Energia solar

UNIVERSIDAD JOSE CECILIO DEL VALLE

DISEÑO ARQUITECTONICO VII

SISTEMAS ALTERNATIVOSENEGIA SOLAR

http://www.energianatural.com.ar/

PANELES SOLARESPARA ELECTRICIDAD

INFORMACIÓN GENERALCaptan la Energía Lumínica del Sol transformándola en Eléctrica, pudiendo ésta, ser utilizada directamente y/o almacenada. Este Sistema es de fácil aplicación en todo tipo de Viviendas, Comercios, Complejos Turísticos, Establecimientos Rurales Casa Rodantes etc..., especialmente en lugares donde no hay Red Eléctrica Pública o el costo de la electricidad resulta oneroso, siendo además interconectable con otros Sistemas Alternativos.

2Arq. JORGE MARULANDA

Catedrático

LA ENERGÍA SOLARAPLICADA PARA OBTENER ELECTRICIDAD

EL PRINCIPIO• Se basa en el

aprovechamiento de la Radiación Solar (fotones), que al impactar una Celda Fotovoltaica genera electricidad. La radiación promedio del Sol sobre la tierra es aproximadamente de 1000 Watts/m2/hora, variable de acuerdo a las estaciones del año, latitud, condiciones climáticas, orográficas, orientación y horario.

Celda Fotovoltaica

Panel Fotovoltaico


Catedrático

LA CELDA• Está compuesta por silicio (arena refinada), y con el agregado

de otros elementos, obtiene propiedades Fotovoltaicas, teniendo un razonable rendimiento energético y costo de fabricación. Son de 3 tipos: silicio amorfo, multicristalino y monocristalino, siendo su Rendimiento variable entre el 8, 12, 15 % de la luminosidad recibida. Su durabilidad está entre los 20 y 30 años. Hay celdas con otros compuestos y con mayor rendimiento en potencia con costos aún altos. Una celda tiene un tamaño aproximado de 10 cm.x 10cm. 100 cm2 y genera una potencia de entre 1.5 a 2 watts.

PANELES SOLARES FOTOVOLTAICOS (PSFV)• Para producir mayor cantidad de energía, las celdas se las

agrupa e interconecta configurando así los Paneles Fotovoltaicos. Constructivamente constan de un marco perimetral, un vidrio resistente que deja pasar los rayos protegiendo las celdas. La Potencia generada por un panel esta en relación directa a su superficie. Generalmente se los construye de acuerdo a su potencia: 5 a 150 watts. Tensión operativa; 12 V pudiendo ser conectados en serie ó paralelo.

POTENCIA PICO• La Potencia Pico es la máxima que genera el panel en las horas

de máxima insolación: 1000 w/m2 y a 25 Gº Cº y también en relación directa a la cantidad de celdas que tiene.


Catedrático

INSOLACION MAXIMA. HORAS- PICO • El Panel al estar fijo recibe los Rayos del

Sol inclinados al amanecer, aumentando el ángulo durante la mañana para recibirlos perpendicularmente al mediodía para luego ir disminuyendo durante el atardecer. Durante todo el día el panel recibe una Insolación Variable que va aumentando y disminuyendo progresivamente. Esa Insolación varía desde los 0 Watts hasta llegar a los 1000 w al mediodía para luego ir decreciendo a 0 W. El día Solar tiene generalmente unas 12 horas , pero de esas horas aproximadamente la mitad tienen Máxima Insolación o Luminosidad. (IM) generalmente entre las 10.00 a 16.00 Hs. Cada Área Geográfica de la Tierra tiene un valor medido en Horas de Máxima Insolación a 1000 Watts por m2.

Invierno Verano


Catedrático

UBICACIÓN ORIENTACIÓN E INCLINACIÓN

• UBICACIÓN. Para obtener el mejor Rendimiento colocarlos en lugares donde no haya obstáculos que produzcan sombras en el horario de luminosidad pico.

• ORIENTACIÓN. Enfrentar el panel hacia el Norte. En áreas con obstáculos montañosos, buscar la media entre la salida del sol y su puesta.

• INCLINACIÓN. El sol está bajo en los meses de Otoño e Invierno y, alto en Primavera y Verano. Por ello conviene cambiar la inclinación siempre agregándole 10 Grados a la latitud del lugar. Puede ser efectuado 4 veces al año. Optimizando estos 3 parámetros, se obtendrá el mejor rendimiento energético.

Cual es la inclinación del sol en Honduras o C.A. ?

ESTACION SOLAR ESQUEMA CASA SOLAR

ESQUEMA CASA SOLAR

ESTACION SOLAR


Catedrático

SISTEMA SOLAR FOTOVOLTAICO (SSFV)• Está compuesto por: Paneles, Controlador de Carga, Inversor y

Baterías de almacenado.• Para calcular un SSFV es necesario determinar: a) los consumos de los

artefactos a alimentar diariamente y establecer la cantidad de energía a almacenar por días nublados, b) insolación anual promedio de acuerdo a la ubicación.. Con esa información se determinará la cantidad de paneles y potencia, capacidad y cantidad de baterías, regulador de carga y la potencia del inversor para elevar la tensión a 220 volts. VER CALCULO DE UN GENERADOR SOLAR


Catedrático

BATERÍAS• Sirven para acomular la energía que los

paneles generan diariamente. El Banco de Baterías es para almacenar Energía Eléctrica y debe ser dimensionado en función a la cantidad de energía que se quiera disponer por días de baja luminosidad (nublados). Existen diferentes tipos de baterías, pero las más usuales son las de plomo ácido y de ciclo profundo. Son similares las vehiculares pero, sus placas son más gruesas ya que no tienen una exigencia como la de un motor de arranque. La vida útil está en función al porcentaje de descarga y a los ciclos que se descarga y carga). Cada batería tiene sus especif. Conviene no descargar más del 30% de su cap. máxima. Ej. Una de 200 A en 10 hs al 70% y 1200 ciclos es aquella que se descargará toda en 10 hs pero sólo podrá extraerle el 30% de su carga (60 A) y recargarse 1200 veces siempre que no haya sido descargada más del 30% de su capacidad total. Si la descarga supera ese porcentaje, la cantidad de ciclos se limitará, perdiendo vida útil. Para el cálculo del Banco de Baterías es importante conocer los consumos.


Catedrático

CONTROLADOR DE CARGA• Protege la vida útil de las Batería de

descargas profundas y sobrecargas, desconectando automáticamente el sistema y a su vez indican el estado de carga regulando su voltaje: 10 a 14 Volts.

INVERSOR DE TENSIÓN• Se lo utiliza para convertir la

Corriente Contínua (CC) de la batería en Alterna (AC) y a su vez elevando la Tensión de 12, 24 , 48 voltios a 110 o 220, pudiendo así utilizar los artefactos domiciliarios. Su dimensionado, debe estar relacionado a la potencia máxima de los artefactos a utilizar simultáneamente. Se encuentran disponibles en distintos modelos de voltaje y potencias. Se fabrican de acuerdo a su Potencia Voltaje y tipo de Onda de acuerdo a su uso específico (Iluminación, Motores, Electrodomésticos).

CONTROLADOR

INVERSOR


Catedrático

SOPORTES y PROTECCION DE PANELES

• La estructura soporte tiene suma importancia. a través de ella se puede modificar la orientación e inclinación Deben tener la robustez y durabilidad necesaria para afrontar las inclemencias climáticas Existen diferentes modelos de acuerdo a la ubicación de los paneles (techos planos ó inclinados, fachadas y suelo natural. En ciertas áreas geográficas es necesario protegerlos con mallas metálicas o plásticas anti-granizo. Soportan un granizo de Ø 25 mm a una velocidad de caída de 70 km/h. pero los de mayor diámetro pueden destruir el Panel.


Catedrático

INTERCONEXIÓN CON OTROS SISTEMAS ALTERNATIVOSESQUEMA


Catedrático

ARTEFACTO CANTIDAD POT. CONSUM. W/H

HORA ENCENDIDO POTENCIA /DIA

CONSUMOS en 12 Volts DC

LAMP. B/CONS 2 20 4 160w

LAMP. B/CONS. 3 15 2 90w

TV COLOR. 1 50 3 150w

EQ. COMUNIC. 1 30 1 30w

TOTAL DIARIO 430w

CONSUMOS en 220 Volts AC

HELADERA 1 75 4 300w

BOMBA AGUA 1 150 1 150w

PC B/C C/IMP. 1 175 1 175w

TOTAL DIARIO 625w

AGREGAR 15 % PERDIDA POR INVERSOR

100w

Por Por Igual


Catedrático

• CONSUMO TOTAL DIARIO 1155 W • CALCULAR LOS AMPERES NECESARIOS

FORMULA : WATTS/VOLTS= AMPERES • AMPERES NECESARIOS: 1155 WATS DIARIOS, DIVIDIDO 12 V. = 96,25 A/DÍA. • EL PANEL KS 120 GENERA UNA POTENCIA DE 7,10 AMP X 4,5 HS/DÍA = 31,95 A/DÍA.

• AL DIVIDIR 96,25 A / 31,95 AMP = 3,01 ES LA CANTIDAD DE PANELES. KS 120 NECESARIOS.

• EJEMPLO CON PANEL KS 80

• EL PANEL KS 80 GENERA UNA POTENCIA DE 4,73 AMP X 4,5 HS/DÍA = 21,30 A/DÍA

• AL DIVIDIR 96,25 A. POR 21,30 A. SERÁ NECESARIO 4,51 PANELES KS 80.

• POR LO TANTO ES CONVENIENTE UTILIZAR 3 PANELES KS 120.


Catedrático

CONSIDERACIONES GENERALES• Los Sistemas Fotovoltaicos son recomendables para Iluminación

utilizando artefactos de Bajo Consumo, pudiendo utilizar mayor potencia pero limitando su tiempo de uso. Siempre se podrá consumir como máximo, la Energía que se acumula diariamente, más la disponible en baterías (autonomía). El cálculo del Banco de Baterías es importante. La Energía que se obtiene está en relación directa a la Superficie de los Paneles que se utilizan. Mas Superficie de Paneles más Energía a obtener.

• Compite con un Grupo Electrógeno de baja potencia debido a que el Sistema es autónomo y no necesita combustibles, lubricantes ni repuestos siendo su mantenimiento bajo. Los Sistemas son ampliables en potencia con el agregado de paneles y baterías. En Baja Tensión 12, 24, 48Volts, los cables deben ser de mayor sección y los artefactos tienen un costo importante por ello se sugiere el uso de INVERSORES a 220 V, logrando así utilizar cableado de menor sección y los mismos artefactos. Se sugiere siempre analizar la posibilidad de interconectar sistemas de captación Solar y Eólico, en forma conjunta siempre que se disponga de ambos Recursos. Se usan los mismos implementos: Baterías, Artefactos, Inversores, Cables etc...

• Varia según la zona geográfica, consumo de sus artefactos (Voltaje y Potencia), horas de uso.

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Arq. JORGE MARULANDA Catedrático

COLECTORES SOLARESPARA AGUA CALIENTE Y CALEFACCIÓN

INFORMACIÓN GENERALCaptan la Energía Calórica del Sol, calentando el Agua que circula dentro, reduciendo el consumo de Gas Envasado ó Eléctrico para producirla. Estos sistemas son de fácil aplicación en todo tipo de Viviendas, Comercios, Fábricas, Restaurantes, Establecimientos Turísticos, Gastronomicos y Rurales, Calentamiento de Piscinas, etc..., dónde el consumo de AGUA CALIENTE es importante, siendo además, combinables con Sistemas Convencionales, sean Calefones, Termotanques y Calderas.

ESQUEMA CASA SOLAR


Catedrático

COLECTORES SOLARES TANQUE INTERIOR

El PRINCIPIO• Se basa en el aprovechamiento de la

Energía Calórica que emiten los Rayos Solares siendo absorbida por un cuerpo negro (Placa).

EL COLECTOR • Tiene en su interior un cuerpo negro

que absorbe los rayos del Sol calentando lo que se encuentra en contacto con el mismo. La placa tiene adosados conductos paralelos verticales que se unen en sus extremos superior e inferior con dos tubos, ambos con salida al exterior, conteniendo agua u otro líquido que se calienta por la transmisión del calor que absorbe la placa.

• Constructivamente constan de un marco perimetral, un vidrio protector que deja pasar los rayos produciendo un efecto invernadero, una placa con conductos internos con una entrada inferior y una salida superior, y al dorso una aislación. El panel es estanco e impermeable.

NATATORIO CALEFACCIONADO

CASA SOLAR


Catedrático

COLECTORES DIRECTOS E INDIRECTOS • Los DIRECTOS son aquellos que

adentro circula el agua que se usa. Los INDIRECTOS necesitan un intercambiador de calor pues dentro de ellos circula un líquido transmisor (agua con antioxidantes, glicol, aceite) siendo utilizados dónde la temperatura exterior es inferior a 0 grados.

TERMOSIFÓN Funcionamiento.• El principio del Temosifón se basa

que el agua o líquido transmisor al ser calentado baja su densidad y comienza a ascender y al enfriarse desciende. Así es entre el Panel y el Tanque de Almacenado. En el caso de no poder utilizar el termosifón, se intercala en el circuito una microbomba de recirculación.

PANEL SOLAR 100 x 200

TANQUE INT. 2 PAN. 100X200


Catedrático

INTERCAMBIADOR DE CALOR • Tiene forma de serpentina,

(cobre) dentro del cual circula el líquido transmisor, y en contacto con el agua del tanque de almacenaje y como el liquido que circula está con más temperatura que el agua del tanque, se produce la transferencia de ese calor a través de las paredes de la serpentina. Es un circuito cerrado.

TANQUE EXT. PAN 100X150

TANQUE EXT. 2 PAN 100X150


Catedrático

SISTEMA DIRECTO Funcionamiento (sin intercambiador).

b) Colectores necesarios de acuerdo al volumen de agua a calentar y temperatura deseada.

b) Tanque de almacenado: debe tener una entrada para llenado de agua, una salida inferior para consumo y en su parte lateral una entrada superior y una salida inferior para conectar al panel. Debe estar ubicado tal manera que exista una diferencia de nivel, por lo menos 50 cm. más alto de la parte superior de los paneles, siendo esa diferencia aumentada en el caso que los paneles se encuentren alejados del tanque de almacenado a razón de 10 cm por cada metro de alejamiento para que la circulación por TERMOSIFÓN no se encuentre frenada.

c) Conexionado. La salida superior del panel está conectada a la entrada lateral superior del tanque y la inferior del panel a la salida lateral inferior del tanque.

CONEXIONADO A CALDERA

MOD FTS 1 x 20019


CALEFACCIÓN DE PISCINAS


Catedrático

UBICACIÓN DE LOS SISTEMASDIRECTOS O INDIRECTO CON TANQUE

SEPARADO O INCORPORADOc) COLECTORES. Pueden estar ubicados sobre techos

planos ó inclinados. Sin obstáculos que produzcan sombras, especialmente entre las 10 y las 17 hs.. en verano ó invierno. La orientación ideal para los colectores miren al NORTE geográfico La inclinación normal básica es latitud más 10º pudiendo modificarla en 15º más en invierno y 15 menos en verano.

b) TANQUE ALMACENADO SEPARADO: DIRECTO O INDIRECTO. La diferencia de nivel entre la base del tanque y la parte superior del Colector debe ser como mínimo 50 cm. Las mangueras que conectan el panel con el tanque deben estar en ascenso, no admitiendo pendiente negativa. Es preferible ubicarlo en el interior o cubierto. Los sistemas con TANQUE INCORPORADO fijo queda como es. Pueden estar colocados en techos planos ó inclinados como así también apoyados sobre sus bases en el suelo natural.


Catedrático

ESQUEMAS GENERALES1 ENTRADA DE AGUA FRÍA A TANQUE2.SALIDA AGUA CALIENTE A CONSUMO3 SERPENTINA DE INTERCAMBIO4 SALIDA DE PANEL 5 RETORNO AL PANEL6 VASO DE EXPANSIÓN7 COLECTORES SUPERIOR E INFERIOR8 CAPILARES9 MARCO EXTERNOCIRCULACIÓNPOR TERMOSIFÓN (A) O POR BOMBA (B) A) COLECTOR ESTA BAJO NIVEL DEL TANQUEB) COLECTOR ESTA SOBRE NIVEL DEL TANQUE APLICABLE A SIST. INDIRECTOS Y DIRECTOS


Catedrático

CONSIDERACIONES GENERALES1. El Sol entrega por día: 6000 Kcal en Prim./Ver.(meses bueno) y 3000 Kcal Ot./Inv.

(meses malos) siendo elpromedio 4500 Kcal. El agua de consumo ingresa al Sistema 20º a 5º respect.(promedio).

2. La temperatura de uso es de 45º, resulta que en meses malos no sólo recibimos menos calorías del Sol sino, además el agua ingresa más fría, por lo tanto se deberá aumentar la cantidad de Colectores ó bien reducir la cantidad de Agua a calentar. Si se aumenta la cantidad de colectores, en los meses buenos el sistema puede sobrepasarse de temperatura 100º Por eso se sugiere la interconexión a un Convencional.

3. Un Kg. de Gas Envasado=2 lts. genera 12.000 kcal. siendo el 70 % ( 7200 kcal.) aprovechable y el 30 % se pierde debido a que los Sistemas Convencionales tienen salida de combustión .

4. Para elevar 1 litro de agua 10º es necesaria 10 Kcal; 10 lts. a 10º=100 kcal; 50 lts. a 50º= 2500 Kcal; 100lts. a 100º=10000 Kcal.; 72 lts. a 100º= 7200 Kcal.; 144 lts a 50º=7200 Kcal.

5. Conviene que la Inst.de A. Cal. tenga tuberías de Caucho, PPN (plásticas) asi evitar pérdida de Calor.

6. Cada tipo de Colector tiene un rendimiento diferente ( 70 a 85 % de la energía recibida). Para un pre-cálculo adoptar 1m2 de Colector cada 100 lts de agua .


Catedrático

COLECTORES SOLARESPARA AIRE CALIENTE

• INFORMACION GENERAL• Captan la Energía Calórica del Sol,

calentando el Aire que circula dentro, reduciendo el consumo de Combustibles Tradicionales líquidos ó gaseosos y Electricidad. Se los utiliza para CalefaccionarViviendas, Comercios, Establecimientos Fabriles, Turísticos y, en el ámbito Rural para el Secado de Granos y Hortalizas, combinables además con Sistemas Convencionales .

• LA OPERATIVIDAD ES SIMILAR A LOS COLECTORES PARA AGUA CALIENTE.


Catedrático

COLECTOR SOBRE TECHO

• El PRINCIPIO• Se basa en el aprovechamiento de

la Energía Calórica que emiten los Rayos Solares al ser absorbida por un cuerpo negro (Placa).

• Su operatividad es similar a la de los Colectores Solares para Agua Caliente y a los Paneles Solares Fotovoltaicos para Electricidad.

• El Sol irradia sobre la Superficie Terrestre a razón de 1000 W/m2/h., llegando según la Latitud hasta unos 7000 w/m2/día. Es de saber que esas áreas están cerca de la Latitud de los 0 Gr, pero en las Latitudes mayores siendo además la variación de temperatura entre Invierno y Verano más amplia, la Radiación Solar va disminuyendo.


Catedrático

COLECTORES EN MUROS

EL COLECTOR • Generalmente son de sección rectangular

y su medida standard es de 100x200x15 cm.. Su interior contiene una placa con un recubrimiento selectivo que absorbe los rayos calentando Aire. Constructivamente consta de un marco perimetral, un vidrio protector que deja pasar los rayos produciendo el efecto invernadero, en su interior una placa negra generalmente rugosa de superficie y con dos orificios: uno inferior de entrada y otro superior de salida del aire. Al dorso una aislación. Es estanco e impermeable.

• La Placa al recibir la Radiación Solar, se calienta y cede ese Calor al Aire que circula por el Colector.

• Los rendimento de los Colectores, llegan a un 85 / 90 % de entrega de Radiación al Aire.


Catedrático

COLECTORES DE PARED

• MODELOS. El funcionamiento es el mismo para todos, lo que varía está en la circulación interna del aire. Lo que se debe lograr es tener la mayor superficie en contacto con el aire y para que la entrega de calor por radiación (rendimiento) sea la más efectiva, está también en relación a la cantidad de aire y su velocidad dentro del Colector. Existen de simple placa, con circulación frontal y dorsal (Ver esquema), de simple placa con laberinto interior conformado con la misma placa, etc... La cantidad de Colectores a colocar está en relación al volúmen de AIRE a calentar y temperatura deseada.


Catedrático

FUNCIONAMIENTO. CIRCULACION POR TERMOSIFON ó FORZADA.

En el Colector, la salida superior y la inferior deben conectarse al ambiente a través de conductos . El aire del colector al calentarse asciende y sale por el conducto superior al ambiente y asimismo el aire del ambiente a menor temperatura ingresa a la parte inferior del colector para calentarse produciendo así, una circulación cerrada por TERMOSIFON. El sistema funciona durante el día siempre que reciba la Radiación Solar. Durante la noche es conveniente tener un Dumper para cerrar el circuito debido a que el ciclo puede invertirse y así enfriar el ambiente. En los de circuito por CIRCULACION FORZADA, tienen el agregado de un ventilador. A estos sistemas se les agrega controladores (termómetros y termostatos), para que a cuando el colector llegó a una temperatura el ventilador se encienda ó sino también cuando la temperatura del ambiente es baja, ó, corte cuando es más de la deseada el ventilador. Generalmente los ventiladores de Colectores de hogar son de baja potencia, pudiendo funcionar con Paneles Solares Eléctricos. (Ver esquema)


Catedrático

• UBICACIÓN, ORIENTACION E INCLINACION

• La ubicación ideal es que enfrente al Norte y sin obstáculos que produzcan sombras durante el día.

• Como la calefacción es necesaria en Invierno y el Sol barre un ángulo menor a los 180 Gr., permitiendo que el panel reciba radiación todo el día. Si está colocado un ángulo de inclinación de hasta 15 grados más que la Latitud del lugar, su rendimiento será mayor debido a que la radiación pegará más perpendicularmente al colector, debido a que el movimiento del Sol sobre la tierra en bajo en los meses fríós. Ver esquema.

• Se los puede instalar bajo ventanas, en muros, techos ó cubiertas siempre que reciban Sol. Se podrán calefaccionar por este sistema los espacios que estén orientados al Norte y los que no, llevando el aire Caliente a través de conductos al ambiente. 29


ENERGIA NATURAL

• INTERCONETADO A SIST.CONVENCIONALES.

• El Sistema se interrumpirá la durante la noche y en días nublados por baja radiación ó por temperatura exterior extremadamente baja, pudiendo no resultar suficiente. Generalmente quienes utilizan este Sistema Alternativo, disponen de un Convencional: Calefactores de Aire Individuales ó Central por Aire Caliente; por Radiadores; Pisos ó Losas Radiantes que funcionan con Combustibles Tradicionales, líquidos ó gaseosos o Convectores Eléctricos.

• Los Colectores pueden conjuntamente funcionar acoplado en su circuito a un Sistema Convencional de Calefacción de Aire Caliente.

• Es importante considerar que estos Sistemas Alternativos son un buen complemento para un Sistema de Calefacción Convencional. Si el sistema es por Aire Caliente, proveerán Aire Precalentado al circuito ahorrando así Combustibles para producirlo y es otro, colaborará también a ahorrar.


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OTROS SISTEMASSECADORES SOLARES POR AIRE CALIENTE de

Granos y Hortalizas


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COLECTOR SOLAR OBOE Generador de Aire Caliente para el Secado de CEREALES, FRUTOS y HORTALIZAS

PLANTA EN U

Energia solar

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