COLECTORES SOLARES, USOS Y VENTAJAS.

UBICACIÓN CORRECTA DE LOS COLECTORES SOLARES, USOS Y VENTAJAS

Autores: ADRIANA GUADALUPE LARA MENDEZ, GERARDO LEDEZMA OTERO, LUIS ALBERTO BARBOSA REYES. ledezma.otero@hotmail.com, adris_ace@hotmail.com , rosko_bob@hotmail.com

Resumen

Hay suficientes problemas actuales que suceden en la vida diaria, pero para el problema energético el cual es vital para la vida y existe la solución, por lo que es uno de los principales temas en las nuevas tecnologías. La energía es una solución y un problema para el desarrollo. Con la energía logramos nuevos avances en la ciencia pero al mismo tiempo le causamos daño al medio ambiente.

En la actualidad no podemos estar en el planeta sin esta vital energía y no podemos seguir así, tanto en el gasto de los recursos naturales así como el daño al medio ambiente. Nosotros podemos obtener un desarrollo utilizando los recursos naturales para después poder concientizar al planeta y utilizar energías alternas. Usando energías renovables es un buen camino para así poder llevarnos a otro nivel en lo económico y en lo ecológico, la energía de las celdas solares es importante para lograr un excelente avance en la humanidad. Palabras clave: colectores solares, energía solar, geometría solar, argumentos, contraargumentos.

Abstract. Actually there’s many problems that ocurring in the daily life, but for the energetic problem, wich is vital for the daily life, exists a solution, making it one of the mains and importants themes in the news technologies. The energy is one solution and at the same time, a problem for the development. With the energy we make a progress in science but at the same time cause hurts to the environment.

Actually we cant be on the planet without this vital energy and we cant continue like that, both at the expense of natural resources and the environmental damage. We can obtain a development using natural resources, and make concience in the planet and using others alternatives in the energy. Using renewable energy is a good way to take us to another level in the economic and ecological, the energy of solar cells is important to make excellent progress in humanity. Keywords: solar collectors, solar energy, solar geometry, arguments, oppositearguments.

Introducción. El objetivo de éste documento es explicar el uso eficiente de las celdas solares, tomando en cuenta la ubicación del sol para el aprovechamiento de la energía solar, esta suele requerir el empleo de elementos constructivos específicos. Uno de los más importantes son los colectores solares, así como las distintas estructuras de cubierta energética que en principio, constituyen un caso particular de construcción con colectores solares.

Colectores solares. Se denomina colector solar a cualquier forma de superficie que sirva para aprovechar la energía de las radiaciones solares con fines térmicos o eléctricos, formados por un conjunto de celdas fotovoltaicas. Para entender la operación de una célula fotovoltaica, necesitamos considerar la naturaleza del material y la naturaleza de la luz del sol. Las celdas están formadas por dos tipos de material, generalmente silicio tipo p y silicio tipo n (amorfas, monocristalinas o policristalinas) y otros materiales son: seleniuro de cobre e indio, teluro de cadmio, arseniuro de galio, etc.). Los colectores solares, cumplen con tres funciones principales:

• La captación, es decir, la conversión de la radiación solar en calor
• El almacenamiento
• La distribución, es decir, haciendo que se pueda disponer del calor en los lugares y en los momentos en que se requiera.

Hay que distinguir entre colectores concentradores de alta temperatura, colectores planos de de temperatura media con protección de vidrio y colectores de baja temperatura sin protección de vidrio.

1. Colectores concentradores de alta temperatura

Estos colectores tienen, a superficie curvada formando concavidad. Por medio de un efecto especular o de lente pueden concentrar los rayos solares. Con una concentración débil, se pueden alcanzar de 200 a 500º C; con mayor concentración se llega a 4000º C.Tienen que ser orientables y les afecta mucho la suciedad. Éste tipo de concentradores solo pueden aprovechar, en general, la radiación directa.

2. Colectores planos de temperatura media con protección de vidrio

Se trata de colectores cuya superficie de absorción es plana y cuyo funcionamiento se basa en el principio del invernadero (trampa de calor). Éstos colectores están formados por un bastidor (plástico, metal o madera), un vidrio transparente, la superficie absorbente (selectiva o no, el aislamiento y un medio portador del calor (aire, agua, aceite, mezcla de agua y glicol, etc). Un buen colector plano para temperaturas de hasta 100ºC debiera tener las propiedades siguientes:

• Debe poder montarse fijo integrado en una estructura de edificación.
• Los materiales empleados para el aislamiento y el colector mismo deben tener una inercia térmica lo más pequeña posible para que al cabo de una acción muy corta de las radiaciones solares se alcance lo más rápidamente posible la temperatura de servicio del colector.
• La cara frontal del aislamiento térmico tiene que ser resistente contra todas las acciones atmosféricas.

El rendimiento de un colector puede aumentarse por medio de un tratamiento especial de los vidrios y de la superficie de absorción. Las dimensiones necesarias para la superficie colectora dependen de la cantidad de calor que se necesita, de cómo se han concebido los colectores y el edificio y de dónde estará situada la instalación, geográfica y climáticamente.Los problemas más importantes que puedan presentarse en los colectores solares son los siguientes:

• Sobrecalentamiento * rotura
• peligro de heladas *movimientos térmicos
• corrosión * fugas
• suciedad

3. colectores de baja temperatura sin protección de vidrio.

Estos colectores que, en general, deben tener una gran superficie no necesitan llevar una cubierta transparente porque trabajan por medio de fenómenos físicos de otro tipo, en el intervalo de las bajas temperaturas; se construyen de grandes dimensiones, como cubiertas o muros exteriores completos. Suelen denominarse cubiertas o muros absorbentes de la energía.

Geometría solar

El sol envía energía desde una distancia de 93.000,000 de millas. Esa energía llega a la tierra en ángulos diferentes, dependiendo de la situación geográfica, hora del día y época del año. Por esta razón la ubicación del colector es uno de los detalles más importantes del diseño del sistema de energía solar. Los colectores se deben situar en o cerca del edificio, en la forma más atractiva, económica y efectiva. Se deben orientar en la dirección correcta, de manera que reciban la luz del sol durante la mayor parte del día, y deben estar inclinados al ángulo apropiado para que capten el máximo de energía durante los meses en que más se necesita.

• los colectores se pueden integrar a muchos estilos de edificios y proyectos de paisajes.
• la energía solar llega a los colectores de tres maneras y la posición del colector es importante para captar esa energía.
• la orientación del colector depende de le área geográfica y del diseño del edificio.
• el ángulo de inclinación del colector depende del área geográfica y de las necesidades de energía.

Por regla general, los colectores se deben montar al mismo edificio o a una distancia razonable es necesario así buscando la economía en la construcción ciencia térmica.

El movimiento del sol. El sol sale aproximadamente por el este, atraviesa el cielo sur y se oculta más o menos por el oeste. Debido a la inclinación del eje terrestre, estará más alto o más bajo en el cielo durante el año a medida que la tierra recorre su órbita. La posición del sol depende de la situación del observador. Por medio de mapas solares se puede determinar el movimiento del sol para cualquier día del año y para cualquier área geográfica. Para fines de aprovechamiento de energía solar, el grado de precisión que ofrecen los mapas solares es suficiente.

La posición del colector. La ubicación de los colectores de un sistema de energía puede depender del diseño de la construcción de las sombras y del área geográfica.

Determinación de la sombra solar. El sextante es un instrumento muy útil para determinar la sombra solar, se puede utilizar para medir el ángulo con cual caerá el sol en el lugar propuesto para instalar el colector, este instrumento puede ayudar a identificar los objetos que pudieran hacer sombra sobre el colector a diferentes horas del día y en diferentes fechas. Marcando la posición y la altura de la sombra se puede proceder a tomar una decisión en cuanto a la ubicación del colector.

Orientación del colector

Estudiando la ventana solar, se puede observar que los colectores se deben orientar de manera que apunten hacia el sur, del sur geográfico y no del magnético. Aunque la orientación hacia el sur verdadero es la que se refiere generalmente para los colectores, se puede aceptar una variación. Ningún cambio de orientación con respecto al sur verdadero deberá exceder de 15° al este o al oeste, este cambio reducirá hasta cierto punto la energía captada.

Inclinación del colector

Al ángulo que forma el colector con la horizontal se le llama ángulo de inclinación del colector, también es un facto importante del diseño. El ángulo tendrá que variar de acuerdo con el área geográfica y con las necesidades de energía, el ángulo optimo de inclinación, cundo se trata solamente de calentar agua es la inclinación debe ser igual a la latitud del área geográfica. Por ejemplo si la latitud del lugar es de 40° N los colectores deben estar inclinados a 40° hacia arriba. EL ángulo óptimo de inclinación del colector para calefacción, es igual a la latitud mas 15°, por ejemplo si la latitud es de 40° N los colectores deberán estar inclinados a 55° hacia arriba. Esta mayor inclinación es necesaria para recoger energía máxima del sol in vernal que sigue un curso más bajo atreves del cielo.

Estos ángulos de inclinación se pueden tomar como guía general. El diseño de la construcción podrá o no requerir que se introduzcan modificaciones, de ser así las variaciones deberán de ser de 10° a uno u otro lado de la orientación optima son aceptables. El cambio no reducirá significativamente la captación de energía y, en algunos casos, un ángulo diferente puede ser deseable por razones de arquitectura, de clima o de otra índole, por ejemplo en climas mas fríos, un ángulo mas pronunciado que el optimo puede ser conveniente debido a la presencia de mayor energía reflejada.

Argumentos y contraargumentos

* Argumentos

Medio ambientales

• No contamina: No produce emisiones de CO2 ni de otros gases contaminantes a la atmósfera.
• No consume combustibles.
• No genera residuos
• No produce ruidos
• Es inagotable

Socio-económicas

• Su instalación es simple
• Requiere poco mantenimiento
• Tienen una vida larga (los paneles solares duran aproximadamente 30 años)
• Resiste condiciones climáticas extremas: granizo, viento, temperatura, humedad.
• No existe una dependencia de los países productores de combustibles.
• Instalación en zonas rurales → desarrollo tecnologías propias.
• Se utiliza en lugar de bajo consumo y en casas ubicadas en parajes rurales donde no llega la red eléctrica general
• Venta de excedentes de electricidad a una compañía eléctrica.
• Tolera aumentar la potencia mediante la incorporación de nuevos módulos fotovoltaicos.

* Contraargumentos

• Su elevado costo

Conclusiones

En breve, se puede decir que el problema energético es esencial para el desarrollo de la humanidad, y encontrar nuevas fuentes renovables en armonía con el medio ambiente constituye ciencia. Las energías renovables establecen la forma para que el mundo pueda crecer en el aspecto ecológico y económico basadas en una colaboración correcta tanto en el campo de la investigación como en el campo de la realización industrial. La energía solar es parte importante en esta estrategia y las celdas solares de alta eficiencia modelos que pueden bajarnos los costos de la energía eléctrica.

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