Diapositivas de Clase 9 y 10

7/25/2019 Diapositivas de Clase 9 y 10

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ENERGA SOLAR


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Luego de comentar las diversas maneras de aprove

energa solar, a continuacin este trabao se en!oca generacin el"ctrica, basados en la utili#acin de la energpor ello se conviene estudiar un poco m$s sobre los estermoel"ctricos, concretamente sobre las plantas termosolares de torre central&As pues, en este tercer captulo se muestran los di!eren

de plantas solares de torre central, en cuanto caractersticas ' !uncionamiento& (e igual manera se inlos sistemas de torre central %ue poseen almacent"rmico, ' %ue se abunda sobre el tema&


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CONCEPTOS BSICOS

Las centrales termosolares de torre central para la trans!oenerga solar t"rmica en el"ctrica mediante un ciclo termconsisten en un conunto de espeos planos llamados distribuidos de !orma regular sobre un terreno, ordenados 'autom$ticamente, para %ue a lo largo del da re)een la rad

directa %ue incide sobre ellos, en un receptor situado a sobre el terreno en el %ue se ubican los espeos, de tal !oenerga se transporte ' se concentre por radiacin& Esta !orma de calor se transmite a un )uido el cual genera vae*pande en una turbina acoplada a un generador para la de electricidad&


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La constitucin de una central de energa solar de torre cela obtencin de electricidad mediante un ciclo termodgeneracin mediante vapor de agua, se puede clasi+capartesa- El concentrador de energa solar ./elistatos-b- El receptor de energa %ue se comporta como caldera

termodin$micoc- 0orre


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Los helistatos %ue tienen la !uncin de captar la radiacidirigirla hacia el receptor ' est$n compuestos de una sre)ectante .espeos de vidrio-, una estructura de so

mecanismos de control %ue permiten orientarlo para ir sel movimiento del Sol&

El receptor trans+ere el calor recibido a un )uido de trabasales !undidas, etc&-, el cual es el encargado de transmitia la siguiente parte de la central termosolar, generalme

depsito de agua, obteni"ndose vapor a alta temperatuproducir electricidad mediante el movimiento de una turb

1or su parte el !uncionamiento de la torre es el de dar soreceptor, el cual debe situarse a cierta altura sobre el nivhelistatos con el +n de evitar o reducir las sombra

blo%ueos de la radiacin solar&


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En estos tipos de centrales solares, se puede incosubsistema de almacenamiento de energa, el cuproporcionar energa t"rmica aun en condiciones de nubonoche para ser trans!ormada en electricidad, increme!actor de planta hasta el 234& Actualmente se usa un almacenamiento de agua5vapor o sales !undidas %ue aenerga t"rmica para ser utili#ada en otro momento& (e igotra aplicacin utili#ada para incrementar los !actores dela hibridacin, %ue se describe m$s adelante&

La caracterstica m$s importante de las centraletermoel"ctricas de con+guracin de torre central, consistodos los subsistemas utili#an tecnologas conocidasubsistema de conversin de energa t"rmica del vapor ecin"tica %ue mueve la turbina, ' en electricidad me

generador, son de tipo convencional, evitando as la necun traba o e*hausto de investi acin la reduccin d


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En contraste con la energa !sil, la energa solar no est$ d

las 78 horas del da, es por ello %ue en las plantas solares,generar electricidad durante la noche mediante dos altdistintas acoplar un subsistema de generacin mediante de combustibles convencionales .0ecnologa /brida- oadoptar un sistema de almacenamiento t"rmico el cual coel e*cedente de energa solar t"rmica durante el da, de !

est" disponible cuando no ha' irradiacin solar&


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TECNOLOGA HBRIDA.

La tecnologa hibrida combina todos los bene+cios de unsolar termoel"ctrica con los de una de ciclo combinado6 e

solar sustitu'e parcialmente el uso de los combustibles !estos tipos de plantas las cuales pueden generar eledurante las 78 horas del da de una !orma m$s econmicplantas de ciclo combinado convencionales& El sistema de' concentrador solar de la central solar termoel"ctrica pde dos tipos de tecnologa de torre central o deparablico& Ambas son tecnologas limpias, maduras 'e*tenso historial %ue demuestran estar preparadas instalacin a gran escala&Las plantas de ciclo combinado est$n con!ormadas por unde gas, un recuperador de calor ' una turbina de vapor& Ede una planta solar termoel"ctrica hibrida, se utili#a lasolar como energa au*iliar %ue permite increme


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El !uncionamiento de una planta solar termoel"ctrica hbri

combinado, es semeante a la de una planta de ciclo cconvencional6 el combustible, el cual es generalmente Gase %uema en la c$mara de combustin de la turbina de gases de escape %ue se dirigen al recuperador de calor, scon el calor proveniente del concentrador ' receptor solase obtiene un aumento en la capacidad de generacin d

consecuentemente un incremento de produccin de el(urante la noche se genera solamente con el !uncionamciclo combinado&


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ALMACENAMIENTO TRMICO

La tecnologa m$s e*tendida en plantas solares termoel"cel almacenamiento con sales !undidas& Esta tecnologa

b$sicamente en la utili#acin de dos tan%ues de saalmacenar energa en !orma de calor& (urante un ciclo de csales li%uidas intercambian calor con el )uido procedconcentrador solar ' se almacena en el tan%ue caliente6 dciclo de descarga, el sistema simplemente opera encontrario, calentando el )uido %ue generar$ vapor para turbina la cual +nalmente producir$ electricidad&


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PLANTAS SOLARES DE TORRE A TRAVS DE LA HIS

A lo largo de casi dos d"cadas el n9mero de pro'ectos termoel"ctricas de torre central ha sido mu' numeroso, sinsolamente unos pocos se han concretado en la const

plantas e*perimentales .0abla-& Estas centrales se caracteser sistemas de demostracin de pe%ue:o tama:o, entr=> de potencia de placa, ' en su ma'ora operaron dperiodo mu' corto en la d"cada de los ochenta, con la e*las plantas 0SA ' Solar 0?o, las cuales !uncionaron en la los noventa ' tres de los m$s importantes sistemas opera

de las instalaciones %ue @E=A0 tiene en la 1lata!ormAlmera en Espa:a& En estas centrales e*perimentaleutili#ado distintos )uidos t"rmicos en el receptor, los cualesodio l%uido, vapor saturado o sobrecalentado, sales d!undidas ' aire& 0odas ellas pueden ser !$cilmente repmediante diagramas de blo%ues, donde las principales

est$n determinadas por los )uidos de trans!erencia de


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El conunto de las e*periencias anteriormente re!eridas, hpara demostrar la viabilidad t"cnica de la las plantas de tocu'a tecnologa est$ su+cientemente madura como corroborar con las plantas actualmente instaladas en la

Solar de Almera de las cuales se considera t"cnicamealcan#ar e+ciencias t"rmicas de alrededor del 734 ' de7B4 anual con costos de inversin actual en el entorno C5>, principalmente obtenidas de la primera planta comerg"nero, la 1S


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El pro'ecto Solar 0res tiene por obeto e*plotar en Espplanta de demostracin a escala comercial de generacin de de potencia nominal a partir de energa solar, mla tecnologa de campo de helistatos, torre central, ' sisalmacenamiento de energa con sales !undidas& La instiene la capacidad de hasta un


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La 1S


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La 1S73 es una nueva planta comercial de tecnologia central de !uncionamiento parecido a la 1S


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CUANTIFICACIN Y VARIABILIDAD DE POTENC

La evaluacin del recurso solar es uno de los par$me

importantes en esta tecnologa, 'a %ue con "l se puede del nivel de ingreso %ue obtendr$ una planta solar termoel"radiacin solar se mide principalmente en J>h5m7Ka:o a:o& Los estudios del recurso solar, se reali#an utili#andodatos en los cuales se registran datos como radiacitemperatura del lugar estudiado& La radiacin solar

obtenida en las plantas termosolares est$ directamente en la produccin de electricidad anual, ' se trata de la normal incidente o llamada com9nmente como radiaciprocedente directamente del sol sin tomar en cuenta la indirecta en la %ue est$n implicados !enmenos de albedos, di!usin, etc& A la suma de la radiacin dir

radiacin indirecta se le conoce como radiacin solar glob


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HELISTATOS

Los /elistatos est$n !ormados por una serie de espeodispuestos sobre una estructura de soporte6 puedediversas geometras dependiendo !undamentalmente dereceptor %ue en todo momento deben de seguir el moaparente del Sol, en !orma individual mediante c"lulas

bien, de !orma colectiva mediante un so!t?are de computcual puede ser modi+cado diariamente, permitiendo sega9n en das nublados&


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La energa %ue se consume para la orientacin de lo helirelativamente baa, 'a %ue para una unidad de ;3 m7 de s7 0oneladas de peso medio, se ha calculado %ue son su+cie

El concentrador de energa se puede dise:ar de varias !omu' com9n es de tipo de corona circular, en la %ue los hvan dispuestos seg9n un ordenamiento a base dconc"ntricos6 en principio se pude suponer %ue se colocan

un espacio vacio, dando la sensacin de un campo solar codecir, la super+cie de los espeos sera igual a la del terren%ue ir$ ubicado el concentrador, dicha suposicin dara lrendimiento m$*imo desde el punto de vista energ"tico, peconmico& 1or lo tanto, los helistatos deben de ir dispuemanera %ue se mantenga entre ellos unas distancias dete

para evitar !enmenos de solapamiento de sombras


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1ara poder tener una idea de la energa re)eada seconsiderar al campo colector de helistatos como una dde anillos planos conc"ntricos, para ello se han plansiguientes modelos de concentrador

a- =odelo continuo de espeos in+nitesimales, en el %uede helistatos consiste en un crculo ' en el centro se la torre, cada espeo se encuentra individuali#ado pueda cumplir con las le'es de la re)e*in&

b- =odelo de dimensiones +nitas, donde se consideraplanos cuadrados acomodados en anillos circulares& @est$ !ormado por un conunto de helistatos, de !cuando todos est"n hori#ontales, las distancias entre sson nulas, !orm$ndose as un campo continuo de espe


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c- =odelo discontinuo de anillos de helistatos, en lo

distancia radial r entre los anillos es ma'or %ue el anchouno&

d- Se pude considerar tambi"n concentradores !ormados pde anillos, %ue corresponden con el ancho de un helista


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Seg9n sea la posicin aparente en la %ue se encuentre e

helistatos pueden inter!erirse mutuamente, deapantallamiento %ue se pueden ocasionar dos helistaencuentran mu' cerca uno detr$s del otro al re)ear la directa del Sol, produciendo un e!ecto de sombra ' reduesta !orma la energa %ue es posible enviar al receptor& 1aestos e!ectos conviene situar al receptor lo m$s alto posibl

terreno hori#ontal, %ue contiene al campo de helistatos %ue estos est$n distanciados entre s&


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RECEPTOR

La torre donde va acoplado el receptor puede ir en el ce

campo de los helistatos, o bien, despla#ada hacia el Sulugar al campo de helistatos en el Norte6 el receptor desituado a una cierta altura de la torre de tal maneraencuentre en el campo visual de los espeos, 'a %ue, enelevado se encuentre, se minimi#a as los probleinter!erencia ' solapamiento entre los espeos vecinos&

(esde el punto de vista de la absorcin de la enereceptores deben de ser de dos tipos


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a- (e cavidadb- (e recepcin energ"tica e*terior


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Los de cavidad pueden ser de ee vertical o de ee htienen una abertura por la %ue penetran los ra'osre)eados por los helistatos, %ue deben de tener una dma'or %ue la de los espeos m$s aleados del cam

tomando en cuenta %ue estos re)ean la lu# de !orma (entro de la cavidad se obtiene una absorcin de alred;4, ' relaciones de concentracin %ue comprenden entrJ>5m7 ' B;33 J>5m7& Esta absorcin de consigue medidisposicin de tubos negros, por cu'o interior circula el trabao al cual se pretende calentar, estos tubos deben a

lo meor posible dentro de la cavidad para as evitar perenerga al e*terior&

Los receptores cavidad de ee hori#ontal, o!recen ventaas cuando la altura de la torre es pe%ue:a6 encuando los helistatos est$n mu' pr*imos a la

conveniente utili#ar receptores de cavidad de ee vertical


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Los receptores %ue no son de cavidad ' %ue por tanto absradiacin solar por la parte e*terior se dise:an generalme

vol9menes de revolucin, pudiendo ser su ee de simetra vertical u hori#ontal, de pendiendo de esto la !orma del chelistatos& Los tubos absorbentes se disponen en el !ormando la super+cie lateral del receptor, su inconvenienen %ue la perdidas t"rmicas al e*terior por conveccin ' son mucho ma'ores %ue en los receptores de cavidad, pu

minimi#ar en parte, con una adecuada preparacin de labsorbentes, en los %ue el )uido de trabao se aumentando su entalpia evapori#$ndose o no6 si el )uievapori#a se lleva a un intercambiador de calor, en dcontracorriente se vapori#a otro )uido&


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Si el )uido %ue circula por la tubera absorbente del rvapori#a ' recalienta en la misma, se puede utili#ar directuna turbina apropiada, acoplada directamente a un altvapor se condensar$ a la salida de la turbina ' mediante de bombeo se introduce de nuevo al )uido del receptocalentado de nuevo ' con ello cerrando el ciclo termodin

esta !orma pueden lograrse vapores recalentados a comprendidas entre las


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La re!rigeracin en la conversin termodin$mica pre

problema especial en la liberacin de calor, 'a %ue por => de potencia obtenida de necesitan m$*imo 73,333 mpara re!rigeracin por hora seg9n sea el tipo de en!riamiento utili#ado, es por ello %ue se tiene la neceobtener este caudal, lo cual restringe notoriamente la ellos lugares a instalarse debido a %ue es conveniente inst

desiertos o tierras semi$ridas con ma'or insolacin&


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SUBSISTEMA DE GENERACIN

El gran inter"s de las plantas solares termoel"ctric

principalmente en su similitud con las plantas termoconvencionales, como las de carbn o gas por @onsecuentemente, la energa solar act9a solamente combustible en un ciclo termodin$mico usual&

Luego, por las caractersticas de produccin de cada p

ciclos termodin$micos de meor eleccin %ue otros& 1ara ltermosolares se pueden citar algunos datos de inter"s de distintos el ciclo RanJine, el ciclo org$nico de Ranintegracin de un ciclo combinado de gas para el caso d/bridas& 0ambi"n se ha contemplado la posibilidad de icampo solar a la produccin de una planta de carbn, con

concepto %ue para las plantas hbridas de ciclo combinado


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La ma'ora de las plantas termosolares actuales emplean!uncionamiento un @iclo Org$nico de RanJine& El campo sigue diariamente al Sol para re)ear los ra'os al concencon ello calentar el )uido de trabao, este )uido llega a u

de intercambiadores en el blo%ue de potencia donde se com9nmente vapor sobrecalentado a alta presin, luego, es suministrado a una turbina de vapor con recalentconvencional para generar electricidad& El vapor de scondensado en un condensador est$ndar ' vuelveintercambiadores de calor por bombas de condensado

para volver a ser trans!ormado en vapor, este sistema eplantas solares %ue utili#an un )uido de trabao distintoen el concentrador t"rmico& 1ara plantas con generacinde vapor, como es el caso de la PS10, la idea edirectamente el vapor producido hacia la turbina sin nede utilizar intercambiadores de calor.


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Las plantas solares pueden !uncionar hasta


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SUBSISTEMA DE ALMACENAMIENTO Y RECUPERACENERGA TRMICA

El almacenamiento de energa en las plantastermoel"ctricas comprende m"todos ' e%uipos utili#aalmacenar principalmente calor, !rio o potencia& E*iste ucampo de posibilidades para su aplicacin, pero sin embaellas est$n suetas a ciclos de carga ' descarga& (enaturale#a intermitente de la radiacin solar como !energa, tanto en los periodos de e*cedentes de energacomo en los de baa demanda de vapor en el ciclo, e*istende problemas operacionales como lo %ue se citan a continu


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a- 1roduccin energ"tica variable en !uncin del d

consideradosb- Ausencia de produccin !uera de las horas de Solc- 1lanta no disponible en periodos o das de mal tiempod- 1roblemas transitorios debidos a la alternancia de SolKda ' la nochee- (ese%uilibrio entre la disponibilidad de la planta ' la de

la red


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1or lo tanto es de gran utilidad ' en algunos casos conveniente almacenar energa para evitar alteracionesuministro de electricidad, poder e*tender el almacent"rmico m$s all$ de las horas en las %ue se disponga de

solar su+ciente para producirlo o para trasladar los pproduccin seg9n las necesidades, principalmente moment os en %ue las tari!as son m$*imas si de producelectricidad se trata&/a' di!erentes modos de almacenamiento %ue se puedena la energa solar pero slo algunos son realmente viaben da, 'a %ue su compleidad o su alto costo impiden rentable su uso comercial& 1ara el caso de las plantastermoel"ctricas es redituable el uso del almacenamiento en !orma de calor sensible, calor latente en materiacambio de !ase o en reacciones %umicas reversielevacin mediante bombeo sera tambi"n posibl

Mna parte de la energa t"rmica %ue contiene el )uido d


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Mna parte de la energa t"rmica %ue contiene el )uido dpuede ser desviada a un sistema donde puede ser almpara ser utili#ada posteriormente6 un almacenamiento +buen rendimiento es una condicin importante para %ue

una planta solar termoel"ctrica&El almacenamiento t"rmico m$s utili#ado en la actualidaddos tan%ues, uno !rio ' el otro caliente %ue consiste en %uno pueda contener la totalidad del )uido de trabao, epuede encontrar a temperaturas altas ' presiones elevtan%ue caliente se carga con el )uido de trabao

concentrador del campo solar, este a su ve# descarga e!rio el cual %ueda vacio& La descarga se produce al reccalor e*trado del )uido de trabao del tan%ue calientcontiene ' una ve# en!riado se manda al tan%ue !rio sigproceso en sentido inverso& Este tipo de almacenamientoes imprescindible cuando se utili#a un )uido de cond

t"rmica elevada como puede ser el caso de las sales !und


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Las sales !undidas utili#adas como )uido de almacenamienutili#ado constantemente en plantas solares de tipo de tor(e igual !orma pueden ser utili#adas en plantas con tecncilindros parablicos& Esta tecnologa 'a es bastante empotras $reas de la energa solar termoel"ctrica ' resulta ba

la posibilidad de trabaar a temperaturas altas ' presiones


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La despachabilidad de electricidad a partir del almacena


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La despachabilidad de electricidad a partir del almacenasales !undidas en una planta de torre central se ilustra en muestra la capacidad de despachamiento de electricidadtpico, adem$s de la intensidad solar, la energa almace

tan%ue caliente, energa el"ctrica ' la produccin en !unhora del da&

En este eemplo, la planta solar termoel"ctrica inicia el ade energa t"rmica en el tan%ue caliente poco despu"s ddel sol, acumulando una parte de la energa en el depsito

da& En respuesta a una demanda pico de carga en la redes conectada a la lnea a la


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g ' pimportantes para el "*ito de la tecnologa de torre centplanta solar termoel"ctrica, ' mediante las sales !undida%ue es la clave para el almacenamiento de energa rentabl

de %ue por las noches baa la temperatura del medio ambilo tanto se tiene una meor e+ciencia t"rmica en el sisteresultado de un intercambio de calor dado entre una !uen' una !ra descrita por la e+ciencia de @arnot&

EFICIENCIAS DE OPERACIN DE COMPONENTE


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EFICIENCIAS DE OPERACIN DE COMPONENTE

La energa producida por una central solar termoel"ctrica%ue la energa solar %ue incide sobre el campo solar, deb

serie de p"rdidas energ"ticas asociadas al dise:o ' operacentral %ue determinan su e+ciencia& Al +nal del pconstruccin ' como condicin previa a la entrega de la creali#a una prueba de rendimiento para la aceptacinstalacin, con posibilidad de recha#ar con llave enpro'ecto si no se cumple con los par$metros establecidos&

La e+ciencia de estas plantas es estable desde el prime*plotacin ' se obtiene a partir de una serie de variableson la radiacin solar ' par$metros meteorolgicos %ue !ordel a:o meteorolgico tpico !"#$% al cual se le ad&udicande p'rdidas.

Las p"rdidas m$s comunes ' predecibles en una planta ssiguientes


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siguientes1"rdidas por la modi+cacin del $ngulo de incidencia&1"rdidas por sombras&1"rdidas por polvo en el ambiente ' suciedad en tubos ' 1"rdidas de calor en las tuberas del concentrador solar&1"rdidas por re)ectividad del espeo&1"rdidas por el !actor de concentracin&1"rdidas por error de seguimiento ' precisin geom"trica1"rdidas por absorcin del concentrador&1"rdidas de calor en la tubera del concentrador&1"rdidas en el intercambiador de calor&


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1"rdidas de calor en el sistema de almacenamiento .si se t1"rdidas por e+ciencia en la turbina&1"rdidas por el tiempo de arran%ue de la turbina&1"rdidas el"ctricas&

a- 1"rdidas en el cableado&b- 1"rdidas en los trans!ormadores&c- 1"rdidas en la lnea '5o subestacin&

(isponibilidad de cada subsistema en toda la planta solar&Entre otras


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CUANTIFICACIN DE CAPACIDADES

A continuacin se presentan las caractersticas m$s imporlos pro'ectos de tecnologa de torre central %ue actualmeoperando as como sus respectivos c$lculos


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El t di d i t d l d l


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El costo promedio de un sistema de acumuladores sola


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con !orma de plato, para concentrar ' en!ocar los ra'sobre un receptor, %ue se monta sobre el plato del puntoplato& El receptor absorbe la energa ' la convierte et"rmica& Esta energa se puede utili#ar directamente cpara aplicarse para la produccin de vapor en termodin$mico para produccin de energa el"ctrica puede transportar en electricidad en un generador local selreceptor&

Mn sistema del platoKStiling es una unidad independientepor un colector, un receptor, ' un generador Stirlingrecogiendo ' concentrando la energa del sol con una continua o de !acetas, tiene un receptor %ue absorbe la la trans+era al generador& El generador el"ctrico coenerga mec$nica encorriente el"ctrica&

Los sistema de platoKStirling utili#an com9nmente un sseguimiento en dos ees Las ra#ones de conentracin se e


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seguimiento en dos ees& Las ra#ones de conentracin se eentre F33 ' B3333, ' alcan#an temperaturas superiores aB3K;33 X@7BK;3 473 4


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Diapositivas de Clase 9 y 10

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