Calentadores solares y Transformación de energía solar.

CLAUDIA CAROLINA BARAJAS NUÑO

PATRICIA PEÑA HERNÁNDEZ

RODRIGO VIZCAÍNO REYES

Fisicoquímica I para farmacéuticos

Dra. Jazmín del Rocío Sánchez Soltero

Universidad de Guadalajara

Licenciatura en Químico Farmacéutico Biólogo

Energía solarLa energía solar es aquella que se deriva directamente del sol. Se obtiene a partir de la radiación electromagnética del sol. Al referirnos a la energía solar, hablamos normalmente de la energía general que utilizamos para calentar o convertir a electricidad.

Es una de las energías renovables más desarrolladas y utilizadas, debido a que en todo el mundo podemos encontrar energía solar. Una gran ventaja de esta energía es que posee un potencial prácticamente ilimitado, ya que el sol arroja aproximadamente 4 mil veces más energía que la que se consume globalmente.

Calentadores SolaresLos calentadores de agua solares utilizan la energía proveniente del sol como su fuente de energía. Al ser una energía limpia y ecológica nos permite abastecer de agua caliente constantemente, ya sea en un hogar o en la industria, además de ser una opción económica a largo plazo, pues no requiere de ningún tipo de combustible o electricidad. Los colectores solares son aquellos que transforman la energía del sol en calor.

Un calentador solar de agua está compuesto principalmente de tres partes: un colector solar que es el encargado de capturar los rayos del sol, tomar esa energía y transferirla en forma de calor al agua; un termotanque, que será el lugar donde se almacenará el agua caliente y por último un sistema de tuberías que es por donde el agua va a circular.

El colector solar está compuesto de:

Marco de aluminio Cubierta de vidrio templado

Placa absorbedora, el cual normalmente es un enrejado con aletas de cobre

Cabezales de alimentación y descarga de agua

Aislante Caja del colector

Los colectores solares, también llamados captadores solares, son el principal componente de un calentador solar. Estos pueden ser de 3 tipos: Captadores planos protegidos, captadores planos no protegidos y tubos de vacío.

Los captadores planos protegidos son los más utilizados, pues son los que tienen un mejor balance entre el costo y la producción de calor que generan. El captador se encuentra en una caja y la cara expuesta está cubierto que generalmente está templado, las demás caras están opacas y cuentan con un aislante térmico. Dentro de la caja, y por debajo del vidrio hay una placa metálica la cual está soldada a una serie de conductos por los que fluye un caloportador (fluido que transporta el calor de un lugar a otro). Con la finalidad de que aumente la capacidad de absorción del calor, se le puede aplicar de un tratamiento selectivo o simplemente pintarla de negro.

Los captadores planos no protegidos son parecidos a los anteriores, pero resultan más económicos ya que no se tiene un vidrio protector, por lo que se deja la placa metálica expuesta al ambiente. Tampoco contiene materiales aislantes y son variables los materiales de los que puede estar conformado. Debido a que su eficiencia es mucha más reducida se necesita una superficie más grande para que se pueda absorber una cantidad aceptable de radiación solar.

El último tipo son los tubos de vacío, en los cuales se reduce la superficie captadora. La lámina que va a captar la radiación está dentro de los tubos, los cuales son como los fluorescentes sólo que de color negro. Estos tubos son colocados en una estructura similar a la de un peine. Este sistema cuenta con un mayor nivel de aislamiento debido al vacío, por lo que es ideal para zonas frías.

El termotanque o también llamado simplemente contenedor es el lugar donde se almacenará el fluido. Está conectado a la entrada y salida del colector. Mientras hay luz del día, el agua circula muchas veces entre el colector y el contenedor, después de cierta cantidad de tiempo, el agua comenzará a ir aumentando gradualmente de temperatura. La energía que se capta en el colector se guarda en el tanque en forma de agua caliente. El termotanque se procura que esté lo mejor aislado posible para evitar la pérdida del calor ganado anteriormente.

El agua circulará por todo el sistema debido al efecto “termosinfónico” que es provocado por la diferencia de temperaturas. El agua caliente es más ligera que la fría, por lo tanto tiende a subir. Esto es lo que provoca la circulación constante entre el colector solar y el termotanque, por lo que se puede descartar el uso de algún equipo de bombeo.

Los calentadores solares suelen ser instalados en el techo de las casas (cuando se habla de un uso doméstico), y se orienta de tal forma que quede en dirección a la radiación del sol la mayor cantidad de tiempo posible.

Los beneficios que aportan los calentadores solares son tanto económicos como ambientales, ya que al satisfacer parte de los requerimientos de agua caliente, se evita el consumo de un combustible lo que representa un ahorro. Y por lo mismo que se evita utilizar un combustible se reduce el daño que se le hace al medio ambiente pues no se deteriora el aire con emisiones de CO2 ni se contribuye a que aumente el efecto invernadero. El único problema de los calentadores solares es que se requiere de una fuerte inversión que sin dudas, a largo plazo, será muy conveniente.

Paneles fotovoltaicosSe denomina energía solar fotovoltaica a aquella que se obtiene a través de la transformación directa de la energía recibida del sol, en energía eléctrica.

Las celdas fotovoltaicas están formadas por una o varias láminas de material semiconductor y recubiertas por un vidrio transparente el cual deja pasar la radiación solar y minimiza las pérdidas que pudiera haber de calor. Normalmente estas celdas son fabricadas de silicio.

Los paneles solares fotovoltaicos están formados por numerosas celdas encargadas de convertir la luz solar en electricidad debido al efecto fotovoltaico en el cual la energía lumínica produce cargas positivas y negativas en dos semiconductores de diferente tipo, obteniendo un campo eléctrico el cual puede generar una corriente eléctrica. Entre mayor sea la intensidad de la luz que reciben las celdas, mayor será el flujo de la electricidad.

Una vez que las celdas captaron la energía solar, la transforman a eléctrica en forma de una corriente continua, la cual posteriormente será transformada en corriente alterna. Para esta tarea se utiliza un dispositivo llamado inversor, el cual realizará la transformación de corriente continua a corriente alterna, que cumpla con las mismas características que la red eléctrica a la que se desea verter la energía.

Una vez que es convertida a corriente alterna, pasa por un contador, o cuantificador, el cual nos va a decir cuanta energía eléctrica hay disponible, para posteriormente unirla a la red general de energía del lugar en donde se desea utilizar. Se puede anexar una batería recargable para guardar energía, en caso de que haya días nublados, ya que en estos no se genera la misma energía, o para el uso de energía durante la noche.

Pueden existir dos tipos de instalaciones de sistemas fotovoltaicos:

La instalación aislada, en la cual la electricidad que se genera está destinada al autoconsumo. Este tipo de instalación es muy útil en comunidades aisladas donde es difícil tener acceso a una red de electricidad.

La instalación conectada a la red, en este caso la corriente eléctrica que se genera en el sistema fotovoltaico, ya sea en su totalidad o la energía residual, se vierte en una red eléctrica mayor, por lo que se crea una central de producción de energía eléctrica.

Al igual que los calentadores solares, requiere de una gran inversión en un comienzo debido a los altos costos de los materiales empleados en las celdas fotovoltaicas, aunque con el paso del tiempo se irá recuperando la inversión, ya que conforme pasa el tiempo, las celdas van aumentando su capacidad, con la posibilidad de llegar a un 80% de rendimiento.

Bibliografía:

http://celdasfotovoltaicas.blogspot.mx/

http://www.aerosolarmexico.com/productos/calentadores-solares-domesticos/como-funcionan/

http://www.calentadorsolar.mx/como-funcionan-los-calentadores-solares.html

http://www.esco-tel.com/Paneles_solares_como_funcionan.html

https://es.wikipedia.org/wiki/Captador_solar_plano

http://www.globalsolare.com/index.php/es/sectores/sector-residencial/calentador-solar-ahorra-gas

http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/energia/solar.htm

http://www.energias.bienescomunes.org/2012/07/28/que-es-la-energia-solar/

http://www.cubasolar.cu/biblioteca/Energia/Energia12/HTML/articulo03.htm

https://campusvirtual.univalle.edu.co/moodle/pluginfile.php/204826/mod_resource/content/0/Material_curso/SistemasFV.pdf