tema 3 solar

5/21/2018 Tema 3 Solar

1/83

GENERACINYDISTRIBUCIN DEENERGATRMICACONVENCIONAL

GRUPOSA/CJORGEC.MORNGRUPOSB??

DESPACHO218 [email protected]

1


2/83

TRABAJOGRUPO moran@uvi o.es 8PERSONAS+TEMA+CONTEXTO+HORARIO

TARDE)1. CENTRALTERMICADECARBON

2. CENTRALDECOMBUSTIBLEGAS

3. CENTRALDECOGENERACIN4. CENTRALDECICLOCOMBINADO

5. CENTRALDECOCOMBUSTIONDEBIOMASA

6. CENTRALTERMOSOLAR

2


3/83

.

Solar

Biomasa

RSU

3


4/83

Inters Documentacin

e

http://www.censolar.es/ ttp: www. ses.org

Libros Energasolar,edificacinyclima:elementosparaunaarquitectura

solarGuillermoYezParareda[Madrid]:MinisteriodeObras

PblicasyUrbanismo,D.L.1982

SolarengineeringofthermalprocessesDuffieJ.andW.Beckman

4

,


5/83

HistoriaI Grecia arquitectura solar

Porches y aleros

Orientacin

Olinto, Priene en Asia Menor y Delos

Leyenda Arqumedes batalla de Siracusa

RomaCerramientos - Vidrio y/o mica - habitacin heliocaminus

(I d J.C.)

Invernaderos + baos y edificios pblicosVitrubio (I a J.C.) adaptacin a mltiples climas diferentes

Derecho romano los derechos de Sol Derecho - cdigo

5

. .


6/83

Decadencia Edad Media

Siglo XVI - horticultura conservacin de flores tropcales e

importadas en Europa - Muros frutales (perpendiculares y

inclinados latitud)

Siglo XVIII era del invernadero

Bastidores acristalados gracias al vidrio laminado desarrollado enFrancia

aislante

James Anderson almacenamiento de aire caliente

Siglo XIX grandes invernaderos o estufas - incluso con

sistemas de calefaccin

6


7/83

Horace de Saussure (1767)

primero determinar eficacia captadores de vidrio. Cincocajas de vidrio embutidas una dentro de la otra sobre

tabla negra y midi temperatura interior

John Herschel (1830)caja caliente con reflector (cristal superior) hasta 125 C

Caja caliente de Langley

demostr interior caja suba temperatura aunque exteriortemperatura descenda

7


8/83

MquinasSolares 1870 John Ericsson - Mquinas Solar de Vapor

sobre base de motor Solar de Mouchot 1866

espejo + concentrador + caladera y mquina de vapor.

Tubos metlicos sobre foco de reflectores de seccin

1872 con aire en vez de vapor

Problema coste de los es e os lateados necesidad de sol

casi constante Mejoro reflector sustituyndolo por el vidrio y la

Aubrey Eneas - 1 compaa motores solares comerciales Solar

Motor Company of Boston (1903) - Granja de AvestrucesMotor de 15 Caballos

8


9/83

Ener aSolar:Activa asiva

Energa Solar Trmica

Pasiva Activa

Colector fijo

Sin concentracin

Seguimiento 1 eje Seguimiento 2 ejes

Con concentracin

9Solar Trmica

Baja Temperatura

Solar Trmica

Media Temperatura

Solar Trmica

Alta Temperatura


10/83

PrincipalesAplicaciones

EnergaSolarTrmicadebajatemperatura

Calor (bajas temperaturas) frente a la electricidad (altas

Sistemas pasivos --> Arquitectura tradicional /bioclimatica

Colectores Solares de agua caliente

autonoma amortizan en 5-10 aos

Hoteles Hospitales

Residenciasparticulares

10

.

Circuito abierto / cerrado


11/83

e onse o c e omen o e as uen es e energ a

renovables entre sus objetivos energticos.

energa siendo la aportacin de renovables de solo un 5,44%

sealan tres objetivos clave de la poltica energtica: mejoradelacompetitividad

seguridaddelsuministro

proteccindelmedioambiente.

contribucin de las mismas para el ao 2010.

11


12/83

TIPO DE ENERGAMercado

UE en 1995Mercado previsto

UE en 2010Elica 2 5 GW92 GW 40 GW

Hidroelctrica 92 GW 105 GW

Grandes Centrales 82,5 GW 91 GW

Pe ueas Centrales 9,5 GW 14 GW

Fotovoltaica 0,03 GWp 3 GMpBiomasa 44,8 Mtep 135 Mtep

Geotrmica

Electricidad 0,5 GW 1 GW

Calor 1,3 GWth 5 GWth

Colectores solares trmicos 6,5 millones m2 100 millones m2Solar Pasiva 35 Mtep

Otras 1 GW

12


13/83

13


14/83

14


15/83

15


16/83

16


17/83

17


18/83

so o un e a energ a pro uc a era renova e biomasa(52%en1997)

energahidrulica(44%en1997).

Sistemasgrandesparacalentamientodeaguaenhotelesyenlaindustriaentreotros,ascomoensistemasdomsticosmspequeos(2m2 de

.

VarioscientosdemilesdemetroscuadradosyahansidoinstaladososeencuentranenprocesodeinstalacinespecialmenteenzonasdeAndaluca,lasIslasyelreaalolargodelacostadelMediterrneo.

Estsiendopromovidoanivellocal.Cercadequincemunicipalidades

cuentan con normas de romocin similares.

Estoseaplicaprincipalmenteaedificiosnuevos.

18


19/83

Es aa 1998(milestep)

Hidrulica Hidrulica Solar Solar(>10 MW) (


20/83

20


21/83

hancontribuidosuplementariamenteaunrpido

aumento Expansindelmercadoeuropeo,enpasescomoAlemaniaque

incideasuvezenlaofertaydemandatambinenEspaa

Precios e petr eoconunaa tavaria i i a

Promocindelaenergasolaranivellocalatravsdea untamientostantocon olticasdefomentocomodeconsumidoresdirectosdeinstalaciones

21


22/83

Es aatendenciasII

22


23/83

Es aatendenciasIIISuperficieinstaladadecolectoressolaresyprevisiones (milesdem2).

Plan de Fomento de las EE.RR 2000Plan de Fomento de las EE.RR 2000--20102010

23


24/83

EspaatendenciasIV

24


25/83

EspaatendenciasV

25

E t d i VI


26/83

EspaatendenciasVI

26


27/83

EspaatendenciasVII

27


28/83

LA ENERGA SOLAR

FOTOVOLTAICA

previsiones(MWp)

143,7125

150

Plan de Fomento de las EE.RRPlan de Fomento de las EE.RR

75

100

50

15,612,13,0

8,7 9,4

0

1990 1998 1999 2000 2001 2010

28

Datos 2001 provisionales.

Fuente: IDAE


29/83

Ener aSolarenGaliciaI Baja implantacin

gunos e emp os:

Instalacin Fotovoltaica en la Islas Cies

Fotovoltaica en Faros del Litoral

Fotovoltaica para Radiofrecuencia

Instalacin Trmicas en el mbito privado y hotelero

Objetivos para Galicia

1998 2010

29

Trmica (m2) 1.250 40.000

Fotovoltaica (kW) 53 5.000


30/83

Ener aSolarenGaliciaIIEnerga Solar

1998 2010

Trmica (m2)1.250 40.000.

30


31/83

Recursos:radiacin

Recursosdeenergasolares Factoresastronmicos

Factoresclimticos

Mtodosdemedidadelaradiacinsolar

Absorcinydispersindelaradiacinsolarenlaatmsfera

Radiacinsolardirecta,difusayglobal

Clculodelaradiacinsolardis onible

Clculodelaradiacinsolarensuperficiesinclinadas

Formasdeaprovechamientodelaenergasolar

31


32/83

Estrellas: reacciones de fusin nuclear. eunen osn c eos e omos geros, r genoy e o,para ormar

tomosmspesadosyenelprocesoseliberangrandescantidadesde

energa Einstein:masa energa.Patrn

Caractersticasemiteunpatrnderadiacinelectromagnticaquepuedeidentificarseeneles ectroelectroma ntico

Eltipodependerdelascaractersticasfsicasqueposeanlosfotones. LaenergacontenidaenlosrayosdelSolsecalculaapartirdelafrmulade

,

E=hv Eeslaenergadelosfotones,

heslaconstantedePlanck,(6.625x1034 Js)

veslafrecuenciaalaqueoscilanlosfotones

32


33/83

Se desprende que hay fotones que

poseengrancantidaddeenerga(comolosrayosgamma)yotrosquesonmenosenergticos(losrayosinfrarrojos,porejemplo).

stosetra uceenque ay otonesquen s qu era

puedenatravesarlaatmsferaterrestre,mientrasque

nicamenteconloshuesos:estosltimosconstituyen

losrayosX,queseutilizanparatomarradiografas.

33


34/83

corriente

Distancia149.450.000km

30

NcleoT=15x106C

= .

73.46%H+24.85%He +.

34


35/83

Ley Stephan-Boltzmann

E (W/ m2)= T 4

= .

T temperatura cuerpo (K).

Ley Wien

max = C/T

C constante = 2897

temperatura cuerpo .

rayos infrarrojo (>0,78) = 46%

luz visible = 47% ultravioleta (


36/83

o rra a energ a en o as asdirecciones del espacio, con potencia

del orden de 4 x 1023

kW Consumo 2003

(31% Electricidad) 1,52 x 1010 kW

A medida que la radiacin se aleja delSol, la energa se reparte en una

superficie esfrica.

Constante Solar: En el mbito de laatmsfera terrestre se recibe una

potencia solar media de

1353 W / m2

En realidad este valor no es constante,puesto que la posicin de la Tierra conrespecto al Sol no es constante.

36


37/83

37


38/83

Influencia osicindelatierraI

38


39/83

Influencia osicindelatierraII Plano de la eclptica

Situacin respecto del

Sol del punto de

captacin de radiacin.

da del ao

hora

39 latitud del lugar.

fl d l


40/83

InfluenciaposicindelatierraIII

oor ena as or zonta es

altura solar hy azimut

solar A.

El acimut A : ngulo que

forma el plano vertical que

meridiano.

La altura solar h mide el

z

ngulo con el plano

horizontal.

h

Sur

Este

La latitud geogrfica

determina en cada instante,

tanto la altura del Sol como la

40A

Norte

Oeste

el azimut.

Influencia posicin de la tierra IV


41/83

InfluenciaposicindelatierraIV

es la latitud local

L es La longitud del lugar

es la declinacin, ngulo formado por la direccin del sol al medioda y el plano del

, -

es el ngulo de la superficie con el plano horizontal del lugar

Cooper =23,45sen[360*(284+n)/365]

41

es el ngulo de incidencia, entre la direccin de la radiacin incidente sobre una superficie

y la direccin normal a sta

Influencia posicin de la tierra V


42/83

InfluenciaposicindelatierraV

Benford y Book

42


43/83

La intensidad dereflejadareflejada radiacin en la superficie

terrestre no es la misma

ue en las ca as altas deabsorbida

directadifusa

absorbida

directadifusa

la atmsfera, puesto que

sta acta como filtro de

reflejadareflejada

.

No se miden radiacionesen la superficie terrestre

superiores a los 1000

W/m2.

a a m s era provoca un amen a men e os en menos e a enuac n, que son a spers ny la absorcin.

radiacin difusa y radiacin directa, siendo la suma de ambas igual a la radiacin total, o

43

tambin denominada radiacin global, que es la que interesa a efectos de balance energtico

sobre una superficie.

Radiacin solar en la superficie terrestre II


44/83

RadiacinsolarenlasuperficieterrestreII

44

d l l f


45/83

RadiacinsolarenlasuperficieterrestreIII

Masaaire(AM)condicionesnormalizadas

aniveldelmarconcieloclaro

45


46/83

f (longitud de onda) atenuacin provocada por el vapor de agua, elozono, el oxigeno y el dixido de carbono,

La suma de la irradiancia a lo largo del todo espectro determina lairradiancia total.

46

R di i l l fi i t t V


47/83

RadiacinsolarenlasuperficieterrestreV

La radiacin difusa permite que un cuerpo reciba luz en aquellas partes noexpuestas a los rayos del Sol; incluso en das muy nublados un cuerpo siemprerecibe una determinada cantidad de radiacin.

De forma aproximada la radiacin difusa representa un tercio de la radiacin

total ue se recibe en un ao.

Espectro solar con masa de aire 1,5

1800

1400

1600

800

1000

W/m

2

200

400

600

Irradiancia espectral

rra anc a acumu a a

47

00,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00

Longitud de onda (m)


48/83

eren es aspec os a carac er zar e a ra ac n so ar.

radiacin directa a la radiacin solar incidente procedente del disco solar sin

nin n cambio de direccin.

radiacin difusapor otra parte, es aquella que procede de todas las direcciones,

excepcin hecha del disco solar, despus de su difusin en la atmsfera y

.

radiacin global la suma de radiaciones solares directa y difusa que llegan a unasuperficie.

irradiancia al flujo de radiacin solar que incide sobre la unidad de superficie por

unidad de tiempo; se trata de una densidad de potencia expresada normalmente

en W/m2

. Su inte ral tem oral se denomina irradiacin o insolacin de ex osiciny hace referencia consecuentemente al valor energtico (kWh generalmente).

48


49/83

49

Distribucin de energa anual kWh/m2


50/83

DistribucindeenergaanualkWh/m

50

Sombras debidas a objetos


51/83

Sombrasdebidasaobjetos

enlatrayectoriadelSolI LaposicinangulardeobstculosentrelasuperficiecaptadorayelSol,varacon

latrayectoriadelSolalolargodeldaydelao.

se recurren a los

denominados

diagramas de

posicin del Sol ocartas solaressobre

los que se dibujan

las posiciones

objetos.

51

Sombras debidas a objetos en la trayectoria del


52/83

Sombrasdebidasaobjetosenlatrayectoriadel

SolII

52

Sombrasdebidasaobjetosenla


53/83

jrayec or a e o

MedianteBrjula,paradeterminarla

azimutdecadapuntosimularlasiluetadelentornoClinmetro aradeterminarlainclinacindelavisual,oalturarealsobre

el

horizonte

de

cada

unto

singular.

53

Medida de la radiacin solar I


54/83

MedidadelaradiacinsolarI

Pirhelimetros

Abbot en 1905.

Este a arato mide la radiacinque es capaz de penetrar en el

dimetro del tubo orientado al

En todo caso de la radiacinproveniente de un pequeo

sco a re e or e o

incluyendo una cierta fraccin

de cielo.

54

Medida de la radiacin solar II


55/83

MedidadelaradiacinsolarII

Piranmetros radiacin recibida de un hemisferio de

cielo, gran porcin de cielo

generalmente en un plano horizontal.

or an o se u zan para me r

radiacin global (directa mas difusa).

Si a stos se les aade un disco de

,directa) sirven tambin para medir

55

ra ac n usa.

Medida de la radiacin solar III


56/83

56

MedidadelaradiacinsolarIVHeligrafos


57/83

Duraci nso ar

iaria

Solarmetros - Mas habitual - Se utilizan instrumentos con

lentes cuyo principio es que detectan la radiacin siempreque sta supera un cierto umbral

Suficiente como para causar a su paso a travs de la lenteuna huella sobre un papel convenientemente situado, porefecto lupa.

Mas modernamente se utilizan dos clulas fotovoltaicascalibradas, una protegida de la radiacin directa y otra no,de forma que la medida de la discordancia entre ambasclulas determina la duracin de su exposicin a unainsolacin despejada.

57


58/83

ma:antige a a pa a ra c ma va asocia o a aincidencia de la radiacin solar, de hecho, dicha

. Laradiacinsolar

Latem eratura

Lahumedad

Elviento

rec p ac ones

Radiacindeondalarga

Lapresinatmosfrica

58

DatosclimatolgicosII


59/83

g

Uno de los datos mas relevantes

s comp ca os e o ener para a rea zac n e unainstalacin de aprovechamiento de la energa solar es la de la

radiacin, en sus distintas vertientes, global, directa, difusa y/ohoras de sol

Localizacin exacta donde se desea llevar a cabo dicha

provincial, consistentes en series temporales de medida ms omenos largas.

o s empre se rea zan a par r e me as rea es, por ocostoso que resulta su adquisicin, y en el mejor de los casosestas medidas no son siempre tomadas en puntos geogrficos

representat vos e a zona en cuest n.

Sin embargo, generalmente son la nica informacindis onible ara el diseo de la instalacin.

59


60/83


61/83

destacando

Sur las IslasCanarias.

Mapas Solares energa

incidente porm2 en unasuperficiehorizontal, enun da medioen cada

provincia

61


62/83

62


63/83

63


64/83

DatosclimatolgicosVIII


65/83

Radiacinsobreunasuperficieinclinada

Para los clculos es habitual utilizar los valores de radiacin sobre

superficies inclinadas publicados por el Ministerio de Industria y Energa.

Estos datos son elaborados a artir de medidas de radiacin realizadas or

el Servicio Meteorolgico Nacional en las distintas provincias y utilizando

las denominadas correlaciones de Liu y Jordan para el paso de radiacin

horizontal a inclinada.

65

DatosclimatolgicosIX


66/83

HoraSolar

HsolarHofical=4(LstLlocal)+ET

66

E em lo1


67/83

Calcularelngulodeincidenciaquepresentauncolectorelda13defebreroalas14y16minutosenSantaCruzdeTeneri equeest inc inado35yconunaorientacin15alEste

Ha uedeterminar:

Cooper =23,45sen[360*(284+n)/365]

67


68/83

68

Da13febreroeselda13+31=44delaon=44 =23,45sen[360*(284+44)/365]=13,95

`


69/83

minutos+4/4minutos=5minutos

Hsolar=Hofical+4(LstLlocal)+ET Horario de invierno ha ue restar 1 hora ue se ha sumado

Hsolar=14:16+0:051:000:14=13:25

69


70/83

Hsolar=14:161:00+0:050:14=13:25ngulohorario = 21 25

declinacin latitud inclinacin 35 orientaci n 15

cos

=0,861

=30,55

ngulo

con

el

que

incide

la

radiacin

70

Ejemplo2


71/83

Calcular

las

perdidas

por

sombras

de

un

conjunto

de

obstculos

marcadosenlafotografayunaleroenuntejadoorientado58aleste unainclinacinde34

71


72/83

72


73/83

73


74/83

74

Ejemplo3


75/83

Calcular

la

radiacin

media

diaria

mensual

en

un

colector

orientado

haciaelSuryunainclinacinde25situadoenlaprovinciadePontevedra

75


76/83

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

5.5 8.2 13 15.7 17.5 20.4 22 18.9 15.1 11.3 6.8 5.5

76

. . . . . . . . . .

1.33 1.26 1.18 1.1 1.04 1.02 1.04 1.11 1.22 1.34 1.42 1.4

7315 10332 15340 17270 18200 20808 22880 20979 18422 15142 9656 7700

DatosclimatolgicosXX

alculo


77/83

alculo Medidasmetereolgicas.

,conlamismayqueenausenciadedatossobreradiacinsepuedenusarparasudeterminacin.Losdatossobreradiacinconstituyenlamejorfuentedeinformacin;sinembargo,afaltadestossepuedenutilizaralgunasrelacionesempricasquepermiten

,horasdeSolodenubosidad

Entrestosdestacanlosdatossobrehorasderadiacinsolarquesepuedenconseguirenlamayoradelasestacionesmeteorolgicas.Existentablasenlasquesepuedeo servare prome o e oras era ac nso ar ec o urante eza osena gunascapitalesespaolas

Datossobrenubosidadquesontambinfcilmentedisponibles.

,datosdeotraslocalidadesdesimilarlatitud,topografayclima.

77

DatosclimatolgicosXXI

alculo


78/83

alculo

RadiacindiariayanualLaintensidadderadiacintotaldiariasecalculaporlafrmuladeGloveryMcColloch

I=I0(0,29cos +0,51n/N)

es acons an eso arN:ndehorasposiblesdesolpordan:ndehorasrealesdesolporda:Latitud

78

UnamodificacindeOmettofue:I=I0(0,26cos +0,51)

DatosclimatolgicosX

stimaciones


79/83

Indicesdeclaridadyfraccindedifusa(LiuyJordan)

79

DatosclimatolgicosXI

stimaciones


80/83

Calculodedehorariaapartirdediaria

80

DatosclimatolgicosXII

stimaciones


81/83

Calculodedirecta,difusayreflejada

81

DatosclimatolgicosXIII

stimaciones


82/83

Sobresuperficiesinclinadas

82

CONCLUSIONCONCLUSIONComo roceder?Como roceder?


83/83

a ac n oca es pr c camen e mpos e e me r ex pro eso Existen variedad de distintas MEDIDAS DE ALGUNOS VARIABLES Existen variedad de FORMULAS para la estimacin a partir de datos

medidos Existen variedad de TABLAS, PROGRAMAS, FUENTES

. Pero la cuestin es AFECTA los datos elegidos en nuestro CASO

CONCRETO y si lo HACE que hacer

SOLUCIN

1.- Indagar origen de los datos2.- Cerciorarse si la normativa nos permite elegir la fuente

83

.-

tema 3 solar

Documents