EL APROVECHAMIENTO DE LA ENERGIA SOLAR

INSTITUTO POLITECNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE COMERCIO Y ADMINISTRACIÓN

UNIDAD SANTO TOMÁSSUBDIRECCIÓN ACADÉMICA

 

Tecnologías de Información y Comunicación

Grupo: 1CX40Asesor: Cervantes GonzalezManuel JavierFecha: 19/Junio/2015

Presentación

¡Hola mundo!Mi nombre es Luis Arellanes, comparto con ustedes la creación de mi primer blog junto con mis compañeros del IPN. Como parte de mis actividades de la asignatura de Tecnologías de la Información y comunicación, tengo que realizar este blog.La verdad nunca había creado uno y no tenía interés, pero me doy cuenta de que puede ayudarme a mejor mi redacción y mi lectura. Además de que puedo interactuar con los seguidores. Fue sencillo, solo es cuestión de ser curioso con las herramientas que proporciona blogger.

Saludos ……….LUIS

Bienvenido a nuestro blog

Le damos la mas cordial bienvenida a este blogLa realización de este blog no fue una tarea fácil, ya que como es un trabajo en equipo teníamos que elaborar una estrategia, planear como lo vamos a crear, que plataforma vamos a escoger entre otros. Pero, gracias a la colaboración de cada uno de nosotros llegamos a la realización de este blog donde vamos a aportar informaciones acerca del aprovechamiento de la energía solar.  Al final nos damos cuenta  que no es una tarea tan difícil y que puede tener un gran alcance ya que es una fuente de información entendible dirigida a estudiantes que como nosotros están en ese proceso de aprendizaje.

…………………MARIE

Hola a tod@s, les doy la bienvenida a este mi primer blog!!

El tema que trataremos es acerca del aprovechamiento de la Energía Solar.En relación a este trabajo requerido puedo comentarles que me encuentro muy emocionada ya que es la primera vez que elaboro un blog y por supuesto apoyada por mis compañeros es mucho mejor, debo agradecer por la oportunidad que ahora tengo para aprender cosas nuevas como dar un uso adecuado y constructivo a este tipo de medios de comunicación y tecnología, el poder expresar y crear mis ideas, por supuesto compartiéndolas con ustedes. A pesar de tener algunos problemas técnicos, nuestro mayor logro es construir este blog con mucho cariño para todos ustedes.¡¡¡¡Esperamos sea de sus comentarios!!!!

…………………PATY

¿QUE ES LA ENERGÍA SOLAR?La energía solar es una energía renovable obtenida a partir del aprovechamiento de la radiación electromagnética procedente del Sol. La radiación solar que alcanza la Tierra ha sido aprovechada por el ser humano desde la Antigüedad, mediante diferentes tecnologías que han ido evolucionando. En la actualidad, el calor y la luz del Sol puede aprovecharse por medio de diversos captadores como células fotovoltaicas, helióstatos o colectores térmicos, pudiendo transformarse en energía eléctrica o térmica. Es una de las llamadas energías renovables o energías limpias, que podrían ayudar a resolver algunos de los problemas más urgentes que afronta la humanidad.

El Sol, fuente de vida y origen  de las demás  formas de energía que el hombre ha utilizado desde los albores de la historia, puede satisfacer todas nuestras necesidades, si aprendemos  cómo aprovechar de forma racional la luz que continuamente derrama sobre el planeta.

Durante el presente año, el Sol  arrojará sobre la Tierra cuatro  mil veces más energía que la que vamos a consumir. 

Esta energía puede aprovecharse directamente, o bien ser convertida en otras formas útiles como, por ejemplo, en electricidad utilizando paneles solares (fotovoltaicos) que convierte los rayos solares en electricidad.

IMPORTANCIA DE LA ENERGIA SOLAR

La energía solar llega a la Tierra en forma de radiación electromagnética(luz, calor y rayos ultravioleta principalmente) procedente del Sol, donde ha sido generada por un proceso de fusión nuclear.El aprovechamiento de la energía solar se puede realizar de dos formas:Por conversión térmica de alta temperatura (sistema fototérmico) y por conversión fotovoltaica (sistema fotovoltaico).La conversión térmica de alta temperatura consiste en transformar la energía solar en energía térmica almacenada en un fluido. Para calentar el líquido se emplean unos dispositivos llamados colectores.La conversión fotovoltaica consiste en la transformación directa de la energía luminosa en energía eléctrica,  para esto, se utilizan unas placas solares formadas por células fotovoltaicas (de silicio o de germanio).VENTAJA DE LA ENERGIA SOLAR:      Es una energía no contaminante y proporciona energía barata en países  no Industrializados.DESVENTAJA DE LA ENERGIA SOLAR:   Es una fuente energética intermitente, ya que depende del clima y del número de horas de Sol al año. Además, su rendimiento energético es bastante bajo.

TRANSFORMANDO LA ENERGIA SOLAR EN ENERGIA UTIL DE USO 

Esta energía renovable se usa principalmente para dos cosas, aunque no son las únicas, primero para calentar cosas como comida o agua, conocida como energía solar térmica, y la segunda para generar electricidad, conocida como energía solar fotovoltaica.Los principales aparatos que se usan en la energía solar térmica son los calentadores de agua y las estufas solares.células solares, las cuales son el alma de lo que se conoce como paneles solares, las cuales son las encargadas de transformarla energía eléctrica.

Los paneles solares funcionan cuando las células fotovoltaicas se fabrican con semiconductores (elementos que tienen una conductividad eléctrica muy pequeña, pero superior a la de un aislante, los más utilizados son los de silicio, este es un material muy abundante, de ahí su bajo costo.), cuando los rayos del sol inciden sobre las células, la unión P – N de los semiconductores de ella junto con su metal conductor ayuda a producir energía. En esta coyuntura, la unión PN son cargas positivas y negativas que ayudan a producir corriente eléctrica, debido a una diferencia de potencial que se crea cuando se ilumina la célula.Cuando se cortocircuita la célula (es decir, se unen las regiones P y N mediante un conductor con resistencia nula) los electrones de la región N se desplazan a través del conductor y se unen con los huecos de la región P produciendo electricidad gracias al flujo de electrones, esta corriente se mantendrá mientras la célula esté iluminada.

Tipos de célula fotovoltaica dependiendo del material

Las células se pueden hacer de tres tipos de materiales diferentes:Silicio mono cristalino: Tiene una eficiencia del 16 – 19%, una estructura cristalina uniforme y se fabrica en lingotes cilíndricos que son cortados posteriormente en finas láminas, se gasta mucha energía en su construcción y se usa en en l as industrias.Silicio poli cristalino: Tiene una eficiencia del 13 – 15%, tiene una estructura cristalina no uniforme, se fabrica en moldes rectangulares y es mas barato que el mono cristalino.Silicio amorfo: Tiene una eficiencia de 7 – 10%,  una estructura no cristalina y su potencia disminuye conforme pasa el tiempo, este tipo de material es muy barato.Una célula solar produce 2w aproximadamente, los módulos fotovoltaicos tienen entre 40 y 100 células conectadas todas entre ellas. Se encuentran formados por una cubierta frontal, encapsulante, cubierta posterior, marco, conexiones y células. Pueden instalarse en  diferentes tipos de superficie como: 

Instalación en los tejados de viviendas (se pueden apoyar los módulos directamente en el techo si este es de tejas, si es una azotea se pueden poner previa instalación de un soporte),

 Instalación en grandes superficies (se utiliza en grandes áreas libres para instalar paneles solares,  por ejemplo aparcamientos, campos de fútbol. 

Se instalan por ejemplo en la fachada de los edificios (que tengan una altura considerable) para aprovechar la radiación directa que reciben estos y autoabastecerse de energía eléctrica.

Método para almacenar energía solar térmica

a) Adquirir energía solar térmicab) Realizar una reacción para producir hidrógeno a partir de agua usando una parte de la energía solar térmica adquirida, por ejemplo como una parte de una fuente de calor, una fuente de potencia motriz y/o una fuente de energía eléctrica, particularmente usando la energía directamente como una fuente de calor o como una fuente de energía eléctrica.c) Realizar una reacción para sintetizar amoníaco a partir del nitrógeno y del hidrógeno obtenido en la operación (b) usando otra parte de la energía solar térmica adquirida, por ejemplo como una fuente de calor, una fuente de potencia motriz y una fuente de energía eléctrica, usando particularmente la energía como una fuente de calor y/o una fuente de potencia motriz.De acuerdo con este método de almacenamiento de energía, el amoníaco es sintetizado usando energía solar térmica, de modo que la energía solar térmica pueda ser almacenada en forma de energía quimica del amoníaco. 

La generación de energía eléctrica mediante el sistema Fotovoltaico constituye una alternativa viable, la energía solar como vector energético sostenible.La energía solar es importante porque a través de la electricidad fotovoltaica, nos permite progresar materialmente, posibilitando la creación de nuevas alternativas de vida que apuesten por un mayor respeto al medio ambiente y que se orientan hacia la autosuficiencia, evitando la contaminación que se produce  por la quema de combustibles fósiles, el aumento del cambio climatico, el efecto invernadero y que seamos consumidores dependientes de los países que poseen grandes reservas de petroleo.La intensidad de energía solar aprovechable en un punto determinado de la Tierra depende, del día del año, de la hora y de la latitud, ademas la cantidad de energía solar que puede recibir un dispositivo receptor depende de la orientación.

Las plantas solares térmicas o termosolares de potencia consisten esencialmente de dos partes: una que colecta la energía solar y la convierte en calor, y otra que convierte el calor en electricidad[Mills, 2001; DOE, 2004],pueden contar con dispositivos de almacenamiento térmico y/o respaldo basado en combustible convencional.La generación termosolar de potencia eléctrica requiere el uso de concentradores solares. Estos concentradores son sistemas de espejos que reflejan la radiación solar captada en un área dada hacia un receptor de área menor, concentrado de esta manera la energía recibida. En el receptor, la energía solar es absorbida y transferida en forma de calor hacia un fluido de trabajo (aceites térmicos, agua, aire, sales fundidas), el cual a su vez lo transfiere en un intercambiador de calor para producir vapor de agua. El aumento en la densidad de la energía obtenido con los sistemas de concentración solar permite alcanzar temperaturas suficientemente altas para producir vapor con las características adecuadas para ser usado en turbinas de vapor convencionales, por lo tanto, esta tecnología, conocida genéricamente como "CSP" [Concentrating Solar Power; ISES, 2004), se diferencia de la generación convencional, principalmente en la fuente de calor.

El calor solar colectado durante el día puede ser almacenado de diversas maneras para su utilización durante la noche o en horas de baja irradiancia solar [DLR, 2004]. Esto se hace principalmente en materiales como concreto, sal fundida, cerámica o sustancias en cambio de fase. Todas las tecnologías CSP se conforman de cuatro elementos básicos (ver Fig. 1): el concentrador, receptor, sistema de transporte-almacenamiento y sistema generador de potencia (bloque de potencia). El concentrador capta y concentra la radiación solar directa, la cual es entonces entregada al receptor. El receptor absorbe la radiación solar concentrada y transfiere la energía térmica (calor) al sistema de conversión.

 En algunas plantas CSP una porción de la energía térmica es almacenada para ser utilizada más tarde [Mills, 2001]. Dependiendo de su geometría existen 4 tipos principales de concentradores [DLR, 2004]: canal parabólico, concentrador lineal de Fresnel, plato parabólico y torre central (ver Fig. 2). Los primeros dos se clasifican como sistemas de foco lineal, donde la radiación solar es concentrada sobre un receptor alargado, frecuentemente tubular, en cuyo interior el fluido de trabajo circula y se va calentando progresivamente en su recorrido. Por otro lado, los dos últimos sistemas son de foco puntual, donde el receptor es mucho más pequeño y el fluido es calentado de una manera mucho más rápida a su paso por él.

Esta es una tecnología de un solo eje de seguimiento, que a diferencia del canal parabolico,  está fijo en el espacio en la zona focal. El reflector esta compuesto de muchos segmentos largos y delgados de espejo, los cuales giran sobre ejes paralelos simultáneamente para enfocar la radiación solar en el receptor (Mills y Morriso, 2000). Hay dos prototipos de este tipo de tecnología en el ámbito mundial:El Concentrador al Compacto de Fresnel (compact linear Fresnel reflector, CLFR) y el concentrador lineal de Fresnel de Solarmundo. En el CLFR,  habrá muchos receptores lineales paralelos que están muy cercanos entre si, para que las filas individuales de espejos tengan la opción de dirigir la radiación solar reflejada a dos receptores lineales en torres separadas . Este grado de libertad adicional en la orientación del espejo puede permitir eliminar casi por completo el sombreado y bloqueo entre espejos adyacentes. El diseño de Solarmundo, como el CLFR utiliza una cavidad receptora, sin embargo, tiene un reflector secundario dentro de la cavidad y un solo absorbedor tubular. El absorbedor está cubierto por un tubo evacuado y el diseño intenta usar nuevos recubrimientos absorbedores estables. Este sistema puede alcanzar hasta 500o C de temperatura en el tubo absorbedor

TECNOLOGIA

Canal parabólico Concentrador lineal tipo Fresnel 

Estos sistemas utilizan espejos en forma de canal parabólicos que enfocan la luz solar sobre receptores tubulares de alta eficiencia, por los cuales circula un fluido térmico. Este fluido, típicamente aceite, es calentado a temperaturas de hasta 400°C y se bombea a través de una serie de intercambiadores de calor para producir vapor sobrecalentado, el cual acciona una turbina de vapor y un generador eléctrico convencional para producir electricidad mediante un ciclo Rankine. Extensos campos de colectores de canal parabólico producen la energía térmica necesaria para producir vapor para una turbina de vapor en un generador de ciclo Rankine. (Geyer, 2000).

Concentrador lineal tipo Fresnel

Disco Paraboloidal

Esta es una tecnología de un solo eje de seguimiento, que a diferencia del canal parabolico,  está fijo en el espacio en la zona focal. El reflector esta compuesto de muchos segmentos largos y delgados de espejo, los cuales giran sobre ejes paralelos simultáneamente para enfocar la radiación solar en el receptor (Mills y Morriso, 2000). 

Hay dos prototipos de este tipo de tecnología en el ámbito mundial: El Concentrador al Compacto de Fresnel (compact linear Fresnel reflector,

CLFR) y el concentrador lineal de Fresnel de Solarmundo. En el CLFR,  habrá muchos receptores lineales paralelos que están muy cercanos entre si, para que las filas individuales de espejos tengan la opción de dirigir la radiación solar reflejada a dos receptores lineales en torres separadas . Este grado de libertad adicional en la orientación del espejo puede permitir eliminar casi por completo el sombreado y bloqueo entre espejos adyacentes. El diseño de Solarmundo, como el CLFR utiliza una cavidad receptora, sin embargo, tiene un reflector secundario dentro de la cavidad y un solo absorbedor tubular. El absorbedor está cubierto por un tubo evacuado y el diseño intenta usar nuevos recubrimientos absorbedores estables. Este sistema puede alcanzar hasta 500o C de temperatura en el tubo absorbedor.

Este sistema  de disco paraboloidal consiste en un concentrador en forma de plato parabólico con un receptor en la zona focal. Estos concentradores se montan en una estructura con un sistema de seguimiento en 2 ejes. El calor colectado es utilizado directamente por un motor térmico montado en el receptor que se mueve con la estructura del plato. Los motores de ciclo Stirling y de ciclo Brayton se utilizan actualmente para la conversión de energía térmica a mecánica-eléctrica. En los proyectos de sistemas modulares se han alcanzado capacidades totales de hasta 5 MWe. Este tipo tecnología es actualmente la más eficiente de todas las las  tecnologías solares, con cerca de 25% de eficiencia neta de conversión de la energía solar a eléctrica.

TECNOLOGIA

Torre Central

Los sistemas de Torre Central utilizan un gran campo de espejos planos con seguimiento en dos ejes, llamados helióstatos, que siguen al sol para enfocar la radiación solar en un receptor central (intercambiador de calor) montado en lo alto de una torre y producen temperaturas aproximadas de 500 a 1500o C . Estas plantas son ideales para escalarse en el rango de 30 a 400 MW de capacidad. Las eficiencias solar-eléctrica alcanzadas por estas centrales están en el rango de 8 a 13%.

En Estados Unidos se elaboraron dos proyectos demostrativos muy importantes de de plantas de torre central, denominados Solar One y Solar Two (2001). Ambos proyectos fueron en realidad sobre la misma planta y se localizaron en Barstow, California. Solar One ha sido la mayor planta solar de torre central a la fecha, produciendo un máximo de 10.5 MWe en el período 1985-1986. Operaba a 510o C, utilizando aceite térmico como fluido de trabajo y tenía almacenamiento del aceite en tanques de rocas a 302ºC, lo que permitía la operación sin sol durante cuatro horas seguidas. La eficiencia solar-eléctrica neta alcanzada fue de 5.8% en promedio y 8.7% en pico (Mills, 2004). Esta central fue convertida en Solar Two a mediados de los 90, para lo cual se cambió el aceite por sal fundida, como medio de transferencia térmica. La sal fundida es también un excelente medio de almacenamiento de calor, con lo cual esta planta mostró la factibilidad de operar 6 horas seguidas sin sol, conectada a la red eléctrica y proporcionando electricidad durante el pico de demanda. 

En 1981 el Instituto de Ingeniería de la UNAM puso en marcha en, una planta de canal parabólico de 10 KWe con propósitos de investigación, dicha planta operaba con aceite térmico

Costos, mercado, impacto  Costos de inversiónPara la tecnología de canal parabólico han sido probados los costos de inversión a través de la comercialización. Los costos para los sistemas de Torre Central de Potencia y Plato/Stirling aún están basados en plantas piloto o de demostración que necesitan confirmación.

Mercado La tecnología SEGS fue capaz de entrar al mercado en una era de incremento y altos precios de la energía. Sin embargo, como los precios de la energía cayeron en los años 1980’s, las tecnologías renovables, tales como la CSP, no pudieron competir sin subsidios. Entre 1984 y 1991, Luz Internacional Ltd. construyó nueve plantas comerciales SEGS de ciclo Ranking en el desierto de Mojave en California. Dichas plantas están en el rango de capacidad de 14 a 80 MW de electricidad y un total de 354 MW de capacidad instalada. Tamaño, funcionamiento y eficiencia han incrementado con cada sucesiva planta y los costos fueron reduciéndose en más de la mitad. Plantas piloto de demostración con una capacidad total de cerca de 30 MW han sido también construidas. A pesar del éxito de las nueve SEGS, nuevas plantas no han sido construidas desde 1991. A finales del siglo XX, la capacidad de la tecnología CSP fue de cerca de 370 MW de electricidad, con una producción de energía eléctrica de aproximadamente 1 TWh por año, [Carpenter, et al., 1999].

Impacto ambientalLas tecnologías CSP comparativamente causan pequeños impactos adversos al medioambiente. Los rubros se relacionan con el uso de fluidos de transferencia de calor (HTF), agua y uso de suelo. Los fluidos de transferencia de calor (HTF) utilizados en los canales parabólicos son hidrocarbonos aromáticos como el óxido de biphenyl-diphenyl (clasificado como nonhazardous por los estándares de EU), y producen algún nivel de emisiones de vapor del HTF durante la operación normal. En el caso de las plantas de Torre Central de de Potencia no se emiten ningún gas o líquido durante su operación. La sal utilizada como HTF no es tóxica y puede ser reciclada si es necesario.

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BIBLIOGRAFIA

TRABAJO REALIZADO POR:

Equipo 1

Arellanes Chimalhua LuisBañuelos Gutiérrez PatriciaBien Aime Alberther