conceptos básicos para una instalación de energía solar

1. Universidad Mayor de San Simón
FACULTAD TECNICA DEL VALLE ALTOFACULTAD TECNICA DEL VALLE ALTO
(F.T.V.A.)(F.T.V.A.)
Arq. Huáscar Ariel Rivera Castellón
INSTALACIONES EN
EDIFICIOS
MATERIA:MATERIA:
DOCENTE:DOCENTE:
Cochabamba – Bolivia
I/2011

2. UNIDAD 5
ENERGIA SOLAR
5.1. Conceptos generales.
5.2. Paneles solares.
5.3. Sistemas para agua caliente.
5.4. Sistemas Fotovoltaicos.
5.5. Aplicaciones.

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
.

4. 5.1. CONCEPTOS GENERALES
La energia solar se esta convirtiendo en un tema comun,
para muchas personas el sol es una fuente opcional de
Energia por ser limpia y que no contamina.
Cuando se habla de radiacion solar, se hace referencia a la
emision electromagnetica que proviene directamente
del disco solar. La radiacion alcanza la tierra alrededor
de 8 minutos despues del proceso de emision y en cuanto la
Radiacion solar penetra en la atmosfera terrestre, es
absosrvida y disfundida

5. La constante solar
Cantidad de energia radiante proveniente del sol que cae
en una unidad de tiempo (un segundo) en una superficie
de un m2 perpendicular a los rayos solares en un punto
exterior a la atmosfera y a una distancia del so equivalente
A la medida del radio de la orbita de la tierra para la ciudad
de cochabamba se toma el valor de I=1370 w/m2

6. La tecnologia para la transformacion de energia solar son:
Conversión fototérmica: transformacion de energia solar en
calor util
Conversion fotovoltaica: Transforma directamente la
radiacion solar en electricidad.

7. Conversión fototérmica: transformacion de energia solar en
calor util
Consiste en colectores solares que absorven la radiacion
solar en una superficie negra

8. Conversion fotovoltaica: Transforma directamente la
radiacion solar en electricidad.
Transformal la radiacion solar en electricidad son llamados
paneles solares, compuestso de celdas solares semiconductoras
cuya fabricacion requiere tecnologia avanzada.
Las celdas se basan en efectos fotoelectricos, medio del cual
Fotones de luz de cierta energia libran electrones de su orbita
Permitiendo desplazamiento libre.

9. Las células fotovoltaicas permiten que la luz del sol se convierta en energía.

18. ENERGIA
SOLAR

19. 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.

20. 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

21. 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.

22. 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

23. 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

24. 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?

25. 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

26. 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

27. 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.

28. 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

29. 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.

30. 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
INSTALACIÓN AUTÓNOMA

31. 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.

32. 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

33. 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

34. 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

35. Aeroturbina

36. 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

37. 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

38. 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

39. 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

40. 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

41. 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

42. ESQUEMA CLIMATIZACIÓN PISCINA

43. REFLEXIÓN DE LA RADIACIÓN EN UN
COLECTOR CILINDRO PARABÓLICO

44. Heliostatos
Receptor
solar Turbina
Alternador
ESQUEMA HORNO SOLAR DE TORRE
CENTRAL

45. PLATAFORMA SOLAR DE
ALMERIA
.
HELIOSTATOS
RECEPTOR
SOLAR

46. 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).

47. 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.

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

50. ENERGÍAENERGÍA
RENOVABLERENOVABLE

51. 51
Qué esQué es
Energía Renovable?Energía Renovable?
 Aprovechamiento de cualquier fuente
de energía que no se agota por su uso,
tales como la hídrica, solar, eólica,
biomasa y geotérmica

52. 52
Ventajas:
Potencial reducción del consumo de combustibles
fósiles importados,
No es contaminante / disminución impactos al
ambiente, que resultan de las actividades de generación
de energía con combustibles fósiles,
Oportunidad de acceso a la energía eléctrica en lugares
remotos,
Garantizan la seguridad energética en el país,
Estímulo a la empresa privada,
Mejoramiento de la calidad de vida de las personas
 Aprovechamiento de un recurso que se restableceAprovechamiento de un recurso que se restablece
rápidamente,rápidamente,

53. 53
Desventajas:
• RequierenRequieren unauna alta inversión inicialalta inversión inicial,,
• En muchos casos se requiereEn muchos casos se requierenn
estudios técnicos detallados paraestudios técnicos detallados para
conocer el potencialconocer el potencial
• Fluctuaciones en la producción de energía, debido aFluctuaciones en la producción de energía, debido a
la disponibilidad variable de los recursos naturalesla disponibilidad variable de los recursos naturales,,
• Aplicación depende de la disponibilidad de recursosAplicación depende de la disponibilidad de recursos
en el sitioen el sitio,,

54. 54
Tipos deTipos de
Energía RenovableEnergía Renovable
SOLARSOLAR
BIOMASABIOMASA
HIDRÁULICHIDRÁULIC
AA
GEOTÉRMICAGEOTÉRMICA
EÓLICAEÓLICA

55. 55
Es la que proviene del
sol y se transfiere a la
superficie terrestre
pudiendo ser
aprovechada en
aplicaciones térmicas
(para producir calor) y
fotovoltaicas (para
generar electricidad)
ENERGÍA SOLARENERGÍA SOLAR

56. 56
Dos formas:
• Conversión Térmica:
Convierte la radiación solar en
calor para calentamiento de agua
y secado de granos
CConversiónonversión FFotovoltáica:otovoltáica:
GGeneración directa de electricidad a partireneración directa de electricidad a partir
de la luz del Solde la luz del Sol
ENERGÍA SOLARENERGÍA SOLAR

57. 57
ENERGÍA SOLARENERGÍA SOLAR
VENTAJAS:
• Ideal para lugares alejados
de la Red Eléctrica
Comercial
• No Requieren Combustible
• Mínimo Mantenimiento
• Sistemas Modulares
• Larga Vida Util
• Sistemas Silenciosos
• No Contaminan
• Fácil Transporte e
Instalación
DESVENTAJAS:DESVENTAJAS:
 Alto costo inicialAlto costo inicial
 Capacidad reducidaCapacidad reducida
 Requiere de un programaRequiere de un programa
de recuperación y manejode recuperación y manejo
de las baterías usadasde las baterías usadas

58. 58
Utilización del agua que corre por
la superficie de la tierra. La forma
usual de aprovechamiento es la
conversión del potencial
gravitacional del agua en energía
de presión, ya sea captando el
agua en una tubería de presión o
bien reteniendo la corriente por
medio de una cortina construida en
el cauce del río, para luego ser
transformada en una corriente
eléctrica
ENERGÍA HIDRAULICAENERGÍA HIDRAULICA

59. 59
Las centrales generadoras se
clasifican según su tamaño, en:
MMicrocentralesicrocentrales límite de 50 KW
MiMinicentralesnicentrales 50 a 500 KW
PPequeñas centralesequeñas centrales 500 a 5,000 KW
Grandes CentralesGrandes Centrales más de 5,000 KW
ENERGÍA HIDRAULICAENERGÍA HIDRAULICA

60. 60
Energía obtenida
a partir de la
fuerza y
velocidad del
viento
ENERGÍA EOLICAENERGÍA EOLICA

61. • Se reduce la dependencia de combustibles fósiles y
los niveles de emisiones contaminantes, asociados a
su consumo, se reducen proporcionalmente a la
generación con energía eólica.
• Las tecnologías de la energía eólica se encuentran
desarrolladas para competir con otras fuentes
energéticas.
• El tiempo de construcción es menor con respecto a
otras opciones energéticas.
• Son plantas modulares, convenientes cuando se
requiere tiempo de respuesta de crecimiento rápido.
VVENTAJAS COMPETITIVASENTAJAS COMPETITIVAS
ENERGÍA EOLICAENERGÍA EOLICA

62. 62
 RuidoRuido
 Requieren estudios deRequieren estudios de
viento de varios añosviento de varios años
 No garantizan los picos deNo garantizan los picos de
demandademanda
DESVDESVENTAJAENTAJASS
ENERGÍA EOLICAENERGÍA EOLICA

63. 63
Aprovechamiento de toda la
materia orgánica proveniente
del reino animal, vegetal y
residuos agroindustriales para
la generación de energía
eléctrica.
La transformación química de
productos orgánicos en
combustible, se denomina
Energía Biomásica.
ENERGÍA BIOMASICAENERGÍA BIOMASICA

64. 64

65. 65
Mezcla de gases resultantes de la
descomposición de materia orgánica, realizada
por acción bacteriana en condiciones
anaeróbicas, utilizando para esto, algún tipo de
digestor.
BIOGAS:
ENERGÍA BIOMASICAENERGÍA BIOMASICA

66. 66
Es la energía que
aprovecha el
calor almacenado
en el interior de la
tierra.
ENERGÍA GEOTERMICAENERGÍA GEOTERMICA

67. 67
Dilema del desarrolloDilema del desarrollo
eléctrico:eléctrico:
Cómo atender la demanda de electricidadCómo atender la demanda de electricidad
del país en forma sustentable?del país en forma sustentable?

72. 5.2. PANELES SOLARES
5.1. Conceptos generales.
5.2. Paneles solares.
5.3. Sistemas para agua caliente.
5.4. Sistemas Fotovoltaicos.
5.5. Aplicaciones.

73. 5.3. SISTEMAS PARA AGUA CALIENTE
5.1. Conceptos generales.
5.2. Paneles solares.
5.3. Sistemas para agua caliente.
5.4. Sistemas Fotovoltaicos.
5.5. Aplicaciones.

74. 5.4. SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
5.1. Conceptos generales.
5.2. Paneles solares.
5.3. Sistemas para agua caliente.
5.4. Sistemas Fotovoltaicos.
5.5. Aplicaciones.

75. 5.5. APLICACIONES
5.1. Conceptos generales.
5.2. Paneles solares.
5.3. Sistemas para agua caliente.
5.4. Sistemas Fotovoltaicos.
5.5. Aplicaciones.

78. Estas elevadas densidades de energía luminosa se utilizan para elevar la
temperatura de un fluido de trabajo (agua/vapor, aire, aceite, sales
fundidas) hasta alcanzar las temperaturas adecuadas para ciclos
termodinámicos de generación de electricidad (Rankine, Brayton,
Stirling).•Es importante buscar aplicaciones a la mayor T posible, ya que
eso permite obtener mayores eficiencias.
¿ Como funciona ?