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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Instalaciones eléctricas con energía solar. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes alternativas de energía El uso de la energía solar hoy en día se reduce principalmente a la producción de calor solar de bajo grado utilizando los colectores solares de placa plana más simples. Por ejemplo, en Estados Unidos en 1990, de los 3,6 millones de GJ de energía producida a partir de la radiación solar, 3,5 millones de GJ son calor de baja calidad que se utiliza para el abastecimiento de agua caliente, el calentamiento del agua de las piscinas y, en menor medida, para la calefacción. . Israel tiene alrededor de 800 colectores solares instalados bajo una ley que requiere que cada hogar tenga un calentador de agua solar, que produce alrededor de 000 millones de GJ de energía y proporciona agua caliente al 15% de la población. En los colectores solares de placa plana modernos, el absorbedor suele tener una capa de recubrimiento selectivo con un coeficiente de absorción para la radiación solar de 0,94 - 0,96 y una emisividad a la temperatura del absorbedor de 0,09 - 0,12. En viviendas de nueva construcción se está intentando combinar colectores con elementos de la cubierta de la vivienda, lo que hace más sencilla y económica su instalación. Una instalación completa de calentamiento de agua incluye, además de los colectores, un tanque con aislamiento térmico, un acumulador, en el que se integra un calentador eléctrico de respaldo, los accesorios necesarios y la automatización. El colector generalmente se instala inmóvil en un ángulo con el horizonte aproximadamente igual a la latitud del área. En una casa individual con una superficie de unos 100 m2, se suelen instalar 1-2 colectores, con una superficie absorbente de 1-1,5 m2 cada uno y un depósito de almacenamiento con una capacidad de unos 150 litros. Tal instalación en el mercado occidental hoy cuesta alrededor de 500 USD/m2 de área de colector. La producción de calor de una instalación de este tipo depende significativamente de la insolación, la temperatura ambiente y otros parámetros climáticos. Según la latitud de la zona y las condiciones climáticas, la llegada anual de energía solar por 1 m2 de superficie varía mucho. Para latitudes alrededor de 30° puede ser de 8-10 GJ/(m2 año), mientras que para latitudes de 50-60° baja a 2-4 GJ/(m2 año). La eficiencia de un colector solar está determinada por sus características ópticas, la calidad del aislamiento térmico, la insolación y las temperaturas del refrigerante y del aire ambiente. En la mayoría de las instalaciones existentes, la eficiencia operativa anual promedio del colector está en el nivel de 40-50%. Esto significa que para latitudes de aproximadamente 30°, 1 m2 de colector puede producir de 3 a 5 GJ de calor por año con una temperatura de 60 a 70 °C. El costo de este calor con tales indicadores y una vida útil de la planta de 30 años resulta estar en el nivel de 3-4 USD/GJ, lo que hace que estas plantas sean atractivas para los consumidores. Para latitudes más altas, los calentadores de agua solares son más preferibles como los de temporada. Junto a los colectores, se utilizan métodos pasivos basados en la optimización de soluciones arquitectónicas y urbanísticas para aprovechar el calor solar para la calefacción de viviendas. Además, es de interés desarrollar los denominados aislantes transparentes para las paredes de las casas, películas selectivas para ventanas, etc. La electricidad mediante el uso de la energía solar puede obtenerse bien en centrales térmicas, en las que el calor procedente de la combustión del combustible se sustituye por un flujo de radiación solar concentrada, bien en plantas de conversión directa de energía basadas en el uso de convertidores fotoeléctricos semiconductores (PVC). . Un interesante proyecto desarrollado en Australia. El Comité Olímpico decidió hacer "verdes" los Juegos, para lo cual, en particular, se construyó en el Complejo Olímpico una planta termosolar con ciclo de conversión termodinámica. El proyecto se basa en concentradores lineales formados por espejos planos o ligeramente curvados y que concentran la radiación solar (grado de concentración 10-15) sobre un receptor formado por tubos de vacío, en cuyo interior se encuentra un tubo absorbedor de paredes delgadas dotado de una aleta receptora de calor. y cubierto con un recubrimiento selectivo muy perfecto. Desde el absorbedor, el calor se transfiere mediante tubos de calor al generador de vapor, donde se produce vapor de agua. El sobrecalentamiento del vapor a una temperatura de 330°C se realiza quemando una determinada cantidad de gas natural. El calor de la turbina se utiliza para calentar la piscina olímpica y otras instalaciones. Otra variedad es una planta de energía solar con un concentrador paraboloide (PC) que sigue al sol a lo largo de dos ejes. El concentrador paraboloide es teóricamente el mejor dispositivo de concentración, lo que permite una concentración de varios miles de soles y, por lo tanto, temperaturas de calentamiento muy altas. Sin embargo, las PC, a diferencia de las torres y los SPP con PCC, debido a consideraciones de diseño, no permiten tener unidades de gran capacidad en un módulo. Por lo tanto, el ámbito de aplicación de SES con una PC es relativamente pequeño, no superando varias decenas de kilovatios, en su mayoría instalaciones autónomas. En este caso, dichas centrales no deberían competir con las grandes centrales térmicas, sino con las centrales diésel de pequeña y mediana capacidad, que producen electricidad a un costo 2-3 veces mayor. En un diseño modular, el foco de la PC suele colocarse directamente en el motor, que convierte el calor en energía mecánica y luego en energía eléctrica. Hasta hace poco tiempo solo se utilizaba para este fin el motor Stirling, hoy en día también se está pensando en una turbina de gas. Recientemente, el mundo ha aumentado el interés por las instalaciones que convierten directamente la radiación solar en electricidad mediante células fotovoltaicas. El coste de la electricidad generada por las instalaciones fotovoltaicas (PMT) hoy en día es varias veces superior al de las plantas solares de ciclo térmico. Sin embargo, los PMT se están implementando activamente tanto en países desarrollados como en desarrollo. En este caso, se pueden observar dos tendencias opuestas.
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