lunes, 17 de marzo de 2008

caculo y presupuesto de una instalacion electrica



Energía solar fotovoltaica



Situación: las palmas


Tensión nominal de trabajo: 24 v


Consumo: tiempo de uso

Invierno verano

2 habitaciones tuvo 20w 1h/día 1h/día
1 salón-comedor tuvo 20 w 5h/día 3h/día
1 cocina tuvo 20 w 2h/día 1h/día
2 wc tuvo 10 w 1h/día 1h/día
1 garaje tuvo 15 w 1h/día 1h/día
3 tv 20 w 2h/dia 1h/dia


consumo en invierno al dia


2 x 20 w x 1h/dia = 40wh/dia
1 x 20 w x 5h/dia = 100 wh/dia
1 x 20 w x 2h/dia = 40 wh/dia
2 x 10 w x 1 h/dia = 20 wh/dia
1 x 15 w x 1 h/dia = 15 wh/dia
3 x 20 w x 2 h/dia = 120 wh/dia


consumo en verano al dia

2 x 20 w x 1h/dia = 40 wh/dia
1 x 20 w x 3 h/dia = 60 wh/dia
1 x 20 w x 1 h/dia = 20 wh/dia
2 x 10 w x 1 h/dia = 20 wh/dia
1 x 15 w x 1 h/dia = 15 wh/dia
3 x 20 w x 1 h/dia = 60 wh/dia






En invierno


40 + 100 + 40 x 20 +15 + 120 / 24 v = 13’95 Ah

Sobredimensionamos la carga un 25% para compensar las perdidas

13’95 ah + 13’95 x 25 / 100 = 17’43 Ah

Calculamos la intensidad total

17’43 / 4’3 = 4’05 A

Calculamos el número de paneles necesarios cogiendo el I-100/24

4’05 / 2’8 =1’60 SERIA = 2 PANELES


En verano


40 + 60 + 20 + 20 + 15 + 60 /24 v = 8’95 Ah



Sobredimensionamos la carga un 25% para compensar las perdidas

8’95 Ah + 8’95 x 25/100 = 11’18 Ah

calculamos la intensidad total

11’18/ 4’3 = 2’6 A


calculamos el numero de paneles necesarios cogiendo el I-100/24

2’6 / 2’8 = 0’92 SERIA = 1 PANEL

AUNQ EN INVIERNO NOS DE EL CALCULO UN PANEL SE PONDRAN DOS POR EL CALCULO ECHO EN LA EPOCA DE VERANO




presupuesto





Panel Solar Fotovoltaico 240W CE, ISO MONO
Panel Solar Fotovoltaico en monocristalino de primera calidad.
Certificado CE y fabricado de acuerdo a ISO. Célu 691,20 € x 2 paneles = 1382’4€


PS-15M Regulador solar ProStar 12/24V
15A con display y paralelable hasta 300A: 218,90€

Convertidor de corriente 12v a 220v 70.00€

Baterías Monobloc
Modelo: FS-200 378 €

lunes, 10 de marzo de 2008

energia solar

Energía fotovoltaica:







La energía solar
Elementos de una instalación solar fotovoltaica
Aplicaciones de la energía solar fotovoltaica
Calculo de instalaciones de energía solar fotovoltaica
Historia y fundamentos de las células solares fotovoltaicas
Células y paneles fotovoltaicos
Acumuladores
Reguladores de carga
Otros equipos para su uso en sistema fotovoltaico
Estructura soporte para paneles fotovoltaico
Calculo de una instalación
Mantenimiento de una instalación fotovoltaica y funcionamiento
Instalaciones fotovoltaicas conectadas a la red eléctrica
Bibliografía























La energía solar


Una energía garantizada para los próximos 6.000 millones de años

El Sol, fuente de vida y origen de las demás formas de energía que el hombre ha utilizado desde los albores de la Historia, puede satisfacer todas nuestras necesidades, si aprendemos cómo aprovechar de forma racional la luz que continuamente derrama sobre el planeta. Ha brillado en el cielo desde hace unos cinco mil millones de años, y se calcula que todavía no ha llegado ni a la mitad de su existencia.

Durante el presente año, el Sol arrojará sobre la Tierra cuatro mil veces más energía que la que vamos a consumir.

España, por su privilegiada situación y climatología, se ve particularmente favorecida respecto al resto de los países de Europa, ya que sobre cada metro cuadrado de su suelo inciden al año unos 1.500 kilovatios-hora de energía, cifra similar a la de muchas regiones de América Central y del Sur. Esta energía puede aprovecharse directamente, o bien ser convertida en otras formas útiles como, por ejemplo, en electricidad.

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, contaminantes o, simplemente, agotables.


Es preciso, no obstante, señalar que existen algunos problemas que debemos afrontar y superar. 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, precisamente cuando más la solemos necesitar.


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.



Elementos de una instalación solar fotovoltaica

ConduccionesEl fluido calo portador debe ser transportado en la instalación a una determinada velocidad porque si va muy rápido no se calentará y si va muy lento alcanzará temperaturas poco deseables, por lo que habrá que calcular el dimensionamiento de las tuberías. Para ello, habrá que mantener unos límites de velocidad (1’2 l/s*eg – 1’6 l/seg. 100 m2 de superficie colectora) y un límite de pérdida de carga.El material a elegir debería ser el metal más noble posible (cobre), pero en dimensiones grandes, se empleará otro de precio inferior como puede ser el acero o el aluminio. En caso de coexistir varios metales en la misma instalación, el agua debe ir desde el menos noble al más noble por el problema de la electrolisis.Con los plásticos, el que más aguanta es el polietileno reticulado (100ºC unas pocas horas), por lo que no es aconsejable utilizarlo en el circuito primario.Para calcular el caudal la norma indica:Entre 1’2 100m2. Pasados a l/h quedaría entre 43 l/h y 57 l/h,*l/seg. y 1’6 l/seg. Cogiendo a efectos de cálculo el valor intermedio de 50 l/hAislamientoEvita las pérdidas de los elementos sensibles de la instalación, debe tener un bajo coeficiente de conductividad a un precio razonable. Su colocación será sencilla y soportará un rango amplio de temperaturas. Debe ser ignífugo, no corrosivo por contacto y presentar buena estabilidad. Su resistencia mecánica será buena y su peso específico reducido.Puede ser de tipo fibroso (amianto, fibra de vidrio, fibra mineral, fibra animal y vegetal), granulosos (perlite, silicato e calcio, magnesia), y celulares (corcho, espuma de vidrio). El espesor se elige en función de la temperatura del fluido y el diámetro de la tubería, también dependiendo si las tuberías son interiores o exteriores.Otros elementosPara calcular las instalaciones hay que tener en cuenta un caudal de 50 l/h *m2, la velocidad será de 2 m/seg. (3 m/seg. en algunas condiciones) y un ∆p = 40 mm.c.a/m.o El manómetro y el hidrómetro – Miden la presión en el interior de una tubería o depósito.o La válvula de seguridad – Debe incluirse por estar el circuito sometido a presión y a variaciones de temperatura.o El embudo de desagüe – Permite observar la evacuación del líquido.o El purgador – Evacua los gases contenidos en el fluido calo portador y debe situarse en la parte más alta de la instalación.o Las válvulas antirretorno – Limitan el paso del fluido en un solo sentido.o Las válvulas de paso – Pueden interrumpir total o parcialmente el paso del fluido.o El termómetro – Mide la temperatura del fluido por contacto o por inmersión.o Los termostatos – Miden y activan o desactivan mecanismos mediante una señal eléctrica.o El termostato diferencial – Mide una diferencia de temperatura y en función de la medida actúa sobre algún elemento del sistema

Aplicaciones de la energía solar fotovoltaica
Pequeñas instalaciones de iluminación en viviendas (exterior y interior).
Instalaciones de bombeo agua de pozos o riego autónomo.
Instalaciones en viviendas en las que es más viable económicamente implementar una instalación autónoma que realizar la conexión a la red general, normalmente por lejanía de esta.







Calculo de instalaciones de energía solar fotovoltaica














Historia y fundamentos de las células solares fotovoltaicas


Parece ser que los fenómenos fotoeléctricos tienen el principio de su descubrimiento en 1808, por mediación de Hallwachs, pero fue Hertz quién enunció los principios básicos que los regían.

En el 1887 éste último observó que la chispa saltaba más fácilmente entre dos esferas de diferente potencial cuando sus superficies eran fuertemente iluminadas por la luz de otra descarga, y posteriormente comprobó que una lámina de zinc cargada negativamente y unida a un electroscopio, perdía rápidamente su carga al ser iluminada por un arco voltaico. De todo ello dedujo Hertz que, bajo la acción de la luz, el zinc y en general todos los metales emiten cargas negativas,

Los resultados experimentales que se obtuvieron fueron los siguientes:
El efecto fotoeléctrico es instantáneo, es decir, aparece con la radiación sin retraso sensible.
El número de fotoelectrones emitidos, es decir, la intensidad de la corriente producida, es proporcional a la radiación recibida.
Sobre la velocidad de la emisión no influye para nada la intensidad luminosa, ni su estado de polarización, pero sí su frecuencia o longitud de onda.
Para cada metal existe una frecuencia mínima de radiación luminosa, por debajo de la cual no se presenta el efecto fotoeléctrico.

La interpretación teórica de todos estos hechos fue dad por Einstein en 1902, generalizando la hipótesis hecha por Plank unos años antes con la teoría de los cuantos o fotones.

Las células fotoeléctricas son dispositivos basados en la acción de radiaciones luminosas sobre ciertas superficies metálicas. El efecto de esas radiaciones puede ser de tres tipos:
Efecto fotoemisivo o fotoexterno: provoca en el metal un arranque de electrones con liberación de los mismos.
Efecto fotoconductivo o fotointerno: modifica la conductividad eléctrica del metal.
Efecto fotovoltaico: crea una fuerza electromotriz en el metal.

Precisamente en este último apartado es donde se integran las células fotovoltaicas, que generan un paso de corriente proporcional al flujo luminoso que reciben. Estas células presentan la ventaja sobre los demás tipos de que no requieren ni tensión auxiliar ni vacío, razón por la cual no son utilizadas para la conversión de energía solar en energía eléctrica.

Chapin, Fueller y Perarson desarrollaron en 1954 la primera célula solar capaz de convertir, de un modo eficaz, la luz del sol en energía eléctrica. Desde esa fecha los dispositivos se han ido mejorando sobre todo en la utilización en satélites artificiales, y alimentar pequeñas casas en lugares remotos.







Células y paneles fotovoltaicos

Los módulos fotovoltaicos o colectores solares fotovoltaicos (llamados a veces paneles solares, aunque esta denominación abarca otros dispositivos) están formados por un conjunto de celdas (células fotovoltaicas) que producen electricidad a partir de la luz que incide sobre ellos. La potencia máxima que puede suministrar un módulo se denomina potencia pico.
Las placas fotovoltaicas se dividen en:
Monocristalinas: se componen de secciones de un único cristal de silicio (reconocibles por su forma circular o hexagonal).
Policristalinas: cuando están formadas por pequeñas partículas cristalizadas.
Amorfas: cuando el silicio no se ha cristalizado.
Su efectividad es mayor cuanto mayor son los cristales, pero también su peso, grosor y coste. El rendimiento de las primeras puede alcanzar el 20% mientras que el de las últimas puede no llegar al 1%, sin embargo su coste y peso es muy inferior.


Acumuladores

Se le llama batería eléctrica, acumulador eléctrico o simplemente acumulador, al dispositivo que almacena energía eléctrica usando procedimientos electroquímicos y que posteriormente la devuelve casi en su totalidad; este ciclo puede repetirse por un determinado número de veces. Se trata de un generador eléctrico secundario; es decir, un generador que no puede funcionar sin que se le haya suministrado electricidad previamente mediante lo que se denomina proceso de carga.
También se le suele denominar batería, puesto que, muchas veces, se conectan varios de ellos en serie, para aumentar el voltaje suministrado. Así, la batería de un automóvil está formada internamente por 6 elementos acumuladores del tipo plomo-ácido, cada uno de los cuales suministra electricidad con una tensión de unos 2 V, por lo que el conjunto entrega los habituales 12 V, o por 12 elementos, con 24 V para los camiones.
El término pila, en castellano, denomina los generadores de electricidad no recargables. Tanto pila como batería son términos provenientes de los primeros tiempos de la electricidad, en los que se juntaban varios elementos o celdas — en el primer caso uno encima de otro, "apilados", y en el segundo, adosados lateralmente, "en batería", como se sigue haciendo actualmente, para así aumentar la magnitud de los fenómenos eléctricos y poder estudiarlos sistemáticamente. De esta explicación se desprende que cualquiera de los dos nombres serviría para cualquier tipo, pero la costumbre ha fijado la distinción.


Reguladores de carga


La gama de regulación de ATERSA está basada en tecnología digital, incorporando niveles diferenciados de carga y relés de estado sólido. Opcionalmente a requerimiento del cliente se pueden suministrar en caja estanca y también con diodo de bloqueo.

· Todos los modelos son bitensión (12 y 24V).

· Los modelos LEO llevan dos amperímetros y un voltímetro y pueden ser programados por el usuario o el instalador. Los modelos LEO2 llevan además relés libres de tensión para arranque de grupo electrógeno y transmisión de alarmas.

· El mP ha sido diseñado para proporcionar un sistema de regulación y control en instalaciones de media y alta potencia, con medida digital de los principales parámetros.

· El sistema de adquisición de datos DATASOL-32 ha sido diseñado específicamente para realizar el seguimiento de instalaciones fotovoltaicas utilizando como fuente de información el sistema de control mP-60. La instalación conjunta mP y el DATASOL-32, aporta las prestaciones de un equipo de adquisición de datos de forma sencilla y reducido coste.

Otros equipos para su uso en sistema fotovoltaico

Existe en el mercado fotovoltaico una gran variedad de fabricantes y modelos de módulos solares.Según el tipo de material empleado para su fabricación, se clasifican en:Módulos de silicio monocristalino: son los más utilizados debido a su gran confiabilidad y duración, aunque su precio es ligeramente mayor que los otros tipos.• Módulos de silicio policristalino: son ligeramente más baratos que los módulos de silicio monocristalino, aunque su eficiencia es menor.• Módulos de silicio amorfo: tienen menor eficiencia que los 2 anteriores, pero un precio mucho menor. Además son delgados y ligeros, hechos en forma flexible, por lo que se pueden instalar como parte integral de un techo o pared.

Estructura soporte para paneles fotovoltaico

Un panel solar esta constituido por varias células iguales conectadas eléctricamente entre si, en serie y/o en paralelo, de forma que la tensión y corriente suministrada por el panel se incrementa hasta ajustarse al valor deseado. La mayor parte de los paneles solares se construyen asociando primero células en serie hasta conseguir el nivel de tensión deseado, y luego asociando en paralelo varias asociaciones serie de células para alcanzar el nivel de corriente deseado. Además, el panel cuenta con otros elementos a parte de las células solares, que hacen posible la adecuada protección del conjunto frene a los agentes externos; asegurando una rigidez suficiente, posibilitando la sujeción a las estructuras que lo soportan y permitiendo la conexión eléctrica.Estos elementos son:- Cubierta exterior de cara al Sol. Es de vidrio que debe facilitar al máximo la transmisión de la radiación solar. Se caracteriza por su resistencia mecánica, alta transmisividad y bajo contenido en hierro.- Encapsulante. De silicona o más frecuentemente EVA (etilen-vinil-acetato). Es especialmente importante que no quede afectado en su transparencia por la continua exposición al sol, buscándose además un índice de refracción similar al del vidrio protector para no alterar las condiciones de la radiación incidente.- Protección posterior. Igualmente debe dar rigidez y una gran protección frente a los agentes atmosféricos. Usualmente se emplean láminas formadas por distintas capas de materiales, de diferentes características.- Marco metálico. De Aluminio, que asegura una suficiente rigidez y estanqueidad al conjunto, incorporando los elementos de sujeción a la estructura exterior del panel. La unión entre el marco metálico y los elementos que forman el modulo está realizada mediante distintos tipos de sistemas resistentes a las condiciones de trabajo del panel.- Cableado y bornas de conexión. Habituales en las instalaciones eléctricas, protegidos de la intemperie por medio de cajas estancas.- Diodo de protección. Su misión es proteger contra sobre-cargas u otras alteraciones de las condiciones de funcionamiento de panel.Los Panel solares tienen entre 28 y 40 células, aunque lo más típico es que cuenten con 36. La superficie del panel o modulo puede variar entre 0.1 y 0.5m2 y presenta dos bornas de salida, positiva y negativa, a veces tienen alguna intermedia para colocar los diodos de protección.Normalmente, los paneles utilizados, están diseñados para trabajar en combinación con baterías de tensiones múltiplo de 12V, como veremos en la sección dedicada al acumulador.

Calculo de una instalación


Precio de la instalación(con gastos) por 1 kWp sin I.V.A.

Apunte sus subvenciones posibles para 1 kWp

Vida útil
año
Energía producida (por 1 kWp en Madrid)
kWh/1kWp
Valor capital externa
%
Intereses para el capital externa
%
Intereses para el capital propia
%
Mantenimiento y seguros por año
%
Alquiler equipos de medida / año

Apunte los costes de mantenimiento no planificados en el primer año de marcha ( sin I.V.A. = Capital externo adicional)

Existe obligación de contribución de I.V.A. (si =1; no=1.16)
Obtendrá un abono que cubre sus costes del proyecto:
€/kWh
Datos de proyecto:
Apunte la potencia instalada en el proyecto
kWp
Calculo de inversión total para su proyecto sin intereses

Calculo de subvenciones total para su proyecto

Calculo de entradas por año para la venta de energía (la instalación > 1kWp)


Mantenimiento de una instalación fotovoltaica y funcionamiento

Una instalación fotovoltaica bien dimensionada no da problemas, y su único mantenimiento consiste en la revisión regular de los aparatos según las indicaciones del fabricante. Las averías, en caso de correcto uso, son muy infrecuentes, y las condiciones meterológicas normales -tormentas, granizo de dimensiones usuales- tampoco les afectan.


Instalaciones fotovoltaicas conectadas a la red eléctrica

La conversión directa de la energía solar en electricidad a través de células fotovoltaicas se ha desarrollado durante los últimos años como una alternativa para el suministro eléctrico en numerosos países. Y en las ocasiones donde el abastecimiento eléctrico por red convencional ya existe, la tendencia será que las células fotovoltaicas trabajen con ella.
Inicialmente, los sistemas fotovoltaicos de conexión a red se desarrolaron para centrales fotovoltaicas de gran tamaño. Ya que se pensó que podrían en un futuro resolver en algunas zonas ciertos problemas existentes en la generación y distribución de energía convencional. Tras examinar que dichas centrales trabajaban correctamente y, en la medida que avanzó el mercado de la electrónica se comenzaron a diseñar sistemas de menor envergadura. Sistemas más pequeños y manejables, con la finalidad de ser instalados a modo de pequeñas centrales domésticas. Sistemas solares totalmente adaptables a viviendas dotadas de acometida convencional de suministro eléctrico.
La primera central fotovoltaica conectada a la red en Europa (9,3 kWp. 13/05/1982 Lugano School of Engineering) se construye para estudiar los efectos de seguridad eléctrica que pudieran darse cuando se conecta una instalación de este tipo a la red pública. A finales de 1998 existían más de 30.000 instalaciones fotovoltaicas conectadas a la red eléctrica repartidas por todo el mundo.
Hoy existe un claro apoyo institucional a la tecnología fotovoltaica. Buen ejemplo de ello, se encuentra en la lectura de Energía para el futuro, fuentes de energía renovable ( Libro Blanco para una estrategia y un plan de acción comunitarios. Comisión Europea). Donde se muestra la articulación de una campaña para contribuir al despegue real de las energías renovables. La Comisión Europea, en lo referente a fotovoltaica propone fomentar la implantación de un millón de sistemas fotovoltaicos.
Una campaña con la finalidad de construir una base de mercado suficientemente amplia para que los costes de fabricación desciendan de manera sustancial. Un programa de despegue para proteger el mercado interior y fomentar la exportación. A tal efecto, la campaña organizada incluye una iniciativa para la instalación de 500.000 sistemas fotovoltaicos conectados a red y destinados dentro del mercado interior de la UE. Para completarla, incluye una iniciativa de exportación de 500.000 sistemas fotovoltaicos autónomos a los países en desarrollo.
La política energética no es un oráculo, y las perspectivas no son previsiones sino reflexiones sobre la gama de futuros posibles. Teniendo esto último en cuenta y si todo marcha según los planes operativos en EEUU, Japón y Europa, es posible que se alcance el 2010 con más de 1.000.000 de instalaciones fotovoltaicas conectadas a la red eléctrica en muchos países. Si a esta cifra le sumamos las instalaciones fotovoltaicas autónomas, en la próxima década se formará un mercado fotovoltaico que tendrá un volumen superior a los 2,5 billones de dólares.
Funcionamiento
Un sistema fotovoltaico de conexión a red es un tipo de instalación eléctrica en la que intervienen cinco elementos:
La energía solar.
Un grupo de módulos solares fotovoltaicos convenientemente conectados, y situados de tal manera que reciban la mayor cantidad de luz solar a lo largo del año.
El inversor fotovoltaico de conexión a red eléctrica.
Las protecciones eléctricas.
La red eléctrica.
El principio de funcionamiento es sumamente sencillo:
La energía solar cae sobre el generador fotovoltaico.
Los módulos solares generan electricidad en corriente continua.
La corriente continua, que suministra el generador solar fotovoltaico, pasa por las protecciones eléctricas y se entrega directamente al corazón de un inversor. El control del inversor se encuentra conectado al generador solar y a la red.
El inversor fotovoltaico de conexión a la red es el encargado de proporcionar corriente alterna senoidal, a partir de la energía en corriente continua entregada por los modulos solares fotovoltaicos. La energía que entrega este inversor se encuentra sincronizada con la existente en la red de abastecimiento.
Dicha energía, si no se consume en el mismo sitio donde esté la instalación, es inyectada en frecuencia y fase a la línea de distribución eléctrica existente. De ésta forma queda disponible para otros consumidores.
Y el funcionamiento del sistema solar se realiza de forma completa mente automática, tanto para su puesta en marcha como para su parada:
Al amanecer, los dispositivos de control del sistema miden la potencia disponible en el generador fotovoltaico. Una vez alcanzado el nivel mínimo de funcionamiento, el inversor arranca y comienza la generación de corriente.
Al anochecer, cuando se detecta un nivel de potencia del generador inferior al mínimo con el que puede funcionar, el equipo se desconecta hasta un nuevo amanecer.
Bibliografía


http://www.censolar.org/menu2.htm
http://www.enbuenasmanos.com/articulos/muestra.asp?art=1558

http://www.web.iesbajoaragon.com/framos/solar1.doc
http://es.wikipedia.org/wiki/Panel_fotovoltaico
http://es.wikipedia.org/wiki/Acumulador_el%C3%A9ctrico
http://www.atersa.com/763.0.html
http://www.ujaen.es/investiga/solar/07cursosolar/home_main_frame/04_componen/01_generador/01_basico/4_gene_01.htm
http://energia-solar-si.blogspot.com/
http://news.soliclima.com/?seccio=noticiesprof&accio=veure&id=51
http://www.robotiker.com/revista/articulo.do;jsessionid=EE3D092DEBFB2747509DACF422E4830A?method=detalle&id=31

jueves, 28 de febrero de 2008

energia solar

Los paneles de energía solar captan o transforman la energía de los rayos solares. En todos los casos, en el consumo diario y en la generación de un sistema solar, se trata de ENERGIA y no de "POTENCIA".

mirar la siguiente pagina:

http://www.codeso.com/Calculo01A.html

martes, 26 de febrero de 2008

Bateria electrica


Acumulador para automóvil.
Se le llama batería eléctrica, acumulador eléctrico o simplemente acumulador, al dispositivo que almacena energía eléctrica usando procedimientos electroquímicos y que posteriormente la devuelve casi en su totalidad; este ciclo puede repetirse por un determinado número de veces. Se trata de un generador eléctrico secundario; es decir, un generador que no puede funcionar sin que se le haya suministrado electricidad previamente mediante lo que se denomina proceso de carga.
También se le suele denominar batería, puesto que, muchas veces, se conectan varios de ellos en serie, para aumentar el voltaje suministrado. Así, la batería de un automóvil está formada internamente por 6 elementos acumuladores del tipo plomo-ácido, cada uno de los cuales suministra electricidad con una tensión de unos 2 V, por lo que el conjunto entrega los habituales 12 V, o por 12 elementos, con 24 V para los camiones.
El término pila, en castellano, denomina los generadores de electricidad no recargables. Tanto pila como batería son términos provenientes de los primeros tiempos de la electricidad, en los que se juntaban varios elementos o celdas — en el primer caso uno encima de otro, "apilados", y en el segundo, adosados lateralmente, "en batería", como se sigue haciendo actualmente, para así aumentar la magnitud de los fenómenos eléctricos y poder estudiarlos sistemáticamente. De esta explicación se desprende que cualquiera de los dos nombres serviría para cualquier tipo, pero la costumbre ha fijado la distinción.
Tabla de contenidos

Principios de funcionamiento
El funcionamiento de un acumulador está basado esencialmente en algún tipo de proceso reversible; es decir, un proceso cuyos componentes no resulten consumidos ni se pierdan, sino que meramente se transformen en otros, que a su vez puedan retornar al estado primero en las circunstancias adecuadas. Estas circunstancias son, en el caso de los acumuladores, el cierre del circuito externo, durante el proceso de descarga, y la aplicación de una corriente, igualmente externa, durante el de carga.
Resulta que procesos de este tipo son bastante comunes, por extraño que parezca, en las relaciones entre los elementos químicos y la electricidad durante el proceso denominado electrólisis, y en los generadores voltaicos o pilas. Los investigadores del siglo XIX dedicaron numerosos esfuerzos a observar y a esclarecer este fenómeno, que recibió el nombre de polarización.
Un acumulador es, así, un dispositivo en el que la polarización se lleva a sus límites alcanzables, y consta, en general, de dos electrodos, del mismo o de distinto material, sumergidos en un electrolito.

Historia
Alessandro Volta comunica su invento de la pila a la Royal London Society, el 20 de marzo de 1800.
Johann Wilhelm Ritter construyó su acumulador eléctrico en 1803. Como muchos otros que le siguieron, era un prototipo teórico y experimental, sin posible aplicación práctica.
En 1860, Gaston Planté construyó el primer modelo de acumulador de plomo-ácido con pretensiones de ser un aparato utilizable, lo que no era más que muy relativamente, por lo que no tuvo éxito. A finales del siglo XIX, sin embargo, la electricidad se iba convirtiendo rápidamente en artículo cotidiano, y cuando Planté volvió a explicar públicamente las características de su acumulador, en 1879, tuvo una acogida mucho mejor, de modo que comenzó a ser fabricado y utilizado casi inmediatamente, iniciándose un intenso y continuado proceso de desarrollo para perfeccionarlo y soslayar sus deficiencias, proceso que dura hasta nuestros días.
Thomas Alva Edison inventó, en 1900, otro tipo de acumulador con electrodos de hierro y níquel, cuyo electrolito es la potasa cáustica (KOH). Empezaron a comercializarse en 1908, y son la base de los actuales modelos alcalinos, ya sean recargables o no.
También hacia 1900, en Suecia, Junger y Berg inventaron el acumulador Ni-Cd, que utiliza ánodos de cadmio en vez de hierro, siendo muy parecido al de ferroníquel en las restantes características.

Tipos de acumuladores
Por lo que a sus tamaños y otras características externas se refiere, puede consultarse esta lista, ya que muchas de ellas son comunes a pilas y acumuladores y están normalizadas.
Por lo que a su naturaleza interna se refiere, se encuentran habitualmente en el comercio acumuladores de los siguientes tipos:

Acumulador de plomo
Está constituido por dos electrodos de plomo, de manera que, cuando el aparato está descargado, se encuentra en forma de sulfato de plomo (PbSO4 II) incrustado en una matriz de plomo metálico (Pb); el electrolito es una disolución de ácido sulfúrico. Este tipo de acumulador se sigue usando aún en muchas aplicaciones, entre ellas en los automóviles. Su funcionamiento es el siguiente:
Durante el proceso de carga inicial, el sulfato de plomo (II) es reducido a plomo metal en el polo negativo, mientras que en el ánodo se forma óxido de plomo (IV) (Pb O2). Por lo tanto, se trata de un proceso de dismutación. No se libera hidrógeno, ya que la reducción de los protones a hidrógeno elemental está cinéticamente impedida en una superficie de plomo, característica favorable que se refuerza incorporando a los electrodos pequeñas cantidades de plata. El desprendimiento de hidrógeno provocaría la lenta degradación del electrodo, ayudando a que se desmoronasen mecánicamente partes del mismo, alteraciones irreversibles que acortarían la duración del acumulador.
Durante la descarga se invierten los procesos de la carga. El óxido de plomo(IV) es reducido a sulfato de plomo (II), mientras que el plomo elemental es oxidado para dar igualmente sulfato de plomo (II). Los electrones intercambiados se aprovechan en forma de corriente eléctrica por un circuito externo. Se trata, por lo tanto, de una conmutación. Los procesos elementales que trascurren son los siguientes:
PbO2 + 2 H2SO4 + 2 e- -> 2 H2O + PbSO4 + SO42-
Pb + SO42- -> PbSO4 + 2 e-
En la descarga baja la concentración del ácido sulfúrico, porque se crea sulfato de plomo y aumenta la cantidad de agua liberada en la reacción. Como el ácido sulfúrico concentrado tiene una densidad superior a la del ácido sulfúrico diluido, la densidad del ácido puede servir de indicador para el estado de carga del dispositivo.
No obstante, este proceso no se puede repetir indefinidamente, porque, cuando el sulfato de plomo forma cristales muy grandes, ya no responden bien a los procesos indicados, con lo que se pierde la característica esencial de la reversibilidad. Se dice entonces que el acumulador se ha sulfatado y es necesario sustituirlo por otro nuevo.
Los acumuladores de este tipo que se venden actualmente utilizan un electrolito en pasta, que no se evapora y hace mucho más segura y cómoda su utilización.

Batería alcalina
También denominada de ferroníquel, sus electrodos son láminas de acero en forma de rejilla con panales rellenos de óxido niqueloso (NiO), que constituyen el electrodo positivo, y de óxido ferroso (FeO), el negativo, estando formado el electrolito por una disolución de potasa cáustica (KOH). Durante la carga se produce un proceso de oxidación anódica y otro de reducción catódica, transformándose el óxido niqueloso en niquélico y el óxido ferroso en hierro metálico. Esta reacción se produce en sentido inverso durante la descarga.
En 1866, George Leclanché inventa en Francia la “pila seca” (Zinc-Dióxido de Manganeso), sistema que aún domina el mercado mundial de las baterías primarias. Las pilas alcalinas (de “alta potencia” o “larga vida”) son similares a las de Leclanché, pero, en vez de cloruro de amonio, llevan cloruro de sodio o de potasio. Duran más porque el zinc no está expuesto a un ambiente ácido como el que provocan los iones amonio en la pila convencional. Como los iones se mueven más fácilmente a través del electrolito, produce más potencia y una corriente más estable.
Su mayor costo se deriva de la dificultad de sellar las pilas contra las fugas de hidróxido. Casi todas vienen blindadas, lo que impide el derramamiento de los constituyentes. Sin embargo, este blindaje no tiene duración ilimitada. Las celdas secas alcalinas son similares a las celdas secas comunes, con la excepciones siguientes:
el electrolito es básico (alcalino), porque contiene KOH
la superficie interior del recipiente de Zn es áspera; esto proporciona un área de contacto mayor.
Las baterías alcalinas tienen una vida media mayor que las de las celdas secas comunes y resisten mejor el uso constante.
El voltaje de una pila alcalina es cercano a 1,5 v. Durante la descarga, las reacciones en la celda seca alcalina son :
Ánodo: Zn(S) + 2 OH- (ac)  Zn(OH)2(s) +2 e-
Cátodo: 2 MnO2 (S) + 2 H2 O (l) + 2 e-  2MnO (OH) (s) + 2 OH-(ac)
Global: Zn(s) +2 MnO2 (s) 2H2O(l)  Zn(OH)2(ac) + 2MnO (OH) (s)
El ánodo está compuesto de una pasta de zinc amalgamado con mercurio (total 1%), carbono o grafito.
Se utilizan para aparatos complejos y de elevado consumo energético. En sus versiones de 1,5 voltios, 6 voltios y 12 voltios se emplean, por ejemplo, en mandos a distancia (control remoto) y alarmas.

Baterías alcalinas de manganeso
Con un contenido de mercurio que ronda el 0,1% de su peso total, es una versión mejorada de la pila anterior, en la que se ha sustituido el conductor iónico cloruro de amonio por hidróxido potásico (de ahí su nombre de alcalina). El recipiente de la pila es de acero, y la disposición del zinc y del óxido de manganeso (IV) es la contraria, situándose el zinc, ahora en polvo, en el centro. La cantidad de mercurio empleada para regularizar la descarga es mayor. Esto le confiere mayor duración, más constancia en el tiempo y mejor rendimiento. Por el contrario, su precio es más elevado. También suministra una fuerza electromotriz de 1,5 V. Se utiliza en aparatos de mayor consumo como: grabadoras portátiles, juguetes con motor, flashes electrónicos.
El ánodo es de zinc amalgamado y el cátodo es un material polarizador que es en base a dióxido de manganeso, óxido mercúrico mezclado íntimamente con grafito, y en casos extraños óxido de plata Ag2O (estos dos últimos son de uso muy costoso, peligrosos y tóxicos), a fin de reducir su resistividad eléctrica. El electrolito es una solución de hidróxido potásico (KOH), el cual presenta una resistencia interna bajísima, lo que permite que no se tengan descargas internas y la energía pueda ser acumulada durante mucho tiempo. Este electrolito, en las pilas comerciales es endurecido con gelatinas o derivados de la celulosa.
Este tipo de pila se fabrica en dos formas. En una, el ánodo consta de una tira de zinc corrugada, devanada en espiral de 0.051 a 0.13 mm de espesor, que se amalgama después de armarla. Hay dos tiras de papel absorbente resistente a los álcalis interdevanadas con la tira de papel de zinc, de modo que el zinc sobresalga por la parte superior y el papel por la parte inferior. El ánodo está aislado de la caja metálica con un manguito de poliestireno. La parte superior de la pila es de cobre y hace contacto con la tira de zinc para formar la terminal negativa de la pila. La pila está sellada con un ojillo o anillo aislante hecho de neopreno. La envoltura de la pila es químicamente inerte a los ingredientes y forma el electrodo positivo.
Alcalinas
Zinc 14% (ánodo) Juguetes, tocacintas, cámaras fotográficas, grabadoras
Dióxido de Manganeso 22% (cátodo)
Carbón: 2%
Mercurio: 0.5 a 1% (ánodo)
Hidróxido de Potasio (electrolito)
Plástico y lámina 42%
Contiene un compuesto alcalino, llamado Hidróxido de Potasio. Su duración es seis veces mayor que la de las de zinc-carbono. Está compuesta por Dióxido de Manganeso, Hidróxido de Potasio, pasta de Zinc amalgamada con Mercurio (en total 1%), Carbón o Grafito. Según la Directiva Europea del 18 de marzo de 1991, este tipo de pilas no pueden superar la cantidad de 0.025% de mercurio.
Este tipo de baterías presenta algunas contras:
Una pila alcalina puede contaminar 175.000 litros de agua, que llega a ser el consumo promedio de agua de toda la vida de seis personas.
Una pila común, también llamada de zinc-carbono, puede contaminar 3.000 litros de agua.
Perforaciones del tabique nasal.
Zinc, Manganeso, Bismuto, Cobre y Plata: Son sustancias tóxicas, que producen diversas alteraciones en la salud humana. El Zinc, Manganeso y Cobre son esenciales para la vida, en cantidades mínimas, tóxico en altas dosis. El Bismuto y la Plata no son esenciales para la vida.

Baterías Níquel-Hidruro (Ni-H)
Utilizan un ánodo de hidróxido de níquel y un cátodo de una aleación de metal-hidruro. Cada célula de Ni-H puede proporcionar un voltaje de 1,2 V y una capacidad entre 0,8 y 2,3 Ah. Su densidad de energía llega a los 80 Wh/kg. Este tipo de baterías se encuentran afectadas por el llamado efecto memoria, en el que en cada recarga se limita el voltaje o la capacidad (a causa de un tiempo largo, una alta temperatura, o una corriente elevada), imposibilitando el uso de toda su energía.

Baterías Níquel-Cadmio (Ni-Cd)
Utilizan un ánodo de hidróxido de níquel y un cátodo de un compuesto de cadmio. El electrolito es de hidróxido de potasio. Esta configuración de materiales permite recargar la batería una vez está agotada, para su reutilización. Cada célula de NiCd puede proporcionar un voltaje de 1,2 V y una capacidad entre 0,5 y 2,3 Ah. Sin embargo, su densidad de energía es de tan sólo 50 Wh/kg, lo que hace que tengan que ser recargadas cada poco tiempo. También se ven afectadas por el efecto memoria.

Baterías Litio-Ion (Li-ion)
Las Baterías Litio-Ion (Li-ion) utilizan un ánodo de Litio y un cátodo de Ion. Su desarrollo es más reciente, y permite llegar a densidades del orden de 115 Wh/kg. Además, no sufren el efecto memoria.

Baterías Polímero de Litio (Li-poli)
Son una variación de las Baterías Litio-Ion (Li-ion). Sus características son muy similares, pero permiten una mayor densidad de energía, así como una tasa de descarga bastante superior.

Pilas de combustible
La pila de combustible no se trata de un acumulador propiamente dicho, aunque sí convierte energía química en energía eléctrica y es recargable. Funciona con hidrógeno. (Otros combustibles como el Metano o el Metanol son transformados previamente en hidrógeno).

Condensador de alta capacidad
Aunque los condensadores de alta capacidad no sean acumuladores electroquímicos en sentido estricto, en la actualidad se están consiguiendo capacidades lo suficientemente grandes (varios faradios, F) como para que se los pueda utilizar como batería cuando las potencias a suministrar sean pequeñas.

Parámetros de un acumulador
La tensión o potencial (en voltios) es el primer parámetro a considerar, pues es el que suele determinar si el acumulador conviene al uso a que se le destina. Viene fijado por el potencial de reducción del par redox utilizado; suele estar entre 1 V y 4 V por elemento.
La corriente que puede suministrar el elemento, medida en ampere (A), es el segundo factor a considerar. Especial importancia tiene en algunos casos la corriente máxima obtenible; p. ej., los motores de arranque de los automóviles exigen esfuerzos brutales de la batería cuando se ponen en funcionamiento (decenas de A), por lo que deben actuar durante poco tiempo.
La capacidad eléctrica se mide en la práctica por referencia a los tiempos de carga y de descarga en Ah. La unidad SI es el coulomb (C).
1 Ah = 1000 mAh = 3600 C; 1 C = 1 Ah/3600 = 0,278 mAh.
Téngase en cuenta, sin embargo, que, cuando le den indicaciones en el cuerpo de las baterías o en sus envases, como Cárguese a C/10 durante 12 horas, la letra C no se refiere al coulomb, sino a la carga máxima que puede recibir el acumulador, de modo que en el caso anterior, si la capacidad del acumulador fuesen 1200 mAh, se le debería aplicar una corriente de carga de 1200/10 = 120 mA durante el número de horas indicado.
La energía almacenada se mide habitualmente en Wh (watt-hora); la unidad SI es el joule (unidad).
1 Wh = 3600 J = 3,6 kJ; 1 J = 0,278 mWh
La resistencia de los acumuladores es muy inferior a la de las pilas, lo que les permite suministrar cargas mucho más intensas que las de éstas, sobre todo de forma transitoria. Por ejemplo, la resistencia interna de un acumulador de plomo-ácido es de 0,006 ohm, y la de otro de Ni-Cd, de 0,009 ohm.
En fin, otra de las características importantes de un acumulador es su masa; es decir, lo que pesa, y la relación entre ella y la capacidad eléctrica (Ah/kg) o la energía (Wh/kg) que puede restituir. En algunos casos puede ser también importante el volumen que ocupe (en m3 o en litros).
El rendimiento es la relación porcentual entre la energía eléctrica recibida en el proceso de carga y la que el acumulador entrega durante la descarga. El acumulador de plomo-ácido tiene un rendimiento de más del 90%.


Las baterías como contaminantes

Como se ha visto, las baterías contienen metales pesados y compuestos químicos, muchos de ellos perjudiciales para el medio ambiente. Es muy importante no tirarlas a la basura (en la mayoría de los países eso no está permitido), y llevarlas a un centro de reciclado. Actualmente, la mayoría de los proveedores y tiendas especializadas también se hacen cargo de las baterías gastadas.
En México, la liberación del mercurio contenido en pilas ha ocurrido a consecuencia del uso de tres tipos de pilas: las de óxido de mercurio, las de C-Zn y las alcalinas. En el primer tipo, el contenido de dicho metal es del 33%, y se usaron tanto en su presentación de botón como en otros tamaños, a partir de 1955. Teóricamente, se dejaron de producir en 1995, aunque hay fuentes de información que indican que dicho proceso continúa en Asia y se distribuyen en el mercado internacional. Para el segundo y tercer tipo de pilas, se sabe que durante varias décadas, antes de 1990, se les agregaba mercurio (entre 0,5 a 1,2%) para optimizar su funcionamiento, siendo las alcalinas las de mayor contenido; también el carbón que contienen algunas veces está contaminado con este metal de manera natural. En 1999, el INE solicitó un análisis de muestras de tres diferentes marcas de pilas del tipo AA, de consumo normal en México, de las cuales dos eran de procedencia asiática (de C-Zn) y una alcalina de procedencia europea. Los resultados fueron los siguientes: para las de procedencia asiática, los valores obtenidos fueron de 0,18 mg/kg y de 6,42 mg/kg; en cuanto a la de procedencia europea el resultado fue de 0,66 mg/kg; dichas cantidades, equivalentes a partes por millón, no rebasan los límites de 0,025% establecidos en el Protocolo sobre metales pesados adoptado en 1998 en Aarhus, Dinamarca, por los países miembros de la Comisión Económica para Europa de las Naciones Unidas (UNECE). El muestreo anterior fue un hecho aislado y sería conveniente en un futuro seguir analizando el contenido de mercurio en el mayor número de marcas posibles. Según los cálculos presentados en el cuadro 10, se estima que se han liberado 1.232 toneladas durante los últimos 43 años. En México, otras fuentes de mercurio la constituyen la industria de cloro/sosa, que lo utiliza en su proceso; también productos como termómetros, varios tipos de interruptores y lámparas fluorescentes. Según información oficial ya no se extrae mercurio en México, aunque se dispone de datos sobre importación por un monto de 130 toneladas en los últimos tres años. El mercurio es un contaminante local y global por excelencia. La química ambiental correspondiente a este metal tóxico es muy compleja, dadas sus propiedades; se evapora a temperatura ambiente y sus átomos viajan lejos; al ser depositado en los cuerpos de agua se transforma en mercurio orgánico (metil-mercurio) por mecanismos aeróbicos o anaeróbicos; es así como se contaminan, entre otros, los pescados y mariscos. Otra forma de intoxicación por mercurio es la inhalación de los vapores emitidos por el mercurio en su forma metálica en ambientes cerrados. El metil-mercurio puede atravesar la placenta, acumularse, y provocar daño en el cerebro y en los tejidos de los neonatos, quienes son especialmente sensibles a esta sustancia. También puede existir exposición al mercurio a través de la leche materna; en este caso, los efectos pueden provocar problemas de desarrollo, retrasos en el andar, en el habla o mentales, falta de coordinación, ceguera y convulsiones. En adultos, la exposición constante, a través de la ingesta de alimentos contaminados, pescados por lo general, puede provocar cambios de personalidad, pérdida de visión, memoria o coordinación, sordera o problemas en los riñones y pulmones. La Agencia Internacional para la Investigación sobre el Cáncer (IARC, por sus siglas en inglés) de la Organización Mundial de la Salud (OMS), considera al metil-mercurio y sus compuestos como posiblemente carcinogénico en seres humanos (Grupo 2B). El metil-mercurio, que es la forma más tóxica, se acumula en los tejidos de los peces; los especímenes de mayor tamaño y de mayor edad tienden a concentrar niveles de mercurio más altos.
Manganeso: dado que los tipos de pila más consumidos son alcalinas y C-Zn (aproximadamente el 76% del consumo total de pilas y baterías), el óxido de manganeso contenido en ellas es el contaminante que en mayor volumen se ha liberado al medio ambiente en las últimas cuatro décadas, lo que representa aproximadamente 145,917 toneladas (cuadro 10). Respecto de los efectos adversos ocasionados en la salud humana por esta sustancia, diversos estudios sugieren efectos neurológicos serios por exposición oral al manganeso. Por ejemplo, un estudio hecho por la OMS reporta que en 1981 se notificó una intoxicación en una comunidad de Japón, debida a que cerca de un pozo de agua se enterraron aproximadamente 400 piezas de pilas a una distancia aproximada de dos metros, lo cual provocó 16 casos de envenenamiento; tres fueron fatales (incluyendo un suicidio). Los niveles de manganeso detectados en el agua de ese pozo fueron de 14 miligramos por litro, mientras que en otros dos pozos los niveles alcanzaron 8 y 11 miligramos por litro. Los sujetos de la comunidad exhibieron desórdenes de tipo psicológico y neurológico asociados a la intoxicación.

lunes, 25 de febrero de 2008

http://www.gobiernodecanarias.org/educacion/udg/ord/documentos/LISTADO_DEFINITIVO_ADMITIDOS_OLIMPIADA_SOLAR.pdf

energia solar

1. INTRODUCCIÓN

2. TRANFORMACION NATURAL DE LA ENERGIA

3. RECOGIDA DIRECTA DE ENERGIA SOLAR

1 Colectores de placa plana

2 Colectores de concentración

3 Hornos Solares

4 Receptores solares

5 Enfriamento solar

4. ELECTRICIDAD FOTOVOLTAICA

5. ENERGIA SOLAR EN EL ESPACIO

6. DISPOSITIVOS DE ALMACENAMIENTO



































INTRODUCCIÓN

Sol, la estrella que, por el efecto gravitacional de su masa, domina el sistema planetario que incluye a la Tierra. Mediante la radiación de su energía electromagnética, aporta directa o indirectamente toda la energía que mantiene la vida en la Tierra, porque todo el alimento y el combustible procede en última instancia de las plantas que utilizan la energía de la luz del Sol.


Energía solar, energía radiante producida en el Sol como resultado de reacciones nucleares de fusión . Llega a la Tierra a través del espacio en cuantos de energía llamados fotones (véase Radiación electromagnética; Fotón), que interactúan con la atmósfera y la superficie terrestres. 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.

En esta casa solar en Corrales (Nuevo México, Estados Unidos) un colector solar de placa plana (inferior derecha) proporciona energía para calentar agua bombeada por el molino. El agua se almacena en grandes bidones.
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.


TRANSFORMACIÓN NATURAL DE LA ENERGÍA SOLAR
La recogida natural de energía solar se produce en la atmósfera, los océanos y las plantas de la Tierra. Las interacciones de la energía del Sol, los océanos y la atmósfera, por ejemplo, producen vientos, utilizados durante siglos para hacer girar los molinos. Los sistemas modernos de energía eólica utilizan hélices fuertes, ligeras, resistentes a la intemperie y con diseño aerodinámico que, cuando se unen a generadores, producen electricidad para usos locales y especializados o para alimentar la red eléctrica de una región o comunidad.
Casi el 30% de la energía solar que alcanza el borde exterior de la atmósfera se consume en el ciclo del agua, que produce la lluvia y la energía potencial de las corrientes de montaña y de los ríos. La energía que generan estas aguas en movimiento al pasar por las turbinas modernas se llama energía hidroeléctrica. Véase también Presa; Meteorología; Suministro de agua.
Gracias al proceso de fotosíntesis, la energía solar contribuye al crecimiento de la vida vegetal (biomasa) que, junto con la madera y los combustibles fósiles que desde el punto de vista geológico derivan de plantas antiguas, puede ser utilizada como combustible. Otros combustibles como el alcohol y el metano también pueden extraerse de la biomasa.
Asimismo, los océanos representan un tipo natural de recogida de energía solar. Como resultado de su absorción por los océanos y por las corrientes oceánicas, se producen gradientes de temperatura. En algunos lugares, estas variaciones verticales alcanzan 20 °C en distancias de algunos cientos de metros. Cuando hay grandes masas a distintas temperaturas, los principios termodinámicos predicen que se puede crear un ciclo generador de energía que extrae energía de la masa con mayor temperatura y transferir una cantidad a la masa con temperatura menor (véase Termodinámica). La diferencia entre estas energías se manifiesta como energía mecánica (para mover una turbina, por ejemplo), que puede conectarse a un generador, para producir electricidad. Estos sistemas, llamados sistemas de conversión de energía térmica oceánica (CETO), requieren enormes intercambiadores de energía y otros aparatos en el océano para producir potencias del orden de megavatios. Véase también Océanos y oceanografía.





RECOGIDA DIRECTA DE ENERGÍA SOLAR

Los sistemas de calefacción solar activa incluyen equipos especiales que utilizan la energía del sol para calentar o enfriar estructuras existentes. Los sistemas pasivos implican diseños de estructuras que utilizan la energía solar para enfriar y calentar. Por ejemplo, en esta casa, un espacio solar sirve de colector en invierno cuando las persianas están abiertas y de refrigerador o nevera en verano cuando están cerradas. Muros gruesos de hormigón permiten oscilaciones de temperatura ya que absorben calor en invierno y aíslan en verano. Los depósitos de agua proporcionan una masa térmica para almacenar calor durante el día y liberarlo durante la noche.
La recogida directa de energía solar requiere dispositivos artificiales llamados colectores solares, diseñados para recoger energía, a veces después de concentrar los rayos del Sol. La energía, una vez recogida, se emplea en procesos térmicos o fotoeléctricos, o fotovoltaicos. En los procesos térmicos, la energía solar se utiliza para calentar un gas o un líquido que luego se almacena o se distribuye. En los procesos fotovoltaicos, la energía solar se convierte en energía eléctrica sin ningún dispositivo mecánico intermedio. Los colectores solares pueden ser de dos tipos principales: los de placa plana y los de concentración.


Colectores de placa plana
En los procesos térmicos los colectores de placa plana interceptan la radiación solar en una placa de absorción por la que pasa el llamado fluido portador. Éste, en estado líquido o gaseoso, se calienta al atravesar los canales por transferencia de calor desde la placa de absorción (véase Calor; Transferencia de calor). La energía transferida por el fluido portador, dividida entre la energía solar que incide sobre el colector y expresada en porcentaje, se llama eficiencia instantánea del colector. Los colectores de placa plana tienen, en general, una o más placas cobertoras transparentes para intentar minimizar las pérdidas de calor de la placa de absorción en un esfuerzo para maximizar la eficiencia. Son capaces de calentar fluidos portadores hasta 82 °C y obtener entre el 40 y el 80% de eficiencia.

Los colectores de placa plana se han usado de forma eficaz para calentar agua y para calefacción. Los sistemas típicos para casa-habitación emplean colectores fijos, montados sobre el tejado. En el hemisferio norte se orientan hacia el Sur y en el hemisferio sur hacia el Norte. El ángulo de inclinación óptimo para montar los colectores depende de la latitud. En general, para sistemas que se usan durante todo el año, como los que producen agua caliente, los colectores se inclinan (respecto al plano horizontal) un ángulo igual a los 15° de latitud y se orientan unos 20° latitud S o 20° de latitud N.

Además de los colectores de placa plana, los sistemas típicos de agua caliente y calefacción están constituidos por bombas de circulación, sensores de temperatura, controladores automáticos para activar el bombeo y un dispositivo de almacenamiento. El fluido puede ser tanto el aire como un líquido (agua o agua mezclada con anticongelante), mientras que un lecho de roca o un tanque aislado sirven como medio de almacenamiento de energía.



Las placas colectoras utilizan la energía del Sol para calentar un fluido portador que, a su vez, proporciona calor utilizable en una casa. El fluido portador, agua en este caso, fluye a través de tuberías de cobre en el colector solar, durante el proceso absorbe algo de la energía solar. Después, se mueve hasta un intercambiador de calor donde calienta el agua que se utilizará en la casa. Por último, una bomba lleva de nuevo el fluido hacia el colector solar para repetir el ciclo.
Colectores de concentración
Para aplicaciones como el aire acondicionado y la generación central de energía y de calor para cubrir las grandes necesidades industriales, los colectores de placa plana no suministran, en términos generales, fluidos con temperaturas bastante elevadas como para ser eficaces. Se pueden usar en una primera fase, y después el fluido se trata con medios convencionales de calentamiento. Como alternativa, se pueden utilizar colectores de concentración más complejos y costosos. Son dispositivos que reflejan y concentran la energía solar incidente sobre un zona receptora pequeña. Como resultado de esta concentración, la intensidad de la energía solar se incrementa y las temperaturas del receptor (llamado ‘blanco’) pueden acercarse a varios cientos, o incluso miles, de grados Celsius. Los concentradores deben moverse para seguir al Sol si se quiere que actúen con eficacia; los dispositivos utilizados para ello se llaman heliostatos.


Hornos solares
Los hornos solares son una aplicación importante de los concentradores de alta temperatura. El mayor, situado en Odeillo, en la parte francesa de los Pirineos, tiene 9.600 reflectores con una superficie total de unos 1.900 m2 para producir temperaturas de hasta 4.000 °C. Estos hornos son ideales para investigaciones, por ejemplo, en la investigación de materiales, que requieren temperaturas altas en entornos libres de contaminantes.


Receptores centrales
La generación centralizada de electricidad a partir de energía solar está en desarrollo. En el concepto de receptor central, o de torre de potencia, una matriz de reflectores montados sobre heliostatos controlados por computadora reflejan y concentran los rayos del Sol sobre una caldera de agua situada sobre la torre. El vapor generado puede usarse en los ciclos convencionales de las plantas de energía y generar electricidad.




Enfriamiento solar
Se puede producir frío con el uso de energía solar como fuente de calor en un ciclo de enfriamiento por absorción (véase Refrigeración). Uno de los componentes de los sistemas estándar de enfriamiento por absorción, llamado generador, necesita una fuente de calor. Puesto que, en general, se requieren temperaturas superiores a 150 °C para que los dispositivos de absorción trabajen con eficacia, los colectores de concentración son más apropiados que los de placa plana.
















ELECTRICIDAD FOTOVOLTAICA
En una célula fotovoltaica, la luz excita electrones entre capas de materiales semiconductores de silicio. Esto produce corrientes eléctricas.


Las células solares hechas con obleas finas de silicio, arseniuro de galio u otro material semiconductor en estado cristalino, convierten la radiación en electricidad de forma directa. Ahora se dispone de células con eficiencias de conversión superiores al 30%. Por medio de la conexión de muchas de estas células en módulos, el coste de la electricidad fotovoltaica se ha reducido mucho. El uso actual de las células solares se limita a dispositivos de baja potencia, remotos y sin mantenimiento, como boyas y equipamiento de naves espaciales.


ENERGÍA SOLAR EN EL ESPACIO

Un proyecto futurista propuesto para producir energía a gran escala propone situar módulos solares en órbita alrededor de la Tierra. En ellos la energía concentrada de la luz solar se convertiría en microondas que se emitirían hacia antenas terrestres para su conversión en energía eléctrica. Para producir tanta potencia como cinco plantas grandes de energía nuclear (de mil millones de vatios cada una), tendrían que ser ensamblados en órbita varios kilómetros cuadrados de colectores, con un peso de más de 4000 t; se necesitaría una antena en tierra de 8 m de diámetro. Se podrían construir sistemas más pequeños para islas remotas, pero la economía de escala supone ventajas para un único sistema de gran capacidad (véase Astronáutica).












DISPOSITIVOS DE ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA SOLAR

Debido a la naturaleza intermitente de la radiación solar como fuente energética durante los periodos de baja demanda debe almacenarse el sobrante de energía solar para cubrir las necesidades cuando la disponibilidad sea insuficiente. Además de los sistemas sencillos de almacenamiento como el agua y la roca, se pueden usar, en particular en las aplicaciones de refrigeración, dispositivos más compactos que se basan en los cambios de fase característicos de las sales eutécticas (sales que se funden a bajas temperaturas). Los acumuladores pueden servir para almacenar el excedente de energía eléctrica producida por dispositivos eólicos o fotovoltaicos (véase Batería). Un concepto más global es la entrega del excedente de energía eléctrica a las redes existentes y el uso de éstas como fuentes suplementarias si la disponibilidad solar es insuficiente. Sin embargo, la economía y la fiabilidad de este proyecto plantea límites a esta alternativa.