día a la unidad residencial donde vive un amigo. Allí ví que tienen calentadores solares para cubrir el gasto de agua caliente de la unidad. Eran de esos que están metidos como en una caja con un vidrio……
Me pregunto si podemos hacer lo mismo para calentar las piscinas en un proyecto que tengo para hacer 10 casas a las afueras de Cali.
““
Usted que respondería?
Transformación de Luz en Electricidad
Una celda SOLAR o FOTOVOLTAICA es un dispositivo electrónico que convierte la energía del sol en electricidad
Bandgap Engineering , 2012
Cómo funciona una celda solar?
La Luz (fotones) golpea al silicio dopado negativamente (Tipo N) y libera electrones que pasan a la capa de silicio dopado positivamente (Tipo P). Así se crea un potencial eléctrico (0.5 V).
““
Luz del Sol
Electrodo (-)Escudo no reflectivoSilicio tipo N.
Silicio tipo P.
Electrodo (+)
Tipos de paneles solares.
Monocristalino. La oblea de silicio es cortada a partir de un cristal puro el cual es producido muy lentamente en el laboratorio (Proceso Czochralski).
Hasta 20% de eficiencia. Necesitan poco área de instalación. Muy Costosos. No funcionan muy bien a T > 25 ºC. Tiene el 93% del mercado.
Tipos de paneles solares.
Policristalino. Producido mediante silicio fundido y cristalizado en moldes. No hay un solo cristal de silicio sino varios de ellos.
Eficiencia entre 12-14%. Más económicos que monocristalino. Necesitarán más espacio para producir la misma potencia que monocristalino
Tipos de paneles solares.
Amorfo/Películas delgadas. Producido mediante deposicón de capas delgadas de silicio y demás componentes en un sustrato (Aluminio, Vidrio) usando técnicas como Chemical Vapor Deposition (CVD).Eficiencia entre 6-8%. Son los más económicos. Tienen poco peso. Necesitarán más espacio para producir la misma potencia que monocristalino y polycristalino. Tiene muchas posibilidades estéticas. Corta vida útil.
Los paneles producen electricidad solo de día.
Y todos los días no hay la misma radiación solar.
Como mantengo siempre (día y noche, soleado o nublado) un flujo de corriente desde mi sistema solar?
Arreglo de Páneles:Diseñado para cumplir con requerimientos de energía en los meses de menor radiación.
Controlador de carga:Ajusta la corriente-voltaje que llega a las baterías para optimizar la recarga y protegerlas de sobrecarga.
Baterías:Guarda energía eléctrica para las noches o clima nublado. Aumenta la salida del sistema fotovoltaico durante periódos de alta demanda.
Carga de Corriente Alterna (AC):120 o 240 V, enseres de la casa.
Generador de Respaldo:Provee energía durante extendidos períodos de tiempo de alta demanda o baja radiación. Sistemas DIESEL, Gasolina, ACPMInversor:
Convierte energía DC en AC para enseres de la casa y convierte energía del generador de respaldo de AC a DC para cargar baterías.
Sistemas Aislados
Los páneles solares siempre producen DC
Sistemas Aislados
Usuario desea la independencia. No depender de suministro del Sistema Interconectado Nacional (SIN).
1. Diréctamente conectados (Corriente Directa, DC). Sin baterías. Sin Inversor.
2. Aislado directo. Con baterías. Con inversor. Sin Generador de respaldo.
3. Aislado Híbrido. Con inversor, Con baterias, Con generador de respaldo.
Sistemas interconectados a la red Es un sistema aislado sin Baterías pero que usa la red eléctrica como sistema de respaldo
Produzco más de lo que consumo?
Produzco menos de lo que consumo?
Debido al uso extensivo de dispositivos electrónicos, que usan DC, actualmente en hogares de paises desarrollados el consumo eléctrico de estos dispositivos está alcanzando el 15%. En 20 años ese consumo de electricidad DC será del 50% de la demanda energética en los hogares.
Que sistema solar prevalecerá en el futuro?
El funcionamiento de sistemas solares, térmico y fotovoltaico dependen de variables
ambientales.
Radiación solar- Ubicación geográfica
El ángulo de inclinación de los rayos solares en la superficie de la tierra limita la energía dada a cada punto en el mundo por m2
El funcionamiento de sistemas solares, térmico y fotovoltaico dependen de variables
ambientales.Radiación solar- Ubicación geográfica
Radiación solar- Ubicación geográfica
Cuando los rayos del sol se inclinan comienza una reducción en la intensidad de energía por m2.
El funcionamiento de sistemas solares, térmico y fotovoltaico dependen de variables
ambientales.
Radiación solar- Ubicación geográfica
El funcionamiento de sistemas solares, térmico y fotovoltaico dependen de variables
ambientales.
Inclinar los páneles ayuda a obtener la mayor eficiencia en la absorción de luz.
El grado de inclinación depende de la ubicación geográfica. Bogotá = 4ºC
El funcionamiento de sistemas solares, térmico y fotovoltaico dependen de variables
ambientales.
Temperatura ambiental.
Las altas temperaturas disminuyen la eficiencia de los páneles.
Es necesario evitar el calentamiento de los páneles. No ponerlos en contacto con techos metálicos.
La potencia pico de un panel solar esta dada a 25ºC
El funcionamiento de sistemas solares, térmico y fotovoltaico dependen de variables
ambientales.
Temperatura ambiental.
Dar espacio para la ventilación de los páneles es fundamental para su buen funcionamiento.
EFFECT OF VENTILATION IN A PHOTOVOLTAIC ROOF Guillem Gargallo i Pallardó
Gracias!