ENERGIA = CAPACIDAD DE
PRODUCIR TRABAJO
Joules, Watt-hora, caloría, BTU,
BEP, KBEP
POTENCIA = ENERGIA / TIEMPO
Watts, MW, GW, HP (Horse
Power)
ENERGIAS RENOVABLES
• ENERGIA CUYO APROVECHAMIENTO NO
MODIFICA LA RESERVA
• LA FUENTE ES PRACTICAMENTE INFINITA
• SE EXTRAEN DE CICLOS NATURALES
• NO EMITEN CO2 (ALTERNATIVAS)
• APLICACIONES PARA PRODUCIR
ELECTRICIDAD Y CALOR
• DENSIDAD BAJA (ENERGÍA POR VOLUMEN O
SUPERFICIE)
• ALGUNAS SON INTERMITENTES.
PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA:
CONSERVACION DE LA ENERGIA
Fuente Renovable = Potencia útil + Calor
Potencia útil = Fuente Renovable – Pérdidas por Calor
Pérdidas por Calor = a * Fuente Renovable
Potencia útil = Fuente Renovable – a * Fuente Renovable
Potencia útil = (1- a) * Fuente Renovable
COP = 1 – a
Ecuación fundamental:
P(útil) = COP * P(renovable)
COP = Coef. Desempeño (dato de diseño)
(COP=coefficient of performance)
ENERGIA SOLAR
PLANO DE LA ECLIPTICA
SOL
TIERRA
TRASLACION = ESTACIONES
ROTACION = DIA Y NOCHE
PLANO DE LA ECLIPTICA
ECUADOR
TERRESTRE
POLO
POLO
DECLINACION
d = 23,4°
d
CICLO SOLAR
FUSION DEL HIDROGENO
H + H = He
SUPERFICIE
5000 °C
HIDROGENO: 98%
HELIO: 1 %
OTROS ELEMENTOS: 1%
EQUILIBRIO
GRAVEDAD Y REACCION NUCLEAR
EMITE
RADIACION
ELECTROMAGNETICA
Y
NUCLEAR
PLASMA
HIDROGENO IONIZADO
UV: ultra violeta
ESPECTRO SOLAR
FUERA DE LA ATMOSFERA: 1.360 W/m2
IR: infrarrojo
PRISMA
DESCOMPOSICION DE LA RADIACION SOLAR
LA RADIACION SOLAR INTERACTUA CON LOS ATOMOS Y CON LOS ELECTRONES
SUELO
ATMOSFERA
340 W/m2
67
168
105
195
324
492
350
40
SOL
BALANCE DE ENERGIA DE LA ATMOSFERA
CUANTIFICACION DE LA ENERGIA SOLAR
P(útil) = COP * P(solar)
P(solar)= área captora x Radiación Solar = A x Gn
A= área en m2
Gn= radiación solar perpendicular a la superficie
en Watts/m2.
Gn
Uso térmico
Electricidad
Bn
B
D
R
Dn
RADIACION SOLAR
• RADIACION SOLAR DIRECTA (B): PROVIENE DEL DISCO
SOLAR (PRODUCE SOMBRA)
• RADIACION SOLAR DIFUSA (D): PROVIENE DE LA BOVEDA
CELESTE (CIELO AZUL O NUBES)
• REFLEJADA (R): PROVIENE DE EDIFICIOS, SUELO, ETC.
RADIACION SOLAR GLOBAL (G)
Gn = Bn + Dn + Rn
Rn
n
RADIACION SOLAR
B
D
Dn
Bn
Gn = Bn + Dn
Mediciones de la radiación solar: cada día.
Energía total incidente = Gn x horas-sol (kWh/m2.día)
La Paz: 5,6 kWh/m2.día sobre una superficie horizontal
y 6 horas-sol.
EJEMPLO 1
• Se requiere obtener 5 MW de electricidad en
Oruro donde la radiación solar es de 6
kWh/m2.día sobre una superficie inclinada 30°
al norte y el promedio de horas-sol es de 5,7
horas/día. Calcular el área de captación que se
requiere, si ésta tuviera un ángulo de 30°.
P(útil) = 5 MW = 5.000.000 W
Gn(30°) = 6 kWh/m2 / 5,7h = 1,05 kW/m2 = 1.050 W/m2
P(solar) = A x Gn(30°) = A x 1.050 W
P(útil) = COP x P(solar)
5.000.000 = 0,16 x A x 1.050
A = 29.760 m2 ( casi 3 hectáreas de paneles solares)
EJEMPLO 2
• Se requiere calentar 100 litros de agua de 12°C a
32°C. en 4 horas en la ciudad de La Paz. Para ello
se necesita 590 W de potencia. Calcular el área
necesaria, si en La Paz la radiación solar es de
5,6 kWh/m2.día sobre una superficie inclinada
30° al norte y el promedio de horas-sol es de 4,8
horas/día.
P(útil) = 590 W
Gn(30°) = 5,6 kWh/m2 / 4,8h = 1,16 kW/m2 = 1.160 W/m2
P(solar) = A x Gn(30°) = A x 1.160 W
P(útil) = COP x P(solar)
590 = 0,55 x A x 1.160
A = 0,98 m2 ( casi 1 m2 de superficie captora)
REPASO FINAL
kWh/m2.día
14,0
12,0
10,0
8,0
6,0
4,0
2,0
0,0
0
50
100
150
200
250
300
350
Número de día N=1 (1ro. Enero)
Radiación Extraterrestre, Global, Directa y Difusa Horizontal
Año Típico (periodo: 1983 a 2006) (en kWh/m2-día)
Localidad: La Paz
Extraterrestre
Global Horizontal
Directa
Difusa
kWh/m2.día
14,0
12,0
10,0
8,0
6,0
4,0
2,0
0,0
0
50
100
150
200
250
300
350
Número de día N=1 (1ro. Enero)
Radiación Extraterrestre, Global, Directa y Difusa Horizontal
Año Típico (periodo: 1983 a 2006) (en kWh/m2-día)
Localidad: Potosi
Extraterrestre
Global Horizontal
Directa
Difusa
kWh/m2.día
12,0
10,0
8,0
6,0
4,0
2,0
0,0
0
50
100
150
200
250
300
350
Número de día N=1 (1ro. Enero)
Radiación Extraterrestre, Global, Directa y Difusa Horizontal
Año Típico (periodo: 1983 a 2006) (en kWh/m2-día)
Localidad: San Borja
Extraterrestre
Global Horizontal
Directa
Difusa
kWh/m2.día
14,0
12,0
10,0
8,0
6,0
4,0
2,0
0,0
0
50
100
150
200
250
300
350
Númerode día N=1 (1ro. Enero)
Radiación Extraterrestre, Global, Directa y Difusa Horizontal
Año Típico (periodo: 1983 a 2006) (en kWh/m2-día)
Localidad: Villa Tunari
Extraterrestre
Global Horizontal
Directa
Difusa
ENERGIA SOLAR EN ELECTRICIDAD
Potencia Efectiva = Voltaje * Corriente = COP*A*Gn
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