Sistema solar termico

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Sistema solar termico

  1. 1. http://www.todo-solar.com.mxTutorial de Sistemas Solares Térmicos Marzo de 2010 Torreón, Coah., México. Marzo de 2010Imagen de fondo: Central solar Andasol España 1
  2. 2. http://www.todo-solar.com.mxTutorial de Sistemas Solares Térmicos Marzo de 2010 Índice 2 Introducción 3 1. Fundamentos del Sistema Solar Térmico 4 1.1 Aprovechamiento de la energía solar 5 1.2 Elementos principales de una instalación solar 6 2. Tecnologías y Aplicaciones 14 2.1 Energía Solar Termoeléctrica 15 2.2 Energía Solar Térmica 25
  3. 3. http://www.todo-solar.com.mxTutorial de Sistemas Solares Térmicos Marzo de 2010 3 Introducción Los sistemas solares térmicos nacen de la necesidad del hombre de cubrir dos aspectos fundamentales de su diario vivir: La generación tanto de electricidad, como de calor. Este último, siendo utilizado, además, y contra lo que se pudiera pensar, para la refrigeración de espacios. Así pues, podemos definir a este tipo de sistemas como aquellos que hacen uso térmico de la energía solar en general. De este modo, el presente tutorial busca explicar de manera clara y concisa la aplicación de cada una de las tecnologías térmicas existentes, así como los alcances de las mismas.
  4. 4. http://www.todo-solar.com.mxTutorial de Sistemas Solares Térmicos Marzo de 2010 4
  5. 5. http://www.todo-solar.com.mxTutorial de Sistemas Solares Térmicos Marzo de 2010 5 1.1 Aprovechamiento de la energía solar El funcionamiento de un sistema solar térmico se basa en la idea de que mediante un receptor, cuya tecnología varía de un sistema a otro, se pretende calentar un fluido, generalmente agua o aire, para producir vapor o simplemente realizar un intercambio térmico con algún fin específico. Para lograr esto, los captadores solares, generalmente, se valen de superficies oscuras con la finalidad de absorber la mayor cantidad de radiación solar posible. En ocasiones, se utilizan sistemas de almacenamiento para abastecer el consumo cuando sea necesario. Fuente: Instituto para la diversificación y ahorro de energía (IDAE) Madrid, España
  6. 6. http://www.todo-solar.com.mxTutorial de Sistemas Solares Térmicos Marzo de 2010 6 1.2 Elementos principales de una instalación solar Colectores Solares Con el objetivo de incrementar la cantidad de energía absorbida por un colector, se han diseñado distintas versiones de los mismos. Destacan: Colectores planos. Utilizan como fluido el agua. Colectores de tubo de vacío. que alcanzan temperaturas más elevadas de funcionamiento. Reduciendo sus pérdidas, gracias al vacío existente en el tubo. Colectores solares de aire. Un abanico energizado por una celda fotovoltáica introduce aire al colector. El aire se calienta por radiación solar, para luego enviarse al espacio a calentar.
  7. 7. http://www.todo-solar.com.mxTutorial de Sistemas Solares Térmicos Marzo de 2010 7 1.2 Elementos principales de una instalación solar Sistema de Distribución El sistema de distribución tiene como meta el transportar el fluido caliente hasta su punto de consumo. De este modo, dependiendo de las condiciones climáticas del lugar de ubicación del sistema, así como las necesidades a satisfacer, podemos clasificarlo en cuatro principales tipos de instalación: •Instalaciones de Circuito Abierto •Instalaciones de Circuito Cerrado •Circulación forzada de agua •Circulación natural o con termosifón
  8. 8. http://www.todo-solar.com.mxTutorial de Sistemas Solares Térmicos Marzo de 2010 8 1.2 Elementos principales de una instalación solar Sistema de Distribución •Instalaciones de Circuito Abierto. Transfieren directamente agua caliente hacia el depósito de almacenaje. 1. El colector Calienta el agua. 2. Al aumentar la temperatura del agua, esta tiende a subir, pues es menos densa. 3. Una vez que el agua caliente llega al depósito acumulador, este deja fluir el equivalente de agua más fría hacia el colector. Fuente: Instituto para la diversificación y ahorro de energía (IDAE) Madrid, España Ventajas: •Sencillo de fabricar e instalar •Económico Desventajas: •Riesgo de rotura por congelación en periodos de heladas. Por lo que es necesario vaciar el circuito en épocas muy frías . •Obstrucciones en el colector, por la calidad del agua. Por lo que se requiere de ciertos aditivos o equipo electrónico.
  9. 9. http://www.todo-solar.com.mxTutorial de Sistemas Solares Térmicos Marzo de 2010 9 1.2 Elementos principales de una instalación solar Sistema de Distribución •Instalaciones de Circuito Cerrado. Se compone de dos circuitos: 1. Circuito primario del sistema captador. Aquí se introduce un fluido especial que circula dentro del colector , el cual, mediante un intercambiador de calor, aumenta la temperatura del agua del tanque. 2. Circuito secundario. Aquí se encuentra el tanque de almacenamiento. Ventajas: •El agua del depósito NO se mezcla con el fluido del colector •Al usar anticongelante en el circuito primario, el sistema funciona aún en climas donde las temperaturas bajen los cero grados centígrados Desventajas: •Más difícil de fabricar e instalar •Más costoso que el de circuito abierto Fuente: Instituto para la diversificación y ahorro de energía (IDAE) Madrid, España
  10. 10. http://www.todo-solar.com.mxTutorial de Sistemas Solares Térmicos Marzo de 2010 10 1.2 Elementos principales de una instalación solar Sistema de Distribución •Circulación forzada de agua Basa su funcionamiento en una bomba de impulsión, energizada por una fuente de alimentación externa . Común en climas fríos, donde se busca minimizar pérdidas de calor. Utilizado para instalaciones de cualquier tamaño. Ventajas: •Transfiere el fluido circulante de manera más rápida •Menos pérdida de calor en la distribución. •Permite interrumpir el flujo cuando el agua del acumulador esté más caliente que el fluido del colector. Desventajas: •Costo extra por la bomba Fuente: Instituto para la diversificación y ahorro de energía (IDAE) Madrid, España
  11. 11. http://www.todo-solar.com.mxTutorial de Sistemas Solares Térmicos Marzo de 2010 11 1.2 Elementos principales de una instalación solar Sistema de Distribución •Circulación natural o con termosifón Su funcionamiento es básicamente el mismo que el de una instalación de circuito abierto, aprovechando la circulación natural del agua caliente, la cual tiende a subir al elevar su temperatura. Utilizados en zonas de clima cálido. Únicamente para pequeñas instalaciones solares. Fuente: Instituto para la diversificación y ahorro de energía (IDAE) Madrid, España
  12. 12. http://www.todo-solar.com.mxTutorial de Sistemas Solares Térmicos Marzo de 2010 12 1.2 Elementos principales de una instalación solar Almacenamiento Para aprovechar al máximo la energía proveniente del sol, es necesario almacenarla, para utilizarla cuando se requiera. Por norma general, los depósitos cilíndricos son los que mejores resultados brindan al momento de almacenar calor. Esto gracias al fenómeno de estratificación, mediante el cual, el agua caliente disminuye su densidad y tiende a ascender sobre el agua fría, más densa. Entre más alto sea el depósito, mayor será la diferencia de temperatura entre la parte superior e inferior del tanque. Un punto a tomar en cuenta es la calidad del agua a almacenar, puesto que esta puede producir corrosión, misma que puede evitarse mediante el uso de sistemas electrónicos .
  13. 13. http://www.todo-solar.com.mxTutorial de Sistemas Solares Térmicos Marzo de 2010 Tanque de gas Colector Solar Tanque Acumulador Unidad de control 13 1.2 Elementos principales de una instalación solar Sistema de apoyo de energía Cuando la radiación solar no es suficiente para generar la energía demandada y/o el consumo excede lo previsto, siempre será bienvenido un sistema de apoyo que ayude a cubrir dichas necesidades energéticas. Por lo general, estos sistemas de apoyo se basan en fuentes convencionales de energía. Principalmente: •Sistemas eléctricos que proporcionan calor mediante resistencias. •Calderas de gas, como sucede en el caso de los boiler convencionales. Siendo así, es indispensable contar con un sistema de control adecuado que permita alternar entre la fuente solar y la convencional. Procurando hacer uso mínimo de esta última.
  14. 14. http://www.todo-solar.com.mxTutorial de Sistemas Solares Térmicos Marzo de 2010 14
  15. 15. http://www.todo-solar.com.mxTutorial de Sistemas Solares Térmicos Marzo de 2010 15 2.1 Energía Solar Termoeléctrica Conceptos clave •La temperatura a la cual una superficie es calentada gracias a la radiación solar se determina por: T=radiación incidente - pérdidas por conducción, convección y reflexión •La selección de superficies capaces de absorber la luz visible del sol, sin perder energía a causa de la radiación infra-roja, permite mayores temperaturas. •La temperatura puede incrementarse notablemente al utilizar sistemas de concentración solar, mediante superficies altamente reflejantes o lentes de aumento. •Existen tres tipos básicos de captación solar térmica: No Concentrado, Concentrado a una línea y Concentrado a un Punto.
  16. 16. http://www.todo-solar.com.mxTutorial de Sistemas Solares Térmicos Marzo de 2010 16 2.1 Energía Solar Termoeléctrica Conceptos clave •Colectores No Concentrados. Utilizados para generar temperaturas relativamente bajas, por ejemplo, para uso doméstico. •Colectores Concentrados en una Línea. Mediante superficies especiales, permiten un radio de concentración de hasta 20 veces la de un Colector sin concentración, por lo que pueden ser capaces de alcanzar temperaturas lo suficientemente altas como para generar electricidad. •Colectores Concentrados en un Punto. Permiten un radio de concentración de hasta 1000 veces la de un Colector sin concentración, sin necesidad de superficies especiales. Es posible generar hidrógeno del agua.
  17. 17. http://www.todo-solar.com.mxTutorial de Sistemas Solares Térmicos Marzo de 2010 17 2.1 Energía Solar Termoeléctrica Conceptos clave Fuente: Instituto para la diversificación y ahorro de energía (IDAE) Madrid, España
  18. 18. http://www.todo-solar.com.mxTutorial de Sistemas Solares Térmicos Marzo de 2010 18 2.1 Energía Solar Termoeléctrica Principales Tecnologías Meta: Incrementar la radiación incidente en el receptor
  19. 19. http://www.todo-solar.com.mxTutorial de Sistemas Solares Térmicos Marzo de 2010 19 2.1 Energía Solar Termoeléctrica Principales Tecnologías Colector de Canal Parabólico (CSP por sus siglas en Inglés) Los Colectores de Canal Parabólico concentran la radiación solar en un tubo situado en el eje de la parábola, por el cual circula un fluido que facilita la transferencia de calor. La implementación de un sistema de seguimiento de la trayectoria del Sol permite incrementar la eficiencia en la conversión de la Radiación solar por Día a Calor generado por día.
  20. 20. http://www.todo-solar.com.mxTutorial de Sistemas Solares Térmicos Marzo de 2010 20 2.1 Energía Solar Termoeléctrica Principales Tecnologías Colector de Canal Parabólico (CSP por sus siglas en Inglés) Fuente: Departamento de Energía de los Estados Unidos de América El fluido caliente es bombeado a través de una serie de intercambiadores de calor para producir vapor extremadamente caliente capaz de mover una turbina para generar electricidad.
  21. 21. http://www.todo-solar.com.mxTutorial de Sistemas Solares Térmicos Marzo de 2010 21 2.1 Energía Solar Termoeléctrica Principales Tecnologías Colector de Plato Parabólico Concentra la energía solar en un solo punto, en el cual se ubica un motor Stirling, el cual convierte directamente la radiación en electricidad. Su diseño modular lo hace una buena opción para la generación de energía en las zonas rurales donde la red eléctrica no está disponible. Sin embargo, la inversión inicial es muy costosa.
  22. 22. http://www.todo-solar.com.mxTutorial de Sistemas Solares Térmicos Marzo de 2010 22 2.1 Energía Solar Termoeléctrica Principales Tecnologías Colector de Torre Central Consiste de un campo de Heliostatos (Reflectores), que concentran la radiación del Sol en un receptor central, a lo alto de una Torre. En este sistema, un compuesto especial de sal es bombeado desde un tanque “frío” (288°C), para pasar a través del receptor central, donde se calienta, llegando hasta los 565°C para volver a un tanque “caliente” Los sistemas actuales permiten almacenar el calor en un rango de 3 a 13 horas.
  23. 23. http://www.todo-solar.com.mxTutorial de Sistemas Solares Térmicos Marzo de 2010 Fuente: Sandia National Laboratories 23 2.1 Energía Solar Termoeléctrica Principales Tecnologías Colector de Torre Central
  24. 24. http://www.todo-solar.com.mxTutorial de Sistemas Solares Térmicos Marzo de 2010 24 2.1 Energía Solar Termoeléctrica Principales Tecnologías Tecnología Temperatura (°C) Eficiencia máxima de conversión Plato Parabólico 50 – 1000 80% Torre Central 500 – 800 73% Canal Parabólico 260 -400 56% Colector plano 30 -100 21%
  25. 25. http://www.todo-solar.com.mxTutorial de Sistemas Solares Térmicos Marzo de 2010 25 2.2 Energía Solar Térmica Colectores de baja temperatura Dentro de esta clasificación entran los Colectores planos. •Caja normalmente de aluminio. •Cubierta de vidrio templado que favorece el efecto invernadero. •Superficie captadora que incluye un absorbedor de cobre •Aislamiento de fibra de vidrio en el fondo •Máxima temperatura aprox. 127°C •Principales aplicaciones: Calentamiento de agua y espacio, aire acondicionado y procesos industriales.
  26. 26. http://www.todo-solar.com.mxTutorial de Sistemas Solares Térmicos Marzo de 2010 26 2.2 Energía Solar Térmica Colectores de baja temperatura Sistema para Calentar Agua
  27. 27. http://www.todo-solar.com.mxTutorial de Sistemas Solares Térmicos Marzo de 2010 27 2.2 Energía Solar Térmica Aplicaciones En usos Domésticos: •Agua caliente sanitaria. •Climatización de piscinas •Calefacción de edificios •Refrigeración (con máquinas de absorción) En usos Industriales: •Secaderos Agrícolas •Calefacción de invernaderos •Granjas avícolas y porcinas
  28. 28. http://www.todo-solar.com.mxTutorial de Sistemas Solares Térmicos Marzo de 2010 28 gerardo.ortiz@todo-solar.com.mx

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