CAPÍTULO 12: TECNOLOGÍAS ALTERNATIVAS

Transcripción

1 Capítulo 12: Tecnologías Alternativas 171 CAPÍTULO 12: TECNOLOGÍAS ALTERNATIVAS Toma una gran inversión de tiempo, dinero, y energía para extraer, refinar y entregar las variadas fuentes de energía de los fósiles combustibles hoy comparado a hace 50 años atrás. Se está haciendo mucha investigación y desarrollo en el campo del desarrollo de tecnologías alternativas, especialmente aquellas tecnologías que usan fuentes de energía renovables. La construcción de hogares eficientes en energía, que incorpora estas tecnologías alternativas, intenta proporcionar ahorros para los dueños de hogares de hoy, y también puede proporcionar seguridad en energía y prosperidad realzadas para las generaciones futuras.

2 Capítulo 12: Tecnologías Alternativas 172 AGUA CALIENTE SOLAR La incorporación de un sistema doméstico solar de agua caliente en los hogares residenciales ha llegado a ser cada vez más popular en los últimos años. El concepto básico de todos los sistemas solares de agua caliente es utilizar la energía del sol para calentar o para precalentar el agua, de tal modo que reduzca los requerimientos de gas o electricidad para producir el agua caliente. En general, todos los sistemas solares de agua caliente tienen un colector solar (para capturar la energía del sol), y un estanque de almacenaje (para almacenar el agua caliente). Así, se pueden separar los sistemas en dos categorías distintas, sistemas activos y pasivos. SISTEMAS ACTIVOS Los sistemas activos dependen de las bombas y de las válvulas para hacer circular el agua o el líquido de intercambio de calor a través del colector solar, mientras que los sistemas pasivos dependen de la tendencia natural del agua de elevarse cuando se ha calentado, y así circula a través del sistema. Mientras que los sistemas activos son levemente más complicados que los sistemas pasivos, pueden ser más flexibles en términos de la colocación de los componentes puesto que la ubicación del estanque de almacenaje no es dependiente de la física de la flotabilidad del agua caliente. Por otra parte, se ha afirmado que los sistemas pasivos, debido a la falta de bombas, son más durables y menos propensos a tener problemas. Con los sistemas directos, el agua potable doméstica se circula directamente a través del colector solar. La bomba circula el agua del tanque de almacenaje a través del colector solar cuando la temperatura del colector solar es mayor que la del estanque. Generalmente no se recomiendan los sistemas directos para los climas donde la temperatura exterior llega bajo congelación o para áreas que tienen agua dura o ácida. Para las áreas donde la protección contra la congelación es importante, los sistemas recomendados serían un sistema indirecto (lazo cerrado) o un sistema de drenaje del líquido (véase el cuadro 12-1). Los sistemas indirectos (de lazo cerrado) utilizan un líquido de intercambio de calor glicol de propileno en el colector solar. La temperatura de congelación baja del glicol de propileno proporciona protección para el sistema contra la congelación, permitiendo que los sistemas solares sean utilizados en climas que sean propensos a tener períodos más largos de congelación. Estos sistemas indirectos requieren un control para prevenir la circulación de agua en la noche, puesto que el agua caliente en el estanque podría permitir calor suelto hacia arriba a los paneles solares típicamente montados en el techo.

3 Capítulo 12: Tecnologías Alternativas 173

4 Capítulo 12: Tecnologías Alternativas 174 El sistema de drenaje del líquido utiliza el agua como líquido de intercambio de calor. Para proporcionar protección contra la congelación, la bomba se apaga cuando la temperatura del colector se enfría más abajo que de la del estanque, y el agua en el sistema drena de vuelta a depósitos de almacenaje. Entonces el panel se llena de aire, protegiendo el sistema contra la congelación cuando la bomba se apaga. Se debe usar precaución extrema cuando se utiliza este tipo de sistema porque una falla en el sistema de drenaje del líquido causaría una falla catastrófica debido a que el colector se congelaría y estallaría. Tanto para los sistemas indirectos y los sistemas de drenaje de líquido, el lazo de colección solar se conecta a una bobina de intercambio de calor alrededor de un estanque de almacenaje de agua. De esa manera, los sistemas se desconectan del agua potable proporcionada a la casa. SISTEMAS PASIVOS Un sistema de activado por convección utiliza la tendencia del agua a elevarse cuando se calienta. En este sistema, se instala un estanque de almacenaje a una elevación más alta del colector. A medida que el agua se calienta, se pone más liviana, y fluye naturalmente hacia arriba y a la parte superior del estanque de almacenaje. El agua más fría del fondo del estanque fluye hacia abajo por cañerías al fondo del colector, creando la circulación a través del sistema. Cuando baja la temperatura en el panel debajo de la temperatura del estanque de almacenaje, se detiene también la circulación a través del sistema. Esto evita que las temperaturas más frías de la noche quiten el calor del sistema. Los sistemas activados por convección también se pueden diseñar con un lazo cerrado y también con un líquido de intercambio de calor, en áreas donde se requiere protección de la congelación. En el sistema integral del colector de almacenaje, el estanque de almacenaje está integrado al colector solar. La fuente de agua fría está conectada directamente al colector. A medida que el agua entra en el panel, el sol la calienta. Sin embargo, a diferencia de otros sistemas, el agua permanece en el panel hasta que exista la necesidad de agua caliente, y entonces el agua es extraída directamente del panel para satisfacer la demanda. Puesto que el agua caliente se almacena en el panel, los sistemas integrados requieren tubos de almacenaje más grandes en el colector (para aumentar la capacidad de colección) que un sistema normal directo, lo que también ayuda a prevenir la congelación. Este es probablemente el sistema solar de agua caliente más simple disponible. CONSIDERACIONES DE DISEÑO Los colectores solares deben ser ubicados en el lado sur del edificio con la inclinación óptima para que el colector esté ubicado al ángulo de acimut para la ubicación de la casa. Esto es para proporcionar el mejor funcionamiento del sistema a lo largo del año. Debido al potencial que el agua de alta temperatura salga del sistema solar de agua caliente, se debe instalar una válvula de mezcla en todos los sistemas para controlar la temperatura del agua que se proporciona a la casa, y prevenir cualquier problema de quemaduras. Además, generalmente se requiere instalar algún medio para proporcionar calefacción de reserva con cualquier sistema solar de agua caliente solar para asegurarse de que las demandas de agua caliente puedan ser satisfechas a lo largo de todo el año. La manera más simple de proporcionar la calefacción de reserva es con una pequeña bobina eléctrica de calentamiento dentro del estanque de almacenaje. Otra alternativa es que también se pueden utilizar calentadores de agua instantáneos. Si se utilizan calentadores de agua instantáneos como

5 Capítulo 12: Tecnologías Alternativas 175 reserva, deben ser diseñados para soportar temperaturas de agua potencialmente elevadas del panel solar. LOS PANELES FOTOVOLTAICOS Los paneles fotovoltaicos (FV) se utilizan como medio para generar energía en el lugar. Los paneles son relativamente fáciles de integrar en el diseño de la casa y en el sistema eléctrico, y son un medio para reducir el consumo de energía de la fuente. Una de las desventajas es que, en este momento, el costo de los paneles FV es alto. Aunque el costo es más bajo que hace unos años atrás, el costo actual todavía no los hace rentables desde el punto de vista de reembolso. La cantidad de energía generada tarda muchos años en pagar el costo inicial de los paneles. Sin embargo, a medida que aumenta el uso y la demanda para la tecnología FV y más avances en la tecnología aumentan el desempeño de los paneles, los costos continuarán bajando, haciendo la tecnología financieramente más viable. Los sistemas fotovoltaicos requieren un panel colector y un convertidor de CD a CA para producir electricidad que se puede usar en el hogar (véase el cuadro 12-2). Los sistemas fotovoltaicos están conectados a un sistema de almacenaje de batería ubicado en el sitio, o conectado a un sistema eléctrico local. Para lugares donde no hay disponibilidad o es impráctica la conexión a un sistema eléctrico local, entonces un sistema de almacenaje de batería es deseable. Los sistemas de almacenaje de batería, sin embargo, requieren mantención para asegurarse que continúen funcionando adecuadamente. Cuando sea posible, generalmente se recomienda conectarse al sistema eléctrico local en vez del almacenaje de batería, debido a la simplicidad y a los costos. Esto elimina las preocupaciones con la mantención de los sistemas de batería.

6 Capítulo 12: Tecnologías Alternativas 176 CONSIDERACIONES DE DISEÑO En el diseño de los sistemas fotovoltaicos, hay varios aspectos del diseño de los sistemas fotovoltaicos que pueden afectar el desempeño del sistema. La ubicación y el ángulo del colector, las pérdidas internas, la sombra, y la temperatura se deben considerar en el diseño del sistema. La placa colectora se debe instalar en el lado sur del edificio. Variaciones dentro de 15 grados del verdadero sur causarán pocos cambios en el desempeño de los paneles. Sin embargo, más allá de 15 grados, el desempeño comenzará a disminuir. Además, al ajustar la inclinación del panel perpendicular al ángulo del sol puede aumentar la producción de energía del panel en el curso del año. Esto puede ser más difícil que lo que parece puesto que los aspectos estéticos a menudo comienzan a tener influencia. Puede que no siempre sea deseable tener el panel en una ubicación de alta visibilidad, y el diseño arquitectónico puede limitar las opciones para el ángulo de inclinación del colector. Si las tecnologías FV se van a incorporar en el diseño, esto se tiene que considerar temprano en la etapa conceptual del diseño, de manera que los sistemas se puedan integrar correctamente en el diseño estético del edificio. La mayoría de los sistemas experimentarán algunas pérdidas internas, y solo alcanzarán aproximadamente de 80% a 90% del producto calificado del panel al máximo. Las pérdidas son a causa de basura, polvo, la resistencia del cableado, y pérdidas a través del convertidor de CD a CA. Esto es común para la mayoría de los sistemas y se deben tener en consideración en el diseño del sistema. Aunque sea una pequeña cantidad de sombra de los paneles puede disminuir dramáticamente su desempeño. Esto es debido a la manera en que las células fotosensibles están conectadas en el conjunto. Por lo tanto, es importante que los paneles estén ubicados en un lugar en que los elementos circundantes (tales como árboles y chimeneas) no hagan sombra ni siquiera a una porción del panel. Idealmente, los paneles también serían limpiados, con cierta regularidad, de polvo, hojas, nieve, o cualquier otro material que se pueda depositar en el colector solar. El desempeño de los paneles también es afectado por la temperatura. A medida que aumenta la temperatura del panel, la producción de los paneles se reduce. Por lo tanto, es importante tratar de mantener los paneles lo más frío posible. Una estrategia es instalar los paneles un poco retirados de la superficie del techo, para permitir un poco de ventilación detrás del panel.

7 Capítulo 12: Tecnologías Alternativas 177