Energia Solar

INTRODUCCION

El presente trabajo trata de dar una visión general de la situación actual del uso de la energía solar, entrando en más detalle en el uso de la energía solar fotovoltaica, que tiene particular importancia para el desarrollo de zonas rurales apartadas. Para estos miles de personas es la única posibilidad económicamente viable a corto y mediano plazo es la generación local de electricidad, basada sobre todo en recursos renovables como la energía solar. A pesar de que esta situación es ampliamente reconocida, relativamente poco se ha hecho hasta la fecha en este campo. Esto se explica por varias razones, principalmente porque es más costoso electrificar regiones remotas y aisladas que regiones que están cerca a la red eléctrica interconectada existente.

LA ENERGÍA SOLAR Es un recurso que es muy utilizado hoy en día, y esto se debe a que el hombre, en particular los científicos, no descansan a la hora de buscar fuentes de energía alternativas y en lo posible de tipo renovable. La instalación de energía solar es bastante común y para ser un poco más detallistas, se hace mediante la instalación de paneles solares. PANEL SOLAR Un panel solar es un módulo que aprovecha la energía de la radiación solar. Normalmente se refiere a los dispositivos para producir agua caliente (usualmente doméstica) y a los paneles fotovoltaicos utilizados para generar electricidad. Están formados por varias celdas fotovoltaicas. Ventajas de los paneles solares  son sistemas limpios, de fácil uso y no contaminantes, a la vez, no necesitan transportar la energía ya que se genera en el mismo lugar donde se demanda.  Otra ventaja es que se considera el tipo de instalación de energía solar más fácil y conveniente, y su mantenimiento es mínimo.  Estos dispositivos son muy versátiles y como ventaja principal es que, con ellos, puede obtenerse energía en cualquier parte del mundo; no necesitan de infraestructuras y no se mueven o cambian de aspecto con el correr de los años. Desventaja  La única desventaja es su parte estética, pero los expertos aseguran que en un futuro cercano su diseño será más adecuado y encajará perfectamente con la fachada de la vivienda.

Tipos de paneles solares en función de la forma:

1. Paneles de formato “baldosa o teja”: Son paneles de pequeño tamaño, y están especialmente pensados para ser combinados en gran número, de forma que cubran grandes superficies. 2. Paneles con sistemas de concentración: A través de unas superficies reflectantes, concentra la luz sobre los diferentes paneles fotovoltaicos. 3. Paneles solares bifaciales: Son paneles especiales basados en un tipo de panel capaz de transformar en electricidad la radiación solar que le recibe por absolutamente cualquiera de sus dos caras. . 4. El “Panel Solar Híbrido” es un panel que integra la energía solar fotovoltaica y la térmica en un único dispositivo. La vida útil de la instalación es más prolongada debido a que la temperatura de trabajo de los Paneles es más baja. Las dos variantes del panel están adaptadas al medio en el que se utilizan:

1. PANEL FOTOVOLTAICO Paneles fotovoltaicos utilizados para generar electricidad. CELDAS O CÉLULAS FOTOVOLTAICAS Son dispositivos formados por metales sensibles a la luz que desprenden electrones cuando los fotones inciden sobre ellos. Convierten energía luminosa en energía eléctrica. Están formados por células elaboradas a base de silicio puro con adición de impurezas de ciertos elementos químicos, siendo capaces de generar cada una de 2 a 4 Amperios, a un voltaje de 0,46 a 0,48 V, utilizando como materia prima la radiación solar. Características:  Las celdas solares comerciales se fabrican con lingotes de silicio o arseniuro de galio. de alta pureza (material muy abundante en la arena).  En general las células tienen potencias nominales próximas a 1Wp, lo que quiere decir que con una radiación de 1000W/m2 proporcionan valores de tensión de unos 0,5 V y una corriente de unos dos amperios.  Los módulos fotovoltaicos admiten tanto radiación directa como difusa, pudiendo generar energía eléctrica incluso en días nublados.  La unidad básica de las instalaciones fotovoltaicas es, pues, la placa fotovoltaica, que contiene entre 20 y 40 células solares; estas placas se conectan entre sí en serie y/o paralelo para obtener el voltaje deseado (12V, 14V, etc.). Estas células interconectadas y montadas entre dos láminas de vidrio que las protegen de la intemperie constituyen lo que se denomina un módulo fotovoltaico.

MÓDULO FOTOVOLTAICO

Ventajas 

Genera electricidad que es capaz de cubrir las necesidades de cualquier vivienda e incluso venderse de forma rentable a distintas compañías eléctricas.

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Al no producirse ningún tipo de combustión, no se generan contaminantes atmosféricos en el punto de utilización, ni se producen efectos como la lluvia ácida, efecto invernadero por CO2, etc.

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El Silicio, elemento base para la fabricación de las células fotovoltaicas, es muy abundante, no siendo necesario explotar yacimientos de forma intensiva.

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Al ser una energía fundamentalmente de ámbito local, evita pistas, cables, postes, no se requieren grandes tendidos eléctricos, y su impacto visual es reducido.

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Tampoco tiene unos requerimientos de suelo necesario excesivamente grandes (1kWp puede ocupar entre 10 y 15 m2).

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Prácticamente se produce la energía con ausencia total de ruidos.

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Además, no precisa ningún suministro exterior (combustible) ni presencia relevante de otros tipos de recursos (agua, viento).

Desventajas 

Impacto en el proceso de fabricación de las placas: Extracción del Silicio, fabricación de las células

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Explotaciones conectadas a red: Necesidad de grandes extensiones de terreno Impacto visual.

PARTES  

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Generador Solar: conjunto de paneles fotovoltaicos que captan energía luminosa y la transforman en corriente continúa a baja tensión. Acumulador: Almacena la energía producida por el generador. Una vez almacenada existen dos opciones: - Sacar una línea de éste para la instalación (utilizar lámpara y elementos de consumo eléctrico). - Transformar a través de un inversor la corriente continua en corriente alterna. Regulador De Carga: Su función es evitar sobrecargas o descargas excesivas al acumulador, puesto que los daños podrían ser irreversibles. Debe asegurar que el sistema trabaje siempre en el punto de máxima eficacia. Inversor (opcional): Se encarga de transformar la corriente continua producida por el campo fotovoltaico en corriente alterna, la cual alimentará directamente a los usuarios.

Un sistema fotovoltaico no tiene por qué constar siempre de estos elementos, pudiendo prescindir de uno o más de éstos, teniendo en cuenta el tipo y tamaño de las cargas a alimentar, además de la naturaleza de los recursos energéticos en el lugar de instalación. Aplicaciones En una primera gran división las instalaciones fotovoltaicas se pueden clasificar en dos grandes grupos:  Instalaciones aisladas de la red eléctrica.  Instalaciones conectadas a la red eléctrica.

 Sistemas autónomos o Remotos (aisladas a la red eléctrica). La energía generada a partir de la conversión fotovoltaica se utiliza para cubrir pequeños consumos eléctricos en el mismo lugar donde se produce la demanda. Es el caso de aplicaciones como la electrificación de:

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Viviendas alejadas de la red eléctrica convencional, básicamente electrificación rural.

- Servicios y alumbrado público: iluminación pública mediante farolas autónomas de parques, calles, monumentos, paradas de autobuses, refugios de montaña, alumbrado de vallas publicitarias, etc. Con la alimentación fotovoltaica de luminarias se evita la realización de zanjas, canalizaciones, necesidad de adquirir derechos de paso, conexión a red eléctrica, etc. - Aplicaciones agrícolas y de ganado: bombeo de agua, sistemas de riego, iluminación de invernaderos y granjas, suministro a sistemas de ordeño, refrigeración, depuración de aguas, etc.;

- Señalización y comunicaciones: navegación aérea (señales de altura, señalización de pistas) y marítima (faros, boyas), señalización de carreteras, vías de ferrocarril, repetidores y remisores de radio y televisión y telefonía, cabinas telefónicas aisladas con recepción a través de satélite o de repetidores, sistemas remotos de control y medida, estaciones de tomas de datos, equipos sismológicos, estaciones meteorológicas, dispositivos de señalización y alarma, etc. El balizamiento es una de las aplicaciones más extendida, lo que demuestra la alta fiabilidad de estos equipos. Por su parte, en las instalaciones repetidoras, su ubicación generalmente en zonas de difícil acceso obligaban a frecuentes visitas para hacer el cambio de acumuladores y la vida media de éstos se veía limitada al trabajar con ciclos de descarga muy acentuados.

 Sistemas conectados a la red En cuanto a las instalaciones conectadas a la red se pueden encontrar dos casos: centrales fotovoltaicas, (en las que la energía eléctrica generada se entrega directamente a la red eléctrica, como en otra central convencional de generación eléctrica) y sistemas fotovoltaicos en edificios o industrias, conectados a la red eléctrica, en los que una parte de la energía generada se invierte en el mismo autoconsumo del edificio, mientras que la energía excedente se entrega a la red eléctrica. También es posible entregar toda la energía a la red; el usuario recibirá entonces la energía eléctrica de la red, de la misma manera que cualquier otro abonado al suministro.

Tipos de sistemas conectados a la red 

Generadores dispersos.- Son generadores de baja capacidad (1-10KW) instalados en inmuebles residenciales, comerciales o institucionales.

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Estaciones Centrales.- Son plantas de gran capacidad (de hasta varios MW) Operadas por la compañía suministradora. La interconexión con la red siempre es trifásica debido al rango de potencia.

CONDICIONES PARA LA INSTALACION 1. Suficiente espacio para su instalación, área mínima disponible 2 m2. el área a requerirse depende del tipo de panel solar que se elija y esta dimensionada en base a la cantidad de energía pre calculada para alimentar su casa. Para las viviendas en ciudad es mucho mas difícil que en el campo, playa o campos abiertos. 2. Suficiente sol para hacer funcionar los paneles, si se vive en un clima soleado la mayor parte del tiempo los paneles solares estarán expuestos a la luz solar directa durante la mayor parte del día. 3. Evitar el paradigma que los paneles solares son muy costosos, se puede lograr un panel fotovoltaico desde $250 hasta un promedio de $ 10.000. al cabo de 4 o 5 años máxima se recupera la inversión.

ANGULO DE INCLINACION DE LOS PANELES SOLARES PARA GENERAR MAS ENERGIA ELECTRICA La posición del sol al amanecer, mediodía y atardecer en las distintas estaciones y en los distintos hemisferios son de importancia tener en cuenta para aprovechar lo máximo de energía en el panel solar que servirá como los fotovoltaicos para mayor energía eléctrica o las placas solares para calentar mejor el agua. La máxima radiación directa que incide sobre un panel solar horizontal durante un día claro, sin partículas suspendidas sobre el aire, a nivel del mar y estando el sol en el cenit del captador es aproximadamente 1000W/m2. A este valor lo conocemos como pico de la irradiancia. Los ángulos de orientación de los rayos solares La energía acumulada de un panel solar durante un tiempo determinado (día, mes, año) define el concepto de insolación. Esta es la energía disponible para su uso en alguna aplicación específica. Posición de un panel solar:  Un panel solar instalado en el hemisferio norte del planeta se deberá colocar mirando hacia el sur.  Un panel solar instalado en el hemisferio sur se deberá colocar mirando hacia el norte.

ANGULO DE INCLINACION DEL PANEL SOLAR CON EL EJE HORIZONTAL DE LA TIERRA El panel solar se deberá instalar con un ángulo de inclinación respecto de la horizontal en el terreno, igual al valor de la latitud en ese mismo lugar. Un panel solar instalado en el hemisferio sur a 55º de latitud sur se colocara mirando hacia el norte con un ángulo de inclinación respecto al horizontal en el terreno de 55º. El objetivo es que los rayos solares incidan verticalmente sobre el panel solar con un ángulo de mayor aprovechamiento de la energía solar.

INCLINACION DE PANELES SOLARES O IRRADIACION SOLAR EN AMERICA LATINA La cantidad optima de energía se recoge cuando el panel solar esta inclinado en el mismo ángulo que el ángulo de latitud.

MAPA SOLAR SUDAMERICA: Kwh/m2/día

CONCLUSIONES La producción de energía fotovoltaica se realiza de manera limpia, directa y por ende esta tiende a proyectarse como una de las mejores alternativas a nivel mundial para obtener energía eléctrica. Sabiendo que la generación de energía fotovoltaica trae consigo un sinnúmero de ventajas creemos que todos los países deberían implementar este nuevo sistema ya que gracias a ello se contribuye con la naturaleza y este es además muy rentable en cuanto a lo económico. Finalmente en nuestro medio se podría implementar este sistema tratando de incentivar a profesionales y a estudiantes que se dirijan hacia este campo ya que a la larga será uno de las tecnologías más comunes y necesarias a ser utilizadas.

4. ENERGÍA SOLAR TÉRMICA CALENTADOR DE AGUA ESPECIFICACIONES El calentamiento de agua para uso doméstico resulta ser una de las mejores aplicaciones de la generación de calor usando energía solar, ya que la cantidad de agua caliente que se usa en una casa es casi constante durante todo el año. Por lo tanto, hay una mejor relación entre la demanda de agua caliente y la energía obtenida desde el sol, que en el caso de agua para calefacción. No es lógico esperar que el sol nos proporcione el 100% de la energía necesaria para calentar agua, durante todo el año y en cualquier condición climática. Especificaciones El sistema completo está compuesto de colector solar, tanque de almacenamiento, bomba de circulación y controlador. Presión: 6atm Preservación de calor: 36-48hs Calentador eléctrico: 1.5-2KW Temperatura de funcionamiento:-35 a +60c0 Eficiencia de absorción:>55%

VENTAJAS  La energía solar permite disminuir drásticamente el consumo de energía convencional. Los sistemas solares de calentamiento de agua se caracterizan por tener una tecnología simple, que sin embargo es tecnológicamente sofisticada.  garantiza que habrá suficiente agua caliente disponible aun en caso de poco sol.  El sistema de agua caliente solar puede integrarse fácilmente en cualquier construcción, sin inconvenientes.  Por lo tanto, un sistema solar de calentamiento de agua, con una duración de 20 años mayor que una caldera, es una solución complementaria ideal respecto de las tecnologías convencionales de calefacción.  Con la instalación de un sistema de agua caliente solar, se contribuye activamente a disminuir las emisiones contaminantes de CO². 

No genera Sin ruidos, escapes de olores y - a diferencia de otros sistemas- es ecológica y limpia, lo que redunda en beneficio de todos.

 Nos permite ahorrar energía hasta un 75%.

FUNCIONAMIENTO ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA  Instalación para producción de agua caliente sanitaria

Agua caliente Radiación solar

Calentador convencion al

Colector

Agua fría Temporizador

 Instalación para producción de agua caliente sanitaria con sistema de apoyo convencional

Válvula de 3 vías

Agua caliente Calentador convencional Intercambiador acumulado

Agua fría

5. CALEFACCION MURO TROMBE CONCEPTO Es un sistema que recolecta la energía solar para luego utilizarla en el calentamiento interno de las casas.

Consiste en crear un espacio de aire caliente colocando láminas de vidrio o plástico a una distancia determinada entre el ambiente exterior y una pared (adobe, ladrillo, hormigón) que esta pintada de un color oscuro el cual tiene orificiosen la parte superior e inferior.

2.3.2. FUNCIONAMIENTO Durante el día el aire que esta entre la pared yel vidrio secalienta yseeleva hastalapartealtadelmurotrombeingresandoalahabitaciónporlosorificios superiores de la pared. El aire frío de la habitación ingresa al muro trombe porlosorificiosinferioresydeigualformasecalientayvuelveaingresarala habitaciónporlosorificiossuperiores.Esnecesariotenerencuentaqueeste procesoseinvierteenlasnochesyporestarazónlosorificiosdebendeser cerrados cuando empieza a oscurecer. La pared debe estar pintada de un color oscuro (preferentemente negro) para que absorba losrayosdel solytransporte el calor ganado a través del Muro Trombe para luego liberarlo a la habitación.

Pared

AIRE CALIENTE

Plástico o vidrio

AIRE FRIO

Enlas noches cerrar los orificios

INSTALACION a) Tamaño El tamaño del muro trombe esta ligado básicamente al lugar donde vivimos, a cuanto frío hace en tu localidad y a el área de la habitación que quieres calentar. Viendo la tabla podrás seleccionar fácilmente el tamaño de muro trombe de acuerdo a tu necesidad:

El diámetro de los orificios Es de 10 cm 4 pulgadas. H

Z x Y = área de la habitación. Hx L= área del muro trombe

Áreadelmurotrombe(m2)ynumerodeorificiosdelapared lugaresm N°de lugare N°de lugares N°de la9a11 uy fríos orificios s fríos templados orificios 5 8 7 orificios 1 8. 1 12a14 6. 1 9 10 15 12 habitació 15a17 85 10 1 14 13. 1 62 9. 13. 16. 20 21 1 62 6 n18a20 (m2) 21a23 14 15. 20 51 5 51 42 8 1 6 5 4 9 b) Inclinación Áreade

La inclinación es otro aspecto importante para la construcción del muro trombequedeberáserde70°aprox.Estoparapodercaptarmásrayossolares y lograr un buen funcionamiento.

H

Inclinación delmurotrombe

a

H= altura del muro AlturaMuro trombe ( m )

Anchomuro trombe ( cm )

1.5

60

1.7

68

1.9

76

2.1

84

H

a = ancho del muro

a

Una forma sencilla de encontrar la inclinación de nuestro muro es: Porcada metrodealtura delmurolabasetendráentre 40cmdeancho.Por ejemplo se nuestro muro tiene una altura de 1.5 metros el ancho de la base será de 60 cm. 2.3.3. POSICION

Paralugaresqueseencuentranenelhemisferionorteelmurotrombedebede mirar hacia el sur. Para lugares que se encuentran en el hemisferio sur, como el Perú, el muro trombe debe de mirar hacia el norte.

Estas figuras correspondes al hemisferio sur; para el caso del hemisferio norte cambiamos el norte por el sur y biceversa.

CAPITULO 3. EDIFICACION Y ENERGIA SOLAR

El diseño del proyecto hotelero WaterBuilding resort se inclina completamente en adoptar la forma de una gota de agua y un hotel que funciona de la mano con el medio ambiente. Un punto interesante de este hotel es que sus diseñadores pretenden utilizar un completo sistema que utilice la humedad del aire circundante para convertirlo en agua potable, y durante el proceso utilizarían la energíasolar para cumplir sus objetivos.

El proyecto incluye un moderno acuario interior – exterior y un muelle. La base del edificio pretende funcionar como depósito de agua potable, adicionalmente se instalará un sistema desalinizador con el objetivo de convertir el agua salada del mar en agua dulce, fresca y apta para el consumo humano.

Con este proyecto sus diseñadores pretenden realizar el primer edificio que pueda convertir la humedad del aire en agua potable con el uso de energía solar.Se planea utilizar vidrio fotovoltaico en la fachada de la estructura, un material capaz de enfrentar el calor y los rayos ultravioletas del sol, y claro, que capte los rayos solares y los transformen energía.

WaterBuilding resort