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ENERGÍA SOLAR TÉRMICA
MATERIA FAE
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Radiación Solar Directa
• Es la radiación que incide sobre los objetivos iluminados por el sol sin haber interactuado con nada y sin cambiar de dirección (es la más importante en un día soleado)
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Radiación Difusa
• Es una radiación que incide indirectamente, como reflejo de la radiación solar que es absorbida por el polvo y por el aire (es la radiación típica de los días nublados). La difusión se produce al desviarse los rayos solares, debido a las partículas sólidas y las moléculas, como el vapor de agua, que existen en la atmósfera.
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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 en las zonas de nieve).
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Factores que intervienen para estimar el potencial solar
• Las condiciones climatológicas, que influyen en el grado de nubosidad, la turbidez atmosférica, viento predominante.
• Época del año
• La latitud del lugar
• Orientación de la superficie receptora
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Mapa estimativo de la radicación solar en el mundo
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Radiación solar en el mundo
• La radiación es superior en las zonas ecuatoriales y tropicales.
• La radiación es inferir en las zonas polares
• El plano que contiene la órbita de la tierra alrededor del sol se llama plano de la eclíptica
• EL eje polar sobre el que gira la Tierra, está inclinado respecto al plano de la eclíptica 23.45°.
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Radiación solar en el mundo
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Radiación solar en el mundo
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Radiación Solar en el mundo
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Latitud
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Equipos de Medición de la Radiación Solar
• Piranómetros: Miden la radiación global (directa + difusa).
• Piroheliómetros (directa)
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Coordenadas Solares
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Posición trigonométrica del sol
• Angulo acimutal o acimut: Es el ángulo formado por la proyección sobre la superficie horizontal del lugar, de la recta Sol-Tierra con respecto a la recta Norte-Sur terrestre.
• Angulo cenital: Es el ángulo que forma la línea Sol-Tierra con la vertical del lugar.
• Altura solar: Es el ángulo formado por la recta Sol-Tierra, respecto al plano que contiene a la superficie del lugar.
• Angulo de inclinación de la superficie captadora: Definido como el ángulo que forma el plano que contiene a la superficie captadora con el plano horizontal. – Acimut del Panel: Angulo de desviación del plano que contiene a
la superficie captadora, respecto a la recta Norte-Sur terrestre.
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Ángulos captador
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Estimación de sombras
• Se deben de colocar los sistemas en un lugar carente de sombras.
• Se pueden estimar las sombras, si se hacen los cálculos para el día del solsticio de invierno en el hemisferio norte, que es cuando la trayectoria del sol es más baja, y las longitudes de las sombras son más altas.
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Estimación de sombras
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Elementos que pueden causar sombras
• Edificios Colindantes
• Árboles
• Tendidos o conducciones aéreas
• Montañas
• Sombras del propio edificio – Chimeneas, pararrayos, antenas parabólicas,
estructuras de tejado
– (LA PRINCIPAL ACCIÓN ES MOVERSE PARA EVITAR TODO LO POSIBLE LAS SOMBRAS)
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Tecnologías para aprovechar la energía solar térmica
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Tecnologías para aprovechar la energía solar térmica
• Tecnología de conversión térmica, que absorbe la energía del sol y la transforma en calor. Mediante esta tecnología es posible también obtener electricidad mediante transformación del calor en una máquina termodinámica.
• Tecnología de conversión eléctrica, que permita la transformación directa de la energía solar en energía eléctrica.
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Energía solar pasiva (Arquitectura bioclimática)
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Energía solar activa
• Baja Temperatura (T<90°)
• Media Temperatura (90°<T<400°)
• Alta Temperatura (T>400°)
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Formas de Aprovechamiento Térmico
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Tecnología solar térmica de baja temperatura
• Calentamiento de agua por debajo de su punto de ebullición (agua caliente sanitaria), se presentan como subsistemas de captación, acumulación, intercambiador y subsistemas auxiliares.
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Paneles solares térmicos
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Colectores Planos
• Los colectores planos, captan la energía solar, transformándola en energía térmica e impidiendo su salida al exterior (efecto invernadero), se componen de: – Cubierta frontal transparente
– Placa captadora o superficie absorbente
– Un circuito hidráulico por donde circula el fluido que ha de transferir el calor captado por la placa.
– Dispositivos de aislamiento térmico
– Carcasa exterior protectora
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Partes de un colector
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Eficiencia de un captador
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Esquema conceptual de un sistema captador solar térmico de baja temperatura
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Costos
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Tecnología Solar Térmica de Media Temperatura
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Tecnología Media Temperatura
• La tecnología solar térmica suele tener dos aplicaciones diferentes: – La producción de calor en procesos industriales,
por ejemplo vapor a temperaturas superiores a los 150°C
– La generación de electricidad mediante la conexión del fluido caliente (hasta 400°C) utilizado por los colectores a un sistema convencional de producción de electricidad a partir de un ciclo térmico.
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Proceso de producción de electricidad a partir de la energía solar
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Subsistemas empleados por esta tecnología
• Subsistema de captación
• Subsistema intercambiador de tanques de aceite
• Subsistema de evaporación de gases
• Subsistema de aplicación
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Esquema conceptual de un sistema captador solar térmico de media temperatura
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Sistema de seguimiento
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Sistema de seguimiento
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Comentarios importantes
• Los captadores aprovechan la radiación solar directa, pero desaprovechan la difusa, por lo tanto no resultan apropiado en zonas con cierta nubosidad.
• Es la tecnología más madura de la solar termoeléctrica.
• La potencia de las centrales de 80 MW a 200 MW
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Esquema de una planta solar termoeléctrica de aceite (HTF)
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Tecnología solar de alta temperatura
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Tecnologías de alta temperatura
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Discos Parabólicos
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Centrales de Torre
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Vista de una central de torre
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Conclusiones
• Además de la latitud y la climatología, la radiación solar captada depende de la inclinación y orientación del plano de captación.
• Para la captación de la radiación difusa máxima, la mejor posición del plano es la horizontal.
• Para la captación de la radiación solar directa, el plano de captación debería estar siempre enfrente de los rayos directos del sol.
• Es necesario un mecanismo de seguimiento • La potencia de los rayos es baja a las primera
horas de la mañana y ultimas de la tarde.