Grupo de Estudios Sobre Energía. Ministerio Ciencia y Tecnología de Educación, Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Santa Fe

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1 Grupo de Estudios Sobre Energía Ministerio Ciencia y Tecnología de Educación, Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Santa Fe

2 Reseña histórica * El G.E.S.E. nace en el año 1985 en el seno de la UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL mediante un convenio con la SECRETARIA DE ENERGIA DE LA NACION en el marco del DECRETO LEY 2245/85. * La finalidad era realizar diagnósticos energéticos en la pequeña y mediana industria, tendientes a promover el USO RACIONAL DE LA ENERGIA (U.R.E.).

3 Reseña histórica Objetivos. Realizar diagnósticos de energía a las empresas industriales. Promover la realización de programas de U.R.E. en las empresas industriales. Generar R.R.H.H. en U.R.E. en la UNIVERSIDAD y empresas. Promover las energías renovables. Generar políticas de aliento para la aplicación del U.R.E. mediante proyectos de conservación de la energía o de nuevas tecnologías en el U.R.E.

4 Organigrama. G.E.S.E. Área Termomecánica Área Eléctrica Área Medioambiente Área Servicios Proyectos / Estudios / Servicios

5 Aprovechamiento Solar Energía solar Térmica (ACS, Calefacción) Energía solar Fotovoltaica (Electricidad)

6 ENERGIA SOLAR TERMICA

7 APLICACIONES DE LOS COLECTORES SOLARES Los usos que se les pueden dar a los colectores solares son varios: como sistema complementario en el hogar, (ACS) para calentar aguas de piscinas, para precalentamiento de agua para usos industriales. para generación de vapor (EE). para calefacción / refrigeración Se debe ser muy claro en que estos sistemas no pretenden reemplazan los métodos tradicionales sino integrarse a ellos, para lograr un ahorro de las energías no renovables y generar así un beneficio ecológico y económico para el usuario.

8 ORIENTACIÓN E INCLINACIÓN DE LOS COLECTORES Los colectores solares deben tener una orientación e inclinación adecuada para poder recibir los rayos solares en forma perpendicular. La orientación en el hemisferio sur debe ser siempre hacia el Norte tratando de no desviarse más de 20º. Las inclinaciones varían según la latitud del lugar y la época del año. Los cálculos para obtener el ángulo de inclinación son los siguientes: En invierno se le debe sumar a la latitud del lugar 10º. En verano se le debe restar a la latitud del lugar 20º. Si se quisiera dejar fijo durante todo el año se debe multiplicar la latitud del lugar por 0.9

9 INCLINACION DE LOS COLECTORES

10 TIPOS DE COLECTORES Los colectores solares se clasifican según el grado de concentración de la energía solar captada. Índice de concentración = Área de captación del colector / Área de recepción del colector Se pueden clasificar en : colectores planos (índice de concentración igual a 1) y colectores de concentración (índice de concentración mayor que 1)

11 TIPOS DE COLECTORES Los colectores solares se pueden clasificar según el rango de temperaturas de trabajo. Colectores de baja temperatura (40-80 ºC): este tipo de colector llamado comúnmente colector plano, se los utiliza para calentamiento de agua, secado, calefacción. Colectores de media temperatura ( ºC): son los de tipo concentradores al vacío. Su uso es para vapor de proceso y generación de electricidad media a baja, desalinización y refrigeración. Colectores de alta temperatura (300 ºC en adelante): son los del tipo concentradores móviles que siguen la posición del sol (sistema de colectores distribuidos) y los reflectores que concentran los rayos solares en un foco.

12 TIPOS DE COLECTORES COLECTORES PLANOS SERPENTINA TUBOS EVACUADOS (BT) TUBOS PARALELOS

13 TIPOS DE COLECTORES COLECTORES PLANOS

14 TIPOS DE COLECTORES COLECTORES CONCENTRADORES ESPEJOS PARABOLICOS Concentración puntual alcanzan temperaturas de más de 300 ºC

15 TIPOS DE COLECTORES COLECTORES CONCENTRADORES

16 APLICACIONES - INSTALACION DE USO DOMESTICO DIRECTO INDIRECTO

17 APLICACIONES CENTRAL TERMICA COLECTORES CONCENTRADORES

18 APLICACIONES CENTRAL TERMICA - CONCETRACION PUNTUAL

19 APLICACIONES ENERGIA SOLAR CALEFACCION

20 APLICACIONES ENERGIA SOLAR ABSORCION - REFRIGERACION

21 ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA

22 ENERGIA FOTOVOLTAICA Consiste en la conversión directa de la energía solar en electricidad mediante células solares o celdas fotovoltaicas. Una célula solar o celda fotovoltaica es un dispositivo que convierte la luz solar en energía eléctrica, al transformar fotones de luz en un movimiento de electrones que da lugar a este tipo de energía.

23 ENERGIA FOTOVOLTAICA Las células pueden fabricarse de diferentes formas y tamaños y en distintos materiales. Lo más usual es fabricarlas en silicio. Sumatoria de módulos Interconexión en serie o en paralelo

24 CELDA FV Las células fotovoltaicas cristalinas proporcionan un voltaje en circuito abierto de 0,5 volt aproximadamente, independientemente del tamaño que tengan. La corriente eléctrica que producen es de unos 0,25 amper (250 miliamper) por cada pulgada cuadrada de célula. Las células de un panel se conectan en serie hasta obtener la tensión deseada

25 Modulo Fotovoltaico Estructura y conformación del Modulo FV

26 Tecnología Tecnología cristalina ( monocristalina y policristalina) Tecnología de película delgada o amorfa Eficiencias de celda: Monocristalina: % Policristalina: % Amorfa: 6-7 % telururo de cadmio: 7-8 %

27 Optimización Emplazamiento ( Orientación e inclinación) Sombras Altas temperaturas Calidad de Montaje

28 Integración visual

29 Creatividad e Imaginación

30 Posibilidades de Uso Suministro de electricidad a mecanismos de naves espaciales. Provisión de electricidad a puestos de campo, edificios residenciales y oficinas.

31 Posibilidades de Uso Boyas náuticas, telefonía vial, señalización en rutas, electrificación de alambrados, bombeo de líquidos, etc.

32 Posibilidades de Uso Estaciones de mediciones metereológicas Antenas de telefonía celular Escuelas y puestos sanitarios rurales

33 Emplazamiento del PF Orientación: Norte ( para el hemisferio Sur) Desviación máx. +/- 20º Pendiente aproximada ( Verano = latitud 20º),(Invierno Latitud +10º),(durante todo el año = Latitud * 0.9)

34 Alternativas de Uso Uso Directo (juegos, calculadoras, etc.) Sistemas con acumulación (con o sin baterías)

35 Sistemas con Acumulación Sistemas autónomos (Stand alone Systems) (SAS) Sistemas vinculados a la Red (Grid Connected Systems) (GCS)

36 Sistemas Autónomos (SAS) Módulos fotovoltaicos Regulador de carga Baterías Inversor de corriente Protecciones Artefactos de bajo consumo y/o eficientes

37 Sistemas individuales Sin inversor Con Inversor

38 Limitaciones de los sistemas autónomos Grandes consumos Cercanía de la red Bajos niveles de radiación o sombras Buenas posibilidades de aprovechamiento del viento u otras fuentes renovables

39 Proyectos Estudio de calefón solar de tubos de vacío con acumulador. Desarrollo de metodología de ensayo. El calentador de agua solar de 30 tubos de alto vacío tipo termosifónico, con tanque acumulador para un volumen total de 226 litros. El equipo esta ubicado a una altitud de 35 m.s.n.m. y a 31,6 de latitud sur. El colector posee una inclinación de 42 y se encuentra orientado al norte.

40 Funcionamiento 1- Tubo de vidrio interior. 2- Recubrimiento absorbente selectivo aluminizado. 3- Vacío aislante. 4- Tubo cobertor exterior. 5- Clip de soporte del tubo interior. 6- Pastilla de bario absorbente de gas. 7- Película de bario formada por vaporización a alta temperatura.

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44 Ensayos Sin consumo: Durante el período de ensayo, se cierra el paso de agua en la entrada y salida del calefón, es decir que se estudia el comportamiento del equipo con un volumen de agua constante. Estos ensayos se realizaron en las distintas épocas del año. Con consumo: Estos consisten en simular el consumo diario de ACS de una familia tipo -150 litros-, para lo cual se realizan tres extracciones de agua en tres momentos del día por la mañana 50 litros, al mediodía 30 litros, y por la tarde-noche 70 litros ). Se realizaron durante tres días consecutivos de invierno.

45 Durante cada ensayo realizado, el desempeño en servicio del equipo presentó una inercia térmica característica de su principio de funcionamiento por termosifón. Esto genera un retraso en el incremento de la temperatura del agua respecto de la radiación incidente, demandando un tiempo de respuesta irregular proporcional a la radiación solar incidente y a la temperatura de funcionamiento del equipo.

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48 Ensayos con consumo En primer instancia se estudio el desempeño del equipo a lo largo de cada día en particular, obteniéndose las siguientes conclusiones: Ensayos con Consumo Datos obtenidos Día uno Día dos Día tres Vol. de ACS extraída 150 litros 150 litros 150 litros Energía total extraída 6202 kcal kcal kcal. Radiación Total W/m W/m W/m 2 Temp. ambiente promedio ºC 8.83ºC 8,83 ºC Salto térmico en el acumulador 13 ºC (48 a 61) 10ºC ( 35 a 45) 26ºC (30-56) Rendimiento 50% 56% 54% Pérdidas nocturnas 904 kcal kcal. 768 kcal.

49 Detalle de extracciones Extracciones Temperatura (ºC) Energía extraída (kcal) Equivalente de agua a 45ºC (litros) 10:30 hs - 50 Litros :30 hs - 30 Litros :30 hs - 70 Litros :30 hs - 50 Litros :00 hs - 30 Litros :30 hs - 70 Litros :00 hs - 80 Litros :30 hs - 70 Litros A continuación, se estudio las respuestas del equipo frente a las extracciones realizadas durante los tres días consecutivos, obteniéndose el siguiente gráfico que las detalla:

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51 2500,00 Estudio de pérdidas 12, ,00 10,00 8,00 Energía (Kcal) 1500, ,00 6,00 % de Pérdidas 4,00 500,00 2,00 0,00 0,00 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 50,00 55,00 60,00 65,00 70,00 75,00 Diferencia de Temperatura entre el agua y el medio ambiente % de perdida Energia Perdida Las perdidas dependen directamente de la diferencia de temperatura entre el agua contenida en el tanque acumulador del calefón solar y la temperatura ambiente. Las situaciones que presentan mayores perdidas se dan en verano, donde el eficiente desempeño del calefón solar incrementa la temperatura del agua caliente a valores cercanos a los 100ºC, presentando grandes diferencias con la temperatura ambiente, y así generando pérdidas de mayor magnitud.

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57 Muchas Gracias!!

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