ENERGIA

1. SOLAR ENERGIA

2. ¿QUÉ ES LA ENERGÍA SOLAR? ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA CENTRALES EÓLICO-SOLARES ENERGÍA SOLAR TÉRMICA ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA ENLACES

3. ¿QUÉ ES LA ENERGÍA SOLAR? La energía solar es la energía radiante producida en el Sol como resultado de reacciones nucleares de fusión que llegan a la Tierra a través del espacio en cuantos de energía llamados fotones que interactúan con la atmósfera y la superficie terrestres. La intensidad de la radiación solar en el borde exterior de la atmósfera, si se considera que la Tierra está a su distancia promedio del Sol, se llama constantesolar, y su valor medio es de unas 2 cal/min/cm2. Constante solar = 2 cal/min/cm2

4. En concreto la radiación solar interceptada por la tierra en su desplazamiento alrededor del sol, constituye la principal fuente de energía renovable a nuestro alcance. Nuestro planeta recibe del Sol la asombrosa cantidad de energía anual de 5,4 x 1024J, una cifra que representa 4.500 veces el consumo mundial de energía. Aunque es muy abundante el aprovechamiento de la radiación solar está condicionado por tres aspectos: - la intensidad de radiación solar recibida por la tierra - los ciclos diarios y anuales a los que está sometida - las condiciones climatológicas de cada emplazamiento.

5. Aunque fuera de la atmósfera, la intensidad de radiación oscila entre 1.300 y 1.400 W/m2, las pérdidas en la atmósfera por absorción, reflexión y dispersión la reducen un 30%. Si las condiciones climatológicas son buenas podemos llegar a tener 1000 W/m2, aunque si las condiciones son pésimas podemos tener sólo 50 W/m2, por eso estamos obligados a utilizar superficies de captación grandes. En la superficie terrestre recibimos entre 50 W/m2 y 1000 W/m2

6. La intensidad de energía solar disponible en un punto determinado de la Tierra depende, de forma complicada pero predecible, del día del año, de la hora y de la latitud. Además, la cantidad de energía solar que puede recogerse depende de la orientación del dispositivo receptor.

7. ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA El hombre en las últimas décadas (y de alguna otra forma en el último siglo) lo que ha estado buscando es transformar la energía más valiosa de las que existen en la tierra, la energía más extendida y omnipresente; en la energía que podemos transformar en todos los otros tipos que conocemos; se trata de transformar la energía solar en energía eléctrica, y de ahí en energía rotativa, cinética, electromagnética, calorífica, luminosa... La transformación de la energía luminosa en energía eléctrica se efectua mediante las llamadas células fotoeléctricas. Esta energía electrica producida puede ser utilizada de diferentes formas.

8. CELULAS FOTOELÉCTRICAS El elemento principal de un sistema de energía fotovoltaica es la célula fotoeléctrica, un dispositivo construido de silicio (extraído de la arena común). Los paneles solares están constituidos por cientos de estas células, que conexionados adecuadamente suministran voltajes suficientes para, por ejemplo, la recarga de unas baterías. Tienen utilidad en múltiples campos, desde el ámbito doméstico, hasta los satélites artificiales. ¿Cómo funcionan las células fotoeléctricas? ¿Qué tipos de células fotoeléctricas hay?

9. ¿CÓMO FUNCIONA UNA CÉLULA FOTOELÉCTRICA? Cuando la energía luminosa incide en la célula fotoeléctrica, existe un desprendimiento de electrones de los átomos que comienzan a circular libremente en el material. Si medimos el voltaje existente entre los dos extremos del material (positivo y negativo) observaremos que existe una diferencia de potencial entre 0,5 y 0,6 voltios. Si le aplicamos una carga eléctrica, veremos que es posible obtener una corriente de 28 miliamperios por cada centímetro cuadrado iluminado. Hemos convertido el dispositivo en una especie de batería eléctrica, que permanecerá aportando energía indefinidamente en tanto reciba iluminación.

10. Pero esta pequeña cantidad de energía es insuficiente e inútil, si no somos capaces de obtener mayores voltajes y corrientes que permitan aplicaciones prácticas. Para ello se diseñan en cada oblea cientos de diodos del tipo descrito, los cuales, interconectados en serie y paralelo son capaces de suministrar tensiones de varios voltios, así como corrientes del orden de amperios.

11. TIPOS DE CÉLULAS FOTOELÉCTRICAS Hay diferentes tipos de células solares en cuanto proceso de fabricación, rendimiento y precio se refiere: - Células monocristalinas - Células policristalinas - Células amorfas

12. CÉLULAS MONOCRISTALINAS Son células formadas por un sólo tipo de cristal, son bastante caras y difíciles de conseguir. Consiguen unos rendimientos muy buenos, los más grandes, superiores al 30%.

13. CÉLULAS POLICRISTALINAS Se construyen básicamente con silicio, mezclado con arsénico y galio, son un agregado de materiales, casi como un bizcocho: reúnes los ingredientes, los mezclas, los pones en un molde y luego en el horno a una temperatura determinada. Son más sencillas de conseguir y consiguen unos rendimientos nada despreciables (15%). No duran tanto tiempo pero son perfectas para lugares en los que por las condiciones ambientales, aunque las células sean muy duraderas, se rompan facilmente, como la alta montaña, los desiertos etc.

14. CÉLULAS AMORFAS Las más baratas, menos duraderas y con rendimientos muy bajos de alrededor de un 6% que tienden a cero con el envejecimiento. Son las utilizadas en calculadoras y aparatos por el estilo ya que la energía que proporcionan es muy baja. Se construyen a base de evaporar encima de un cristal en una cámara de efluvios el material semiconductor o foto-reactivo y colocar un par de electrodos en cada una de las unidades correspondientes.

15. FORMAS DE UTILIZAR LA ENERGIA FOTOVOLTAICA La energia fotovoltaica la podemos utilizar de dos formas. - De forma autónoma, de manera que la energía producida es consumida en la propia explotación. - Conectada a la red, la explotación está conectada a la red general de forma que unas veces consumimos y otras suministramos energía de la red, dependiendo de la producción y la demanda instantaneas.

16. INSTALACIÓN AUTÓNOMA Modulos fotovoltaicos, son los que generan electricidad Regulador, distribuye la energía al acumulador o a los aparatos de consumo Acumulador, almacena la energía para ser usada en momentos en los que no haya producción Inversor, transforma la c.c. producida en c.a. Utilizada por la mayoria de los electrodomesticos

17. INSTALACIÓN CONECTADA A LA RED Adicionalmente a los equipos de la instalación autónoma, dispone de un sistema de conexión a la red que determina cuando consumimos energía de la red eléctrica y cuando suministramos energía a dicha red. Por el contrario eliminamos el acumulador, ya que en los momentos de exceso de producción cedemos la energía a la red general. Dado que hay ocasiones en las que consumimos de la red todos los aparatos deben estar diseñados para corriente alterna por lo que toda la producida pasa por el inversor.

18. CENTRALES EÓLICO SOLARES Este sistema, también llamado columna ciclónicaartificial, utiliza realmente la energía del Sol para transformarla en viento, por lo que podría definirse como un sistema de energía solar. El dispositivo consta de una columna hueca de entre 100 y 200 metros de altura, denominada columna Venturi (similar a una chimenea), alrededor de la cual se extiende una cubierta de plástico transparente cubriendo una basta superficie de terreno. Dentro de la columna, en su parte superior, se instala un rotor cuyas palas serán movidas por las corrientes de aire caliente que ascenderán por la columna Ver esquema

19. FUNCIONAMIENTO Para que el sistema funcione se precisa que primero se forme el efecto invernadero bajo la cubierta de plástico, por efecto del caldeamiento que produce el Sol. Como el plástico es opaco a los rayos infrarrojos de las moléculas del aire caliente, éste no puede escapar al exterior a través de el, generándose una considerable temperatura en su interior. Puesto que la única salida del aire es a través de la columna, y que éste tiende a ascender cuando está caliente, se produce un efecto ciclón al moverse grandes cantidades de aire a gran velocidad a través del estrecho tubo que forma la columna, haciendo girar el generador que se encuentra en su parte superior.

20. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA EÓLICO SOLAR Este sistema es realmente simple, proporcionando gran fiabilidad, pues solamente utiliza una pieza móvil, la del generador eléctrico de la columna. No precisa además ningún tipo de orientación hacia el sol, pues la iluminación se realiza sobre el plano horizontal del terreno. Para su efectividad se precisan grandes superficies de terreno, que permitan a su vez grandes volúmenes de aire; además de dotarse de una torre de considerable altura. Este dispositivo puede proporcionar potencias del orden de los 100 kilovatios, pero con bajo rendimiento, pues para potencia similar se puede disponer de otros dispositivos que precisan de superficies de terreno mucho menores.

21. Aeroturbina

22. ENERGÍA SOLAR TÉRMICA La Energía Solar Térmica consiste en convertir la radiación solar en calor y comunicarlo a un fluido, como aire o más comúnmente agua, mediante un procedimiento técnico simple y una serie de dispositivos, denominados Captadores Solares.

23. CLASIFICACIÓN DE LA ENERGIA SOLAR TÉRMICA Según la temperatura alcanzada, los sistemas de energía solar térmica se pueden clasificar en: - Sistemas de Baja Temperatura: Alcanzan, aproximadamente, los 70º C mediante colectores solares planos. Utilizados normalmente para aplicaciones domésticas, como agua caliente, calefacción, etc. - Sistemas de Media Temperatura: Hasta los 300º C, mediante colectores de concentración, reciben la radiación debidamente concentrada en unos dispositivos para tal efecto. Sus aplicaciones se centran en procesos industriales y para la producción de electricidad. - Sistemas de alta temperatura: Se utilizan dispositivos que consiguen la concentración en un punto de la radiación,alcanzando temperaturas superiores a los 350º C. La aplicación principal es la obtención de vapor para generación de electricidad

24. APROVECHAMIENTO TÉRMICO A BAJA TEMPERATURA El principio del funcionamiento es sencillo y se basa en la captación de energía solar mediante un conjunto de colectores por los cuales se hace circular un líquido caloportador que se transfiere a un sistema de almacenamiento para abastecer el consumo de agua caliente a una temperatura de 60 ºC o inferior. La aplicación más usual de los sistemas solares es la generación de agua caliente sanitaria, calentamiento de piscinas, calefacción por suelo radiante, usos industriales, etc. Siendo los clientes potenciales los lugares donde el consumo de agua caliente es elevado, y supone un costo importante su calentamiento como son el caso de los hoteles, residencias, polideportivos, piscinas climatizadas, viviendas particulares, etc. Nº de colectores instalados en Europa

25. COLECTORES SOLARES PLANOS • La captación de la energía solar de baja temperatura se realiza a través de colectores planos, cuya características principales son: • No tienen poder de concentración, es decir, la relación entre la superficie externa del colector y la superficie captadora, la interior, es prácticamente la unidad. • Captan tanto la radiación directa como la difusa Despiece Funcionamiento

26. PARTES DE UN COLECTOR SOLAR PLANO Cubierta exterior. Generalmente formada por una lámina de cristal, lo más transparente posible, aunque a veces es sustituida por algún tipo de plástico (Tedlar, EVA). Placa absorbente. Es prácticamente una placa plana pintada de negro, con objeto de aumentar su poder de absorción y disminuir la reflexión. Podemos encontrar los tubos para el fluido caloportador, que van soldados a la placa o sencillamente son parte de ella. Aislamiento. Es el recubrimiento en todos los lados del panel, excepto en la parte acristalada, que evita pérdidas térmicas. Caja exterior. Es la que alberga a todos los componentes (cubierta exterior, placa absorbente, aislamiento) generalmente de aluminio, por su poco peso y aguante a la corrosión.

27. FUNCIONAMIENTO COLECTOR SOLAR PLANO El funcionamiento del colector solar sin concentración se basa en el efecto invernadero. La radiación solar que entra a través de la cubierta transparente, incide directamente sobre el sistema de conducción de agua y la placa absorbente. Al principio, cuando el colector entra en funcionamiento (entrada de agua fría por primera vez), el sistema absorbe gran cantidad de energía, ya que precisa calentar todos los elementos y el agua del interior del serpentín, pero una vez llegado al punto denominado de equilibrio dinámico, es la propia placa la que emite calor, del cual sólo una pequeña parte inferior al 10% se perderá por radiación a través de la cubierta de vidrio. Es entonces cuando se mantiene un efecto invernaderoen el interior de la caja colectora.Todo el sistema tiene un rendimiento que varía en función de la intensidad de luz que recibe y la temperatura interior, pero podemos estimarlo entre un 30% y un 50%.

28. EFECTO INVERNADERO EN COLECTOR PLANO • Cubierta transparente 2. Placa absorbente • 3. Aislamiento 4. Radiación reflejada en el interior • 5. Radiación emitida por la cubierta al calentarse

29. ESQUEMA CLIMATIZACIÓN PISCINA

30. CIRCULACIÓN DEL FLUIDO El fluido caloportador puede desplazarse, dentro del circuito de calentamiento, de dos maneras: •Por circulación natural •Por circulación forzada

31. CIRCULACIÓN NATURALOTERMOCIRCULACIÓN Ventajas •Sistemas sencillos (uso doméstico o rural).•Economía de instalación. •No hay piezas en movimiento. •No necesitan energía adicional para su funcionamiento.•Mínimo mantenimiento. Desventajas •Lenta puesta en régimen.•Pueden generar problemas estéticos de integración con el edificio. •Condicionamientos en el montaje ya que los dispositivos acumuladores tienen que estar situados por encima del colector. •Rigurosas pendientes en las cañerías o tubos. •Diámetros relativamente grandes.

32. CIRCULACIÓN POR BOMBA O FORZADA Ventajas y características •Sistemas más complejos. •Rápida puesta en funcionamiento. •Mayor flexibilidad de montaje. •Diámetros más pequeños. •Facilitan la integración arquitectónica. •Los caños o tuberías no necesitan pendientes especiales. Desventajas: •Se necesita energía eléctrica para su funcionamiento. •Mayor costo de inversión (Bomba, controlador y sensores). •Mayor costo de mantenimiento (Piezas en movimiento).

33. M2 COLECTORES PLANOS INSTALADOS

34. COLECTORES PLANOS INSTALADOS M2/1000Hab

35. SISTEMAS DE MEDIA TEMPERATURA Sondispositivos de baja concentración, se trata de un conjunto de colectores cilindro parabólicos que se mueven con el sol concentrando la radiación en una tubería ubicada a lo largo del foco, la cual concentra el fluido de trabajo que transporta el calor adquirido. Este fluido que se mueve en el tubo es calentado y transportado a una red de tuberías diseñada para minimizar las pérdidas por calor. Los sistemas parabólicos típicamente tienen una línea focal horizontal simple y por lo tanto rastrean el sol a lo largo de un solo eje, ya sea norte - sur o este - oeste.

36. REFLEXIÓN DE LA RADIACIÓN EN UN COLECTOR CILINDRO PARABÓLICO

37. ESQUEMA GENERAL PRODUCCIÓN MEDIA TEMPERATURA En el campo solar, el agua de alimentación es precalentada, evaporada y convertida en vapor sobrecalentado conforme circula por los tubos absorbentes de una fila de colectores cilindroparabólicos de 550 m de longitud y 2.750 m2 de superficie de captación solar. La Instalación puede producir 0,8 Kg/s de vapor a 100 bar y 370ºC.

38. DESALINIZACIÓN DEL AGUA MARINA Otra aplicación industrial interesante de la energía solar es la desalinización del agua de mar para la obtención de agua potable.

39. SISTEMAS DE ALTA TEMPERATURA Los dispositivos de alta concentración son los llamados sistemas de receptor central. Existiendo diferentes formas de funcionamiento. La radiación solar se capta por medio de un conjunto de espejos curvos,llamados heliostatos, que reflejan la luz del sol concentrándola en un único punto o foco. Generalmente, el calor es transmitido a un depósito de agua, que a altas temperaturas se evapora, hecho éste que es aprovechado para hacer mover una turbina.Esta turbina, igual que en cualquier central eléctrica, está unida a un generador que es el encargado de producir electricidad. El rendimiento global de una central termosolar de generación de electricidad está en el rango del 16-20% Ver esquema horno solar

40. TIPOS DE FUNCIONAMIENTO DEL HORNO SOLAR El horno puede trabajar como receptor-evaporador, que es el modo más habitual, haciendo hervir el agua para producir vapor que se aplicará a las palas de una turbina generadora de energía eléctrica. Otro modo de funcionamiento es el de receptor de fluidos líquidos como sodio y potasio, que por sus características pueden ser fusionados a baja presión; este sistema obliga a tomar alguna precaución en el manejo de las sales.  Finalmente, el modo de funcionamiento de mayor rendimiento, aunque con variaciones de temperatura muy peligrosas para el dispositivo, es el de receptor de aire, mediante el cual se calienta aire a altas temperaturas que mueven una turbina de gas.

41. ESQUEMA HORNO SOLAR DE TORRE CENTRAL Receptor solar Alternador Turbina Heliostatos Ver fotografía

42. PLATAFORMA SOLAR DE ALMERIA RECEPTOR SOLAR HELIOSTATOS .

43. HELIOSTATO Recogen la radiación solar y la focalizan sobre un punto de la torre. La misión de estos espejos o heliostatos es seguir el movimiento solar a lo largo del día y su control se realiza por medio de programas software (hay que recordar que el movimiento del sol en una determinada latitud y para una época del año y un día concretos está totalmente determinado).

44. ESQUEMA RECEPTOR TORRE SOLAR El foco funciona como receptor del calor que lo transfiere al fluido de trabajo (agua, aceite, aire, sales...), que es el encargado de transmitir el calor a otra parte de la central termosolar.

46. Imagen por infrarrojos detectando las perdidas de calor de una vivienda

47. ENLACES www.censolar.es página muy buena con abundante información y programas gratuitos www.psa.es página de la plataforma solar de Almería. Información experimental.