Tema 1 Energia Solar.pptx

2. La posición del Sol en
el cielo en las
distintas horas del día
depende de dos
factores:
• Posición del
Observador:
determinada sobre la
superficie terrestre
mediante las
coordenadas
geográficas
• Estaciones del Año:
surgen de la órbita
que describe la tierra
sobre un plano
denominado eclíptica,
que
contiene el centro de
la Tierra y el Sol. En
este plano, el eje de
rotación de la tierra
es de 23° 27´
La consecuencia de la constante inclinación del eje es que en las distintas épocas del año, un
observador ubicado en el mismo sitio en la tierra, ve el Sol al mediodía más alto con respecto al
horizonte en Verano que en Invierno. Consecuentemente con ello, los rayos solares inciden en la
tierra más oblicuamente en Invierno que en Verano y las Horas de Sol son inferiores

3. RADIACION SOLAR
Como punto de partida debemos tener en cuenta que la luz es una de las
formas que adopta la energía para trasladarse de un lugar a otro. En el caso
del Sol, los rayos solares se propagan a través del espacio en forma de
ondas electromagnéticas de energía. Este fenómeno físico, más conocido
como radiación solar, es el responsable de que nuestro planeta reciba un
aporte energético continuo de aproximadamente 1.367 W/m2.
Un valor que recibe el nombre de constante solar y que, al cabo de un año,
equivaldría a 20 veces la energía almacenada en todas las reservas de
combustibles fósiles del mundo (petróleo, carbón…). IDAE 2004

4. Temperatura Efectiva del Sol – Tsol El Sol es una esfera de 695.000 Km. de radio y masa de 1,989 x
1030 Kg., cuya distancia media de la Tierra es 1,5x1011 metros. Su composición química es
básicamente de hidrógeno y helio, en las proporciones de 92,1 y 7,8%, respectivamente.
La energía solar se genera en el núcleo del Sol, a través de reacciones de fusión nuclear cuando
cuatro protones de hidrógeno se transforman en un átomo de helio, liberando gran cantidad de
energía, en esta región, la temperatura del Sol llega a 15 millones de grados Celsius. La figura 1.4
ilustra las principales características del sol. Para cálculos simplificados de ingeniería, es común
adoptar para la temperatura del Sol el valor aproximado de 6000K.

5. La energía producida en el interior del Sol va a seguir un largo recorrido hasta
llegar a la superficie del Sol.
Después de emitida por el Sol, esa energía se propaga por todo el espacio a
una velocidad de 299 793 km/s en forma de radiación electromagnética.
La radiación electromagnética puede presentar longitudes de onda o
frecuencias que están por lo general agrupados en diferentes regiones como
se muestra en la figura

6. La radiación emitida por el Sol,
una forma de radiación
térmica, está
en el intervalo de longitudes
de onda entre 0,1 y 3,0 μm,
conocida como banda solar.
Del total de la energía
contenida en esas longitudes
de
onda, el 7% está en la región
del
ultravioleta, el 46,8% en la
visible y
el resto en la banda del
infrarrojo
cercano, conforme es
mostrado en la
figura 1.2. La radiación
emitida por
cuerpos a 100oC ó más,
1000oC por
ejemplo, ocurre en la región
del
infrarrojo, entre 0.7 y 100μm.
La
región de longitudes de onda
superiores a 3,0 μm se conoce
como
banda de emisión.
[Las radiaciones de calor que
provienen del
sol son de “onda corta” o banda
solar, las
radiaciones de calor de los cuerpos a
“baja
temperatura” son radiaciones de
onda larga o banda de emisión este
hecho es muy importante para la

8. El Cuerpo Negro
El cuerpo negro es una
superficie ideal, utilizada como
referencia para evaluación de las
propiedades radiantes de superficies
reales.
Un cuerpo negro
presenta las siguientes características:
1. Absorbe toda la radiación incidente sobre él.
2. Ninguna superficie puede emitir más energía que un cuerpo negro.
3. Es un emisor difuso.

9. La declinación del Sol, pues, es la
razón de que los mayores valores de
radiación no se Produzcan en el
ecuador sino en
latitudes por encima y por debajo de
los trópicos de Cáncer y Capricornio.
La distancia Tierra- Sol vara entre
aproximadamente 147:1 (afelio)
y 152:1 (perihelio) millones de
km.
La distancia media Tierra-Sol1 es
r0 ' 149:6 millones de km, por lo
que la distancia Tierra-Sol, r,
vara menos de 2% con respecto a
su valor medio, dependiendo de
la posición de la Tierra en su
orbita.

10. En este manual nos referimos a la potencia incidente por unidad de
superficie o flujo de energía (en W/m2) como la irradiancia solar. Por otro
lado, nos referimos la energía por unidad de superficie que incide en
determinado periodo de tiempo (10 minutos, una hora, un da) como la
irradiación solar y se expresa en J/m2, kJ/m2, MJ/m2.
Radiación Solar: Es el flujo de energía que recibimos del Sol en forma de
ondas electromagnéticas de diferentes frecuencias (luz visible, infrarroja y
ultravioleta). Aproximadamente la mitad de las que recibimos,
comprendidas entre y , pueden ser detectadas por el ojo humano,
constituyendo lo que conocemos como luz visible. De la otra mitad, la
mayoría se sitúa en la parte infrarroja del espectro y una pequeña parte en
la ultravioleta. La porción de esta radiación que no es absorbida por la
atmosfera, es la que produce quemaduras en la piel a la gente que se
expone muchas horas al día sin protección. La radiación solar se mide
normalmente con un instrumento denominado piranómetro

11. Radiación Directa: Es aquella que llega directamente del Sol sin haber
sufrido cambio alguno en su dirección. Este tipo de radiación se caracteriza
por proyectar una sombra definida de los objetos opacos que la interceptan.
Radiación Difusa: Parte de la radiación que atraviesa la atmosfera es
reflejada por las nubes o absorbida por estas. Esta radiación, que se
denomina difusa, va en todas direcciones, como consecuencia de las
reflexiones y absorciones, no solo de las nubes sino de las partículas de
polvo atmosférico, montañas, arboles, edificios, el propio suelo, etc. Este
tipo de radiación se caracteriza por no producir sombra alguna respecto a
los objetos opacos interpuestos. Las superficies horizontales son las que
más radiación difusa reciben, ya que ven toda la bóveda celeste, mientras
que las verticales reciben menos porque solo ven la mitad.
Radiación Reflejada: La radiación reflejada es, como su nombre indica,
aquella reflejada por la superficie terrestre. La cantidad de radiación
depende del coeficiente de reflexión de la superficie, llamado también
albedo. Las superficies horizontales no reciben ninguna radiación reflejada,
porque no ven ninguna superficie terrestre y las superficies verticales son
las que más radiación reflejada reciben.
Radiación Global: es la radiación total. Es la suma de las tres radiaciones. En
un día despejado, con cielo limpio, la radiación directa es preponderante
sobre la radiación difusa. Por el contrario, en un día nublado no existe
radiación directa y la totalidad de la radiación que incide es difusa.

14. Elementos principales de una
instalación solar
Captadores solares
Se han diseñado distintas y avanzadas
versiones de captadores solares
térmicos con el objetivo de
incrementar la cantidad de energía
absorbida y disminuir las pérdidas.
Aunque los más comunes son los
captadores planos
Las
dimensiones
de los
captadores
solares son
muy diversas y
van desde los
0,5 m2 los más
pequeños,
hasta los 8 m2
los más
grandes,
siendo la
medida más
habitual en
torno a los 2

17. Sistema de distribución
El sistema de distribución es el que se encarga de transportar el fluido caliente
contenido en
los captadores solares hasta el punto de consumo.
Manual IDAE

19. m× Cp × (Tf -Ti)
η = ––––––––––––––––
Ig × Acapt × dt
Rendimiento del
sistema
En la que:
m representa la masa de agua en kg.
Cp representa el calor específico a presión constante del agua,
igual a 4185 (J/(kg·ºC)).
Tf representa la temperatura final del agua, en ºC.
Ti representa la temperatura inicial del agua, en ºC.
Ig representa la radiación global en el plano del captador, en
(W/m2), que para un
día con el cielo limpio, cerca del mediodía, presenta valores entre
los 800 y los
1000W/m2.
Acapt representa el área del absorbedor, en m2.
Instituto Tecnológico de Canarias, S.A., 2007

22. ELEMENTOS DE LA INSTALACIÓN
Heliostatos (1): Son varios espejos orientables, en los que se reflejan la luz
del Sol, haciendo que converjan a la caldera.
Caldera (2): Es la parte de la central solar en la que convergen los rayos
solares reflejados por heliostatos, alcanzando una gran temperatura. Al
alcanzar una temperatura alta, calienta el agua que pasa por ella y la
transforma en vapor.
Turbina (3): El vapor generado en la caldera mueve la turbina, la cual está
unida al generador para que este reciba su movimiento.
Generador o alternador (4): Es el encargado de generar energía eléctrica,
gracias al movimiento rotatorio de la turbina, el generador transforma ese
movimiento en energía eléctrica mediante inducción.
Acumulador (5): Almacena la energía calorífica que no ha sido utilizada,
ejemplo de los clásicos termos de agua caliente, parar su posterior uso en
ausencia de radiación solar.
Transformador (6): Dispositivo eléctrico que se encarga de cambiar el nivel
de las tensiones y corrientes eléctricas que se generan en el alternador, para
que de esta manera puedan ser transmitidas a la red eléctrica.
Condensador (7): Es donde se convierte el vapor (proveniente de la turbina)
en agua líquida. Ello es debido a que en el interior del condensador existe un
circuito de enfriamiento encargado de enfriar el vapor, transformándolo en
agua líquida.
Bomba (8): Es la encargada de impulsar el agua de nuevo hasta la caldera.
Centro de control (9): Es donde se controla todo el proceso de

23. Usos y aplicaciones
La energía solar térmica es una alternativa muy interesante en una gran
variedad de aplicaciones, entre las que se encuentra el agua caliente sanitaria,
la calefacción, la climatización de piscinas, o la producción de calor en multitud
de procesos industriales.
Sistemas de calefacción
Climatización de piscinas
Refrigeración en edificios

24. Tecnologías de baja temperatura
Por aprovechamiento de baja temperatura se entiende todos aquellos sistemas de
energía solar en los que el fluido calentado no sobrepasa los 100 °C. Estas
instalaciones se caracterizan por emplear como elemento receptor de energía un
captador fijo de placa plana o un captador solar de vacío.
Tecnologías de media y alta temperatura
La tecnología de media temperatura va destinada a aquellas aplicaciones que
requieren temperaturas más elevadas de trabajo. A partir de los 80 °C los
captadores planos convencionales presentan rendimientos bajos y cuando se
pretende generar vapor entre 100 °C y 250 °C debe acudirse a otro tipo de
elementos de captación.
En las tecnologías de alta temperatura, la radiación solar puede servir para la
generación de electricidad a gran escala. Mediante un proceso que convierte el calor
en energía mecánica y posteriormente en energía eléctrica, se consiguen altas
capacidades en la producción de electricidad.
En este tipo de
instalaciones se
llegan a superar
los 2.000 °C

25. CENTRALES TERMOSOLARES DE CILINDROS PARABOLICOS
En una central eléctrica de colectores cilindro parabólicos los espejos del campo solar
se encargan de concentrar la radiación solar incidente en un tubo absorbedor ubicado
en la línea focal del colector. Por los tubos circula un líquido portador de calor (circuito
cerrado) que se calienta hasta alcanzar una temperatura aproximada de 400°C debido a
la radiación solar concentrada. El líquido caliente se bombea hacia un bloque central de
la planta. En este bloque el líquido caliente circula a través de intercambiadores de
calor. Así de esta manera se genera vapor de agua. Al igual que en centrales eléctricas
convencionales, el vapor acciona una turbina equipada con un generador eléctrico.
Instalando adicionalmente un acumulador de calor es posible operar la central eléctrica
a plena capacidad incluso durante la noche o en caso de que el cielo este nublado.

27. HORNOS SOLARES
Otra de las
aplicaciones de la
energía solar
térmica es la
cocción de
alimentos, se
puede decir que
este es un uso más
directo de dicha
energía debido a
que se usa una
cantidad menor de
dispositivos para
su
aprovechamiento.

28. Sistemas Fotovoltaicos

29. Dónde y cómo deberían situarse
los módulos fotovoltaicos?
Si se observan las posiciones del Sol al amanecer, mediodía y atardecer en cualquier lugar del
hemisferio norte, se verá cómo el Sol sale por el este, se desplaza en dirección sur y se pone por el
oeste.
Es por eso por lo que para aprovechar al máximo la luz solar la orientación de los paneles se hace
hacia el sur en el hemisferio norte y hacia el norte en el hemisferio sur. En definitiva, los paneles se
instalarán siempre mirando hacia el Ecuador.
La inclinación óptima de los módulos fotovoltaicos depende de:
1. La latitud del lugar donde se van a instalar.
2. La tipología, según sea una instalación conectada o
aislada de la red eléctrica.
En una instalación conectada a la red eléctrica lo que se persigue es la máxima producción anual (la
mayor cantidad posible de kWh a lo largo del año); para conseguir este fin los paneles fotovoltaicos se
inclinan entre 5º y 10º menos que la latitud, aunque lo que se deja de generar por estar inclinados por

30. Cálculos para un sistema básico fotovoltaico
Seguidamente se da un ejemplo de la estimación de la cantidad de módulos y baterías
requerida para un sistema fotovoltaico básico (corriente directa a 12 voltios), para
aplicaciones eléctricas básicas. En el caso de que el sistema requiera de una capacidad
mayor y/o un inversor para suplir corriente alterna, el esquema aquí presentado, es
más elaborado.