Guía Didáctica Módulo 4 PDF

 

 

ENERGÍA SOLAR 

 

 

MÓDULO 4 : ENERGÍA SOLAR OBJETIVOS DE APRENDIZAJE  

Conocer las características de le Energía Solar

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Conocer las tecnologías asociadas asociadas a la Energía Solar

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Identificar las Ventajas y Desventajas en el uso de la energía Solar

CONTENIDO

I.  CONCEPTOS BASICOS ................... ......................................... ............................................ ............................................ ............................................ ......................3  II.  MÉTODOS DE APROVECHAMIENTO DE LA ENERGÍA SOLAR ................... .................................... ................. 5  III.  VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA ENERGÍAS SOLAR .................... ........................................... .......................11  Ventajas de la energía solar ...................... ............................................ ............................................. ............................................. .............................. ........ 11  Fuente de energía inagotable ...................... ............................................. .............................................. ............................................. ......................11  Contaminación y medio ambiente ................... ......................................... ............................................ .......................................... .................... 11  Mantenimiento y coste de las instalaciones ..................... ............................................ .......................................... ...................12   Ac ce si sibi bi lilid d a d en e r gé t i ca ..................... ............................................ .............................................. ............................................. ................................. ...........12   IV.  BIBLIOGRAFIA ..................... ............................................ ............................................. ............................................ ............................................. ............................... ........ 15 

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INTRODUCCIÓN La energía solar es la producida por la luz  –energía fotovoltaica- o el calor del sol  – termosolar- para la generación de electricidad o la producción de calor. Inagotable y renovable, pues procede del sol, se obtiene por medio de paneles y espejos. Las células solares fotovoltaicas convierten la luz del sol directamente en electricidad por el llamado efecto fotoeléctrico, por el cual determinados materiales son capaces de absorber fotones (partículas lumínicas) y liberar electrones, generando una corriente eléctrica. eléct rica. Por otro lado, los colectores solares térmicos usan paneles o espejos para absorber y concentrar el el calor solar,

transferirlo a un fluido y con conducirlo ducirlo por tuberías para su

aprovechamiento en edificios e instalaciones o también para la producción de electricidad (solar termoeléctrica). La energía solar goza de numerosos beneficios que la sitúan como una de las más prometedoras. Renovable, no contaminante y disponible en todo el planeta, contribuye al desarrollo sostenible y a la generación de e empleo mpleo en las zonas en que se implanta.. implanta..

Otro aspecto beneficioso de la energía que nace del sol es su condición de generadora de riqueza local, puesto que su implantación en un país disminuye la dependencia energética de otros países. Si bien es cierto que la energía solar  –como la eólica- es intermitente, esto es, directamente dependiente de la meteorología o de los ciclos día-noche, el rápido avance experimentado por las tecnologías de almacenamiento eléctrico va a minimizar cada vez más esta circunstancia e incrementar la participación de este tipo de energías en el sistema energético.

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I.

CONCEPTOS BASICOS

La energía solar se define como la energía producida por reacciones nucleares al interior del Sol, que son transmitidas t ransmitidas en forma de ondas electromagnéticas a través del espacio (radiación solar)

Radiación solar en la Tierra. El Sol irradia energía a una tasa de 3.9 x 10 vatios, y perpendicularmente, sobre la parte superior de la atmósfera, nuestro planeta recibe una radiación solar promedio de 1 367 vatios por cada metro cuadrado. Las variaciones en la cantidad de radiación solar recibida dependen de los cambios en la distancia al Sol como consecuencia de la órbita elíptica que recorre la Tierra alrededor del mismo. Otras variaciones son ocasionadas por pequeñas irregularidades en la superficie solar en combinación con la rotación del Sol y posibles cambios temporales de su luminosidad. La radiación solar directa no tiene cambios en su dirección desde el Sol hasta la superficie terrestre. Una vez dentro del planeta, las características físicas y la composición química de la atmósfera afectan la cantidad y el tipo de radiación que alcanza la superficie, razón por la cual durante períodos de abundante nubosidad o bruma, la radiación que incide es esencialmente dispersada por partículas y moléculas del aire (radiación difusa).

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Cantidad de radiación solar. Para conocer la cantidad de energía que se puede obtener del Sol, es necesario medir la cantidad de radiación solar (directa más difusa) que recibe realmente una región. Esta cantidad de radiación disponible para convertir en energía útil en una localidad depende de varios factores: posición del Sol en el cielo, que varía diaria y anualmente; condiciones atmosféricas generales y del microclima; altura sobre el nivel del mar y la duración del día (época del año). La máxima cantidad disponible sobre la superficie de la Tierra en un día claro, fluctúa alrededor de 1 000 vatios pico por metro cuadrado.

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II.

MÉTODOS DE APROVECHA APROVECHAMIENTO MIENTO DE LA ENERGÍA SOLAR

Para transformar la energía solar se utilizan principalmente tres tipos diferentes de tecnologías: energía solar fotovoltaica, energía solar térmica y energía solar pasiva.

Energía solar fotovoltaica La luz del Sol se puede convertir directamente en electricidad mediante celdas solares, conocidas también como celdas fotovoltaicas, que son artefactos que utilizan materiales semiconductores. La corriente eléctrica puede ser utilizada inmediatamente o puede ser almacenada en una batería para utilizarla cuando se necesite. Una celda fotovoltaica típica puede ser cuadrada y medir 10 centímetros por lado y producir cerca de 1 vatio de electricidad, más que suficiente para que un reloj de pulsera funcione, pero no para encender un radio. Las celdas individuales se ensamblan para formar f ormar módulos (40 celdas); si se necesita generar más electricidad los módulos se agrupan para formar lo que se conoce como arreglo (10 módulos).

Funcionamiento. Un sistema solar fotovoltaico funciona cuando el campo de módulos fotovoltaicos convierte en corriente eléctrica directa la energía solar que recibe durante el día. Dicha corriente transporta y almacena la energía eléctrica en la batería para ser utilizada en el momento que el usuario lo requiera para el televisor, radio o iluminación.

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La energía eléctrica que los módulos fotovoltaicos envían a la batería y que ésta suministra a la carga pasa por el controlador de carga, cuya función es proteger a los otros elementos del sistema contra sobrecargas o descargas excesivas, altas corrientes y bajos voltajes.

Todos los módulos se conectan en serie o en paralelo para obtener las tensiones y corrientes que provean la potencia deseada. Los módulos se fabrican, generalmente, para tener una salida de 12 Vdc, varían desde unos cuantos vatios fotovoltaicos (2.8 Vatiospico, Wp) hasta 300 Wp, y su voltaje y corrientes son variables según la configuración de los paneles.

Usos. Los sistemas simples (sin almacenamiento de energía) producen energía donde y cuando se necesita; por lo tanto, no se necesitan cables, almacenamiento o sistemas de control.

Los sistemas fotovoltaicos con batería de almacenamiento pueden diseñarse para equipos que utilicen corriente del tipo directa (dc) o alterna (ac).

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Si se quiere utilizar un equipo que funciona con corriente a.c, debe acondicionarse un inversor para alimentar la carga. Entre los usos más frecuentes que se dan en hogares, fincas, industria, comercio, transporte, edificios, comunicaciones se encuentran:

  Iluminación interior o exterior.   Señales de advertencia: luces, sirenas.

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  Monitoreo: agua, aire, temperatura, flujo, movimiento.

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  Batería para vehículo.

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  Protección catódica contra la corrosión.

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  Interruptores: eléctricos, válvulas, apertura compuertas.

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  Control de encendido, radio, teléfono, telemetría. üü Bombeo de ac aceite eite y combustible.

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  Refrigeración.

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Energía solar térmica El aprovechamiento de la energía solar térmica basa su tecnología en la captación de la radiación por medio de elementos denominados colectores o concentradores, los cuales disminuyen las pérdidas de calor y aumentan la energía absorbida y, en algunos casos, cuentan con seguidores de Sol para mejorar este propósito. prop ósito.

Concetrador Parabolico

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Concentrador cilindro parabólico

Concentrador receptor central

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Estos sistemas están diseñados para proveer energía eléctrica a la red o para usos térmicos de naturaleza industrial, a través de la transferencia de calor a un fluido térmico; se destinan a suplir grandes demandas y no se utilizan en aplicaciones que requieran bajas capacidades de carga o calor.

Usos directos. Los sistemas de calentamiento con colector de placa plana (temperaturas medias) utilizan la radiación solar para su uso directo en diversas aplicaciones como:   Calentamiento de de agua. El agua fría almacenada en un tanque circ circula ula a trav través és de un

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colector solar que calienta el agua cuando pasa a través de él. El agua caliente sube y regresa al tanque por el efecto de termosifón. Este ciclo se repite continuamente durante las horas de Sol. Estos sistemas de calentamiento están compuestos por un colector solar, un tanque de almacenamiento y un sistema de circulación de agua. El colector de placa consiste de un vidrio que permite la entrada del 90% de los rayos solares, estos calientan la placa colectora (de absorción), la placa emite rayos infrarrojos, que al no atravesar el vidrio quedan atrapados en el interior y contribuyen a calentar el agua.   Potabilización de agua agua.. Una de de las aplicaciones más sencilla sencillass y benéficas de la energí energía a

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solar térmica es la potabilización (desalinización o purificación) del agua. Es una construcción simple, consta de una cubeta de poco fondo, pintada de color negro (para absorber la radiación solar), cubierta con un material transparente (vidrio o plástico), de tal manera que la cubeta quede herméticamente sellada. El fondo negro de la caja absorbe la radiación solar y calienta el agua, ésta se evapora y condensa sobre el vidrio que permanecen más frío por estar en contacto con el exterior. El agua condensada rueda a un canal y por último a un depósito.   Secador solar. solar. Se aplica indu industrialmente strialmente al secado de granos granos,, frutas y otros productos.

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El colector calienta el aire, éste sube pasando a través de las cubetas que contienen el producto, retirándoles parte de la humedad.

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Energía solar pasiva Comprende elementos que se aprovechan en la construcción o adecuación de una vivienda con el fin de calentarla o refrescarla; estos elementos pueden ser muros o cubiertas que actúan como colectores solares, construidos con materiales acumuladores de calor, como el ladrillo, la piedra y la teja de barro.  Además, el ambiente que se debe lograr al interior de una vivienda está relacionado con tres factores que son cada vez más determinantes en la vida de diaria: salud, confort y uso racional de la energía, los cuales definen el concepto de calidad de vida de las personas. La salud, en relación con la prevención de enfermedades, depende de variables como son la temperatura, la aireación, la humedad relativa, la iluminación y el ruido. Éstas, junto con otros elementos como espacio (área o volumen por persona), dispositivos tecnológicos (electrodomésticos), suministros de consumo (agua, energía, información, etc.) deberán tenerse en cuenta en el diseño de la vivienda. El confort se refiere a conseguir que la mayoría de las personas expresen bienestar y agrado dentro de la vivienda. El uso racional de la energía, en el sentido de aprovechar toda la luz natural posible en el día, de adecuar la vivienda para sentir calor o frío según se necesite sin emplear aire acondicionado para evitar el uso de elementos adicionales que consumen energía. La arquitectura bioclimática pretende, entonces, conseguir la justa relación entre clima, hombre y arquitectura.

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III.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA ENERGÍAS SOLAR

Ventajas de la energía solar Fuente de energía inagotable La ventaja más destacable de la energía solar es que se trata de una  energía renovable, por renovable,  por lo que se considera inagotable. Este tipo de energía proviene del Sol por lo que mientra no se agotará mientras no se agote el Sol. La energía que emite el Sol no es inagotable, pero se sabe estima que le queda una vida de 5.000 millones de años. Por eso motivo se considera la energía solar inagotable.

Contaminación y medio ambiente Des del punto de vista de la contaminación distinguimos dos momentos: 

 

Durante la fabricación de los equipos. En este proceso la contaminación no es inexistente pero es reducida y controlable.

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Durante la producción de energía solar. En funcionamiento las instalaciones solares térmicas y fotovoltaicas no generan ningún tipo de contaminación medioambiental.

Mantenimiento y coste de las instalaciones Las instalaciones solares no requieren un gran mantenimiento, los costes en mantenimiento mantenimie nto son mínimos. Los paneles solares cada día son más fuertes y su costo está disminuyendo con el tiempo. Esto permite que la energía solar sea económicamente una solución cada vez más viable. Dentro

de

los

distintos

tipos

de

instalaciones

solares

destacamos

la

instalaciones de  de   energía solar térmica por lo que se refiere a su bajo coste de inversión. Este tipo de instalaciones generalmente se emplean para calentar agua y utilizarla como agua como  agua caliente sanitaria o calefacción. El uso de la radiación la  radiación solar es gratuito.

Accesibilidad energética La energía solar es un excelente recurso para los lugares de difícil acceso o muy lejos de las redes eléctricas instaladas. Por ejemplo, refugios, casas de montaña, etc. Para su instalación a pequeña escala no requiere grandes inversiones en líneas de transmisión. En los países tropicales, el rendimiento de la energía solar es todavía mayor debido a la cantidad de  de   radiación solar q que ue reciben anualmente en casi todo el territorio.

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Desventajas de la energía solar Eficiéncia energética Un panel solar consume una gran cantidad de energía para ser fabricado. La energía para la fabricación de un panel solar puede ser mayor que la potencia generada por él a lo largo de su vida útil.

Coste económico comparado con otras fuentes de energía Los precios son muy altos en comparación con otras fuentes de energía. Especialmente a lo que se refiere a la energía solar fotovoltaica.

Dependéncia climatológica Existe una variación en las cantidades producidas de acuerdo con la situación del tiempo (lluvia, nieve) que dificultan la previsión energética. Se requiere una fuente energética alternativa o el uso de baterías para los días que las condiciones atmosféricas no sean buenas o por la noche.

Horario solar

Uno de los momentos de más demanda energética precisamente es cuando no hay radiación solar: por la noche. Por este motivo se requiere de algun sistema de almacenamiento de energía. Se da el caso que las ubicaciones en latitudes medias y altas (por ejemplo, Finlandia, Islandia, Nueva Zelanda y el sur de Argentina y Chile) sufren caídas repentinas de la producción durante los meses de invierno debido a la menor disponibilidad diaria de energía solar. Sitios con nubosidad frecuente (Curitiba, Londres) tienden a variaciones diarias en la producción de acuerdo con el grado de nubosidad.

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Las formas de almacenamiento de la energía solar son ineficientes en comparación, por ejemplo, con los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas), hidroeléctricas (agua) y biomasa.

Almacenamiento de la energía Por todo lo dicho anteriormente es óbvio que se requiere de un sistema de almacenamiento, eficiente. Hoy en día existen baterías y otros elementos para almacenar energía eléctrica pero no hay ningún sistema para almacenar grandes cantidades de energía que sea realmente eficiente. Las baterías se necesitan en el caso de la energía eléctrica generada mediante paneles fotovoltaicos, mientras que en la energía térmica generada mediante colectores solares se necesita la instalación de tanques bien aislados térmicamente para mantener el agua caliente que contienen.

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IV.

BIBLIOGRAFIA:

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