Energía solar

Fuentes energéticas renovables. Radiaciones solares. Aprovechamiento y aplicaciones. Colectores y almacenamiento. Situación en México

  • Enviado por: Judith Peralta - Clara M.
  • Idioma: castellano
  • País: México México
  • 25 páginas

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INTRODUCCION.

Todo nuestro combustible y nuestra comida han sido posibles gracias al Sol mediante la combinación fotosintética de agua y del anhídrido carbónico de la atmósfera durante el crecimiento de las plantas.

Si la producción mundial de combustible estuviese distribuida uniformemente, las necesidades actuales quedarían cubiertas en cualquier parte del mundo. Pero si la población total sigue creciendo a ritmo actual y todo el mundo alcanza el grado de desarrollo económico que disfruta la cuarta parte de la población mundial hoy industrializada, esta producción no será suficiente.

Por ello debemos planear la sustitución de los combustibles fósiles ( carbón, petróleo y gas ), que han llegado a ser tan vitales para la civilización moderna que consideramos existe hoy una gran falta de desarrollo en la investigación de nuevas fuentes de energía.

No sería racional no intentar aprovechar, por todos los medios técnicamente posibles, esta fuente energética gratuita, limpia e inagotable, que puede liberarnos definitivamente de la dependencia del petróleo o de otras alternativas poco seguras o, simplemente, contaminantes.

Existen algunos problemas que se deben superar primero, aparte de las dificultades que una política energética solar avanzada conllevaría por sí misma, hay que tener en cuenta que esta energía está sometida a continuas fluctuaciones y a variaciones más o menos bruscas. Así, por ejemplo, la radiación solar es menor en invierno, cuando más se necesita.     Es de vital importancia proseguir con el desarrollo de la incipiente tecnología de captación, acumulación y distribución de la energía solar, para conseguir las condiciones que la hagan definitivamente competitiva, a escala planetaria.

LA ENERGIA SOLAR: ENERGIA RENOVABLE.

Se llama energía renovable la que, administrada en forma adecuada, puede explotarse ilimitadamente, es decir, su cantidad disponible en la Tierra no disminuye a medida que se aprovecha. La principal fuente de energía renovable es el Sol.

El Sol envía a la Tierra únicamente energía radiante, es decir, luz visible, radiación infrarroja y algo de ultravioleta. Sin embargo, en la atmósfera se convierte en una variedad de efectos, algunos de los cuales tienen importancia como recurso energético.

¿QUE ES EL SOL ?

El Sol es una esfera gaseosa con un diámetro de 1 391 000 km. La Tierra da vueltas alrededor del Sol siguiendo una órbita elíptica de la cual el Sol ocupa un foco, la distancia media de la Tierra al Sol es de 149 450 000 km . Es mínima hacia el 15 de Enero y máxima a fines de Junio.

El Sol no es una esfera homogénea. Se pueden distinguir tres regiones principales:

  • El interior: Donde se crea la enegía por reacciones termonucleares y que es inaccesible a las investigaciones pues toda la radiación emitida en esta región es totalmente absorbida por la fotósfera. La temperatura llega a varios millones de grados y la presión es de miles de atmósferas.

  • La fotósfera: Es muy delagada ( más o menos 300 kms de espesor) , es responsable de la casi totalidad de la radiación que recibimos. El orden de magnitud de temperatura ya no es más que de algunos miles de grados, decreciendo muy rápidamente en el espesor de la capa hasta una temperatura llamada “ de superficie “ del orden de 4500 K.

  • Las regiones de bajas densidades: La cromósfera y la corona en donde la materia es muy diluída. Esto explica que aunque la temperatura es elevada ( del orden del millón de grados ), la radiación emitida es muy débil. Además la materia es muy agitada: flamas en el seno de la cromósfera o también llamadas espículas o grandes columnas de gases en la corona también llamadas protuberancias.

  • LA CONSTANTE SOLAR

    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 1.37 × 106 erg/s/cm2, o unas 2 cal/min/cm2. Sin embargo, esta cantidad no es constante, ya que parece ser que varía un 0,2% en un periodo de 30 años. La intensidad de energía real disponible en la superficie terrestre es menor que la constante solar debido a la absorción y a la dispersión de la radiación que origina la interacción de los fotones con la atmósfera.

    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.

    Antecedentes Históricos EN EL USO DE LA ENERGIA SOLAR.

    Las primeras investigaciones para captar y explotar la energía solar se remontan a la antigüedad.

    Los egipcios descubrieron el efecto del vidrio, el hecho de que un cuerpo expuesto al Sol en un recipiente de vidrio se calienta más que al aire libre.

    Hacia el año 100 D. C., Herón de Alejandría construyo un dispositivo para bombear agua con ayuda de la radiación solar. Arquímedes incendió una flota en el siglo III con ayuda de pequeños espejos planos agrupados de manera de formar grandes espejos cóncavos.

    En el siglo XIII Lavoisier realizo el primer horno solar concentrando la energía con ayuda de una lente con líquido, obtuvo la temperatura de fusión del platino. En 1615, Salomón de Gauss construyó una bomba solar. En el siglo XVIII, el Suizo Saussure construye varias máquinas solares que consistían de dos vidrios planos sobre la faz orientada hacia el sol a fin de aumentar el efecto de vitro.

    En el siglo XIX y a principios del XX importantes instalaciones fueron construidas, con la finalidad de producir energía mecánica a partir de la energía solar por intermedio del aire caliente o del vapor de agua.

    Mouchot construyó una máquina, produciendo vapor a 3.5 atmósferas y un gran espejo cónico que sirvió para hacer funcionar la imprenta de la Exposición Universal de 1878. Por la misma época Pifre construyó una imprenta solar.

    Se hicieron esfuerzos para construir dispositivos capaces de orientarse automáticamente hacia el Sola fin de mejorar el rendimiento y de alargar el período de utilización de las máquinas; pero los dispositivos eran pesados, muy complicados y por consiguiente muy costosos.

    TIPOS DE RADIACION.

    La radiación solar sufre ciertas transformaciones al incidir sobre la atmósfera. Existen tres tipos de radiación:

    • Radiación directa: la que se recibe directamente del Sol, sin sufrir ninguna dispersión atmosférica. La radiación extraterrestre es, por tanto, radiación directa.

    • La radiación difusa es la que se recibe del Sol, después de ser desviada por dispersión atmosférica. Es radiación difusa la que se recibe a través de las nubes, así como la que proviene del cielo azul. De no haber radiación difusa, el cielo se vería negro, aun de día, como sucede por ejemplo en la Luna.

    • Radiación terrestre la que proviene de objetos terrestres, por ejemplo, la que refleja una pared blanca, un charco o un lago, etc.

    • Radiación total, la suma de las radiaciones directa, difusa y terrestre que se reciben sobre una superficie.

    Por ejemplo, sobre una pared o una ventana, incide la radiación directa del Sol, la difundida por las nubes y por el cielo y, además, puede entrar la luz reflejada por algún otro objeto frente a la pared o ventana. Un caso particular, pero de mucho interés práctico en el estudio de la energía solar, es el medir la radiación total sobre una superficie horizontal "viendo" hacia arriba. En este caso puede considerarse que no existe radiación terrestre y se conoce también como radiación global. Por tanto, la radiación global es la suma de la directa más la difusa.

    Para expresar la potencia solar -y en general-, de cualquier radiación- se utiliza el término irradiancia. La irradiancia, W /m2, es la rapidez de incidencia de energía radiante sobre una superficie, por unidad de área. Generalmente se usa el símbolo G para la irradiancia, junto con los subíndices adecuados: Go, Gb, Gd, para la irradiancia extraterrestre, directa, difusa, etc. Nótese que la irradiancia tiene la virtud de indicar muy claramente que la radiación es un fenómeno que transcurre en el tiempo, que "va de pasada", que no es estático. Es energía que incide instantáneamente sobre una superficie.

    Cuando incide la radiación sobre un plano, durante un tiempo determinado, puede hablarse entonces de que incidió una cierta cantidad de energía. La cantidad de energía, por unidad de área, que incide durante un período de tiempo dado, recibe el nombre de irradiación.

    La atmósfera ejerce un efecto de redistribución de la radiación que recibe del Sol. Por ejemplo, en un día muy despejado, una parte relativamente pequeña se convierte en radiación difusa, mientras que la mayor parte permanece como directa. La radiación difusa, en un día despejado, es la que proviene del cielo azul. En cambio, en un día nublado, la redistribución de la radiación es mucho más notable. Las nubes densas tienen un albedo (fracción de energía reflejada) muy alto, lo cual hace que, en un día densamente nublado, una gran parte de la radiación solar se refleje al espacio exterior. Además, la energía que logra pasar a través de las nubes, es únicamente radiación difusa.

    Es muy difícil desarrollar modelos para predecir con precisión la presencia de nubes (posición, densidad, etc.). Existen modelos para predicción de "días promedio" en cierta fecha, pero no para fechas específicas. Por otro lado, desde el punto de vista del aprovechamiento de la energía solar, no es interesante la predicción para fechas específicas. En cambio, existe una diversidad de modelos para estimar la radiación solar para días despejados.

    • Métodos de medición.

    Existen varios métodos para medir la radiación solar, el método más aceptado comúnmente, es el uso de un piranómetro.

    Un piranómetro, es un instrumento para medir la irradiancia global (directa más difusa), usualmente sobre una superficie horizontal. El tipo más común de piranómetros, consiste en dos sensores de temperatura, uno de ellos expuesto a la radiación solar y ennegrecido y el otro, protegido de la radiación. Si los dos sensores se encuentran en condiciones similares en todo, menos en el hecho de estar expuestos a la radiación, habrá una diferencia de temperatura entre ellos. La hipótesis de trabajo de un piranómetro, es que la irradiancia es directamente proporcional a la diferencia de temperatura entre ambos sensores. Para evitar ruido en las lecturas, causado por el viento y otros factores meteorológicos, el sensor expuesto a la radiación (y a veces también el otro) suelen estar protegidos por un hemisferio de vidrio. Este hemisferio, de características ópticas adecuadas, permite el paso de la radiación, pero evita el enfriamiento por viento, lo cual alteraría la lectura.

    Otro instrumento para medir radiación solar es el piroheliómetro. El piroheliómetro es un instrumento que se enfoca directamente al Sol para medir exclusivamente la radiación que proviene de él y de sus alrededores cercanos. Es decir, es un instrumento que mide radiación directa. A diferencia del piranómetro, que suele instalarse fijo, el piroheliómetro debe contar con un sistema de movimiento de relojería para seguir el Sol con gran precisión.

    La información generada por estos aparatos debe ser registrada, ya sea por un método gráfico o electrónico. Es necesario hacer las mediciones, para tener los valores efectivos de energía disponible o incidente sobre un colector.

    APROVECHAMIENTO DE LA ENERGIA SOLAR.

    La radiación solar se puede aprovechar de tres distintas maneras:

  • Directa. Una de las aplicaciones de la energía solar es directamente como luz solar, por ejemplo, para la iluminación de recintos. En este sentido, cualquier ventana es un colector solar. Otra aplicación directa, muy común, es el secado de ropa y algunos productos en procesos de producción con tecnología simple.

  • Térmica. Se denomina "térmica" la energía solar cuyo aprovechamiento se logra por medio del calentamiento de algún medio. La climatización de viviendas, calefacción, refrigeración, secado, etc., son aplicaciones térmicas.

  • Fotovoltaica. Se llama "fotovoltaica" la energía solar aprovechada por medio de celdas fotoeléctricas, capaces de convertir la luz en un potencial eléctrico, sin pasar por un efecto térmico.

  • ¿ CÓMO SE CAPTA LA ENERGIA SOLAR ?

    La energía solar presenta dos características que la diferencian de las fuentes energéticas convencionales:

    • Dispersión: su densidad apenas alcanza 1 kW/m2, muy por debajo de otras densidades energéticas, lo que hace necesarias grandes superficies de captación o sistemas de concentración de los rayos solares.

    • Intermitencia: hace necesario el uso de sistemas de almacenamiento de la energía captada

    Ello lleva a un replanteamiento en el aprovechamiento de la energía, totalmente distinto al clásico, lo que requiere un gran esfuerzo de desarrollo. Así pues, el primer paso para el aprovechamiento de la energía solar es su captación, aspecto dentro del que se pueden distinguir dos tipos de sistemas:

    • Pasivos: no necesitan ningún dispositivo para captar la energía solar, cuyo aprovechamiento se logra aplicando distintos elementos arquitectónicos

    • Activos: captan la radiación solar por medio de un elemento de determinadas características, llamado "colector"; según sea éste se puede llevar a cabo una conversión térmica (a baja, media o alta temperatura), aprovechando el calor contenido en la radiación solar, o bien una conversión eléctrica, aprovechando la energía luminosa de la radiación solar para generar directamente energía eléctrica por medio del llamado "efecto fotovoltáico"

    En la Figura 1.1 se muestra el esquema de los distintos sistemas activos enumerados.

    • Sistema Pasivo.

    Un diseño pasivo es un sistema que capta la energía solar, la almacena y la distribuye de forma natural, sin mediación de elementos mecánicos. Sus principios están basados en las características de los materiales empleados y en la utilización de fenómenos naturales de circulación del aire. Los elementos básicos usados por la arquitectura solar pasiva son:

    • Acristalamiento: capta la energía solar y retiene el calor igual que un invernadero

    • Masa térmica: constituida por los elementos estructurales del edificio o por algún material acumulador específico (agua, tierra, piedras), tiene como misión almacenar la energía captada .

    Las aplicaciones más importantes de los sistemas solares pasivos son la calefacción y la refrigeración. Para producir calefacción, los distintos tipos de utilización pasiva se muestran en la Figura 1.2;

    La refrigeración surge más bien como una necesidad de utilizar los sistemas de calefacción de forma continuada durante todo el año, y sus técnicas más usuales se muestran en la Figura 1.3.

    La integración de colectores de aire, la utilización de paredes internas como muros acumuladores de calor y la aplicación de ventiladores, aumentan la eficacia de los sistemas pasivos, y se les conoce como "híbridos", ya que utilizan ciertos sistemas mecánicos activos.

    En los últimos años se han mejorado mucho los sistemas pasivos para actividades agrícolas (invernaderos, secaderos, establos), que permiten un considerable ahorro energético en las diferentes tareas agrícolas implicadas.

    • Sistemas Activos.

    Los sistemas activos no solo se basan en la arquitectura para captar la energía solar, como ya vimos se necesitan colectores solares.

    Un colector solar es una especie de intercambiador de calor que transforma la energía radiante en calor. La transferencia de energía se hace desde una fuente radiante (sol), hacia un fluido (agua o aire generalmente) que circula por los tubos o ductos del colector. El flujo de energía radiante que finalmente intercepta el colector, proviene básicamente del rango visible del espectro solar (longitudes de onda entre 0.29 y 2.5 µm) y es por naturaleza variable con el tiempo. En condiciones óptimas podemos esperar como máximo, flujos de 1100 W/m2. De esta forma, un análisis de colectores solares presenta problemas relacionados con radiación y flujos de energía pequeños y variables.

    Dentro de los diversos tipos de colectores solares, los colectores solares planos son los más comunes. Estos pueden ser diseñados y utilizados en aplicaciones donde se requiere que la energía sea liberada a bajas temperaturas, debido a que la temperatura de operación de este tipo de colectores, difícilmente pasa los 100 °C.

    Las ventajas que podemos obtener de este tipo de colectores con respecto a los colectores de enfoque, que concentran la radiación solar; es que éstos utilizan la energía solar directa y difusa, no requieren movimiento continuo para dar seguimiento al sol, prácticamente no necesitan mantenimiento y son mecánicamente de construcción más simple que los colectores concentradores. Las principales aplicaciones de estos dispositivos son en el campo del calentamiento de agua a nivel doméstico e industrial, acondicionamiento calorífico de edificios y secado de fruta y granos.

    • Colectores planos.

    Los colectores planos están compuestos generalmente por los siguientes elementos (Figura 1.4):

    •Superficie captadora de la radiación solar

    •Circuito por donde circula el fluido que transfiere el calor captado

    •Cubierta transparente

    •Aislamiento térmico

    •Caja protectora que acopla el conjunto al resto de la instalación

    La placa captadora es el elemento principal que recoge la radiación solar y transmite el calor que ésta transporta. Está construida de material metálico negro, o plástico cuando la temperatura es inferior a 50 °C. Se orienta hacia el Sur con una inclinación igual a la latitud geográfica del lugar.

    Esta placa debe absorber la máxima radiación posible para convertirla en energía térmica con el mayor rendimiento y transferir la mayor cantidad posible de calor al fluido portador. Para mejorar estas placas se emplean los llamados "recubrimientos selectivos", productos de máxima absorción de radiación y mínima emisión.

    El circuito por donde circula el fluido que transporta el calor puede ser:

    • Pasivo o por circulación natural (termosifón) .

    • Activo o por circulación forzada (bombeo) .

    A su vez, el circuito puede ser también:

    • Abierto: utiliza agua de la red general, que se hace pasar por el colector; este sistema presenta problemas de corrosión e incrustaciones

    • Cerrado: emplea agua tratada en un circuito que cede el calor al agua de consumo en un intercambiador de calor

    La Figura 1.5 muestra como ejemplo un equipo de captación-acumulación de energía solar en circuito cerrado con bombeo, uno de los sistemas más usados en la actualidad.

    El rendimiento del colector aumenta utilizando una cubierta transparente que protege la placa colectora y produce un efecto invernadero al atrapar el calor incidente. Estas cubiertas son de vidrio, plásticos o combinaciones de estos materiales; la elección del material y del número de cubiertas suele depender del costo y del aumento del rendimiento obtenido.

    El aislamiento térmico reduce las pérdidas de calor, utilizándose como tal lana de vidrio o corcho sintético.

    La caja protege todos los elementos del colector y permite ensamblar sus diferentes componentes, soliéndose presentar en variados aspectos y materiales. Sus superficies se suelen tratar con pinturas resistentes al ambiente en que va a ser instalada.

    Finalmente, para mejorar el rendimiento de los colectores de placa plana se puede eliminar el aire del espacio situado entre la superficie absorbente y la cubierta transparente. A este tipo de colector se le conoce con el nombre de "colector de vacío", cuyo coste es más del doble del de los convencionales, pero que permite obtener temperaturas muy próximas a los 100 °C.

    • Tipos de colectores planos.

    Los colectores solares planos pueden ser divididos en dos categorías básicas: los que utilizan como fluido de trabajo un líquido (agua) y los que utilizan un gas (aire). En general los que calientan aire manejan flujos mucho más grandes que los que calientan agua. También podemos decir que cuando se trabaja con un líquido, este fluye normalmente por un tubo adherido a la placa absorbedora o aleta; mientras que cuando se utiliza un gas, este fluye por un ducto que forma parte de la placa de absorción y que además puede tener muy diversas formas.

    • Colectores Concentradores.

    Existen muchas aplicaciones, sobre todo a nivel industrial, donde se necesita que la energía sea liberada a altas temperaturas. Como se mencionó antes, esto no se puede lograr con los colectores solares planos debido a las características propias de este tipo de colectores ya que la radiación solar es una energía de baja intensidad. En consecuencia, para obtener temperaturas altas (arriba de los 100 °C), se hace necesario incrementar la intensidad de la energía solar. Esto se puede lograr disminuyendo el área por donde ocurren las pérdidas de calor, e interponiendo un dispositivo óptico entre la fuente de radiación (sol) y la superficie absorbedora, que debe ser pequeña comparada con la del dispositivo óptico. Esta es precisamente la función que desempeñan los colectores concentradores. De esta manera, en el absorbedor, podemos tener densidades de energía que van desde 1.5 hasta varios miles de veces la radiación solar que llega al sistema óptico.

    Con los colectores concentradores de energía solar, se pueden obtener temperaturas entre 100 y 500 °C si se usan colectores focales rudimentarios, entre 500 y 1500 °C si el sistema óptico de los colectores tiene un buen acabado y entre 1500 y 3500 °C si el sistema óptico tiene un acabado perfecto.

    Aunque con este tipo de colectores se pueden obtener altas temperaturas de operación, estos presentan varios problemas técnicos desde el punto de vista ingenieril comparados con los colectores solares planos. Deben orientarse continuamente al sol de manera precisa mediante un mecanismo apropiado debido a que este tipo de colectores utilizan únicamente la energía solar directa. Por otra parte, el acabado de las superficies que constituyen el sistema óptico no sólo debe ser de buena calidad, sino que debe mantener sus propiedades por largos períodos de tiempo sin ser deterioradas por el polvo, lluvia y medio ambiente, donde generalmente existen componentes oxidantes y corrosivos. También las demandas de los materiales utilizados en el receptor (aislante térmico, fluido de trabajo, tubos absorbedores y cubiertas) son mayores en este tipo de colectores, debido a que es ahí donde se obtienen las altas temperaturas.

    En resumen podemos decir que los problemas de operación que acabamos de mencionar, junto con los costos elevados de los materiales utilizados en este tipo de colectores focales, ha hecho que su uso no sea muy generalizado. Esto ha dado cabida a que se trabaje en los colectores concentradores fijos. Estos no tienen las desventajas de los de enfoque, aunque sólo permiten incrementos moderados de la intensidad de la radiación solar.

    • Colectores concentradores para la conversión térmica a temperaturas medias

    Para obtener temperaturas superiores a los 100 °C se debe concentrar la radiación solar, para lo que se pueden utilizar lentes o espejos. Canalizando la radiación hacia un punto o una superficie llamado "foco", éste eleva su temperatura muy por encima de la alcanzada en los colectores planos.

    Aunque la superficie que recibe los rayos concentrados puede tener cualquier forma dependiendo de la técnica usada, en la actualidad la solución más favorable para una concentración de tipo medio (temperaturas menores de 300 °C) es el "colector cilindro-parabólico". Este colector, representado esquemáticamente en la Figura 1.6, consiste en un espejo cilindro-parabólico que refleja la radiación recibida sobre un tubo de vidrio dispuesto en la línea focal. Dentro del tubo se vidrio están el absorbedor y el fluido portador del calor.

    Para que se puedan concentrar los rayos solares, estos colectores se montan igual que los planos, es decir, mirando al Sur y con una inclinación igual a la latitud del lugar. Además necesitan un dispositivo que vaya haciendo girar los espejos a lo largo del día, sincronizado con el movimiento aparente del Sol.

    Los colectores cilindro-parabólicos, aparte de poder operar a temperaturas superiores a las de los planos, tienen la ventaja de requerir depósitos de acumulación más pequeños y de tener menores superficies de absorción y menores pérdidas de calor. No obstante, son más caros.

    Aunque los colectores cilindro-parabólicos son aplicables en la misma gama de necesidades que los paneles planos, al poder desarrollar temperaturas considerablemente superiores tienen interesantes posibilidades de utilización industrial. Así, se están usando asociaciones de un cierto número de estos colectores en las llamadas "granjas solares", pudiendo ser utilizados para la producción de calor o electricidad. La energía así obtenida se aplica a procesos térmicos industriales, desalinización de agua de mar, refrigeración y climatización.

    • Colectores concentradores para la conversión térmica a altas temperaturas

    Para conversiones térmicas superiores a los 300 °C, encaminadas a la producción de energía eléctrica a gran escala, es necesario concentrar la radiación solar mediante grandes paraboloides o un gran número de espejos enfocados hacia un mismo punto. El sistema más extendido es de receptor central, formado por un campo de espejos orientables, llamados "heliostatos", que concentran la radiación solar sobre una caldera situada en lo alto de una torre, según se muestra en la Figura 1.7.

    El calor captado en el absorbedor es cedido a un fluido portador circulando en circuito cerrado y que, debido a las altas temperaturas que ha de soportar (superiores a 500 °C) suele ser sodio fundido o vapor de agua a presión. Este fluido primario caliente se hace pasar a un sistema de almacenamiento, para luego ser utilizado en un sistema de generación de vapor, que se alimenta a una turbina. Esta actúa sobre un alternador, que permite obtener energía eléctrica.

    La tecnología de las centrales solares se encuentra actualmente en fase de pleno desarrollo. Las instalaciones existentes se pueden considerar sólo como plantas de experimentación que permiten obtener, de momento, una rentabilidad en forma de innovación tecnológica. Por lo tanto, estas centrales están aún muy lejos de resolver el problema energético, aunque se pueden considerar válidas como un modesto complemento de las centrales térmicas convencionales.

    • Subsistema de distribución

    Está constituido por las redes de tuberías y los accesorios correspondientes, que permitirán el transporte del fluido portador de calor desde los colectores al sistema de almacenamiento, y desde éste a los puntos de consumo. La elección de los diferentes elementos depende del uso de la instalación y de la temperatura de los fluidos; en cualquier caso, deben estar aislados para evitar pérdidas de calor.

    Un elemento importante de este subsistema son las bombas, que provocan la circulación del fluido a través de los circuitos, siendo asimismo necesario instalar vasos de expansión para evitar la rotura de las tuberías. Otros elementos del circuito distribuidor son las válvulas, purgadores, filtros y otros varios, empleados en las instalaciones convencionales de plomería .

    El subsistema de distribución se complementa con diferentes elementos de medida (termómetros, manómetros) y control (válvulas automáticas), que permiten su funcionamiento automático. Asimismo, cabe destacar que los equipos solares de baja temperatura no garantizan la totalidad de las necesidades energéticas, por lo que necesitan de un equipo convencional de apoyo (calentadores eléctricos o a gas, etc.) que suplan la carencia de energía solar, fundamentalmente debidas a las condiciones climatológicas.

    • Subsistema de almacenamiento

    La característica principal de los sistemas activos es que estos utilizan un fluido de trabajo en movimiento que puede ser agua, aire, aceites o algún otro fluido. Los principales componentes que intervienen en estos sistemas son: el colector solar, la unidad de almacenamiento, sistemas de conversión y control y el lugar donde se hace la descarga de energía.

    Generalmente, el medio de almacenamiento es agua si por el colector se hace circular un líquido. Similarmente, si en el colector circula aire, el medio de almacenamiento serán rocas o piedras. Las temperaturas alcanzadas en este tipo de sistemas andan entre los 50 y 100 °C. En este caso el almacenamiento de energía se puede dar por cualquiera de los siguientes mecanismos: calor sensible, cambio de fase, reacciones químicas y estanques solares.

    • Almacenamiento por calor sensible o capacidad calorífica.

    Diversos tipos de materiales líquidos, sólidos y combinaciones de líquidos y sólidos, pueden almacenar energía por cambios de temperatura. Esta energía almacenada es igual al cambio de energía interna que sufre el material al cambiar su temperatura, la capacidad de almacenamiento depende específicamente de las capacidades caloríficas de los materiales utilizados y de los cambios de temperatura que en ellos se den.

    Para determinar si un material es apropiado para utilizarse como medio de almacenamiento, es que este debe ser capaz de almacenar entre 300 y 600 kJ/°C-m2 de área de colector, como mínimo.

    También encontramos que cuanto mayor sea la temperatura que pueda alcanzar el medio de almacenamiento, tanto menor será el tamaño del sistema, aunque las pérdidas se hacen más evidentes.

    1. Almacenamiento en agua.

    El agua es el medio ideal de almacenamiento para sistemas activos debido a que tiene una gran capacidad calorífica y por lo tanto mayor capacidad de almacenamiento. Por ejemplo, el agua puede almacenar casi cinco veces más energía (4.186 kJ/kg-°C) que la que puede almacenar la misma masa de roca o piedra (0.88 kJ/kg-°C). Además, el medio de transporte de energía, hacia o de la unidad de almacenamiento, se hace a través de la misma agua. Esta también puede utilizarse en forma directa o mediante el uso de cambiadores de calor y de manera continua a lo largo del día.

    Algunas desventajas que se tienen al utilizar el agua como medio de almacenamiento, es que se necesitan depósitos que generalmente son grandes y caros, se oxidan si son de metal y hay grandes pérdidas de calor por conducción y convección que tienen que ser evitadas utilizando aislantes. Otro aspecto es que la energía es liberada a diferentes temperaturas.

    Una de las aplicaciones más comunes se da en los calentadores solares de agua para uso doméstico.

    2. Almacenamiento en piedras o rocas.

    Las rocas o piedras también son un buen medio de almacenamiento. En sistemas activos, generalmente se usa lechos de piedra bajo tierra o lechos empaquetados . Como ya se había mencionado, el aire es el fluido de trabajo que remueve o adiciona el calor de la unidad de almacenamiento. En este caso, el calor por lo general no puede ser adicionado y removido al mismo tiempo.

    Aunque las rocas o piedras no tienen un calor especifico alto, son buenos como medio de almacenamiento debido a que tienen una gran densidad, son de bajo costo, tienen conductividad térmica baja y no tienen problemas de corrosión.

    3. Almacenamiento por calor latente o cambio de fase.

    La energía que una sustancia necesita para cambiar de fase, generalmente es mayor que la que se ocupa para tener incrementos de temperatura pequeños en la misma sustancia. Esto da la pauta para pensar que se puede aprovechar el cambio de fase de algunas sustancias para utilizarlas como medios de almacenamiento de energía solar. La idea es que la sustancia absorba la energía solar de forma directa (sistema pasivo) o mediante un colector solar (sistema activo) y cambie de fase. Al cambiar de fase la sustancia conserva en forma latente la energía absorbida. Esta será cedida posteriormente, cuando la sustancia regrese a su estado original.

    Los cambios de fase pueden ser sólido-líquido, líquido-vapor El cambio de fase líquido-vapor casi no se utiliza debido a que el vapor genera grandes presiones y en muchos casos no resulta práctico trabajar con este tipo de sistemas debido a que este tiene que ser diseñado para soportar presiones altas y por lo tanto se hace más complicado y costoso. Por esta razón, lo que más se aprovecha son los cambios de fase líquido-sólido.

    Las sustancias que pueden utilizarse como medios de almacenamiento por cambio de fase sólido-líquido pueden ser muy variadas (hielo, sustancias orgánicas, sales hidratadas, compuestos inorgánicos y metales o aleaciones). Algunas tienen puntos de fusión altos por lo que se haría necesario utilizar colectores concentradores para poder obtener altas temperaturas y provocar el cambio de fase en la sustancia. Por ejemplo, las sales hidratadas tienen un alto calor de solidificación-fusión, bajo costo y la temperatura para provocar el cambio de fase puede ser alcanzada fácilmente mediante colectores planos que utilizan la energía solar.

    El tener más capacidad de almacenamiento en las sustancias, reduce el tamaño de los sistemas de almacenamiento

    * Almacenamiento en estanques solares.

    Un estanque común con agua es capaz de captar una gran cantidad de energía solar a través de todos los días del año. Sin embargo, la temperatura del agua permanece baja debido a que también hay grandes pérdidas de energía por radiación, convección y evaporación principalmente. Una manera de evitar esas pérdidas de calor es mediante el uso de estanques con agua salada. Debido al aumento en la densidad del agua por efecto de las sales disueltas, no se da el efecto de la convección dentro del estanque y además esto permite que se desarrolle un gradiente de temperatura estable y positivo hacia abajo. De esta forma, la temperatura del fondo es mayor que la que se tiene en la superficie y por la tanto se evita la mayor parte de las pérdidas de calor que se dan en la superficie del líquido.

    La captación de energía solar se puede mejorar si el fondo y paredes están pintadas de negro. La remoción del calor se hace mediante intercambiadores de calor apropiados, para evitar que la solución tenga movimiento y por lo tanto se pierda el gradiente de temperatura positivo. Otro factor que puede contribuir a que se pierda dicho gradiente es el viento que pega en la superficie del líquido. Esto se puede evitar colocando una cubierta transparente adecuada sobre el estanque solar.

    Podemos decir que en un estanque solar se distinguen tres regiones distintas, aunque difusas: Una capa de agua pura en la superficie, una intermedia donde ocurren los gradientes de densidad y una convectiva en el fondo. Esta última es lo que constituye en realidad el sistema de almacenamiento de energía, dado que tiene las mayores temperatura y se encuentra aislada de la atmósfera por las capas superiores.

    • Almacenamiento por reacciones químicas.

    La energía solar también puede almacenarse por medio de reacciones químicas. Estas deben ser reacciones endotérmicas reversibles, que se invierten cuando se requiere que la energía sea liberada. Para que una reacción sea utilizada en el almacenamiento de la energía solar, se requiere que:

    1. La reacción sea reversible.

    2. Los reactivos puedan hacer uso de la energía del espectro solar, tanto como sea posible.

    3. La energía almacenada en la reacción sea grande. Al menos del orden de 600 Wh/kg.

    4. Que los reactivos sean económicos.

    En caso de que los productos de la reacción puedan separarse y usarse como combustibles, no se necesita que la reacción sea reversible.

    La energía solar también puede emplearse en los procesos de fermentación anaerobia de algas para la producción de metano (CH4). Este es estable a temperatura ambiente y al reaccionar con el oxígeno mediante una combustión, libera la energía almacenada para producir altas temperaturas.

    • Conversión eléctrica: sistemas fotovoltáicos

    La conversión de la energía solar en energía eléctrica está basada casi por completo en el denominado "efecto fotovoltáico", o producción de una corriente eléctrica en un material semiconductor como consecuencia de la absorción de radiación luminosa.

    Los semiconductores son sustancias, como el silicio, de conductividad eléctrica intermedia entre un aislante y un conductor y, según sus características, se clasifican en dos tipos: "tipo p" y "tipo n". Estas características se consiguen añadiendo impurezas que afectan a las propiedades eléctricas del semiconductor, proceso que se llama "dopado". Añadiendo al silicio impurezas de fósforo se consigue un semiconductor tipo n, mientras que añadiendo boro, se consigue un semiconductor tipo p. El alto grado de pureza necesario para la obtención de semiconductores será el motivo principal de su elevado costo.

    Energía solar

    Un disco monocristalino de silicio dopado en su superficie expuesta al Sol hasta hacerla de tipo n y en su parte inferior de tipo p, constituye una "célula solar fotovoltáica", completada por unos contactos eléctricos adecuados para hacer circular la corriente eléctrica por el circuito exterior, según se muestra en la Figura 1.8. Generalmente, conectando 36 de ellas y montándolas entre dos láminas de vidrio que las protegen de la intemperie, se obtiene un "módulo fotovoltáico", capaz de proporcionar una corriente continua de 18 V con una iluminación de 1 kW/m2.

    Una serie de módulos montados sobre un soporte mecánico constituyen un "panel fotovoltáico"; según se conecten dichos módulos en serie o en paralelo, puede conseguirse casi cualquier valor de tensión y de intensidad de corriente.

    En la mayoría de las aplicaciones, el panel se conecta a una batería, para disponer de energía eléctrica almacenada, aunque también puede estar conectado en paralelo con la red, para emplear la energía de la misma cuando falte el Sol.

    Energía solar

    FIGURA 1.8

    Entre los sectores de aplicación de la energía solar fotovoltáica cabe destacar cuatro, claramente diferenciados:

    • Aplicaciones remotas: lugares donde sólo se prevé un pequeño consumo de electricidad (repetidores de radio y televisión, radiofaros, balizas, etc.), y en los que es necesario una acumulación a base de baterías

    • Usos rurales: instalaciones aisladas de la red general que no suelen requerir acumulación (riego, molienda, descascarillado, etc.)

    • Autogeneración: centros de consumo conectados a la red, utilizando la energía solar como base y la de la red como complemento

    • Grandes centrales: generación masiva de electricidad, sólo posible en condiciones favorables de evolución de la tecnología fotovoltáica, el costo de las fuentes energéticas convencionales y las condiciones climáticas

    Es necesario destacar finalmente que los costos de las células fotovoltáicas siguen siendo altos en la actualidad, debido principalmente a la complejidad de la fabricación de las mismas. Es por ello que se siguen realizando importantes investigaciones respecto a la reducción de costos de las células, centrados en dos facetas fundamentales:

    • Utilización de nuevos materiales: existen semiconductores con propiedades fotovoltáicas, cuyo costo de producción es mucho más bajo que el del silicio

    • Aumento de la radiación incidente: existen dos opciones al respecto; o utilizar células bifaciales, capaces de recibir la radiación solar por ambas caras, o utilizar concentración óptica por medio de lentes

    Vale la pena mencionar que en la actualidad también se está trabajando con generadores mixtos o híbridos, esto es, adaptar el generador fotovoltaico con otros generadores ya existentes como los eólicos o los generadores diesel. También podemos mencionar que actualmente se han construido algunas centrales fotovoltaicas que proporcionan una potencia considerable y que en un momento dado pueden llegar a ser rentables en ciertos casos, comparadas con las centrales tradicionales como las termoeléctricas o hidráulicas.

    APLICACIONES REALES Y POTENCIALES DE LA ENERGIA SOLAR

    Energía solar
    El calor recogido en los colectores puede destinarse a satisfacer numerosas necesidades. Por ejemplo, se puede obtener agua caliente para consumo doméstico o industrial, o bien para dar calefacción a los hogares, hoteles, colegios, fábricas, etc.

    Incluso se pueden climatizar albercas y permitir el baño durante gran parte del año.      También, y aunque pueda parecer extraño, otra de las más prometedoras aplicaciones del calor solar será la refrigeración durante las épocas cálidas precisamente cuando más sol hay. En efecto, para obtener frío hace falta disponer de un «foco cálido», el cual puede perfectamente tener su origen en unos colectores solares instalados en el tejado o azotea. En los países árabes ya funcionan acondicionadores de aire que utilizan eficazmente la energía solar.      Las aplicaciones agrícolas son muy amplias. Con invernaderos solares pueden obtenerse mayores y más tempranas cosechas; los secaderos agrícolas consumen mucha menos energía si se combinan con un sistema solar, y, por citar otro ejemplo, pueden funcionar plantas de purificación o desalinización de aguas sin consumir ningún tipo de combustible.      Las «células solares», dispuestas en paneles solares, ya producían electricidad en los primeros satélites espaciales. Actualmente se perfilan como la solución definitiva al problema de la electrificación rural, con clara ventaja sobre otras alternativas, pues, al carecer los paneles de partes móviles, resultan totalmente inalterables al paso del tiempo, no contaminan ni producen ningún ruido en absoluto, no consumen combustible y no necesitan mantenimiento. Además, y aunque con menos rendimiento, funcionan también en días nublados, puesto que captan la luz que se filtra a través de las nubes.     La electricidad que así se obtiene puede usarse de manera directa (por ejemplo para sacar agua de un pozo o para regar, mediante un motor eléctrico), o bien ser almacenada en acumuladores para usarse en las horas nocturnas. Incluso es posible inyectar la electricidad sobrante a la red general, obteniendo un importante beneficio.     Si se consigue que el precio de las células solares siga disminuyendo, iniciándose su fabricación a gran escala, es muy probable que, para primeros de siglo, una buena parte de la electricidad consumida en los países ricos en sol tenga su origen en la conversión fotovoltaica.     La energía solar puede ser perfectamente complementada con otras energías convencionales, para evitar la necesidad de grandes y costosos sistemas de acumulación. Así, una casa bien aislada puede disponer de agua caliente y calefacción solares, con el apoyo de un sistema convencional a gas o eléctrico que únicamente funcionaría en los periodos sin sol. El costo de la «factura de la luz» sería sólo una fracción del que alcanzaría sin la existencia de la instalación solar.

    Algunos ejemplos:

    • Calefacción de agua doméstica.

    Una de las aplicaciones de la energía solar que ha tenido mayor uso y divulgación es la calefacción de agua para consumo doméstico. Las primeras patentes de calentadores solares aparecieron en Estados Unidos hacia finales del siglo XIX. En México se han estado utilizando y desarrollando desde la década de los 40.

    En los lugares con buen clima y buena insolación, los calentadores solares pueden ahorrar una fracción considerable del combustible para uso doméstico. Por otro lado, en lugares con clima extremoso, no basta el calentador solar para tener un ahorro tan significativo, dado que el principal consumo de energía se debe al aire acondicionado en verano, y a la calefacción en invierno.

    En el caso de los calentadores solares domésticos, las temperaturas requeridas son del orden de 40 a 60 °C. Esto implica que los colectores más adecuados, independientemente de otras ventajas que puedan tener, son los de placa plana. Dependiendo del diseño particular del calentador, puede requerir una o dos cubiertas transparentes. Una de las virtudes de este tipo de colector es que no sólo capta la radiación directa, sino también la difusa. Esto significa que un calentador solar bien dimensionado puede trabajar satisfactoriamente no sólo en días soleados, sino en días medio nublados, siempre que la irradiación total no caiga por debajo de ciertos límites y los usuarios no desperdicien el agua caliente.

    Debido a que muchos usuarios prefieren el baño diario matutino, después de unas horas en las que no ha habido insolación, es necesario y práctico tener una reserva de agua caliente, considerando además que, en días muy nublados puede haber una baja significativa de la irradiancia solar. Con el uso de una reserva de agua caliente se logra satisfacer la demanda de agua cliente en más del 95% de los días del año.

    • Acondicionamiento térmico de albercas.

    Los requerimientos de temperatura de una alberca van, dependiendo de su uso, desde los 22°C en una alberca deportiva hasta los 30°C en una alberca para niños. Mantener la temperatura dentro de estos límites requiere de grandes cantidades de energía. Debido a ésto y al constante incremento de precios de la principal fuente de energía empleada, los hidrocarburos, muchos de los usuarios de sistemas tradicionales (calderas y/o calentadores de gas) para el calentamiento de sus albercas, han dejado de utilizarlos. Cuando las albercas no cuentan con algún tipo de calentamiento auxiliar sólo tienen una temperatura confortable en algunos meses del año, y rara vez se encuentran lo suficientemente tibia durante la tarde o muy temprano, por la mañana.

    Esto ha traído como consecuencia que se tengan que buscar nuevas alternativas de uso de energía y se ha encontrado que el uso de la energía solar encuentra aquí un campo de aplicación muy interesante, ya que la utilización de la energía solar en forma adecuada y eficiente puede suministrar toda la energía que se necesita para mantener la temperatura de la alberca dentro de un rango aceptable. Esta es una de las pocas aplicaciones en donde el costo del equipo solar es equiparable con el de los sistemas tradicionales. Si también se toma en cuenta que la energía solar es gratuita y que no contamina, la opción por el uso de energía solar para el calentamiento de albercas se hace mucho más atractiva e interesante.

    La función del calentador solar es colectar la energía radiante que incide sobre una determinada área y transferirla a la alberca de la manera más eficiente que se puede y a un mínimo costo. Debido a las bajas temperaturas de operación de estos sistemas (20-30°C), se pueden utilizar colectores de energía solar desnudos o colectores con una o más cubiertas de vidrio o de algún plástico transparente adecuado, dependiendo sobre todo de la velocidad del viento.

    Una regla de uso práctico para determinar el tamaño de los colectores solares para el calentamiento de albercas es, que la relación entre el área de colección y el área de la alberca debe ser igual a uno.

    • Secado Solar.

    Muchos productos agrícolas requieren un secado post-cosecha para su adecuada conservación hasta que llegan a los centros de consumo. Aún en el caso de los productos que se comercializan en forma fresca, el secado ofrece una alternativa al agricultor cuando existen problemas de transporte o se producen bajas de precio por sobreproducción.

    El secado al aire libre, donde los productos se exponen directamente al sol colocándolos sobre el suelo, es uno de los usos más antiguos de la energía solar y es aún uno de los procesos agrícolas más utilizado en nuestro país y en muchos países del mundo. Este procedimiento es de muy bajo costo pero puede producir fuertes mermas ocasionadas por las lluvias durante el proceso de secado y el ataque de insectos y animales. Por otro lado, la calidad del producto se ve afectada por la contaminación de polvos e insectos.

    En las regiones industrializadas el bajo costo del combustible permitió hace varias décadas el desarrollo de procesos de secado artificial en gran escala basados en el uso de combustibles. En los últimos años, la escasez y mayores precios de los combustibles ha despertado un nuevo interés en el secado basado en el uso de la energía solar, tratando de desarrollar diversas técnicas que permiten solucionar los problemas mencionados en relación al secado al aire libre.

    Forma de calentamiento solar.

    Los dos elementos básicos de un secador solar son: el colector, donde la radiación calienta el aire y la cámara de secado, donde el producto es deshidratado por el aire que pasa. Estos elementos pueden diseñarse de diferentes formas para integrarse a diferentes equipos de secado solar:

    • Secador solar indirecto: Los dos elementos están separados. El aire es calentado en el colector y la radiación no incide sobre el producto colocado en la cámara de secado. La cámara de secado no permite la entrada de la radiación solar. Este secador es esencialmente un secador convectivo convencional en que el sol actúa de fuente energética.

    • Secador solar directo: Los dos elementos pueden juntarse, en cuyo caso la cámara que contiene el producto también cumple la función de colector recibiendo la radiación solar.

    • Secador solar mixto: Finalmente puede darse el caso en que la colección de radiación se realice tanto en un colector solar previo a la cámara como en la misma cámara.

    • Refrigeración

    Actualmente hay dos maneras de utilizar la energía solar, se puede usar una bomba de calor como calentador auxiliar. Esta puede aumentar la energía captada durante el invierno y funcionar con fines de refrigeración durante los meses del verano.

    Otra posibilidad son los enfriadores de absorción. Operan directamente con el tanque de almacenamiento de energía solar.

    ¿Qué es una bomba de calor?

    Una bomba de calor es un acondicionador de aire montado al revés como se muestra en la figura 1.9

    Energía solar

    La salida de calor (Condensador) se monta en el interior del local. El evaporador se monta hacia el exterior. Extrae calor del aire exterior. En el verano se invierten las posiciones del condensador y el evaporador, con lo cual se extrae el calor del interior y se bombea hacia fuera.

    La bomba de calor logra esta función reversible si se modifica el flujo del refrigerante dentro del sistema.

    LA ENERGIA SOLAR EN MEXICO.

    En México la fuente de energía primaria que tiene una mayor participación en la generación de electricidad son los hidrocarburos. Las fuentes alternas son la hidroelectricidad, el carbón , la nucleoelectricidad, la geotermia y la energía eólica.

    En 1996 se generó un total de 151,889 GWh, de los cuales el 58.6%correspondió a los hidrocarburos, el 20.7% a hidroelectricidad, el 11.7% al carbón, el 5.2% a nucleoelectricidad y el 3.8% a geotérmica y eólica.

    Con la diversificación tecnológica de las fuentes de generación de electricidad, se promueve la mejor utilización de los recursos energéticos disponibles, lo que además , al promover el aprovechamiento de los recursos renovables como aire, agua, sol y desperdicios sólidos, entre otros, reduce los efectos directos sobre el medio ambiente.

    El aprovechamiento de estos recursos está limitado por la disponibilidad de las fuentes convencionales de generación, las cuales utilizan combustibles como el carbón, gas natural y diesel.

    El potencial de aprovechamiento de energía solar en México es uno de los principales del mundo, ya que alrededor de 3/4 partes del territorio nacional son zonas con una insolación media del orden de los 5 kWh/m2 al día (ver anexo), más del doble del promedio en los E.U.A..

    De acuerdo con el balance nacional de energía de 1995, en México se tenía instalada en ese año una capacidad para generación de energía eléctrica por medio de módulos fotovoltáicos con los cuales se generaron 17.5 GWh. La energía solar se ha utilizado , principalmente , en sistemas de iluminación, electrificación, señalización, comunicación, medios de recepción para educación vía satélite en comunidades alejadas, calentamiento , bombeo y purificación de agua.

    Los costos de inversión en plantas que utilizan la energía solar siguen siendo elevados, por lo que actualmente solo se justifican en aquellos casos en que , por las grandes distancias entre las comunidades y la red eléctrica interconectada, se pueden instalar económicamente pequeñas estaciones con celdas fotovoltáicas para el suministro local. Las centrales que captan la irradiación solar con canales parabólicos para producir vapor tienen también elevados costos de inversión. Sin embargo, se pueden instalar acopladas a ciclos combinados que usan gas natural cuando el proyecto sea económicamente viable.

    México, tanto por su extensión territorial como por su localización geográfica y sus características orográficas , cuenta con condiciones que permiten tener un importante potencial de generación de energía eléctrica a partir de fuentes renovables. La CONAE ha identificado un conjunto de proyectos específicos para su evaluación y , en su caso, promoverlos para su desarrollo. La lógica básica de esta estrategia es la de determinar los obstáculos técnicos, económicos y regulatorios a los que se enfrentan quienes desarrollan este tipo de proyectos.

    PROYECTOS EN MEXICO

    Proyecto: Centro Médico Nacional 20 de Noviembre ISSSTE. 

    Institución Ejecutora:Aquasol S.A.de C.V.

    Módulo Solar y Constructora ICA. 

    Lugar: México, D.F.  Fecha:1993.

    Descripción:1000 m2 de área de captación alucobre y cobre en módulos de 1.9 m2 a circulación forzada para calentar agua de todo el hospital.

    Capacidad 50 a 60 m3 diarios. 

    Tiempo de operación: Desde 1994 a la fecha. 

    Estado actual: En operación. 

    Comentarios: Tecnología nacional. 

    Proyecto: Calentamiento de agua en instalaciones del sector hotelero. 

    Institución Ejecutora: CELSOL S.A. de C.V. 

    Lugar: Hotel Cancún Palace, Cancún Q. Roo. 

    Fecha: Febrero de 1994.

    Descripción:468 colectores solares planos con una superficie de captación de 936 m2 para calentar 85000 litros de agua al día a 55º C. 

    Tiempo de operación: Desde su instalación. 

    Estado: En reparaciones.

    Comentarios: Tecnología propia. 

    Proyecto: Instalaciones deportivas del club UNAM, Pumas. 

    Institución Ejecutora: Módulo Solar, Energía y Ecología S.A., ICA. 

    Lugar: México D.F.

    Descripción: Un campo inicial de 170 m2 con expansión al doble para el agua caliente de baños y cocina. Respaldo fotovoltaico de emergencia, y en fase de pruebas un sistema híbrido solar-eólico para iluminación de emergencia. 

    Estado actual: En arranque y pruebas. 

    Comentarios: Tecnología local y extranjera. 

    Proyecto: Centro Campestre Ecológico Asturiano.

    Institución Ejecutora: Módulo Solar, Adrian's de México, Energía y Ecología. 

    Lugar: Carretera Cuautla-Chalco km 57. 

    Descripción: Casi 4000 m2 en dos campos, uno de 1800 m2 para alberca de olas de 2500 m3, otros dos campos, 1000 m2 cada uno para uso de agua caliente para baños, vestidores y usos generales.

    Tiempo de operación:1991 a la fecha.

    Estado: En operación.

    Comentarios: Tecnología propia.

    Proyecto: Sistema Solar para los Baños de la UAM Iztapalapa. 

    Institución Ejecutora: UAM-Iztapalapa, Heliotecnica S.A. de C.V. 

    Lugar: Unidad Iztapalapa de la UAM, México D.F. 

    Fecha:1989.

    Descripción:197.6 m2 de colectores solares planos y un termotanque de 10,000 litros para abastecer de agua caliente los baños del gimnasio. 

    Tiempo de operación: Operó ininterrumpidamente durante dos años hasta que los colectores se fracturaron al parecer por congelamiento.

    Estado actual: En reparación.

    Comentarios: Tecnología propia.

    Proyecto: Planta Solar Experimental. 

    Institución Ejecutora: Instituto de Ingeniería UNAM

    Lugar: México, D.F. 

    Fecha:1980-1982

    Descripción: Sistema de Generación fototérmica de 10 kW a partir de un campo de 16 módulos de concentradores tipo canal parabólica de 34.5 m2  c/u. Tiempo de operación: Operó parcialmente de 1982 a 1983.

    Estado actual: Se realizan experimentos de generación directa de vapor en los tubos absorbedores. 

    Comentarios: Desarrollo tecnológico. 

     

     

    EL SOL: LA MEJOR FUENTE OPCIONAL DE ENERGIA EN NUESTROS DIAS

    Mucho se ha hablado acerca de cómo la energía solar ha evolucionado rápidamente hasta una etapa de comercialización. Los sistemas de aprovechamiento de la energía solar se están convirtiendo con rapidez en una cosa común. Ya que muchas personas han decidido que el sol es en nuestros días la mejor fuente opcional de energía.

    • El sol se puede utilizar como fuente opcional de energía, sin las dificultades que presentan otras fuentes.

    • El equipo necesario, lo mismo que las técnicas de diseño de sistemas y su instalación, se encuentran disponibles.

    • En casi todas las regiones del país, se puede esperar un rendimiento excelente de los sistemas de aprovechamiento de la energía solar.

    LA ENERGIA SOLAR COMPARADA CON OTRAS FORMAS DE ENERGIA

    El sol ofrece actualmente la mejor fuente opcional de energía por las siguientes razones:

    • La energía solar se encuentra disponible en todo el país, la tecnología necesaria para aprovecharla está enteramente perfeccionada, no cuesta nada, ni está sometida a la inflación, es limpia y no contamina.

    • No ocurre lo mismo con los combustibles fósiles. Las existencias nacionales de petróleo y gas están disminuyendo.

    • Existen también dificultades con las energías como nuclear, hidroeléctrica, y térmica. Los costos de instalación de las plantas de energía nuclear han aumentado hasta las nubes y se han planteado muchos problemas legales relacionados con el ambiente y con la seguridad.

    • Las instalaciones hidroeléctricas proyectadas han tropezado con problemas legales pero sobre todo con problemas ambientales.

    • Las energías maremotriz, térmica de los océanos y geotérmica son excelentes en concepto, pero escasea la tecnología y la disponibilidad general.

    • La fuerza del viento es limpia, pero se requiere mucho trabajo para que esta energía pueda llegar a un estado de comercialización.

    • La energía que contiene la biomasa se puede recuperar fácilmente, pero hay problemas de incomodidad, contaminación y tecnologías inadecuadas de procesamiento.

    • La energía que contiene la leña se puede obtener con facilidad, lo mismo que el equipo necesario , pero hay problemas de incomodidad y contaminación.

    COSTOS DE LA ENERGIA SOLAR.

    TIPO DE ENERGIA

    INVERSION INICIAL

    COSTO DE OPERACIÓN (ANUAL)

    VIDA UTIL (AÑOS)

    ENERGIA SOLAR

    100

    0.3

    25

    GAS NATURAL

    30

    9.5

    15

    GAS LP

    38

    15.8

    15

    DIESEL

    33

    24.5

    13

    DATOS DADOS EN MILES DE PESOS/para uso doméstico

    Los sistemas fotovoltáicos se manejan con un precio diferente y se puede calcular con la siguiente fórmula:

    $=Pm*Mo*Cr

    donde:

    $= Costo del sistema en dólares

    Pm= Potencia de los paneles a utilizar

    Mo= Número de paneles

    Cr= Costo relativo por watt

    Los costos relativos por watt son los siguientes:

    • Para sistemas de iluminación de 10 a 15 dólares por watt.

    • Para sistemas de comunicación de 12 a 17 dólares por watt.

    • Para sistemas de bombeo de 18 a 30 dólares por metro cúbico.

    CONCLUSIONES.

    Después de la elaboración de este trabajo podemos concluir que la energía solar es una posible solución a muchos problemas que se tienen en la generación de energía eléctrica. El inconveniente con la energía solar es su alto costo de implantación, pero este costo se compensa con el tiempo de vida y los bajos costos de mantenimiento.

    Además pudimos aclarar las diferentes maneras que tiene la energía solar para ser aprovechada, es decir, no solo se puede generar energía eléctrica sino que también energía térmica . Esto se traduce en beneficios a comunidades alejadas que no están conectadas a la red de energía eléctrica, o bien , donde se carece de recursos para producirla.

    BIBLIOGRAFIA.

    La Energía Solar.

    Ing. Antonio Murray

    Secretaria de Salubridad y Asistencia

    México 1974

    Uso directo de la Energía Solar

    Farrington D.

    Ed. H. Blume

    España 1978

    Energía Solar: Selección del Equipo, Instalación y Aprovechamiento.

    Montgomery R.H.

    Ed. Limusa

    México 1992

    Perspectiva del Sector Eléctrico en México 98-06

    Secretaria de Energía.

    www.conae.gob.mx

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