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Energía solar



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    La radiación solar La energía radiante proveniente
    del Sol es enorme supera miles de veces la necesidades de
    energía de la humanidad es renovable no es
    contaminante

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    El sol El Sol es una estrella mediana Diámetro de
    1,390,000 km Dos mil cuatrillones de toneladas de gas de
    hidrógeno Temperatura del orden de 14 millones de grados
    centígrados Ocurren reacciones de fusión nuclear en
    su interior Núcleos de Deuterio se transforman en
    Helio

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    El sol La radiación es emitida desde la superficie a una
    temperatura promedio de aproximadamente 6,000 K Los rayos del Sol
    recorren aproximadamente 180 millones de kilómetros en el
    espacio para llegar a la Tierra Tardan casi 8 minutos Se
    manifiestan como radiación solar

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    Diagrama simplificado del sol (Gp:) R (Gp:) 0.23 R (Gp:) 0.7 R
    (Gp:) 40% de masa 15% de volumen 90% de energía generada
    T=~8 – 40 x 106 K ?= 105 kg/cm3 (Gp:) T = 6,000 K ? = 10-5
    kg/cm3 (Gp:) Zona convectiva T = 130,000 K ? = 70 kg/cm3 (Gp:)
    Cromósfera (Gp:) Fotósfera (Gp:) Corona

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    Constante solar La radiación solar llega a la
    atmósfera de la Tierra con una intensidad de 1,350 W/m2 Se
    presenta en tres niveles de energía: Ultravioleta Visible
    Infrarrojo

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    Espectro de radiación Composición de la
    radiación solar: Ultravioleta [7%] Visible [47%]
    Infrarroja [46%] Irradiación solar extraterrestre
    Irradiación solar al nivel del mar Radiación de un
    cuerpo negro a 5,900 K Longitud de onda (m x 10-6) Irradiancia
    espectral (A) IR UV V

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    Movimiento de traslación terrestre

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    Radiación Solar Anual (KJ/ cm2) Zona de máxima
    insolación mundial

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    El área total de desiertos es de cerca de 20 millones de
    kilómetros cuadrados inciden aproximadamente 50 x 1015
    W/año Si se aprovechara únicamente el 5% de esa
    cantidad se proporcionaría alrededor de doscientas veces
    el consumo mundial requerido Zona de máxima
    insolación mundial

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    Al norte del Ecuador: Gran desierto del oeste Norteamericano
    Desierto de Thar en la India Desierto de Arabia Saudita Desierto
    de Sahara Al sur del Ecuador: Desierto de Atacama en
    Sudamérica Kalahari en Sudáfrica Gran desierto de
    Victoria Desierto de Australia Regiones de gran
    insolación

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    La República Mexicana se encuentra localizada entre los
    14° 33' y 32° 43' de latitud norte con una superficie de
    casi dos millones de kilómetros cuadrados en gran parte de
    su territorio, regiones de alta insolación Regiones de
    gran insolación

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    Insolación promedio anual en México

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    Conversión de la Energía Solar Existen dos
    procedimientos principales de conversión de la
    energía solar: conversión fotovoltáica
    conversión fototérmica

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    Se emplean sistemas fotovoltáicos la radiación
    solar se convierte directamente en electricidad mediante un
    dispositivo semiconductor denominado celda fotovoltáica
    Conversión Fotovoltaica de la Energía Solar

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    La fotocelda es el elemento unitario de un sistema fotovoltaico
    tiene la propiedad de convertir directamente la radiación
    solar en electricidad, por medio del efecto fotoeléctrico
    El efecto se presenta en materiales fotosensibles semiconductores
    al incidir una radiación electromagnética libera un
    electrón y deja un hueco libre Principio de
    operación de la celda fotovoltaica

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    Efecto fotoeléctrico Energía
    electromagnética Fotón Hueco libre P+
    Electrón libre e- Material Semiconductor

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    Materiales de Construcción Materiales semiconductores
    usados para celdas solares: Silicio monocristalino Silicio
    policristalino Silicio amorfo Sulfuro de cadmio y sulfuro de
    cobre Telurio de cadmio Seleniuro de cobre e indio Arseniuro de
    galio

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    Principio de funcionamiento de una celda solar

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    La corriente eléctrica generada es proporcional a: El
    área expuesta a la radiación solar A la intensidad
    de la radiación solar El voltaje depende de las
    características del campo eléctrico interno, o sea
    del material mismo

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    Curvas Corriente voltaje (policristalino, 80W)
    Características de Operación

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    Las celdas se conectan: en serie y paralelo para incrementar su
    voltaje y corriente, respectivamente. Conexión de las
    celdas Módulo fotovoltaico

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    La potencia máxima de los módulos comerciales
    varía de 3 a 300 W El voltaje fluctúa entre 16 y
    17.5 V A mayor intensidad de radiación solar, mayor
    corriente generada.

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    Arreglo fotovoltaico conectado en serie y paralelo

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    Características Relevantes El proceso de generación
    ocurre en un sólido por lo que no se degrada Dura
    indefinidamente No requiere de ningún tipo de
    mantenimiento No usa otro combustible para generar que la
    radiación solar Es un generador liviano y de
    pequeñas dimensiones fácil de transportar

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    Aplicaciones Pequeñas cargas aisladas: Telecomunicaciones
    Electrificación rural Bombeo de agua Iluminación
    municipal Telefonía rural protección
    catódica

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    Las aplicaciones a gran escala están limitadas por su alto
    costo y necesidad de grandes espacios En diversos países
    ya se contemplan como una solución para abastecer el
    crecimiento de la demanda eléctrica

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    Conversión Fototérmica de la Energía Solar
    Los sistemas fototérmicos convierten la radiación
    solar en calor El calor se puede usar para: Calentar edificios
    Calentar agua mover turbinas para generar electricidad secar
    granos destruir desechos peligrosos.

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    Los colectores térmicos solares se dividen en tres
    categorías, según el nivel térmico: Baja
    temperatura Media temperatura Alta temperatura
    Clasificación de los Colectores Solares
    Térmicos

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    Colectores de baja temperatura El colector solar plano es el
    aparato más representativo de la tecnología solar
    fototérmica

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    Los colectores solares planos proveen calor útil a
    temperaturas menores de 65°C Sus aplicaciones son muy
    variadas Unicamente están limitadas por la temperatura
    máxima del fluido de trabajo Colectores de baja
    temperatura

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    Cuando los requerimientos de temperatura son de 30 a 90ºC,
    están: calentamiento de agua para uso sanitario
    doméstico calefacción de albercas
    calefacción ambiental aplicaciones institucionales
    comerciales e industriales refrigeración doméstica
    y comunal secado de alimentos y productos agrícolas
    Colectores de baja temperatura

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    Tipos de colectores solares planos: Colector desnudo (sólo
    el absorbedor) En México, el calentamiento de albercas es
    la aplicación más generalizada de esta
    tecnología. Las temperaturas que se alcanzan en el agua
    son de alrededor de 25 a 30ºC. Colector con gabinete: Para
    agua caliente doméstica Las temperaturas que se alcanzan
    en el agua son de alrededor de 55 a 65ºC.

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    Colectores de media temperatura Con esta tecnología es
    posible alcanzar temperaturas hasta de 500°C Los tipos
    principales son: Cilindro parabólicos Cilindro
    parabólicos compuestos

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    Los sistemas de concentración solar tienen como finalidad
    incrementar el flujo de radiación solar sobre los
    receptores Deben seguir al sol tener ajustes periódicos
    Colectores de media temperatura

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    Aplicaciones Instalación para agua de una
    lavandería en una cárcel

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    Central eléctrica fototérmica de 354 MW

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    La principal aplicación es para la generación de
    electricidad Su principal desventaja es que requieren de
    radiación solar directa disponible en cielos claros y
    seguimiento solar de los dispositivos en todo momento Colectores
    solares para temperaturas elevadas

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    Los colectores de plato parabólico emplean el mismo
    principio que los de canal parabólico, pero el desarrollo
    es circular con lo que pueden alcanzar mayores temperaturas

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    Aplicaciones Tratamiento de materiales y procesos químicos
    Cocina solar

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    Hornos solares Investigación científica Horno Solar
    de Odeillo-Font-Romeu, Francia Temperaturas hasta 3,000 C

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    Torre central solar consisten en un gran número de espejos
    que se orientan automáticamente para reflejar los rayos
    solares concentrándolos en un absorbedor central se
    utiliza para producir vapor y mover un turbogenerador

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    Conversión fototérmica de la energía solar,
    temperaturas elevadas

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