La energía del sol se puede utilizar de dos formas  la energía solar térmica para calentar agua y energía solar fotovoltaica para producir electricidad.

ENERGÍA SOLAR TÉRMICA

¿Que es la energía solar térmica?

El calor solar, también llamado energía solar térmica, describe la conversión de energía solar en un calor técnicamente utilizable. Por ejemplo, un intercambiador de calor en el techo y el almacenamiento de calor en una casa pueden ayudar con el agua caliente.

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¿Cómo se produce la energía solar térmica?

La tecnología de la energía solar térmica utiliza la energía del sol, en lugar de combustibles fósiles, para generar energía térmica ecológica y de bajo costo.

 Esta energía se usa para calentar agua u otros fluidos y también puede alimentar los sistemas de enfriamiento solar.

 Los sistemas solares térmicos difieren de los sistemas solares fotovoltaicos (PV), que generan electricidad en lugar de calor.

¿Qué es un colector solar y cómo funciona?

Un colector solar es un dispositivo que transforma la radiación solar del sol en calor , que luego se transfiere a un poco de líquido . 

Estos dispositivos se utilizan principalmente para el calentamiento solar activo y permiten el calentamiento de agua para uso personal. Estos colectores generalmente se montan en el techo y deben ser muy resistentes ya que están expuestos a una variedad de condiciones climáticas diferentes . 

El uso de estos colectores solares proporciona una alternativa para el calentamiento de agua doméstico tradicional con un calentador de agua, lo que puede reducir los costos de energía a lo largo del tiempo. 

Además de en entornos domésticos, una gran cantidad de estos colectores pueden combinarse en una matriz y utilizarse para generar electricidad en plantas de energía solar térmica .

Funcionamiento

1. Los colectores solares térmicos (paneles) en un techo, estructura de sombra u otro lugar absorben energía solar.
2. El fluido solar que circula a través de los colectores mediante una bomba de baja energía suministra calor a un tanque de almacenamiento de agua.
3. Cuando los usuarios necesitan agua caliente, el agua calentada por el sol en el tanque de almacenamiento prealimenta el sistema primario de calentamiento de agua.
4. Cuando se pre-alimenta con agua caliente solar, la caldera o el calentador de agua no se activan o se activan por menos tiempo que si no hubiera un sistema de agua caliente solar.
5. Cada mes, los propietarios de edificios pagan una factura menor de energía para calentar el agua.

Los sistemas solares de calentamiento de agua (conocidos como sistemas solares térmicos) capturan el calor libre del sol y lo usan para calentar el agua para usarla en el hogar. Es un proceso simple:

• los paneles en su techo absorben el calor del sol; se los conoce como el colector
• el agua en los paneles se calienta
• esta agua caliente se bombea a través de una bobina en su cilindro
• que transfiere el calor al agua en el cilindro

¿Qué es un colector solar de placa plana?

 

 

Los colectores solares térmicos de placa plana son el tipo más común de colector solar. Su construcción y operación son simples.

•    Una gran placa de material ennegrecido está orientada de tal manera que la energía solar que cae sobre la placa se absorbe y se convierte en energía térmica calentando así la placa.
• Se proporcionan tubos o conductos para eliminar el calor de la placa, transfiriéndola a un líquido o gas y llevándola a la carga.
• Una (o más) placas transparentes (de vidrio o plástico) a menudo se colocan delante de la placa de absorción para reducir la pérdida de calor a la atmósfera.
• Del mismo modo, el aislamiento opaco se coloca alrededor de la parte posterior de la placa de absorción para el mismo propósito. Las temperaturas de funcionamiento de hasta 125 ° C son típicas.

   Los colectores de placa plana tienen la ventaja de absorber no solo la energía que proviene directamente del disco del sol (insolación normal del haz) sino también la energía solar que se ha difundido en el cielo y que se refleja desde el suelo. 

Los colectores térmicos de placa plana rara vez son rastreados para seguir el camino diario del sol a través del cielo, sin embargo, su montaje fijo generalmente proporciona una inclinación hacia el sur para minimizar el ángulo entre los rayos del sol y la superficie al mediodía. La inclinación de los colectores de placa plana hacia el sur proporciona una mayor tasa de energía al mediodía y más energía total durante todo el día

¿Qué es un colector solar de tubo de vacío?

 

 

El colector solar es el motor de cualquier calentador de agua solar . Los tubos de vacío solares siempre han sido los sistemas de producción de energía solar más eficientes, pero eran más caros que otros sistemas de paneles planos.

 Sin embargo, la creciente demanda de energía solar y las modernas técnicas de fabricación han reducido el costo de tal manera que la tecnología de tubos de vacío proporciona el mayor rendimiento de la inversión en comparación con cualquier otro sistema de captación solar.

El principio detrás de los tubos de vacío solares es simple. Un tubo de vacío solar funciona de forma similar a un termo de café. Consiste en dos capas de vidrio con un vacío entre las capas.

 La capa externa del tubo solar es vidrio de borosilicato que es muy bajo en hierro y permite el paso del 98% de la energía de la luz. La segunda capa interna tiene revestimientos muy especiales aplicados a ella.

La radiación solar absorbida se transfiere luego a un fluido de transferencia de calor dentro del tubo (líquido dentro del termo). Este líquido se calienta rápidamente y asciende a la parte superior.

 En un sistema de tubo de vacío abierto, el agua potable se calienta directamente en el tubo de vacío. El termosifón hace que el agua caliente suba y sea reemplazada por agua más fría. 

El agua caliente es recolectada en la cámara de recolección superior y bombeada a través del sistema.

Hay dos tipos de sistemas solares térmicos: pasivos y activos. Un sistema pasivo no requiere equipo, como cuando se acumula calor dentro de su automóvil cuando se deja estacionado al sol. Un sistema activo requiere alguna forma de absorber y recoger la radiación solar y luego almacenarla.

Las plantas de energía solar térmica son sistemas activos, y si bien existen algunos tipos, existen algunas similitudes básicas: los espejos reflejan y concentran la luz solar, y los receptores recolectan esa energía solar y la convierten en energía térmica. 
Un generador puede usarse para producir electricidad a partir de esta energía térmica.

El tipo más común de plantas de energía solar térmica, incluidas las plantas en el Desierto Mojave de California, utiliza un diseño de cilindro parabólico para recoger la radiación solar. 

 

Estos colectores son conocidos como sistemas concentradores lineales, y los más grandes son capaces de generar 80 megavatios de electricidad .

 Tienen la forma de una media pipa que verías utilizada para el snowboard o el skate y tienen reflectores lineales de forma parabólica cubiertos con más de 900,000 espejos que están alineados norte-sur y pueden pivotar para seguir al sol mientras se mueve al este al oeste durante el día.

 Debido a su forma, este tipo de planta puede alcanzar temperaturas operativas de alrededor de 750 grados F (400 grados C), concentrando los rayos del sol de 30 a 100 veces su intensidad normal en fluidos de transferencia de calor o tuberías llenas de agua / vapor  .El fluido caliente se usa para producir vapor y el vapor gira una turbina que alimenta un generador para producir electricidad.

Si bien los diseños cilindroparabólicos pueden funcionar a plena potencia como plantas de energía solar, con mayor frecuencia se utilizan como híbridos solares y de combustibles fósiles, agregando la capacidad de combustible fósil como respaldo.
Los sistemas de torre de energía solar son otro tipo de sistema solar térmico. Las torres de energía dependen de miles de heliostatos , que son espejos de seguimiento del sol grandes y planos, para enfocar y concentrar la radiación del sol en un solo receptor montado en la torre. 

 

Al igual que los colectores parabólicos, el fluido de transferencia de calor o el agua / vapor se calientan en el receptor (las torres de energía, sin embargo, pueden concentrar la energía del sol hasta 1.500 veces), finalmente se convierten en vapor y se utilizan para producir electricidad con una turbina y generador.

Los diseños de las torres de energía aún están en desarrollo, pero algún día se podrían realizar como centrales eléctricas conectadas a la red que producirán alrededor de 200 megavatios de electricidad por torre.

Un tercer sistema es el plato / motor solar . En comparación con las torres parabólicas y las torres de energía, los sistemas de platos son pequeños productores (de 3 a 25 kilovatios).

 Hay dos componentes principales: el concentrador solar (el plato) y la unidad de conversión de energía (el motor / generador). El plato apunta y sigue al sol y recoge energía solar; es capaz de concentrar esa energía unas 2,000 veces.

 Un receptor térmico, una serie de tubos llenos de un fluido de enfriamiento (como hidrógeno o helio), se encuentra entre el plato y el motor. Absorbe la energía solar concentrada del plato, la convierte en calor y envía ese calor al motor donde se convierte en electricidad.

¿Es la energía solar térmica adecuada para mi hogar?

tubos solares térmicos evacuados

La situación ideal para los paneles solares está orientada hacia el sur, aunque son efectivos frente a cualquier parte entre el sudeste y el sudoeste. Como regla general, necesita entre 1 y 2 m2 de colector (paneles solares) por persona que vive en la casa. La sombra en los paneles en cualquier momento del día reducirá el rendimiento. 

La mayoría de los paneles están montados en un techo, pero también se pueden montar a nivel del suelo. Es importante que reciban luz solar directa. Para obtener los mejores resultados, deben estar en un ángulo entre 20 y 50 grados desde la horizontal (la mayoría de los techos inclinados caen dentro de este soporte).

Si tiene una ducha eléctrica, no usará su agua caliente solar. Del mismo modo, los lavavajillas y / o lavadoras de carga en frío calientan el agua que usan. En esta situación, el calentamiento solar del agua no es adecuado a menos que use el baño la mayor parte de su lavado y baño, ya que no podrá usar gran parte del agua caliente solar que genera.

Los paneles solares son compatibles con la mayoría de los sistemas de agua caliente existentes. Sin embargo, necesitará un cilindro nuevo  con dos bobinas. Idealmente, debería ser lo suficientemente grande como para contener agua caliente durante dos días. 

El agua caliente solar con calderas combi es más difícil, pero aún es posible. Si tiene una caldera combi, es importante verificar con el fabricante que aceptará agua precalentada. 

Si su sistema actual es alimentado por gravedad, necesitará un control (como una válvula y una bomba) para el circuito de agua caliente, de modo que los paneles puedan funcionar eficazmente en invierno cuando la caldera funcione para calefacción central.

¿Cuánta agua caliente producen los  paneles solares térmicos?

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Los paneles solares térmicos deberían proporcionar la mayor parte de su agua caliente de abril a septiembre, y hacer una contribución que valga la pena en los meses a ambos lados de ese período. 

Fuera de eso, las estimaciones varían dependiendo de a quién le preguntes. Las  pruebas de campo de Energy Saving Trust  descubrieron que los paneles solares térmicos proporcionarán aproximadamente el 60 por ciento de las necesidades de agua caliente de un hogar, si están bien instalados y se usan adecuadamente.

Cuánto se beneficiará dependerá de una variedad de factores:

• Cuánta agua caliente usa su hogar o negocio. Cuanto mayor sea el uso, más beneficios obtendrá de un sistema solar térmico. 
• Cuánto interés tiene en cómo funciona el sistema y cómo adaptarlo para aprovechar al máximo el agua caliente gratuita (es decir, ducharse por la tarde en lugar de por la mañana). El sol no es tan confiable como un reloj con temporizador.
• El tamaño de tu cilindro Muchos cilindros solo contienen suficiente agua para un día de suministro de agua caliente, por lo que uno o dos días de lluvia y nubes significará que tendrá que encender la caldera o el calentador de inmersión.
• Cómo programa la calefacción de respaldo. Si su panel de control no le permite programar el agua caliente y la calefacción central por separado, es posible que no obtenga el máximo beneficio de los paneles solares cuando se enciende la calefacción. Al aumentar solo el agua caliente una vez que el sol se haya puesto, usted aprovecha al máximo las oportunidades de calefacción solar.
• Adecuado aislamiento de ambos cilindros y tuberías con agua caliente.
• Permitir que la temperatura del agua caliente varíe. Si no necesita altas temperaturas todo el tiempo, tendrá menos necesidad de calefacción de respaldo. También reducirá la pérdida de calor. Sin embargo, es importante asegurarse de que su cilindro alcance más de 60 grados centígrados al menos una vez a la semana para evitar el riesgo de Legionella .

El Fideicomiso de Ahorro de Energía identificó una amplia gama de desempeño, con el mejor sistema que produce el 98 por ciento del agua caliente del hogar, y el peor solo el 9 por ciento. La mediana en todos los sistemas fue del 39 por ciento, por lo que es importante tomar medidas para maximizar su ganancia solar.

¿Qué tipo de panel solar térmico es el mejor?

Para generar energía solar térmica hay dos tipos de paneles solares térmicos: paneles de placas planas y tubos de vacío. 
Los paneles de placa plana :consisten en una placa absorbente en una caja metálica aislada. La parte superior de la caja es de vidrio o plástico, para dejar pasar la energía del sol, mientras que el aislamiento minimiza la pérdida de calor. Muchos tubos finos llevan agua a través de la placa absorbente y la calientan al pasar. 

En lugar de una placa, los colectores de tubo de vacío tienen tubos de vidrio que contienen tubos absorbentes de metal, a través de los cuales se bombea agua. Cada tubo es un vacío (el aire es ‘evacuado’ de ahí el nombre), lo que minimiza la pérdida de calor.  

Los colectores de tubo de vacío son mas eficientes  que los paneles solares térmicos de placa plana.

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