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Óptica escula de verano

                           Energia Solar
                 presentado de: Dr. R. Evans, LEARS CICESE




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LEARS

                            laboratorio de energía
                            alterna, renovable y
                            sostenible

                           DET

                           óptica



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Resumn


                           Energía
                           Sol
                           Conversión
                           Óptica




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energía


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Energía

                           energía y entropía
                           Vida es complexidad
                           Cultura es información
                            información es orden
                           Segunda ley de termodinámica
                            aislado sistema– entropía
                            incrementa; menos orden
                           Energía es necesario para la
                           sociedad


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Energía

                                          usos

                           domestica
                           comida
                           transportación
                           fabricación
                           servicio
                           construcción



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Energía

                             unidades: Energía

                           1 J=1Nm=1 kg (m/s)2

                           1 eV=1.60217653×10−19 J
                           1 ton TNT=4.2 x 109 J
                           1 BTU= 1 x 103 J
                           1 cal= 4 J
                           kWh=3.6 x 106 J


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Energía

                            Unidades: trabajo

                           1 W = 1 J/s
                           1 BTU/s = 1 x 103 W
                           1 hp = 740 W
                             una persona; 0.6
                           ton de AC = 3500 W




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Energía

                                       trabajo
                           ford formula 1
                            800 hp
                           Bocho
                            54 hp
                           Pancho
                            1.2 : 0.1 hp
                            hasta 2.6 kW


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orden de magnitud
                  • US consumo: 1020 J/año
                           •   1012 J/año per capita

                           • 4 x 109 J/año dieta humano
                  •        Global 4 x 1020 J/año *

                  • Combustible fósil 1023 J
                  •        Energía Solar (US) 1023 J/año

                  • Ensenada: 1.47 x 107 J/(m2 día)
                  •        gas 32 x 106 J/L
                                                           * 1990
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Plantas de generación de energía
                         eléctrica en Baja California
                                                    Combustóleo y gas
               Rosarito       Rosarito (CFE)                             1330 MW
                                                        natural
               Mexicali    Cerro Prieto I (CFE)     Vapor geotérmico     180 MW

                           Cerro Prieto II (CFE)    Vapor geotérmico     220 MW

                           Cerro Prieto III (CFE)   Vapor geotérmico     220 MW

                           Cerro Prieto IV (CFE)    Vapor geotérmico     100 MW

                            Termoeléctrica de          Gas natural       600 MW
                            Mexicali de CC (PI)
                            Termoeléctrica la          Gas natural       1150 MW
                             Rosita de CC (PI)
              Ensenada            Ciprés                 Diesel          54.86 MW

                   Total                                                3564.86 MW

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Generación en México
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Fuente de energía                 Potencial

                               Geotérmica                     1000 MW

                                  Solar                    3.3-6.9 kWh/m2

                                  Eólica                   100-250 W/m2

                     Biomasa Desperdicios agrícola   3600 m3 NGE/día (Mexicali)

                      Desperdicios sólidos urbanos       25-30 MWe + calor

                              Algas marinas               ∼75000 BOE/año

                            Leña combustible                insignificante

                                                         ∼80 MWe (Mexicali)
                           Micro-hidroeléctrica
                                                          ∼20 MWe (Tecate)

                                 Mareas              ∼1200 MWe (Golfo de Cortéz)

                                                           Referencia: Huacuz ,IIE, 1995.
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el sol
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                           fuente de fotones

                            vacío

                            campo magnético del tierra

                            atmósfera




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Irradiancia solar
                           Distancia sol-tierra
                            órbita elíptica
                           atmósfera
                            latitud
                            fecha
                           actividad solar
                            años


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                                     ◦
                                          
                                   180            ◦
            sin(d) = −cos (Ds − 1)       sin(23.45 )
                                   182.6


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                                                       solsticio
                                                      de verano
                                                         80º
                                                               60º
                                                                     55º

                                                                          35º
                                                                       solsticio
                                                                      de invierno




                                                      S

                           Calefacción solar pasia para una casa
                                 en Ensenada B.C., México
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sol Calefacción e iluminación solar pasiva para una
                                  oficina en Ensenada B.C., México
                    solsticio
                   de verano
                      80º
                            60º
                                  55º

                                       35º
                                    solsticio
                                   de invierno
                                                 iluminación de oficina



                                                           Calefacción
                                                             de aire
                    S




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sol                                                    solsticio
                                                       de verano
                                                          80º
                                                                60º
                                                                      55º

                                                                           35º

                                          hd    lout                    solsticio
                                                                       de invierno



                                          lin
                                  hwin
                           htot
                                                       S
                                         ht



                             •luz directo nula
                             •iluminación máxima
                             •vista sin obstrucción
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                           ejemplo




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                           mes     J/(m2*dia)   kW h/(dia*m2)


                           julio   2.55E+07          6.8


                       enero       3.89E+06         1.05


                 promedio          1.47E+07         3.96



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                                     14 MJ/m2 de día
                                      3.8 kWh de m2
                           uso (mi casa) 130kWh cada dos mes
                                      0.5 m2 @100%
                                     PV (25%)=2 m2




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                           fotones

                            uso directo

                            foto-termal

                            fotovoltaica




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conversión

                                   foto-foto

                     pigmentos

                           absorción
                           selectiva

                     ventanas del
                     auto

                     “daylighting”

                     Láser


Thursday, August 5, 2010
conversión

                                   foto-foto

                     pigmentos

                           absorción
                           selectiva

                     ventanas del
                     auto

                     “daylighting”

                     Láser


Thursday, August 5, 2010
conversión

                                   foto-foto

                     pigmentos

                           absorción
                           selectiva

                     ventanas del
                     auto

                     “daylighting”

                     Láser


Thursday, August 5, 2010
conversión

                                   foto-foto

                     pigmentos

                           absorción
                           selectiva

                     ventanas del
                     auto

                     “daylighting”

                     Láser


Thursday, August 5, 2010
conversión

                                   foto-foto

                     pigmentos

                           absorción
                           selectiva

                     ventanas del
                     auto

                     “daylighting”

                     Láser


Thursday, August 5, 2010
conversión

                                   foto-foto

                     pigmentos

                           absorción
                           selectiva

                     ventanas del
                     auto

                     “daylighting”

                     Láser


Thursday, August 5, 2010
conversión

                                fotovoltaica



                           transición de electrón
                           absorción de fotón




Thursday, August 5, 2010
conversión

                                fotovoltaica


                           Carga de la batería
                           Seguimiento solar: posición
                           concertadores




Thursday, August 5, 2010
conversión




               Carga de la batería
Thursday, August 5, 2010
conversión




               Carga de la batería
Thursday, August 5, 2010
conversión




               Carga de la batería
Thursday, August 5, 2010
Seguimiento solar: posición
Thursday, August 5, 2010
conversión

                           Foto-térmico




Thursday, August 5, 2010
conversión

                                Foto-térmico


                           conducción




Thursday, August 5, 2010
conversión

                                Foto-térmico


                           conducción
                           radiación




Thursday, August 5, 2010
conversión

                                Foto-térmico


                           conducción
                           radiación
                           convección




Thursday, August 5, 2010
conversión

                                Foto-térmico


                                                ∂T
                           conducción   q = −kA
                                                ∂x
                           radiación
                           convección




Thursday, August 5, 2010
conversión

                                Foto-térmico


                                                ∂T
                           conducción   q = −kA
                                                ∂x
                                                4    4
                           radiación    q = σA(T1 − T2 )
                           convección




Thursday, August 5, 2010
conversión

                                Foto-térmico


                                                ∂T
                           conducción   q = −kA
                                                ∂x
                                                4    4
                           radiación    q = σA(T1 − T2 )
                           convección   q = hA(T1 − T2 )




Thursday, August 5, 2010
conversión

                           equilibrio térmica




Thursday, August 5, 2010
conversión

                           equilibrio térmica

                                    4
                                  σT = S




Thursday, August 5, 2010
conversión

                           equilibrio térmica

                                    4
                                  σT = S
                                              2
                                S = 1.0kW/m




Thursday, August 5, 2010
conversión

                           equilibrio térmica

                                       4
                                    σT = S
                                                    2
                                 S = 1.0kW/m

                                              −8    W
                              σ = 5.67 × 10
                                                   m2 K 4




Thursday, August 5, 2010
conversión

                           equilibrio térmica

                                       4
                                    σT = S
                                                    2
                                 S = 1.0kW/m

                                              −8    W
                              σ = 5.67 × 10
                                                   m2 K 4
                                                        ◦
                               T = 364K = 91.27 C




Thursday, August 5, 2010
conversión

                              Calentón Solar



                           en pisaron




Thursday, August 5, 2010
conversión




Thursday, August 5, 2010
conversión




ful for
olar




                                                                                                SOURCE: JUDY PEARSON
pes


 , or
made
well,
good                  Figure 1 Panel Cooker The “Cookit” panel cooker is simple but effective




 Thursday, August 5, 2010
A     Parabolic designs, illustrated in fig-
    conversión
      ure 3, have a dish reflector with a      As you can see from these examples,
      parabolic shape that reflects sunlight   solar cooker designers have been




h



ly


                    Figure 3 Parabolic
                    Cooker Parabolic solar
                    cookers produce concen-
                    trated heat




                                                       COOKING WITH THE SUN! P.2

    Thursday, August 5, 2010
conversión




  RENEWABLE ENERGY                                                                                         into a focal region
    THE INFINITE POWER
         OF TEXAS                                                                                          vessel, usually dar
                                                                                                           placed. Dependin
                                                                                                           reflector, very hig
                                                                                                           be reached. Such
                                                                                                           large solar collecti
                                                                                                           fore high power; b




                                                                                    SOURCE: JUDY PEARSON
                                                                                                           do not have an in
                                                                                                           chamber, so they
                                                                                                           to a conventional

                                                                                                           Some cooker desi
                           Figure 2 Box cooker Box cookers are excellent for slow                          high concentratio
                           cooking
                                                                                                           cooker with an in
                                                                                                           chamber. Such de
Thursday, August 5, 2010
                                                                                                           centrator ovens, c
El Paso solar
          pond
         70 kW
    Organic Rankin
         cycle




Thursday, August 5, 2010
El Paso solar
          pond
         70 kW
    Organic Rankin
         cycle




                              Isreal;
                           Ormat, 150 kW
                             Organic
                              Rankin
                               cycle

Thursday, August 5, 2010
conversión




Thursday, August 5, 2010
conversión




Thursday, August 5, 2010
conversión




Thursday, August 5, 2010
conversión

                              .''+%+()9+$9($#*+$)9)%$0+)+:*(#0.+9
                           +-)'(#)%*+%#)*,)-#!%        !#$%'(#)%*+%#)*,)-#!%




                              ./0)*+%#)*,)-#!%            #1/23%*+%#)*,)-#!%




Thursday, August 5, 2010
conversión

                           Motor Stirling

             Convertador
             termal-
             mechanica

                   alta eficiencia

             Dificil a
             fabricar

             Alta pression



Thursday, August 5, 2010
conversión                 Sandia Nation Labs
                             stirling engine




Thursday, August 5, 2010
conversión
Thursday, August 5, 2010
Óptica


Thursday, August 5, 2010
ópticia

                           Concentración
                               Óptica




Thursday, August 5, 2010
ópticia

                           Concentración
                               Óptica




Thursday, August 5, 2010
Thursday, August 5, 2010
Scheffler Reflector; off-axis parábola




Thursday, August 5, 2010
Thursday, August 5, 2010
Thursday, August 5, 2010
Thursday, August 5, 2010
Thursday, August 5, 2010
Thursday, August 5, 2010
Thursday, August 5, 2010
Thursday, August 5, 2010
Thursday, August 5, 2010
θ




Thursday, August 5, 2010
θ                  θ




Thursday, August 5, 2010
θ                  θ




Thursday, August 5, 2010
∆θ
                           2

         ∆θ



        θ




Thursday, August 5, 2010
∆θ
                           2

         ∆θ



        θ




Thursday, August 5, 2010
∆θ
                           2

         ∆θ                     ∆θ
                                2



        θ




Thursday, August 5, 2010
Thursday, August 5, 2010
motor




                           motor




Thursday, August 5, 2010
motor




                                           control


                           motor




Thursday, August 5, 2010
motor




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Thursday, August 5, 2010
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Amo
           PV
           Sensor óptica
           Espacio Experimental




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Amo    Esclavos
           PV
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Thursday, August 5, 2010
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Sistema
                           heliostático




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Banco de
                    pruebas

                                Sistema
                               heliostático




Thursday, August 5, 2010
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                    pruebas

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       térmica                 heliostático




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Thursday, August 5, 2010
Thursday, August 5, 2010
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temas todavía
                           Anidólica concentración
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servicio


                           comunidad
                           comercial
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Thursday, August 5, 2010
Gracias

                           Rodger Evans
                            revans@cicese.mx
                            sunnycanuck@gmail.com
                            FA 326
                            sunnycanuck.blogspot.com/
                            twitter: sunnycanuck



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