ENERGÍA SOLAR TÉRMICA

MATERIA FAE

Radiación Solar Directa

• Es la radiación que incide sobre los objetivos iluminados por el sol sin haber interactuado con nada y sin cambiar de dirección (es la más importante en un día soleado)

Radiación Difusa

• Es una radiación que incide indirectamente, como reflejo de la radiación solar que es absorbida por el polvo y por el aire (es la radiación típica de los días nublados). La difusión se produce al desviarse los rayos solares, debido a las partículas sólidas y las moléculas, como el vapor de agua, que existen en la atmósfera.

Radiación reflejada o albedo

• Es la radiación procedente de la reflexión de la radiación directa en los elementos del entorno (es importante cerca del mar y en las zonas de nieve).

Factores que intervienen para estimar el potencial solar

• Las condiciones climatológicas, que influyen en el grado de nubosidad, la turbidez atmosférica, viento predominante.

• Época del año

• La latitud del lugar

• Orientación de la superficie receptora

Mapa estimativo de la radicación solar en el mundo

Radiación solar en el mundo

• La radiación es superior en las zonas ecuatoriales y tropicales.

• La radiación es inferir en las zonas polares

• El plano que contiene la órbita de la tierra alrededor del sol se llama plano de la eclíptica

• EL eje polar sobre el que gira la Tierra, está inclinado respecto al plano de la eclíptica 23.45°.

Radiación solar en el mundo

Radiación solar en el mundo

Radiación Solar en el mundo

Latitud

Equipos de Medición de la Radiación Solar

• Piranómetros: Miden la radiación global (directa + difusa).

• Piroheliómetros (directa)

Coordenadas Solares

Posición trigonométrica del sol

• Angulo acimutal o acimut: Es el ángulo formado por la proyección sobre la superficie horizontal del lugar, de la recta Sol-Tierra con respecto a la recta Norte-Sur terrestre.

• Angulo cenital: Es el ángulo que forma la línea Sol-Tierra con la vertical del lugar.

• Altura solar: Es el ángulo formado por la recta Sol-Tierra, respecto al plano que contiene a la superficie del lugar.

• Angulo de inclinación de la superficie captadora: Definido como el ángulo que forma el plano que contiene a la superficie captadora con el plano horizontal. – Acimut del Panel: Angulo de desviación del plano que contiene a

la superficie captadora, respecto a la recta Norte-Sur terrestre.

Ángulos captador

Estimación de sombras

• Se deben de colocar los sistemas en un lugar carente de sombras.

• Se pueden estimar las sombras, si se hacen los cálculos para el día del solsticio de invierno en el hemisferio norte, que es cuando la trayectoria del sol es más baja, y las longitudes de las sombras son más altas.

Estimación de sombras

Elementos que pueden causar sombras

• Edificios Colindantes

• Árboles

• Tendidos o conducciones aéreas

• Montañas

• Sombras del propio edificio – Chimeneas, pararrayos, antenas parabólicas,

estructuras de tejado

– (LA PRINCIPAL ACCIÓN ES MOVERSE PARA EVITAR TODO LO POSIBLE LAS SOMBRAS)

Tecnologías para aprovechar la energía solar térmica

Tecnologías para aprovechar la energía solar térmica

• Tecnología de conversión térmica, que absorbe la energía del sol y la transforma en calor. Mediante esta tecnología es posible también obtener electricidad mediante transformación del calor en una máquina termodinámica.

• Tecnología de conversión eléctrica, que permita la transformación directa de la energía solar en energía eléctrica.

Energía solar pasiva (Arquitectura bioclimática)

Energía solar activa

• Baja Temperatura (T<90°)

• Media Temperatura (90°<T<400°)

• Alta Temperatura (T>400°)

Formas de Aprovechamiento Térmico

Tecnología solar térmica de baja temperatura

• Calentamiento de agua por debajo de su punto de ebullición (agua caliente sanitaria), se presentan como subsistemas de captación, acumulación, intercambiador y subsistemas auxiliares.

Paneles solares térmicos

Colectores Planos

• Los colectores planos, captan la energía solar, transformándola en energía térmica e impidiendo su salida al exterior (efecto invernadero), se componen de: – Cubierta frontal transparente

– Placa captadora o superficie absorbente

– Un circuito hidráulico por donde circula el fluido que ha de transferir el calor captado por la placa.

– Dispositivos de aislamiento térmico

– Carcasa exterior protectora

Partes de un colector

Eficiencia de un captador

Esquema conceptual de un sistema captador solar térmico de baja temperatura

Costos

Tecnología Solar Térmica de Media Temperatura

Tecnología Media Temperatura

• La tecnología solar térmica suele tener dos aplicaciones diferentes: – La producción de calor en procesos industriales,

por ejemplo vapor a temperaturas superiores a los 150°C

– La generación de electricidad mediante la conexión del fluido caliente (hasta 400°C) utilizado por los colectores a un sistema convencional de producción de electricidad a partir de un ciclo térmico.

Proceso de producción de electricidad a partir de la energía solar

Subsistemas empleados por esta tecnología

• Subsistema de captación

• Subsistema intercambiador de tanques de aceite

• Subsistema de evaporación de gases

• Subsistema de aplicación

Esquema conceptual de un sistema captador solar térmico de media temperatura

Sistema de seguimiento

Sistema de seguimiento

Comentarios importantes

• Los captadores aprovechan la radiación solar directa, pero desaprovechan la difusa, por lo tanto no resultan apropiado en zonas con cierta nubosidad.

• Es la tecnología más madura de la solar termoeléctrica.

• La potencia de las centrales de 80 MW a 200 MW

Esquema de una planta solar termoeléctrica de aceite (HTF)

Tecnología solar de alta temperatura

Tecnologías de alta temperatura

Discos Parabólicos

Centrales de Torre

Vista de una central de torre

Conclusiones

• Además de la latitud y la climatología, la radiación solar captada depende de la inclinación y orientación del plano de captación.

• Para la captación de la radiación difusa máxima, la mejor posición del plano es la horizontal.

• Para la captación de la radiación solar directa, el plano de captación debería estar siempre enfrente de los rayos directos del sol.

• Es necesario un mecanismo de seguimiento • La potencia de los rayos es baja a las primera

horas de la mañana y ultimas de la tarde.