ENERGÍA SOLAR Origen (1)

Transcripción

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2 Origen (1) El Sol es el origen de la energía solar y de las otras fuentes renovables de energía Esta estrella es un enorme reactor de fusión nuclear que transforma parte de su masa en energía de acuerdo con la ecuación de Einstein, E=m c 2, donde E es la cantidad de energía liberada cuando desaparece la masa m; c es la velocidad de la luz. El Sol emite al espacio energía en forma de radiación electromagnética, la cual puede desplazarse en el vacío, es decir, no requiere medio material para propagarse.

3 Origen (2) De la enorme cantidad de energía que emite constantemente el Sol, una parte llega a la atmósfera terrestre en forma de radiación solar Así, pues, el 47,5% de la radiación llega efectivamente a la superficie de la Tierra por tres vías: Radiación directa Radiación difusa. Radiación reflejada o albedo

4 Origen (3) Radiación directa. Es la radiación que incide sobre los objetivos iluminados por el Sol sin haber interaccionado con nada y sin cambiar de dirección (es la más importante en un día soleado) Radiación difusa. Es una radiación que incide indirectamente, como reflejo de la radiación solar que es absorbida por el polvo y el aire (es la radiación típica de los días nublados) Radiación reflejada o albedo. Es la radiación procedente de la reflexión de la radiación directa en los elementos del entorno (es importante cerca del mar y de las zonas con nieve)

5 Potencial (1) La distribución de la energía solar que llega a la Tierra no es uniforme. En la caracterización de la radiación solar incidente en la Tierra, con el objeto de estimar el potencial solar, intervienen diversos factores. Las condiciones climatológicas, que influyen en el grado de nubosidad, la turbidez atmosférica, viento predominante, etc. Época del año. La latitud del lugar. Orientación de la superficie receptora.

6 Potencial (2)

7 Potencial (3) La perpendicularidad de los rayos solares es mayor en verano que en invierno (αv<αi). Por este motivo, la energía total incidente es muy superior en verano que en invierno.

8 Potencial (4) La Tierra describe un movimiento de traslación alrededor del Sol según una órbita elíptica en la que éste ocupa uno de los focos. El plano que contiene esta órbita se denomina plano de la eclíptica. El eje polar, sobre el que gira la Tierra, está inclinado respecto del plano de la eclíptica un ángulo de 23,45º El ángulo formado por el plano ecuatorial de la Tierra con la recta imaginaria que une los centros de el Sol y la Tierra, denominado declinación solar (δ), varía entre +23,45º( solsticio de verano) y -23,45º( solsticio de invierno).

9 Potencial (5) Los rayos inciden con menor perpendicularidad a medida que aumenta, en valor absoluto, la latitud del lugar, L.

10 Potencial (6) Medida Para medir la radiación solar que llega en cada momento a un lugar determinado se utilizan diversos aparatos Piroheliómetros, que miden la radiación directa Piranómetros, que miden la radiación global (directa más difusa) (W/m 2 )

11 Tecnología (1) La tecnología actual que se utiliza para captar la energía solar directa y convertirla en una forma eficiente de energía se ha desarrollado en dos direcciones:

12 Tecnología (2) Conversión térmica (1) La tecnología de conversión térmica absorbe la energía solar y la transforman en calor. Mediante esta tecnología es posible también obtener indirectamente electricidad mediante la transformación del calor con una máquina termodinámica. La energía solar pasiva se aprovecha mediante el acondicionamiento pasivo de los edificios siguiendo las pautas de la llamada arquitectura bioclimática. Los edificios se diseñan (materiales y tipos de cerramientos, orientación del edificio y ventanales, colores, tipos de cubiertas, etc.) de manera que aprovechen óptimamente las condiciones ambientales del entorno, (entre las que se encuentran la energía solar disponible), para disminuir el consumo de energía convencional sin renunciar a los niveles de confort demandados.

13 Tecnología (3) Conversión térmica (2). Energía solar pasiva

14 Tecnología (4) Conversión térmica (3) Energía solar activa Baja Temperatura (B. T., T<90ºC). ) Se suele destinar al calentamiento de agua, por debajo de su punto de ebullición, para uso como agua caliente sanitaria. Los subsistemas empleados en esta tecnología dependen del tipo de instalación.

15 Tecnología (5) Conversión térmica (4) Energía solar activa B. T. (2) Las instalaciones cuya función es producir agua caliente sanitaria se pueden clasificar en: Instalaciones de circuito abierto. En estas instalaciones existe un único circuito de agua. Este utiliza como fluido el agua de la red, la cual se la hace pasar por el colector solar para calentarla y después se almacena a la espera de su uso. Por tanto, no requiere subsistema intercambiador. Instalaciones de circuito cerrado. En este tipo de instalación existen dos circuitos interconectados por un subsistema intercambiador. El circuito primario, compuesto por el colector solar, cede el calor al circuito secundario, compuesto por el subsistema acumulador, en el intercambiador térmico.

16 Tecnología (6) Conversión térmica (5) Energía solar activa B. T. (3) Instalaciones de circuito abierto.

17 Tecnología (7) Conversión térmica (6) Energía solar activa B. T. (4) Instalaciones de circuito cerrado.

18 Tecnología (8) Conversión térmica (7) El subsistema de captación de esta tecnología está constituido, generalmente, por los denominados colectores solares térmicos planos o paneles solares térmicos planos, pertenecientes al grupo denominado sin concentración, es decir, a aquellos que utilizan la energía solar con la misma intensidad con la que ésta incide.

19 Tecnología (9) Conversión térmica (8) Los colectores planos captan la energía solar, transformándola en energía térmica e impidiendo su salida al exterior (efecto invernadero). Constan, de forma general, de:

20 Tecnología (10) Conversión térmica (9) Subsistema de acumulación El subsistema de acumulación, normalmente compuesto por tanques fabricados con acero tratado, tiene por finalidad almacenar el calor para suministrarlo en el momento en que sea solicitado. Subsistema intercambiador. El subsistema intercambiador independiza el agua que circula por el captador, del agua de consumo.

21 Tecnología (11) Conversión térmica (10) Energía solar activa Media Temperatura (90ºC<T<400ºC) (1) La tecnología solar térmica de media temperatura suele tener dos aplicaciones diferentes: La producción de calor en procesos industriales. Por ejemplo, vapor a temperaturas superiores a lo 150ºC. La generación de electricidad mediante la conexión del fluido caliente (hasta 400ºC) utilizado por los colectores a un sistema convencional de producción de electricidad a partir de un ciclo térmico.

22 Tecnología (12) Conversión térmica (11) Energía solar activa M.T.(2)

23 Tecnología (13) Conversión térmica (12) Energía solar activa M.T.(3) El subsistema de captación de esta tecnología está constituido, generalmente, por los denominados colectores de concentración. Con estos colectores se logra que la radiación solar caliente a media temperatura un fluido primario o fluido caloportador El colector de concentración cilíndrico-parabólico es el más extendido.

24 Tecnología (14) Conversión térmica (13) Energía solar activa Alta temperatura (T>400ºC) La tecnología solar térmica de alta temperatura suele destinar fundamentalmente a la generación de energía eléctrica.

25 Tecnología (15) Conversión térmica (14) Energía solar activa Alta temperatura (2) El subsistema de captación de esta tecnología debe conseguir altos factores de concentración y mínimas pérdidas. Estos objetivos se intentan lograr utilizando concentradores de foco puntual. Existe variedad de concentradores puntuales, sin embargo, son dos los más destacados, aunque aún se encuentran en fase experimental: Discos parabólicos. Constituidos por espejos parabólicos de revolución en cuyo foco se ubica el receptor solar Centrales de torre. Consiste en una serie de espejos orientados, denominados helióstatos, que reflejan la radiación sobre una caldera situada en una torre central.

26 Tecnología (16) Conversión térmica (15) Energía solar activa Alta temperatura (3) Discos parabólicos.

27 Tecnología (17) Conversión térmica (16) Energía solar activa Alta temperatura (4) Discos parabólicos.

28 Tecnología (18) Conversión eléctrica (1) La tecnología de conversión eléctrica permite la transformación directa de la energía solar en energía eléctrica. La energía solar fotovoltaica se basa en la utilización de células solares o fotovoltaicas La células son fabricadas con materiales semiconductores cristalinos que, por efecto fotovoltaico, generan corriente eléctrica cuando sobre los mismos incide la radiación solar. El silicio es la base de la mayoría de los materiales más ampliamente utilizados en el mundo para la construcción de células solares.

29 Tecnología (19) Conversión eléctrica (2) La energía solar fotovoltaica (2) De forma general, pueden señalarse los siguientes subsistemas componentes empleados en esta tecnología:

30 Tecnología (20) Conversión eléctrica (3) La energía solar fotovoltaica (3) El subsistema de captación está constituido por el panel fotovoltaico, el cual tiene como función convertir la radiación solar que incide sobre él en electricidad.

31 Tecnología (21) Conversión eléctrica (4). La energía solar fotovoltaica (4) Subsistema de almacenamiento El subsistema de almacenamiento tiene como función almacenar la energía eléctrica generada que no está siendo utilizada por el consumidor, ya que al ser la radiación solar variable no podría garantizarse, en el caso de ausencia de este subsistema, el suministro de energía en todo momento El sistema de almacenamiento esta compuesto por baterías conectadas en serie o en paralelo. Subsistema de regulación El subsistema de regulación tiene como función evitar que las baterías reciban más energía que la máxima que estás son capaces de almacenar y prevenir las sobrecargas que agotarían en exceso la carga de las misma.

32 Tecnología (22) Conversión eléctrica (5). La energía solar fotovoltaica (5) Subsistema convertidor El subsistema convertidor de corriente es el encargado de adaptar la energía producida por el panel fotovoltaico o la almacenada en las baterías, que es de tipo continuo, al tipo de energía, continua o alterna, solicitada por las cargas. En el caso que la carga requiera consumir corriente alterna, el convertidor consiste en un inversor, el cual transforma la tensión e intensidad continua en tensión y corriente alterna.

33 Costes (1) En el caso de instalaciones para uso unifamiliar (3-8 usuarios), en el que se utilicen equipos compactos para calentamiento de agua (2m 2-4m 2 ), la inversión aproximada oscila entre y 2.400, suponiendo un aporte energético entre 70% y 80%. A estos costes es necesario añadir los costes asociados al mantenimiento, aproximadamente un 1% de la inversión inicial, y el coste del consumo de la fuente energética auxiliar. A título de ejemplo, para una instalación fotovoltáica de 2.200W, conectada a la red eléctrica, con una producción media estimada de 3.740kWh/año, el coste del kwh producido puede estimarse en 0,33 Sin embargo, para una instalación de 1.000W, aislada de la red,con una producción media de 1.700kWh/año, el coste del kwh generado se elevaría hasta 0,7.

34 Costes (2) En el caso de instalaciones mayores, la inversión se distribuye en los porcentajes:

35 Impacto ambiental La principal consecuencia medioambiental del uso de la energía solar es el efecto positivo producido por la sustitución de combustibles fósiles. La utilización de la energía solar térmica en la mayoría de las ocasiones está asociada al entorno urbano. En este entorno, el impacto visual probablemente constituye el único aspecto negativo que se le puede asociar a esta tecnología. Los aspectos negativos de la energía solar fotovoltaica aislada de la red son mínimos y estarían relacionados con el impacto visual. Los aspectos negativos de la energía solar fotovoltáica de grandes dimensiones conectadas a la red eléctrica es necesario tener en cuenta el impacto paisajístico que las mismas pueden ocasionar, debido al suelo ocupado (10-15m 2 por 1.000W) y a los tendidos eléctricos que se requieran instalar.

36 Situación actual. El calentamiento de agua para uso domestico es la principal área de los sistemas solares activos. De los estudios estadísticos realizados se desprende que la producción mundial de módulos solares fotovoltaicos se ha multiplicado x 11 de 1983 (18MW) a 1999 (200MW), siendo el crecimiento medio anual en el periodo , de 14,5%. En España, la capacidad instalada en 1998 fue de 8MW, de los que 5,92MW correspondían a instalaciones aisladas y 2,08MW a instalaciones conectadas a la red. En Las Islas Canarias se prevé que entre se instalen 6,75WM de sistemas fotovoltáicos.