Habla sobre la energía solar

1. ENERGIA
SOLAR

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 constante solar, 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 1024
J, 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. 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.
ENERGÍA SOLAR
FOTOVOLTAICA

8. 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?
CELULAS
FOTOELÉCTRICAS

9. 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.
¿CÓMO FUNCIONA UNA CÉLULA
FOTOELÉCTRICA?

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

12. 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%.
CÉLULAS
MONOCRISTALINAS

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. 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.
CÉLULAS AMORFAS

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. 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
INSTALACIÓ
N
AUTÓNOMA

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. Este sistema, también llamado columna ciclónica artificial,
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
CENTRALES EÓLICO SOLARES
Ver esquema

19. 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.
FUNCIONAMIENTO

20. 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.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LA EÓLICO
SOLAR

21. Aeroturbina

22. 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.
ENERGÍA SOLAR
TÉRMICA

23. CLASIFICACIÓN DE LA ENERGIA SOLAR
TÉRMICASegún 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

24. 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
APROVECHAMIENTO TÉRMICO A BAJA
TEMPERATURA

25. 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
COLECTORES SOLARES PLANOS
Despiece
Funcionamiento

26. 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.
PARTES DE UN COLECTOR SOLAR
PLANO

27. 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 invernadero
en 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%.
FUNCIONAMIENTO COLECTOR SOLAR
PLANO

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

29. ESQUEMA CLIMATIZACIÓN

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

31. 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.
CIRCULACIÓN NATURAL O TERMOCIRCULACIÓN

32. 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).
CIRCULACIÓN POR BOMBA O FORZADA

33. M2
COLECTORES PLANOS
INSTALADOS

34. COLECTORES PLANOS INSTALADOS
M2
/1000Hab

35. SISTEMAS DE MEDIA
TEMPERATURA
Son dispositivos 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. Otra aplicación industrial interesante de la energía solar es la
desalinización del agua de mar para la obtención de agua
potable.
DESALINIZACIÓN DEL AGUA MARINA

39. SISTEMAS DE ALTA
TEMPERATURALos 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. 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.
TIPOS DE FUNCIONAMIENTO DEL HORNO
SOLAR

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

42. PLATAFORMA SOLAR DE
ALMERIA
.
HELIOSTATOS
RECEPTOR SOLAR

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.