INTRODUCCIÓN
En el presente informe, daremos a conocer las principales aplicaciones que la energía solar tiene, para el beneficio y mejoramiento de la vida humana.
Pretendemos dar una idea sobre lo que podría ser la vida con éste sistema de energía.
Una de las aplicaciones que más tomamos en cuenta para el informe, son los llamados paneles solares, sus características, su historia, y su
Utilización.
Esperamos que sea de gran servicio a nuestro colegio, profesores, y compañeros, para tiempos futuros.
OBJETIVOS
Dar a conocer la importancia de la energía solar como medio de vida.
Manejar todas las utilidades de la energía solar para trabajarlas en un panel solar.
Interpretar e imaginar la función del sol respecto a los diferentes experimentos producidos por ésta energía.
Hacer entender la función de un panel solar como forma de transformador de energía.
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.
Es La 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, 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.
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.
Las primeras utilizaciones de la energía solar se pierden en la lejanía de los tiempos. No obstante, por algunas tablillas de arcilla halladas en Mesopotamia, se sabe que hacia el año 2000 antes de J.C. las sacerdotisas encendían el fuego sagrado de los altares mediante espejos curvados de oro pulido.
En Egipto, hacia el año 1450 antes de J.C., existían unas estatuas sonoras del faraón Amenhotep III. El sonido producido por estas estatuas era consecuencia del aire calentado en sus enormes pedestales, que eran huecos, y que comunicaban con el exterior por un orificio muy pequeño.
Arquímedes utilizó espejos cóncavos, con los cuales incendió las naves romanas durante el renacimiento.
Kicher (1601-1680) encendió una pila de leña a distancia utilizando espejos por un procedimiento similar al utilizado por Arquímedes.
Ehrenfried von Tschirnhaus (1651-1700), que era miembro de la Academia Nacional Francesa de la Ciencia, logró fundir materiales cerámicos mediante la utilización de una lente de 76 cm. de diámetro.
George Louis Leclerc (1707-1788) fabricó un horno solar compuesto por 360 espejos con un foco común e hizo una demostración en los jardines del Palacio de Versalles, encendiendo una pila de leña a 60 m.
El primer colector solar plano fue fabricado por el suizo Nicholas de Saussure (1740-1799), y estaba compuesto por una cubierta de vidrio y una placa metálica negra encerrada en una caja con su correspondiente aislamiento térmico. Este colector solar se utilizó para cocinar alimentos que se introducían en su interior.
Antoine Lavoisier (1743-1794), célebre químico francés descubridor del oxígeno, experimenté con lentes de 130 cm. de diámetro y fundió el platino, cuyo punto de fusión es de 17600C.
John Herschell, hijo del célebre astrónomo británico William Herschell, descubridor del planeta Urano, utilizó colectores solares de dos cubiertas también para cocinar alimentos, obteniendo en 1837 un prototipo que alcanzaba los 1160C.
En 1874 se instaló en Las Salinas (Chile) un destilador solar pasivo, consistente en 4700 m2 de superficie acristalada que producían 23000 litros de agua dulce al día. Este destilador funcionó durante 40 años hasta que fue traída el agua mediante una tubería desde Antofagasta.
En 1875, el francés Mouchont realizó un colector cónico de 18.6 m2 de área de abertura, destinado a la producción de vapor y que fue presentado en París. Este colector tuvo un accidente como consecuencia de haberse quedado sin agua.
Abel Pifre utilizó en la Exposición de París del año 1878 un colector doble parabólico para la producción de vapor, con el cual se accionaba una pequeña imprenta.
El primer colector cilíndrico-. parabólico fue ideado por el norteamericano John Ericsson en 1883.
Hacia finales del siglo antepasado existía ya un cierto interés por la energía solar, puesto de manifiesto por las diversas revistas científicas de la época.
A principios del siglo pasado la utilización de la energía solar tuvo especial Interés en Estados Unidos, principalmente en California, donde se hicieron algunos trabajos y estudios en colaboración con astrónomos, construyéndose algunos prototipos de grandes dimensiones. El abaratamiento de los combustibles, como consecuencia de la I Guerra Mundial, dio al traste con todos estos trabajos.
Un ejemplo de los aludidos fue el colector del portugués Himilaya en San Louis (Missisipi) del año 1904, con un factor de concentración de 2000, destinado a fundir metales, así como un colector cónico realizado por el norteamericano Eneas, contemporáneo del anterior.
En 1913, los también norteamericanos Shuman y Boys Instalaron, primero en Filadelfia (USA) y luego en Egipto, colectores cilíndrico. que producían vapor para el accionamiento mecánico de bombas hidráulicas destinadas a irrigación. El colector de Egipto proporcionaba una potencia de 37 a 45 Kw. durante un período de cinco horas.
En la década de los años 30 de nuestro siglo se popularizaron en Japón equipos de circulación natural para obtener agua caliente sanitaria con una capacidad de almacenamiento de 100-200 litros.
Después de la II Guerra Mundial este tipo de sistemas se extendió también en Israel, pero debido al bajo precio de los combustibles convencionales, el uso de la energía solar quedó relegado a un segundo plano.
El resurgimiento de la energía solar como una disciplina científica se produce en 1953, cuando Farrington Daniels organiza en la Universidad de Wisconsin un Simposio Internacional sobre la utilización de la Energía Solar, auspiciado por la National Science Foundation de Estados Unidos. Dos años más tarde, en Tucson (Arizona), se celebró otro simposio y se formó la Asociación para la Aplicación de la Energía Solar.
Como consecuencia de estos simposios se creó la revista “Solar Energy”, de muy alto nivel científico, que edita la Sociedad internacional de la Energía Solar con sede en Australia, entidad que sucedió a la asociación para la aplicación de la energía solar.
En esta misma época (1954) se descubrió la fotopila de silicio en los laboratorios de la bell Telephone, los cuales recibieron por ello un fuerte impulso debido a las inminentes necesidades de fotopilas para actividades espaciales.
En la década de los años 60, el excesivo abaratamiento de los combustibles convencionales hizo que se dedicase poca atención al tema de la energía solar, si bien en esta época se construyó el horno solar de Font Romeu (Francia).
Fue en 1973 cuando, como consecuencia de la cuarta guerra árabe-israelí, la OPEP decidió elevar enormemente los precios del petróleo y se produjo un fuerte resurgimiento mundial de la energía solar, al poder ser ya competitiva con los nuevos y altos precios del petróleo y de los productos energéticos en general.
En este contexto se prevé, pasados ya más de 15 años desde aquella fecha crucial, un crecimiento moderado pero sostenido de las aplicaciones de la energía solar y de otras fuentes de energía renovables en todo el mundo.
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.
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. 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, requieren enormes intercambiadores de energía y otros aparatos en el océano para producir potencias del orden de megavatios.
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.
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. 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.
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 una 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. 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
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.
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. 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.
ASPECTOS PARTICULARES PARA UNA CORRECTA ELECCIÓN DE UN PANEL SOLAR PLANO
Con los catálogos pocas cosas podemos hacer, aunque podemos saber de qué está hecho el circuito hidráulico, la disposición de las conexiones y tal vez el material de la caja y cubierta. Este es el momento de dirigirnos al fabricante, distribuidor o aprovechar una exposición, feria, etc. para poder ver y tocar el panel solar.
Los catálogos pueden ser engañosos, pues distorsionan la realidad en un sentido u otro. Si no se tiene experiencia o no se conocen de antemano, es muy conveniente examinar los paneles personalmente y hacer las preguntas que creamos conveniente a la persona que nos lo señale.
DISEÑO, TAMAÑO Y PESO DE UN PANEL SOLAR PLAO
Generalmente, todos los paneles solares pianos consisten en un paralepípedo, caracterizado por las tres dimensiones:
largo, ancho y grueso. La disposición más general es la vertical, es decir, el lado menor se coloca horizontal, recorriendo el circuito hidráulico la placa colectora de abajo a arriba. Esta disposición vertical suele ser más eficiente para conseguir temperaturas más elevadas y es más barata de fabricar, en la mayoría de los casos, por lo que es el más general. Existen paneles que se colocan al revés, es decir con el lado mayor horizontal (apaisados). Esta disposición horizontal se presta más a paneles sin excesivos requerimientos de altas temperaturas, pero suele ser más cara y la distribución del fluido en su interior no suele ser tan eficiente.
Existen también paneles solares cuadrados, que tienen características intermedias, pero que en general son más pequeños en superficie que los rectangulares.
Hay finalmente paneles especiales con la cubierta curvada, con espejos en el interior, etc,
El tamaño de los paneles es un dato Importante. Las dimensiones estandarizadas son de 2 x 1 m de largo x ancho, lo que permite disponer de aproximadamente 1 .8 a 1.9 m2 de superficie útil por panel solar. Paneles de mayor tamaño son difíciles de transportar, mientras que si son más pequeños el efecto de las superficies inútiles del marco, las conexiones entre ellas, etc. aumentan considerablemente, especialmente en instalaciones de un cierto tamaño.
El peso es otro factor a tener muy en cuenta. El peso ideal es de unos 30 Kg/m2 de panel, que asegura una cierta rigidez, al tiempo que el peso total de los paneles es aceptable.
ACABADO
Nos fijaremos ahora en el aspecto exterior del panel. Este debe tener un aspecto agradable a la vista; debemos comprobar que el marco exterior es uniforme en toda su longitud, que la placa colectora no presenta raspaduras desconchaduras o abolladuras, que los elementos de cierre son uniformes a todo lo largo del panel, que los orificios para las conexiones estén limpios y perfectamente sellados y, en general, que no se aprecie ninguna “chapuza”.
CUBIERTA
La cubierta puede ser de vidrio o plástico. En general, son preferibles las cubiertas de vidrio. En los paneles de 2 x 1 m, suelen haber dos vidrios, uno que cubre la parte inferior y otro para la superior. En paneles más pequeños puede haber un solo vidrio. Un panel de 2 x 1 m. o mayor con tan solo vidrio es desaconsejable, pues este vidrio, aunque suele ser de mayor espesor, está más expuesto a romperme por dilataciones, pedrisco, vientos huracanados, etc.
El vidrio puede ser del tipo solar o normal (transparente). El de tipo solar es pulido en su cara interior y ligeramente rugoso en la exterior. Esto se hace para aumentar el cono de abertura útil (que es en este caso, mayor de 1200C). Este tipo de vidrio está comercializado en España y cada vez tiene más aceptación.
El colector puede tener dos cubiertas; en este caso el colector es especial para obtener altas temperaturas.
Si la cubierta es de plástico deberemos ir con más cuidado. Los plásticos más utilizados son el policarbonato y el Tedlar. Si utiliza policarbonato, lo reconoceremos por su enorme transparencia, pero deberemos averiguar si ha sido tratado para resistir a la radiación ultravioleta. Las láminas de policarbonato, tienen un espesor similar a las de vidrio, pero en general los plásticos se comportan peor que el vidrio en relación con el “efecto invernadero”
Si la cubierta es de Tedlar, lo reconoceremos por el hecho de ser ligeramente mate y por su falta de rigidez. El Tedlar es una película de 0.1 mm. de espesor de fluoruro de polivinilo. El Tedlar es el plástico que mejor comportamiento tiene: tiene una transmitancia tanto para la radiación solar como para la infrarroja lejana bastante aceptable (aunque el vidrio es mejor), es inmune a la radiación ultravioleta, resiste altas temperaturas y a pesar de su pequeño espesor, es altamente resistente a impactos, golpes, etc, hasta el extremo que un hombre puede andar sobre la cubierta de Tediar de un colector sin dañarla (cosa impensable en cubierta de vidrio o policarbonato). A pesar de ello, el Tediar se usa poco debido a su elevado precio y a las dificultades que entraña la fijación del mismo en el panel (cosa que no ocurre con una lámina rígida).
MATERIAL Y FORMA DEL CIRCUITO HIDRAULICO
El material y la forma del circuito hidráulico son importantes por dos motivos: el material del circuito hidráulico (aluminio, cobre, acero, acero inoxidable) nos determinará el material de las tuberías y del depósito acumulador en el caso de líquidos, ya que debido a los problemas de corrosión no es conveniente utilizar materiales muy distintos entre sí, como, por ejemplo, cobre y acero galvanizado.
Por su parte, la forma del circuito hidráulico y su diseño (serie, paralelo, tubos, canalículos) determina la presión máxima de utilización. Los circuitos en serie de tubos son los más resistentes, siguiéndole luego los circuitos en paralelo, también de tubos. Los circuitos más sensibles a sobrepresiones son los formados por canalículos hechos en la propia placa, ya sea por soldadura de dos placas estampadas entre sí o por una placa Roll-Bond. (En los catálogos suele venir indicada la presión máxima de servicio).
En general, son preferibles los circuitos en paralelo, así como los formados por tubos Independientes de la placa colectora (que son más seguros), aunque la transmisión de calor sea en estos casos un poco peor.
SUPERFICIE SELECTIVA
La superficie selectiva requerirá seguidamente nuestra atención. Debemos comprobar que el pigmento negro sea totalmente uniforme en toda la superficie de la placa colectora, sin la presencia de zonas más brillantes o más mates. Asimismo, deberemos comprobar que no existe ningún agrietamiento, irregularidad, etc. en la misma. Según el sistema de tratamiento elegido y los materiales (pintura, electrodeposición, tratamiento químico, los componentes del pigmento selectivo pueden reaccionar con el metal base o con la humedad del aire, degradándose, o bien despegándose del mismo y saltando. Este punto es sumamente delicado y no estará de más preguntar acerca de las garantías que tiene el recubrimiento, tanto si es selectivo como si no. Finalmente, recordemos que la selectividad, especialmente si es muy elevada, puede perder características rápidamente con el paso del tiempo y disminuir a valores inferiores de los previstos.
AISLANTE TÉRMICO
A continuación de la placa colectora nos encontramos con el aislante térmico. Aquí debemos comprobar la presencia del reflector, una hoja de aluminio brillante, pegada encima del aislante en la parte que mira a la placa colectora. El reflector, como su nombre indica, es un espejo térmico que refleja otra vez hacia la placa la radiación que ésta emite por debajo, por lo que su presencia aumenta el rendimiento energético de un panel solar respecto a otro idéntico sin ella.
El aislante debe tener un grosor apropiado (nunca inferior a 3 cm y preferentemente 5 cm y más). Cuanto mayor es el espesor de aislante, tanto mejor, pues las pérdidas del panel serán reducidas. Un dato muy importante y que se suele pasar por alto es comprobar que el aislante continua por los cuatro laterales del panel solar. A veces, por razones estéticas y para aproximar más la superficie total a la de abertura (es decir, hacer el marco más estrecho), los fabricantes no ponen aislante en esta zona; esto es especialmente grave en el lateral superior, donde debido a la convección interna, el material estará muy caliente, con pérdidas elevadas. Una simple inspección a través de la cubierta transparente nos evidenciará si existe aislante (que generalmente estará tapado por una chapa metálica por razones estéticas) o si es imposible que éste exista debido al escaso espesor del marco.
El tipo de aislante es muy importante, ya que los aislantes son materiales fibrosos que tienen tendencia a absorber humedad.
La humedad puede infiltrarse en un panel a partir del aire atmosférico o por entrada directa de agua, por ejemplo, de lluvia. Los aislantes húmedos pierden sus propiedades aislantes y se vuelven buenos conductores del calor. Por esta razón deberemos asegurarnos que el aislante elegido por el fabricante no tenga estos problemas.
MARCO EXTERIOR Y/O CAJA
Todo lo anteriormente descrito se introduce en una caja, la cual puede ser de una sola pieza o bien compuesta de un marco y de una placa de fondo Independiente (que generalmente es una plancha e acero galvanizado) Ya hemos dicho que es conveniente que el marco tenga algunos centímetros de grosor, con objeto de tener aislante térmico en su interior.
La caja puede ser metálica o de algún material como poliéster reforzado con fibra de vidrio (material, este último, con que se fabrican embarcaciones). Si la caja es metálica, es preferible que conste de un marco y de una placa de fondo independientes. Los materiales más utilizados para el marco son el acero inoxidable y el aluminio anodizado, por su resistencia a la corrosión. Los marcos de acero pintado no son convenientes, pues acaban oxidándose tarde o temprano. El marco es el elemento donde se apoyan todos los componentes del panel solar, por lo que es conveniente que sea muy rígido. En acero inoxidable los cuatro laterales pueden soldarse entre sí, mientras que en aluminio anodizado se atornillan.
Si la caja es de poliéster, ésta suele ser de una sola pieza, pudiendo a veces llevar refuerzos de alambre en algunas zonas, especialmente en el marco, y con dibujos y nervaduras en el fondo para darle más rigidez mecánica.
FIJACIONES
Debemos a continuación examinar las fijaciones del panel. Hay paneles que las llevan incorporadas, mientras que en otros los mismos fabricantes proporcionan unas piezas sencillas que los sujetan por las esquinas.
Es importante destacar que las fijaciones deben ser robustas y sencillas. Todas aquellas fijaciones compuestas de piezas complicadas y mas o menos ingeniosas conducen a que tengamos que depender de unas piezas exclusivas y caras.
CONEXIONES
Los tubos de conexión, ya vimos que podían presentarse de tres maneras diferentes: por los laterales derecho e izquierdo, por los laterales superior e inferior y por la parte posterior. Lo normal es que estas conexiones estén rodeadas a fin de acoplar allí el racord apropiado. No obstante, hay algunos que son lisos y están previstos para ser soldados o para colocar un manguito de plástico. En general, las conexiones roscadas son preferibles sobre las demás, ya que pueden permitir el rápido desmontaje de un panel y la sustitución por otro.
En el caso de que ¡a conexión sea por la parte posterior hay que verificar que el tubo de salida está lo más alto posible e incluso si no es perpendicular a la placa de fondo sino inclinado hacia arriba (hecho que es preferible) para poder dar salida a las posibles burbujas de aire.
ELEMENTOS DE CIERRE
El panel, en general, debe ser estanco, principalmente a la lluvia. Por otra parte, los paneles a lo largo de las 24 horas del día están sometidos a fuertes calentamientos y enfriamientos que hacen que sus materiales se dilaten de forma apreciable. Ello obliga a disponer de elementos de cierre que garanticen la estanqueidad, pero permitan las dilataciones. Esto se consigue mediante juntas de caucho especial y/o de siliconas.
Estos materiales deben colocarse a lo largo del perímetro de la cubierta transparente, en los ángulos de aquellos marcos que sean de cuatro piezas no soldadas, junto a los elementos de fijación y en las conexiones.
Los elementos de cierre pueden degradarse con el tiempo debido a tas altas temperaturas, y a la radiación ultravioleta. Los tipos de caucho más usado son el Etileno—propileno y el EPOM. Las siliconas, que pueden teñirse del color que se desee, son en general más resistentes que los cauchos.
Un cierre defectuoso origina un problema muy común después de una lluvia o de unos días con mucha humedad:
el agua entra dentro del panel solar, bien sea directamente (lluvia) o en forma de vapor de agua.
Mientras que el vapor de agua existente dentro del panel solar esté por encima del punto de rocío no pasará nada, pero en caso contrario el agua condensará en forma de vaho, preferentemente en la parte inferior de la cubierta transparente.
El empañamiento del panel tiene lugar preferentemente le noche, cuando la temperatura es baja, y en las zonas inferiores del panel. El vaho formado no deja pasar la radiación solar, por lo que el panel solar no se calienta. Al no calentarse el panel solar, el vaho no se desvanece y el rendimiento energético es bajo. Este fenómeno se ve acentuado si el material aislante es buen absorbente de humedad. La presencia de humedad es peligrosa, pues puede provocar la oxidación de la placa colectora y la degradación de la superficie selectiva.
El empañamiento se evita haciendo algún orificio en la parte posterior del panel, al abrigo del agua de lluvia. En general, un panel solar debe ser estanco al agua de lluvia, pero no necesariamente hermético, siendo preferible que posea una cierta ventilación por la parte posterior del mismo.
ACCESIBILIDAD DEL PANEL SOLAR
Finalmente, debemos fijarnos en un detalle de suma importancia: la accesibilidad de las diferentes partes del panel solar y su posible desmontaje. En este sentido son preferibles aquellos paneles que estén atornillados o que puedan desmontarse con cierta facilidad.
Hay paneles en los que, una vez construidos, resulta imposible hacer cualquier reparación sin romperlos. La accesibilidad es especialmente Importante en el caso de la cubierta transparente, ya que este elemento es el más vulnerable debido a su fragilidad. Por ello, el panel debe estar construido de tal forma que se pueda cambiar la cubierta fácilmente, incluso sin necesidad de desmontarlo ni desconectarlo del circuito hidráulico.
Igual recomendación debe hacerse para el resto de componentes, aunque en este caso deberemos desmontado y desconectarlo del circuito hidráulico.
Con estas ideas, a buen seguro ya disponemos de elementos de juicio más que suficientes para hacer una elección acertada del tipo de panel solar que deseamos instalar.
Para ello deberemos evaluar los pros y contras de cada marca, teniendo bastante claro que no existe ningún panel que cumpla todos los requisitos de perfección.
El aire, como todos sabemos, contiene una cantidad variable de vapor de agua. La cantidad de vapor de agua se puede expresar en términos de humedad absoluta o humedad relativa.
La humedad absoluta es la cantidad de agua que contiene un Kg de aire seco. Como el aire seco disuelve más o menos vapor de agua según sea su temperatura, el valor de la humedad absoluta no suele resultar práctico, por lo que se prefiere la definición de humedad relativa.
La humedad relativa es el cociente entre la humedad absoluta existente en ese momento y la humedad absoluta máxima que puede contener la masa de aire a esta temperatura. La humedad máxima absoluta corresponde al 100% de humedad relativa y es la situación de un aire saturado de humedad.
La humedad relativa se mide con un higrómetro. Si el higrómetro indica un 50% de humedad relativa, quiere ello decir que la cantidad de vapor de agua que lleva el aire es la mitad del que tendría un aire saturado de humedad. Por lo tanto, este aire de 50% de humedad relativa, podría humectarse, para aumentar su humedad relativa, o secarse, para disminuirla.
En los estudios de climatización, tanto en su vertiente de calefacción como el aire acondicionado, se utiliza el llamado diagrama psicométrico, que es una gráfica en la que el eje horizontal contiene los valores de la temperatura ambiente y el vertical las humedades absolutas.
Las humedades relativas son líneas curvas que atraviesan el diagrama. La máxima humedad relativa es la del 100%, ya que en caso de superarse este valor, el aire no disuelve la humedad y se entra en la zona de nieblas, en la que el agua excedente no está ya en forma de vapor de agua transparente sino en forma líquida de gotitas (nieblas).
El secado del aire se realiza moviéndonos en el diagrama psicométrico en forma horizontal y hacia la derecha; cortamos así líneas de humedad relativa decreciente.
Al enfriar el aire nos movemos horizontalmente hacia la izquierda en el diagrame psicométrico. Al alcanzar la línea del 100% de humedad relativa, tiene lugar la recogida de agua líquida.
Si se desease aumentar la temperatura sir variar la humedad relativa, habría que humectar, es decir añadir vapor de agua al ambiente mediante una humectador. Este proceso es delicado, pero puede conseguirse haciendo hervir agua dentro de la habitación. En general, no se usa este sistema, pues la disminución de humedad relativa como consecuencia de la elevación de temperatura se compensa en parte por un mayor aporte de humedad procedente del yeso de las paredes, muebles, la respiración de las personas etc.
El punto de rocío es el punto donde la curva de humedad relativa del 100% corta a la de enfriamiento horizontal. Este punto indica que un cuerpo situado a esta temperatura en el seno el aire de la habitación se cubrirá de rocío (gotitas de agua líquida), puesto que el aire que esté en contacto con él estará saturado de humedad. Sí este cuerpo es un fan—coil a la temperatura de rocío o inferior a ella, empezará a gotear agua de condensación.
Lo que se hace es seguir enfriando todavía más este aire con la consiguiente recogida de agua líquida, y posteriormente calentarlo para disminuir su humedad.
Proceso de acondicionamiento de aire.
De 1 a 2 el aire enfría y aumenta su humedad. De 3 a 4 sigue enfriándose con recogida de agua líquida. De esta manera podemos obtener aire frío en las mismas condiciones de humedad que el aire caliente.
Los vegetales necesitan para su desarrollo agua, luz, calor y nutrientes. Dejando aparte el tema de los nutrientes, aportados por la propia tierra o por los abonos, y el crecimiento de los vegetales está influido de forma importante por la temperatura.
La Luz que reciben los vegetales es la del Sol, que es gratuita. Por lo tanto, resulta descabellado pensar en iluminar mediante luz artificial a los vegetales con el fin de aumentar su productividad, sobre todo teniendo en cuenta el bajo rendimiento energético de la fotosíntesis.
La temperatura afecta mucho al rendimiento energético de la fotosíntesis. Con bajas temperaturas, la fotosíntesis se detiene y muchos vegetales pierden las hojas y cesan totalmente en su actividad. A medida que se aumenta la temperatura, la fotosíntesis se activa hasta llegar a un valor óptimo que suele estar (según las especies vegetales) a unos 250C. Con temperaturas más elevadas, el rendimiento decae hasta llegar a anularse en temperaturas al tas.
Los invernaderos son habitáculos con paredes transparentes, de forma que entre en ellos la máxima luz posible. Debido al efecto invernadero, la energía solar atraviesa sin dificultad las paredes y techo transparente de los invernaderos e incide sobre los vegetales, tierra, etc., calentándolos. La radiación infrarroja que emiten estos cuerpos tiene dificultades para escapar al exterior, por lo que la temperatura ambiente interior de los invernaderos es elevada.
Los invernaderos presentan un fuerte enfriamiento durante la noche. A pesar de que el material transparente de que están hechos es relativamente opaco a la radiación Infrarroja, el hecho de que todo él esté rodeado de una delgada película de este material trasparente, hace que las pérdidas de calor por conducción a través de él sean elevadas. Esta circunstancia obliga a que, fundamentalmente, el sistema de calefacción por energía solar gaste casi toda su energía en calentar el Invernadero durante la noche.
Los vegetales no sólo se componen de tallos y hojas, sino también de raíces, y el hecho de calentar las raíces a base de calentar la tierra circundante ha demostrado ser un factor fundamental para su crecimiento. Además, la tierra, gracias a su elevada inercia térmica, retiene una gran cantidad de calor, por lo que puede mantener atemperado el invernadero durante la noche.
Una Instalación de energía solar para invernaderos consta de un campo de colectores y, según el tipo de invernadero, puede tener además uno o varios acumuladores de calor.
La calefacción de la tierra puede realizarse mediante un sistema parecido al suelo radiante, y consistente en una-red de tubos enterrados a una cierta profundidad, superior por lo menos al doble de la máxima penetración del utillaje de labranza. El agua caliente puede circular por estos tubos en cualquier momento mediante una bomba, que debe estar controlada por un termostato enterrado.
Si se precisa realizar una instalación de energía solar para un invernadero deben estudiarse las temperaturas mínimas durante la noche, que será factor más importante, así como la situación del invernadero respecto a los
vientos dominantes. En situaciones normales, las superficies de paneles solares pueden ser del orden del 30% de la superficie del invernadero, aunque este valor puede variar muchísimo; de hecho, no hay fórmulas mágicas que nos determinen una superficie óptima.
La utilización de la energía solar se presta de un modo eficiente al secado de productos naturales, tales como grano, forraje, maderas, etc, y a procesos Industriales que precisen un secado suave, como ocurre en naves industriales de pintado, lacado, Impregnado, etc.
Para un proceso de secado se pueden utilizar colectores de aire o bien de líquido, con los correspondientes “fan— coils”.
Dependiendo de diversas cuestiones económicas, puede ser preferible utilizar más paneles solares de aire (que son más baratos), a utilizar menos paneles de líquido, o viceversa.
Una ventaja fundamental de muchos procesos de secado (especialmente agrícolas, pero también industriales), es que una instalación de energía solar destinada a secado no suele necesitar almacenamiento del calor, lo que la hace especialmente atractiva desde el punto de vista económico.
Un sistema de secado puede consistir en un campo de colectores de aire, los cuales calientan el aire circundante que un ventilador empuja hacia la nave de secado.
Recordemos que la elevación de temperaturas lleva consigo una reducción de la humedad relativa. Además, la circulación de aire por el secadero favorece una más eficiente convección entre el material a secar y el aire circulante, mucho más efectivo que en condiciones de velocidad del aire nula.
Un punto importante de la instalación era el sistema electrónico de control del ventilador. Este constaba de dos partes: por un lado un triac electrónico, mediante el cual se podía variar a voluntad la velocidad del ventilador (y por consiguiente, el caudal del aire y la temperatura de secado) y por otro lado, un termostato Inversor (se llama inversor, porque funciona al revés que un termostato de calefacción: cuando hace calor está conectado y cuando hace frío esté desconectado). La misión del termostato inversor era poner en marcha o parar el ventilador, impidiendo que pudiera entrar aire frío al secadero.
La cría de animales exige ciertas condiciones ambientales. En general, una granja se puede calefactar como si fuera un edificio normal, pero deberemos destacar que los edificios destinados al ganado suelen tener pésimas condiciones de aislamiento térmico, lo cual hace que se tenga que aportar gran cantidad de energía de calefacción en invierno, y que en ciertos días muy calurosos de verano pueda producirse una mortandad elevada (por ejemplo en pollos) si la temperatura ambiente sobrepasa los 400c.
Mención especial merecen las renovaciones de aire, que en estos locales han de tener un valor elevado al objeto de llevarse los malos olores que en ellos se producen.
Asimismo, aparte de la calefacción del local, es muy conveniente disponer de agua caliente para el lavado de los animales y para la limpieza de equipos y naves. Debemos recordar que una granja en la que se desee que los animales no sufran enfermedades debe estar lo más limpia posible.
Afortunadamente, la gran mayoría de animales destinados a engorde no precisan temperaturas excesivamente altas debido a la protección que supone el pelo, las plumas o las capas de grasa, etc, por lo que la temperatura de calefacción del local puede estar perfectamente a unos 150c, para la mayor parte de animales.
Las zonas de cría deben estar a una temperatura superior al resto de la granja. El sistema óptimo para conseguirlo es mediante un suelo radiante especial, llamado placa radiante.
Las piscifactorías pueden tener un futuro importante en la alimentación humana como consecuencia de los problemas del medio ambiente y de la pesca.
Los peces son animales de sangre fría y, por lo tanto, su metabolismo depende de la temperatura del agua. A temperaturas bajas, su metabolismo es reducido y también lo es su actividad general. A temperaturas más altas pueden experimentar una gran actividad (lo que quiere decir que pueden crecer y reproducirse con gran rapidez). La elevación de las temperaturas comporta que la cantidad de oxígeno disuelto en el agua sea menor. En efecto el agua disuelve el aire (y con él, el oxígeno) de forma inversamente proporcional a su temperatura. Así, un agua muy fría pero convenientemente aireada tendrá mucho oxígeno disuelto, mientras que un agua más cálida tendrá menos oxígeno.
Las diferentes especies de peces se caracterizan por una temperatura óptima en la cual su metabolismo se ajusta a la cantidad de oxígeno que pueden extraer del agua por las branquias, existiendo peces, como la trucha, que requieren temperaturas frías y otros que están mejor con temperaturas más cálidas. Además de una temperatura adecuada y comida, los peces requieren una buena aireación del agua, y algunas especies un cierto movimiento del líquido.
Las piscifactorías suelen consistir en un conjunto de piscinas (generalmente alargadas) en las que los peces están instalados por tamaños, trasladándose de unas a otras mediante redes de distintas calidades.
La energía solar puede utilizarse para la desalinización del agua de mar en las zonas costeras áridas del planeta. La desalinización de agua salada, puede realizarse de dos formas:
a) Mediante el empleo de colectores de concentración haciendo entonces hervir este agua para recoger el vapor de agua y condensarlo, o
b) De forma pasiva
Las piscinas descubiertas sólo se utilizan, en, España, en la temporada que comprende desde junio has septiembre. Con la aplicación de la energía solar se puede hacer que la temporada de utilización de las piscinas abarque de abril a octubre, lo que puede ser muy interesante desde el punto de vista económico de la explotación de las mismas.
Estas temperaturas tan bajas facilitan además el hecho de que puedan usarse paneles sin cubierta transparente, con lo que las pérdidas en la cubierta transparente se reducen a cero y el panel solar puede tener, para estas bajas temperaturas, rendimientos aún más elevados que con cubierta.
Los p neles solares sin cubierta transparente tienen rendimientos elevados para temperaturas de salida bajas.
El cálculo de la superficie de paneles necesaria para una piscina es complejo pues depende de varios factores que pueden variar mucho de una piscina a otra, tales como:
• Irradiación directa del Sol sobre la propia piscina.
• Temperatura ambiente.
• Humedad relativa.
• Altitud.
• Renovación continua del agua de la piscina.
• Relación superficie libre / volumen de la piscina.
• Superficie mojada y pérdidas de calor a través de ella.
• Pérdidas por radiación (que dependen ,de la nubosidad durante la noche).
TIPOS DE COLECTORES DE CONCENTRACION
Cualquier sistema que aumente el valor de la irradiación, será adecuado para obtener temperaturas elevadas.
El aumento del valor de la irradiación se consigue por:
• Lentes convergentes.
• Espejos.
• Superposición de flujos radiantes.
El sistema de lentes convergentes es similar al explicado al hablar de la lupa. Las lentes se clasifican en convergentes y divergentes, según que un haz de rayos luminosos paralelos al atravesar la lente, converjan en un mismo punto o se separen de él. Las lentes divergentes no pueden concentrar, ya que los rayos luminosos que las atraviesan siempre se separan entre sí, por lo que no se tratarán.
Las lentes convergentes presentan unos parámetros de interés que son:
Área de abertura.
Distancia focal.
El área de abertura es la superficie útil a través de la cual pueden pasar libremente los rayos solares. cuanto mayor sea la superficie de abertura, mayor cantidad de energía pasará a través de la lente y, por lo tanto, dispondremos de mayor potencia. Se mide en m2.
La distancia focal es aquella distancia medida en metros desde el centro de la lente al punto (foco) en el cual convergen los rayos solares. Dependiendo de la curvatura de la lente, la distancia focal puede ser muy corta o muy larga.
En el caso de que los rayos incidentes sean paralelos y la lente perfecta, el foco es el punto donde convergen los rayos solares. Estas circunstancias, como veremos, no se dan nunca y el foco siempre es “una mancha focal”, en lugar de ser un punto sin dimensiones. La proyección de la mancha focal sobre una superficie da lugar al área de recepción.
Se llama factor de concentración al cociente entre el área de abertura y el área de recepción. Si las lentes fueran perfectas, el factor de concentración en el foco sería infinito.
Los espejos cóncavos tienen un comportamiento similar a las lentes convergentes, pero de todos los espejos cóncavos posibles (esféricos, parabólicos, elípticos, hiperbólicos, etc.), solamente los espejos parabólicos tienen la propiedad de tener un foco puntual y de comportarse igual que una lente convergente.
Al igual que una lente convergente, un espejo parabólico posee un área de abertura que es la superficie en la cual inciden los rayos solares, y un foco donde todos los rayos paralelos que llegan al espejo se concentran. Recordemos que un espejo actúa reflejando los rayos solares al contrario que una lente refractada, dejando pasar a su través los rayos luminosos.
ECUACIONES DEL BALANCE ENERGÉTICO EN COLECTORES DE CONCENTRACION
Los colectores de concentración presentan algunas diferencias importantes respecto a los colectores solares planos, tales como la reducida superficie del receptor y la usual ausencia de aislamiento térmico.
La función de la placa colectora es ahora realizada por otra superficie mucho más pequeña llamada receptor. El receptor está sometido a una elevada irradiación
, lo que hace que, dependiendo de la velocidad de extracción del calor del mismo, su temperatura puede ser muy elevada.
Las pérdidas por radiación aumentan proporcionalmente a la cuarta potencia de la temperatura absoluta del receptor. Pero, además, el efecto invernadero, es ahora poco eficiente en razón de que la temperatura del receptor es alta y la longitud de onda en la que se emite la radiación, como consecuencia de su emitancia, es corta, con lo que puede atravesar la cubierta transparente con facilidad y perderse en el espacio exterior.
Los materiales especulares con recubrimiento transparente son similares a los espejos ordinarios y constan de una lámina de vidrio o plástico transparente y de una capa reflectante.
El material reflectante suele estar formado por vapor de aluminio vaporizado a alto vacío y condensado sobre la superficie interior de la lámina transparente.
Los colectores de concentración presentan dos diferencias Importantes respecto a los colectores planos:
• Sólo utilizan la radiación directa
• Precisan un seguimiento del Sol.
El segundo requerimiento (seguimiento del Sol), es consecuencia de la necesidad de tener localizado en todo momento el colector solar, haciendo que los rayos solares converjan sobre el receptor. Debido al movimiento aparente del Sol durante el día, el punto focal se va desplazando de sitio a lo largo de la jornada, lo que hace que el colector o el receptor deban moverse para compensar este efecto.
Los colectores de concentración deben seguir siempre al sol, pues de lo contrario se desenfocan y el foco entonces no coincide con el receptor.
El máximo valor del factor de concentración es igual a unos 11500, debido a que la mínima dimensión lineal de la mancha focal es de: e min = f x tang 32'= 9.31 E-3 m., y su área será el cuadrado de este valor = 8.67 E-5 m2.El factor de concentración, por definición, será de:
Área de abertura 1 m2
________________ = ________ =11500
Área mancha focal 8.67 E-5 m2
En realidad, el factor de concentración efectivo de la mayoría de colectores solares de concentración es menor que este valor debido a las irregularidades del espejo y a fallos en el posicionamiento correcto del foco.
Estos son los más usados para el rango de temperaturas medias comprendido entre 100 y 4000 C. La enorme simplicidad de este tipo de colector va acompañada del hecho que del seguimiento del sol solo lo hace en una dirección, lo que se presta a ser realizado por un motor eléctrico de forma sencilla. Estos colectores constan de un espejo cilindro—parabólico, de un tubo focal envuelto en un tubo de vidrio transparente, del soporte, y del mecanismo de seguimiento del Sol.
El espejo suele ser de vidrio templado, resistente a posibles impactos de granizo y vientos huracanados. En las partes exteriores se apoya en el soporte a través del cual se fija en el suelo.
El mecanismo de seguimiento sólo actúa en una dirección. En este sentido, los colectores cilindro—parabólicos pueden ser de dos tipos:
• De eje polar (inclinados). LX
• De eje horizontal.
A veces interesa que el tubo focal esté fijo, debido al hecho de que moverlo implica la presencia de conexiones flexibles y de posibles fallos en los aislamientos térmicos (los cuales, juntamente con los tubos flexibles, se mueven). En este caso, el tubo focal con su recubrimiento de vidrio permanece fijo, y el espejo se mueve.
La energía necesaria para el movimiento de los espejos es muy pequeña respecto al total de energía solar extraída.
Respecto al soporte, es mayor o más caro el de disposición polar que el horizontal, puesto que ha de elevarse a cierta distancia del suelo para poder sujetar la parte superior del colector. Asimismo, esta disposición está más expuesta a la posible acción de vientos huracanados.
Respecto al seguimiento del Sol, la disposición polar obliga un fuerte seguimiento de 150 por hora, lo que exige que el mecanismo de seguimiento se active con bastante frecuencia.
En cuanto a la energía recibida, ambos sistemas proporcionan a lo largo del año una energía similar, pero tienen algunas variantes.
El sistema horizontal nos ofrece una mayor regularidad a lo largo del año, y a lo largo de las distintas horas del día, siendo preferible para sistemas de concentración reducida.
En el sistema polar, es posible variar la inclinación del colector de acuerdo con los mismos criterios ya expuestos para colectores planos. El valor óptimo es igual al de la latitud menos el valor de la declinación. Si se colocan fijos, el ángulo de inclinación se selecciona igual que en un colector plano.
Respecto al seguimiento, hay que tener en cuenta que las desviaciones de la dirección de la radiación respecto al plano perpendicular al tubo focal tienen muy poca importancia puesto que no afectan a la focalización.
Los sistemas realimentados constan de unos sensores que generalmente son alcanzados por la propia sombra del tubo focal cuando el colector está correctamente focalizado. Al irse desplazando el Sol, los sensores (generalmente fototransistores) entran en la luz, poniendo en marcha el motor que funciona hasta que son de nuevo colocados en la sombra.
En los sistemas polares, el movimiento durante el día se realiza de Este a Oeste, mientras que en los sistemas horizontales, durante la mañana se eleva el colector y durante la tarde desciende, quedando en la posición adecuada para iniciar la actividad al día siguiente. Al finalizar el día, en los sistemas polares, los colectores deben volver a la posición Este para poder Iniciar la actividad al día siguiente.
Los sistemas de seguimiento deben estar provistos de mecanismos que permitan una rápida desfocalización en caso de emergencia.
El tipo de emergencia más frecuente suele ser un sobrecalentamiento del fluido que circula por el interior del tubo focal. En estos casos, el mecanismo de seguimiento debe actuar desenfocando, girando el colector preferentemente en sentido contrario al de la mancha normal. Un colector de concentración desenfocado no capta energía.
Cuando manejamos un colector de concentración cilindro-parabólico, jamás deberemos tocar con las manos el tubo de vidrio, el focal o sus inmediaciones, ya que podríamos sufrir graves quemaduras.
La parte más cara de un colector cilindro—parabólico es el espejo, pero esta pieza una vez producida en serie (generalmente estos colectores están formados por dos espejos, ya que son simétricos) tampoco es excesivamente cara.
Se necesitará un mecanismo de seguimiento del Sol, con su correspondiente motor, para cada colector. Con un solo dispositivo se puede controlar todo un campo de colectores a la vez, y con un solo motor por hilera de colectores se pueden orientar todos ellos. De esta forma, un campo de colectores cilindro-parabólicos de eje horizontal puede ser más barato que la misma superficie de paneles planos.
LOS COLECTORES SOLARES DOBLE—PARABÓLICOS
Consisten en un espejo curvado que presenta curvatura parabólica en un espejo curvado de dos ejes. La forma de estos colectores se asemeja a las antenas parabólicas para el seguimiento de naves espaciales.
Los colectores solares doble—parabólicos permiten obtener temperaturas sumamente elevadas, pero presentan el problema de que precisan un seguimiento del Sol muy preciso y además en dos direcciones: de Este a Oeste y de abajo a arriba. Esto requiere un mecanismo complejo de seguimiento con dos motores, uno para efectuar el movimiento horizontal y otro para el movimiento vertical.
HELIOSTATOS
Los heliostatos son espejos planos que forman parte de un colector de concentración de gran tamaño.
El campo de heliostatos es similar a un campo de colectores. Cada heliostato consta de varios espejos planos sujetos a un soporte.
Los heliostatos han de orientarse al Sol mediante un movimiento en dos direcciones, de forma que los rayos solares reflejados en el heliostato incidan en un receptor.
Debido a que los diversos heliostatos estarán situados en posiciones diferentes del terreno, el ángulo con que deben orientarse es distinto para cada uno de ellos. No obstante esto, como cada heliostato ocupa una posición fija, mediante un ordenador se puede controlar fácilmente el correcto posicionamiento de todos los heliostatos, en base a consideraciones geométricas. De esta forma, todos los heliostatos dirigirán sus rayos hacia una pequeña zona donde debido a la suma de irradiaciones se obtendrá un
factor de concentración muy elevado.
COLECTORES DE CONCENTRACION ESPECIALES
Existen diversos tipos de colectores de concentración especiales, que tienen algunas propiedades Interesantes. Aquí trataremos de dos de ellos: el colector cilíndrico y colector de Winston.
El colector cilíndrico consiste en un arco de cilindro (generalmente medio cilindro) con el espejo en la parte interior. La ventaja, respecto al cilindro-parabólico, estriba en su menor coste de fabricación: es mas fácil realizar una forma cilíndrica que una parabólica.
Un haz de rayos paralelos que se refleje en una superficie cilíndrica no da lugar a un foco único, sino al llamado foco paraxial, que está situado aproximadamente a 0.5 veces el radio. Entre este foco paraxial y la superficie del espejo está la zona de concentración de los rayos solares. En las proximidades de la superficie del espejo hay una zona donde inciden los rayos solares que han sufrido varias reflexiones.
El receptor suele consistir en un tubo rectangular situado en esta zona de concentración de los rayos solares.
Dadas las características de estos colectores, su orientación no precisa ser muy exacta, pues, para un amplio margen de ángulos de incidencia, la radiación solar reflejada en el espejo siempre incidirá en el receptor.
El colector de Winston consiste en un colector formado por dos espejos cilindro-parabólicos y una superficie plana, que es el receptor. Los dos espejos se disponen simétricamente respecto al eje de simetría, y dan a este tipo de colector un aspecto muy cerrado
Las características geométricas de este colector hacen que cualquier radiación que entre por el cono de abertura y sea absorbida en el receptor, lo que significa que no precisa seguimiento del Sol mientras éste se encuentre dentro de los límites del cono de abertura. Puede captarse así, algo de radiación difusa
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