Este es el segundo módulo del Taller De Usos de Energía Solar en Construcciones Residenciales dictado por la Ing. Diana C. Gasca y Fernando Luna, Ph.D Con el apoyo de Cientificamente, COEXITO S.A y APROTEC SAS. Trata sobre conceptos básicos de sistemas solares térmicos y fotovoltáicos.

1. Conceptos básicos de sistemas solares
.

2. La energía del Sol.
4H  He2 + Mucha energía
6.4 x 107 W/m2.
Producida por una contínua reacción
nuclear:
A la capa superior de la atmósfera de la
tierra llegan: 1.36 x 103 W/m2
(Constante solar).

4. La energía del Sol incidente en la
tierra se puede aprovechar de tres
formas:
Concentración de
Calor
Producción de
electridad
Iluminación
Natural
Toda aplicación tecnológica de energía solar se deriva de estas
tres! Hornos solares, cargadores solares, bombeo de agua, etc

5. Concentradores de calor.
Condiciones generales:
1. Material que absorbe radiación
en las frecuencias que el sol emite.
2. Material que emite muy
Poco calor luego de estar
caliente
DensidaddePotenciaespectralrelativa
Longitud de Onda (µm)
Reflectancia
Radiación Solar
(e) Absorbente
Selectivo ideal.

6. Concentradores de calor.
1. De placa plana sin cubierta.
Material :
Polipropileno, Polietileno,
Policloruro de Vinilo (PVC)
Temperatura :
25 – 30 ºC. Grandes
perdidas por
radiación
Factor de perdida
:
15 – 25 W/m2 ºC

7. Colectores de Placa plana sin cubierta
son livianos comparativamente (30
Kg), reciben un alto caudal ( 5gl/min) y
normalmente se usan sin tanques para
almacenar agua caliente pero sí para
recircular agua. Necesitan grandes
áreas para montaje.

8. Concentradores de calor.
2. De placa plana con cubierta.
Cubierta de Vidrio, una o
dos capas. Deja pasar
UV, retiene IR lejano
(Efecto invernadero).
Lámina de cobre pintada
de negro o con capas
selectivas
Serpentín de Cobre.
Montura de Aluminio
anodizado.

9. Concentradores de calor.
2. De placa plana con cubierta.
Superficies selectivas
Negro de
NiquelNegro de
CromoNegro de Cobre
Nitruro de Aluminio
Sistema Absorben
te
Absortividad
(α)
Emisividad (ε )Espejo

10. Concentradores de calor.
2. De placa plana con cubierta.
Material : Metálico con
aislamiento
Temperatura :
10-80 ºC. Grandes
perdidas por
radiación Factor de perdida
:
5 W/m2 ºC

11. Colectores de Placa plana con
cubierta se usan con tanques para
almacenar agua caliente. Necesitan
áreas pequeñas de montaje.
Por qué están
cubiertas las
tuberías ?

12. Concentradores de calor.
3. De tubos evacuados. (Tubo de
Calor)Intercambiad
or
de calor
Tubo
evacuado
de vidrio
evacuado
Película
absorbent
e
El líquido en el tubo
se convierte en
vapor caliente, el
cual calienta el
fluido en el
intercambiador de
Tubo
Calient
e
Agua Fría
Agua
Caliente
A tanque
reservorio

13. Concentradores de calor.
3. De tubos evacuados. (Flujo
Directo)

14. Concentradores de calor.
3. De tubos evacuados.
Material : Vídrio,
Materiales frágiles.
Temperatura :
10-130 ºC. El vacío
es un gran aislante.
Mejor
Desempeño.
Factor de perdida
:
2 W/m2 ºC

15. Colectores de tubos de vacío tienen
alta capacidad calefactora. Pueden
ser usados para aplicaciones
industriales. Por ser cilíndricos los
colectores atrapan luz en diversos
ángulos.

16. Instalación General (Calentamiento).
TECHO
CONEXION
ES
TANQUE DE
ALMACENAMIEN
TO
• Inclinación, (necesito
anclaje?)
• Cuánta Área Tengo
libre?.
• Donde estará el tanque? (Techo, en planta baja?)
• Que función cumple el tanque? (Es una piscina, es una caldera, es un
reservorio para flujo no-contínuo (Cocina, Servicios Sanitarios)?.
• Inclinación de la
tubería (> 20).
• Aislamiento de las
tuberías.
•Sistema mixto? (uso
de agua caliente solar
como entrada a
sistema convencional.)

17. Fuí el otro día a la unidad
residencial donde vive un amigo.
Allí ví que tienen calentadores
solares para cubrir el gasto de
agua caliente de la unidad. Eran
de esos que están metidos como
en una caja con un vidrio……
Me pregunto si podemos hacer lo
mismo para calentar las piscinas
en un proyecto que tengo para
hacer 10 casas a las afueras de
Cali.
“
“
Usted que respondería?

18. Transformación de Luz en
Electricidad
Una celda SOLAR o FOTOVOLTAICA es un
dispositivo electrónico que convierte la energía
del sol en electricidad
Bandgap
Engineering , 2012

19. Cómo funciona una celda solar?
La Luz (fotones) golpea al
silicio dopado negativamente
(Tipo N) y libera electrones que
pasan a la capa de silicio
dopado positivamente (Tipo P).
Así se crea un potencial
eléctrico (0.5 V).
““
Luz del
Sol
Electrodo (-)
Escudo no reflectivo
Silicio tipo N.
Silicio tipo P.
Electrodo (+)

20. Tipos de paneles solares.
Monocristalino. La oblea de silicio es cortada a
partir de un cristal puro el cual es producido muy
lentamente en el laboratorio (Proceso Czochralski).
Hasta 20% de eficiencia. Necesitan
poco área de instalación. Muy
Costosos. No funcionan muy bien a
T > 25 ºC. Tiene el 93% del

21. Tipos de paneles solares.
Policristalino. Producido mediante silicio fundido y
cristalizado en moldes. No hay un solo cristal de silicio sino
varios de ellos.
Eficiencia entre 12-14%.
Más económicos que
monocristalino. Necesitarán
más espacio para producir
la misma potencia que

22. Tipos de paneles solares.
Amorfo/Películas delgadas. Producido mediante
deposicón de capas delgadas de silicio y demás
componentes en un sustrato (Aluminio, Vidrio) usando
técnicas como Chemical Vapor Deposition (CVD).
Eficiencia entre 6-8%. Son
los más económicos. Tienen
poco peso. Necesitarán
más espacio para producir
la misma potencia que
monocristalino y
polycristalino. Tiene muchas
posibilidades estéticas.
Corta vida útil.

23. Los paneles producen electricidad
solo de día.
Y todos los días no hay la misma
radiación solar.
Como mantengo siempre (día y noche, soleado
o nublado) un flujo de corriente desde mi
sistema solar?

24. Arreglo de Páneles:
Diseñado para cumplir con
requerimientos de energía en los
meses de menor radiación.
Controlador de carga:
Ajusta la corriente-voltaje que
llega a las baterías para optimizar
la recarga y protegerlas de
sobrecarga.
Baterías:
Guarda energía eléctrica para las
noches o clima nublado. Aumenta
la salida del sistema fotovoltaico
durante periódos de alta
demanda.
Carga de Corriente Alterna
(AC):
120 o 240 V, enseres de la casa.
Generador de Respaldo:
Provee energía durante
extendidos períodos de tiempo de
alta demanda o baja radiación.
Sistemas DIESEL, Gasolina,
ACPM
Inversor:
Convierte energía DC en AC para
enseres de la casa y convierte
energía del generador de
respaldo de AC a DC para cargar
baterías.
Sistemas Aislados
Los páneles
solares
siempre
producen DC

25. Sistemas Aislados
Usuario desea la independencia. No depender de
suministro del Sistema Interconectado Nacional (SIN).
1. Diréctamente conectados
(Corriente Directa, DC). Sin baterías.
Sin Inversor.
2. Aislado directo. Con baterías.
Con inversor. Sin Generador de
respaldo.
3. Aislado Híbrido. Con
inversor, Con baterias, Con
generador de respaldo.

26. Sistemas interconectados a la red
Es un sistema aislado sin Baterías pero que usa la red eléctrica como
sistema de respaldo
Produzco
más de lo
que
consumo?
Produzco
menos de lo
que
consumo?

27. Debido al uso extensivo de dispositivos
electrónicos, que usan DC, actualmente en
hogares de paises desarrollados el consumo
eléctrico de estos dispositivos está alcanzando
el 15%. En 20 años ese consumo de
electricidad DC será del 50% de la demanda
energética en los hogares.
Que sistema solar prevalecerá en el futuro?

28. El funcionamiento de sistemas solares, térmico y
fotovoltaico dependen de variables ambientales.
Radiación solar- Ubicación
geográfica
El ángulo de inclinación de los rayos solares en la superficie
de la tierra limita la energía dada a cada punto en el mundo
por m2

29. El funcionamiento de sistemas solares, térmico y
fotovoltaico dependen de variables ambientales.
Radiación solar- Ubicación
geográfica

30. Radiación solar- Ubicación
geográfica
Cuando los rayos del sol se inclinan comienza
una reducción en la intensidad de energía por
m2.
El funcionamiento de sistemas solares, térmico y
fotovoltaico dependen de variables ambientales.

31. Radiación solar- Ubicación
geográfica
El funcionamiento de sistemas solares, térmico y
fotovoltaico dependen de variables ambientales.
Inclinar los páneles ayuda a obtener
la mayor eficiencia en la absorción de
luz.
El grado de inclinación
depende de la ubicación
geográfica. Bogotá = 4ºC

32. El funcionamiento de sistemas solares, térmico y
fotovoltaico dependen de variables ambientales.
Temperatura ambiental.
Las altas temperaturas disminuyen
la eficiencia de los páneles.
Es necesario evitar el
calentamiento de los páneles. No
ponerlos en contacto con techos
metálicos.
La potencia pico de un panel solar
esta dada a 25ºC

33. El funcionamiento de sistemas solares, térmico y
fotovoltaico dependen de variables ambientales.
Temperatura ambiental.
Dar espacio para la ventilación de los páneles es fundamental para su buen
funcionamiento.
EFFECT OF VENTILATION IN A PHOTOVOLTAIC ROOF Guillem Gargallo i Pallardó

34. Gracias!