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Energa solar Sistemas de generacin de energaRafael Campos FierroEdgar Fernando Esqueda DomnguezPriscila Gabriela Alvarado ChavraAdriana Jacqueline Tejeda PortilloAarn Damin Viniegra Torres

INTRODUCCINEl Sol, es la estrella que, por el efecto gravitacional de su masa, domina el sistema planetario que incluye a la Tierra. Mediante la radiacin de su energa electromagntica, aporta directa o indirectamente toda la energa que mantiene la vida en la Tierra, porque todo el alimento y el combustible procede en ltima instancia de las plantas que utilizan la energa de la luz del Sol.

Energa solarLa Energa radiante producida en el Sol como resultado de reacciones nucleares de fusin . Llega a la Tierra a travs del espacio en cuantos de energa llamados fotones (vase Radiacin electromagntica; Fotn), que interactan con la atmsfera y la superficie terrestres. La intensidad de la radiacin solar en el borde exterior de la atmsfera, si se considera que la Tierra est a su distancia promedio del Sol, se llama constante solar, y su valor medio es 1,37 106 erg/s/cm2, o unas 2 cal/min/cm2.

Sin embargo, esta cantidad no es constante, ya que parece ser que vara un 0,2% en un periodo de 30 aos. La intensidad de energa real disponible en la superficie terrestre es menor que la constante solar debido a la absorcin y a la dispersin de la radiacin que origina la interaccin de los fotones con la atmsfera.La intensidad de energa solar disponible en un punto determinado de la Tierra depende, de forma complicada pero predecible, del da del ao, de la hora y de la latitud. Adems, la cantidad de energa solar que puede recogerse depende de la orientacin del dispositivo receptor.

Caractersticas Usos de la energa: Energa solar activa: para uso de baja temperatura, se utiliza en casas; de media temperatura, alcanza los 300C; y de alta temperatura, llega a alcanzar los 2000C, Energa solar pasiva: Aprovecha el calor del sol sin necesidad de mecanismos o sistemas mecnicos.Energa solar trmica: Es usada para producir agua caliente de baja temperatura para uso sanitario y calefaccin.Energa solar fotovoltaica: Es usada para producir electricidad mediante. placas de semiconductores que se alteran con la radiacin solarEnerga solar termoelctrica: Es usada para producir electricidad con un ciclo termodinmico convencional a partir de un fluido calentado a alta temperatura Energa solar hbrida: Combina la energa solar con otra energa. Segn la energa con la que se combine es una hibridacin:Renovable : biomasa, energa elica.No renovable :Combustible fsil.Energa elico solar : Funciona con el aire calentado por el sol, que sube por una chimenea donde estn los generadores

TRANSFORMACIN NATURAL DE LA ENERGA SOLAR

El acopio natural de energa solar se produce en la atmsfera, los ocanos y las plantas de la Tierra. Las interacciones de la energa del Sol, los ocanos y la atmsfera, por ejemplo, producen vientos, utilizados durante siglos para hacer girar los molinos. Los sistemas modernos de energa elica utilizan hlices fuertes, ligeras, resistentes a la intemperie y con diseo aerodinmico que, cuando se unen a generadores, producen electricidad para usos locales y especializados o para alimentar la red elctrica de una regin o comunidad.

Casi el 30% de la energa solar que alcanza el borde exterior de la atmsfera se consume en el ciclo del agua, que produce la lluvia y la energa potencial de las corrientes de montaa y de los ros. La energa que generan estas aguas en movimiento al pasar por las turbinas modernas se llama energa hidroelctrica.

Gracias al proceso de fotosntesis, la energa solar contribuye al crecimiento de la vida vegetal (biomasa) que, junto con la madera y los combustibles fsiles que desde el punto de vista geolgico derivan de plantas antiguas, puede ser utilizada como combustible. Otros combustibles como el alcohol y el metano tambin pueden extraerse de la biomasa

Asimismo, los ocanos representan un tipo natural de recogida de energa solar. Como resultado de su absorcin por los ocanos y por las corrientes ocenicas, se producen gradientes de temperatura. En algunos lugares, estas variaciones verticales alcanzan 20 C en distancias de algunos cientos de metros. Cuando hay grandes masas a distintas temperaturas, los principios termodinmicos predicen que se puede crear un ciclo generador de energa que extrae energa de la masa con mayor temperatura y transferir una cantidad a la masa con temperatura menor.

La diferencia entre estas energas se manifiesta como energa mecnica (para mover una turbina, por ejemplo), que puede conectarse a un generador, para producir electricidad. Estos sistemas, llamados sistemas de conversin de energa trmica ocenica (CETO), requieren enormes intercambiadores de energa y otros aparatos en el ocano para producir potencias del orden de megavatios.

ALMACENAMIENTO DIRECTO DE ENERGA SOLARLos sistemas de calefaccin solar activa incluyen equipos especiales que utilizan la energa del sol para calentar o enfriar estructuras existentes. Los sistemas pasivos implican diseos de estructuras que utilizan la energa solar para enfriar y calentar. Por ejemplo, en esta casa, un espacio solar sirve de colector en invierno cuando las persianas estn abiertas y de refrigerador o nevera en verano cuando estn cerradas. Muros gruesos de hormign permiten oscilaciones de temperatura ya que absorben calor en invierno y aslan en verano. Los depsitos de agua proporcionan una masa trmica para almacenar calor durante el da y liberarlo durante la noche.El acopio directo de energa solar requiere dispositivos artificiales llamados colectores solares, diseados para recoger energa, a veces despus de concentrar los rayos del Sol. La energa, una vez recogida, se emplea en procesos trmicos o fotoelctricos, o fotovoltaicos. En los procesos trmicos, la energa solar se utiliza para calentar un gas o un lquido que luego se almacena o se distribuye. En los procesos fotovoltaicos, la energa solar se convierte en energa elctrica sin ningn dispositivo mecnico intermedio. Los colectores solares pueden ser de dos tipos principales: los de placa plana y los de concentracin.

Colectores de placa plana

En los procesos trmicos los colectores de placa plana interceptan la radiacin solar en una placa de absorcin por la que pasa el llamado fluido portador. ste, en estado lquido o gaseoso, se calienta al atravesar los canales por transferencia de calor desde la placa de absorcin.La energa transferida por el fluido portador, dividida entre la energa solar que incide sobre el colector y expresada en porcentaje, se llama eficiencia instantnea del colector. Los colectores de placa plana tienen, en general, una o ms placas cobertoras transparentes para intentar minimizar las prdidas de calor de la placa de absorcin en un esfuerzo para maximizar la eficiencia. Son capaces de calentar fluidos portadores hasta 82 C y obtener entre el 40 y el 80% de eficiencia.Las placas colectoras utilizan la energa del Sol para calentar un fluido portador que, a su vez, proporciona calor utilizable en una casa. El fluido portador, agua en este caso, fluye a travs de tuberas de cobre en el colector solar, durante el proceso absorbe algo de la energa solar. Despus, se mueve hasta un intercambiador de calor donde calienta el agua que se utilizar en la casa. Por ltimo, una bomba lleva de nuevo el fluido hacia el colector solar para repetir el ciclo.

Colectores de concentracin

Para aplicaciones como el aire acondicionado y la generacin central de energa y de calor para cubrir las grandes necesidades industriales, los colectores de placa plana no suministran, en trminos generales, fluidos con temperaturas bastante elevadas como para ser eficaces. Se pueden usar en una primera fase, y despus el fluido se trata con medios convencionales de calentamiento. Como alternativa, se pueden utilizar colectores de concentracin ms complejos y costosos. Son dispositivos que reflejan y concentran la energa solar incidente sobre un zona receptora pequea. Como resultado de esta concentracin, la intensidad de la energa solar se incrementa y las temperaturas del receptor (llamado blanco) pueden acercarse a varios cientos, o incluso miles, de grados Celsius. Los concentradores deben moverse para seguir al Sol si se quiere que acten con eficacia; los dispositivos utilizados para ello se llaman heliostatos

Hornos solaresLos hornos solares son una aplicacin importante de los concentradores de alta temperatura. El mayor, situado en Odeillo, en la parte francesa de los Pirineos, tiene 9.600 reflectores con una superficie total de unos 1.900 m2 para producir temperaturas de hasta 4.000 C. Estos hornos son ideales para investigaciones, por ejemplo, en la investigacin de materiales, que requieren temperaturas altas en entornos libres de contaminantes.

Receptores centralesLa generacin centralizada de electricidad a partir de energa solar est en desarrollo. En el concepto de receptor central, o de torre de potencia, una matriz de reflectores montados sobre heliostatos controlados por computadora reflejan y concentran los rayos del Sol sobre una caldera de agua situada sobre la torre. El vapor generado puede usarse en los ciclos convencionales de las plantas de energa y generar electricidad.

Enfriamiento solar

Se puede producir fro con el uso de energa solar como fuente de calor en un ciclo de enfriamiento por absorcin. Uno de los componentes de los sistemas estndar de enfriamiento por absorcin, llamado generador, necesita una fuente de calor. Puesto que, en general, se requieren temperaturas superiores a 150 C para que los dispositivos de absorcin trabajen con eficacia, los colectores de concentracin son ms apropiados que los de placa plana.

ELECTRICIDAD FOTOVOLTAICA El fenmeno fotovoltaico fue descubierto en 1893 y las primeras celdas solares estaban construidas de material selenio. En 1950 las celdas fotovoltaicas se desarrollaron de silicio monocristalino, el cual actualmente se sigue utilizando en la industria fotovoltaica. Ahora se dispone de clulas con eficiencias de conversin superiores al 30%. Por medio de la conexin de muchas de estas clulas en mdulos, el coste de la electricidad fotovoltaica se ha reducido mucho. Las celdas solares fotovoltaicas son dispositivos que transforman la luz solar en electricidad. Las clulas solares hechas con obleas finas de silicio, arseniuro de galio u otro material semiconductor en estado cristalino, convierten la radiacin en electricidad de forma directaEl uso actual de las clulas solares se limita a dispositivos de baja potencia, remotos y sin mantenimiento, como boyas y equipamiento de naves espaciales.Las celdas FV individuales tienen una produccin elctrica limitada, es por eso que pueden ser utilizadas en equipos o aparatos pequeos como son juguetes, relojes y las calculadoras de bolsillo.

La produccin est basada en el fenmeno fsico denominado "efecto fotovoltaico", que bsicamente consiste en convertir la luz solar en energa elctrica por medio de unos dispositivos semiconductores denominados celdas fotovoltaicas.

La eficiencia de las celdas solares, se define como la relacin entre la potencia elctrica generada por unidad de rea (W/m2) y la irradiacin solar incidente (1000 W/m2). Esta relacin es adimensional y est dada en forma porcentual como:

Eficiencia de las Celdas SolaresCeldas monocristalinas:Son clulas formadas por silicio intrinseco. Son bastante caras y difciles de conseguir. A pesar de eso, consiguen unos rendimientos muy buenos, los ms grandes, superiores al 18%.Celdas policristalinas:Se construyen bsica-mente con silicio y se mezclan con otros elementos. Son ms sencillas de conseguir y consiguen unos rendimientos nada despreciables (15%). Celdas amorfas:Las ms 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 energa que proporcionan es muy baja.

Si se desea aumentar la salida de voltaje y amperaje de una fuente FV, las celdas individuales se unen elctricamente en diferentes formas como son mdulos, paneles y arreglos fotovoltaicos

Se tienen de los valores de irradiacin ms elevados en el mundo en kWh/m2, que si se comparan por ejemplo con los valores de los pases europeos, se tienen mnimo el 25% de mayor cantidad de radiacin solar disponible. En los estados del norte y noroeste se tienen extensiones de terrenos sin un uso productivo y por el clima extremo, estas reas son susceptibles a ser usadas sin afectar el ambiente o actividades productivas .

EN MXICO

VENTAJAS Es energa no contaminante. Proviene de una fuente de energa inagotable. Es un sistema de aprovechamiento de energa idneo para zonas donde el tendido elctrico no llegaLos sistemas de captacin solar son de fcil mantenimiento. El costo disminuye a medida que la tecnologa va avanzando.

DESVENTAJAS

Inversin inicial muy grande.Construccin de las obleas, excesivamente compleja y cara. EFICIENCIA obtenida Espacio de terreno ocupado por los elementos captadores muy grande