Energía Solar Pablo Ayesa payesa@cener.com Logroño 23 de marzo El Sol y la tierra El sol es un reactor de fusión nuclear que transforma H 2 en He y proyecta energía en forma de luz. La tierra recibe 1.400 W/m2 sobre la atmósfera y 1.000 W/m2 sobre el suelo. Esta energía externa es la base de la vida en la tierra. Fuentes: Cener y wikipedia 1
La luz solar Parte de la radiación solar es rechazada por la atmósfera. La que incide sobre los objetos de superficies puede ser de tres tipos: Directa Difusa De albedo Fuentes: Cener Cómo podemos utilizar la energía del sol? Podemos convertir la energía luminosa en: Calor Electricidad La conversión directa en electricidad es la Fotovoltaica La conversión directa en térmica es la llamada Solar Térmica Fuentes: Cener 2
Distribución de la radiación Fuente: www.solarpaces.org Fotovoltaica 3
Efecto Fotovoltaico Los materiales La electricidad es el flujo de electrones. Una célula está compuesta de dos capas: Entre ellas hay un campo que permite el paso de electrones en una sola dirección. Formadas de semiconductores Los átomos tienen sus electrones en capas o bandas. Los conductores tienen átomos en la banda de conducción. Los no-conductores no tienen átomos en las bandas de conducción. Una pequeña energía puede mover un electrón de la banda de valencia a la de conducción. Fuentes: Cener Efecto Fotovoltaico Como funciona Fuentes: Cener La luz golpea un electrón que queda libre. Pasa a la banda de conducción. La energía solar se absorbe. El electrón no puede pasar hacia arriba. Circula por el exterior a través de una carga. El electrón retorna a la célula y puede ir hacia abajo donde ocupará su lugar. El átomo está preparado para recibir otro haz de luz. Acepta todo tipo de radiación: difusa o directa 4
El sistema fotovoltaico Los paneles necesitan estar orientados al sol. Requiere soportes fijos o móviles. La energía de los paneles no sirve directamente para ser empleada ni inyectada a la red. Requiere un sistema de conexión y distribución de energía Requiere modificar los voltajes y convertir la energía de corriente continua a alterna. Si pretendemos tener energía en un sitio eléctricamente remoto: Requiere baterías y equipos para su gestión Orientación de paneles El seguimiento aumenta la producción a misma potencia instalada. El aumento puede llegar hasta el 30%. Fuentes: Cener 5
El inversor Los módulos producen corriente continua a poco voltaje. Además la potencia producida depende del voltaje de salida impuesto. Necesitamos por tanto un equipo que: Convierta de corriente continua a alterna Aumente el voltaje de salida Busque el punto de máxima eficiencia La concentración Fuentes: Cener Es un tipo de especial de módulo. Concentra mucha radiación en una pequeña célula. Requiere seguimiento solar Sólo funciona con radiación directa 6
Rendimiento de las instalaciones Rendimiento del panel Los paneles solares no pueden convertir en electricidad toda la energía que reciben. Los rendimientos oscilan entre el 5% y el 30%. La cifra habitual está entre 13 y 17%. Rendimiento de la instalación Depende de varios factores: Operación. Limpieza. Mantenimiento. Tipo de radiación. Intensidad. Relación difusa-directa. Tipo de paneles. c-si/a-si Tipo de instalación. Seguidores. Equipos auxiliares. Inversores. Solar Térmica 7
Tipos de uso del la Solar Térmica La solar térmica produce calor. Este calor puede ser empleado directamente o podemos usarlo en un ciclo de generación de electricidad Solar Térmica: Calor y frió industrial ACS y frió para edificios Solar Termoeléctrica Generación de electricidad Solar Térmica - Calor La instalación más básica es la empleada para ACS. Utilizan apoyo convencional Un m 2 de estos sistemas evita emitir ~200 kgco2. Fuentes: Cener y SODEAN. 8
Solar Térmica Ind./Frío Algunos tipos producen agua a suficiente temperatura para alimentar una máquina de absorción o procesos térmicos industriales. El aire acondicionado es un gran componente del consumo residencial en España. El calor industrial supone el 15% de la demanda total. Fuentes: Solar Thermal Systems y Proyecto PHOSHIP. Solar Termoeléctrica Éste tipo de instalaciones requiere temperaturas muy altas. Por ello emplean tecnologías de concentración: Colectores cilindro parabólicos Campos de Helióstatos Discos solares Producción eléctrica Los dos primeros emplean turbinas y ciclos de vapor para producir electricidad. Además pueden acumular calor en depósitos para su uso con baja radiación. El tercero dispone de un motor especial denominado Stirling. Los tres necesitan radiación directa 9
A veces llamada tecnología de torre. Campos de Helióstatos Distintos espejos con capacidad de movimiento en dos ejes reflejan el sol y lo hacen coincidir en un punto. La luz se trasforma en energía térmica que se emplea igual que en una central térmica. Fuente: PSA. Colectores Cilindro Parabólicos En este caso los espejos tienen forma de parábola y están alineados. Disponen de seguimiento en un eje. La luz se concentra sobre un largo tubo que recoge la energía térmica. Fuente: PSA y Solargenix 10
Discos solares El disco es una parábola rotada. Toda la luz confluye en un punto en el que se sitúa el motor stirling. Estos motores funcionan sólo empleando una fuente de calor (foco del disco) y otra de frío (aire ambiental). El motor acciona un generador. Fuente: PSA Escenarios Futuros EREC Renewable Energy Scenario El 30% de la electricidad podría tener origen fotovoltaico en 2040. El 60% de toda la energía consumida podría ser de origen solar en 2100. 11
Muchas gracias por su atención. payesa@cener.com www.cener.com 12