Page 1

ENERXÍA SOLAR TÉRMICA

ENERXÍA SOLAR FOTOVOLTAICA

A

C

Central solar térmica

ENERXÍA SOLAR TÉRMICA Calefacción

Auga quente sanitaria. Climatización piscinas

Centrais térmicas solares Enerxía eléctrica

Colector térmico solar para xerar auga quente

Cociña solar

Heliostato Caldeira

Luz solar

Os colectores solares térmicos de baixa temperatura poden acadar un 70 % de rendemento na conversión de enerxía solar en térmica. ■ A enerxía solar térmica é unha fonte de enerxía universal, renovable e limpa. ■ A enerxía solar térmica pode funcionar 24 h ó día, usando a auga almacenada durante as horas de Sol. ■ O rendemento depende do estado da atmósfera, hora do día, estación do ano e latitude. ■ As centrais térmicas solares ocupan grandes zonas de terreo, polo que producen un alto impacto visual.

Fluido

Luz solar reflectida

SABÍAS QUE …

Vapor

ACTIVIDADES

Enerxía solar térmica

Tendido eléctrico

Xerador

Bomba Xerador de vapor

Condensador

14. Ordena na secuencia correcta os procesos que ocorren nunha central térmica solar durante a produción de enerxía eléctrica.

Captación da enerxía térmica do Sol

Quentamento do circuito de aceite a 400 ºC

Vaporización da auga

Enerxía eléctrica

Colector

Activación dunha turbina

Transferencia do calor do aceite a un circuito de auga

Vertido á rede eléctrica

Activación dunha dínamo

onsiste na captación da radiación solar por medio dun panel formado por células fotovoltaicas que xeran electricidade ao absorber a enerxía radiante (fotóns) do Sol. As células fotovoltaicas acadan o seu funcionamento óptimo baixo unhas condicións estándar: temperatura da célula de 25 ºC e irradiancia de 1000 W/m2. Nesta situación, os paneis solares poden acadar un rendemento máximo do 20 %, aínda que algunhas células experimentais superan ese porcentaxe. A súa vida útil é duns SABÍAS QUE … 30-40 anos e o seu mantemento é mínimo. ■ O efecto fotovoltaico é a A eficacia das célu- Panel de células fotovoltaicas capacidade dalgúns materiais las fotovoltaicas desemiconductores, coma o silicio, pende da irradiancia (cantidade de enerxía solar que chega á placa), de xerar corrente eléctrica ao relacionada con varios factores: hora do día, estado da atmosfera, estación seren irradiados. do ano e latitude. Loxicamente, non poden xerar electricidade durante os ■ As células fotovoltaicas empregan períodos nocturnos. dúas láminas de Si. Os electróns A produción masiva de enerxía fotovoltaica realízase nas centrais soexternos destas láminas poden lares fotovoltaicas que usan numerosos paneis e, concentran a radiación moverse libremente formando solar mediante lentes ou espellos. unha banda de condución. Cando A enerxía fotovoltaica presenta o problema do rendemento (deun fotón golpea sobre a banda de pende do tipo de panel e dos factores antes analizados) e do custo da condución, a súa enerxía é instalación (sobre todo polo prezo das paneis: os de Si monocristalino absorbida polos electróns que son os máis eficientes e caros). Sen embargo, é unha opción interesante flúen producindo a corrente para vivendas illadas, ás que non chega a rede eléctrica. Por outro lado, eléctrica. á hora de valorar a súa productividade nunca debe esquecerse que é ■ As láminas de Si están “dopadas”: unha enerxía limpa, non contamina a atmosfera, nin a hidrosfera, nin o entre os átomos de Si dunha solo, nin afecta á flora e a fauna e, ademais, reduce a dependencia enerlámina existen outros de valencia xética respecto dos combustibles fósiles. maior (aportan electróns); na outra lámina hainos de valencia menor (aportan ocos) para 15. Investiga os elementos que se requiren para empregar a enerxía fotovoltaica nunha vivenda facilitar o fluxo de electróns. particular. A primeira chámase lámina N ………………………………………………………………………………… e a segunda lámina P. ………………………………………………………………………………… ■ As células fotovoltaicas poden ser 16. O consumo eléctrico diario dunha familia é de 10 Kw.h. Deciden instalar no tellado 15 m2 de paneis fode tres tipos: silicio tovoltaicos, cun rendemento do 15 %. Sabendo que a irradiancia é de 1000 W/m2 e que se mantén monocristalino (un só cristal), silicio policristalino (varios cristais constante durante 14 h ao día, calcula se a superficie de paneis subministrará suficiente enerxía eléctrica de menor tamaño) e silicio para satisfacer o consumo diario da vivenda. amorfo (Si non cristalizado). ………………………………………………………………………………… ■ O rendemento dunha célula ……………………………………………………………………………… fotovoltaica depende do tamaño, 17. Elabora unha táboa que reflexe as vantaxes e desvantaxes da enerxía solar fronte as enerxías tradiciopeso e grosor dos cristais. As nais. células de Si monocristalino son ………………………………………………………………………………… as de maior redemento (ate o 20 ………………………………………………………………………………… %) e as de Si amorfo as de menor ………………………………………………………………………………… (menos do 10 %).

a

ENERXÍA solar

ACTIVIDADES

enerxía solar térmica obtense directamente do calor do Sol que chega a superficie do noso planeta en forma de radiación infravermella. Para producir calefacción empréganse colectores que captan o calor solar e quentan un fluído que circula por un circuíto pechado e transfire o calor almacenado. A auga quente sanitaria obtense instalando colectores que quentan directamente a auga usando a radiación solar. Asemade, esta enerxía pode empregarse para cociñar usando as cociñas solares.

Instituto Enerxético de Galicia


A ENERXÍA DO SOL

OS USOS DA ENERXÍA SOLAR

USO PASIVO DA ENERXÍA SOLAR

N

A

A

Fusión nuclear e emisión de enerxía electromagnética

radiación infravermella do Sol e a radiación visible, que chegan á superficie terrestre, poden ser utilizadas como fontes de enerxía para satisfacer as necesidades humanas. O calor que o Sol emite en forma de radiación infravermella foi utilizado xa dende antigo pola humanidade para xerar temperaturas agradables dentro das construcións. Este uso, chamado uso pasivo da enerxía Espello incendiario de Hoensen, século XVII solar, foi constante ao longo da civilización humana e na actualidade constitúe un principio básico da arquitectura bioclimática. Hoxe, ademais, empregamos a radiación infravermella do Sol para producir calefacción, auga quente e, nas centrais térmicas solares, enerxía eléctrica. A radiación visible, usada para a iluminación e na fotosíntese (biocombustibles). pode empregarse para a obtención de enerxía eléctrica, nas centrais solares fotovoltaicas. Diversos cálculos sitúan en 3850000 x 1018 Xulios o valor do fluxo solar anual, enerxía que é absorbida pola atmosfera, continentes e océanos. A radiación solar que chega á superficie da Terra é de tipo directo (ven directamente dende o foco solar) e difuso (sofre reflexións e refraccións na atmosfera). Aínda que toda a radiación pode ser aproveitada, a radiación directa debe ser concentrada para o seu uso, pero a difusa non ao provir de tódalas direccións. O valor medio da radiación solar na Península Ibérica é duns 1500 Kw.h/m2, variando coa latitude, estado da atmosfera, estación do ano e hora do día. SABÍAS QUE … Segundo unha lenda, no século III a.C., Arquímedes empregou grandes espellos solares para incendiar a flota romana que atacaba a súa cidade. ■ No ano 1839, o físico francés E. Becquerel descubre o “efecto fotovoltaico”, ao observar que algúns materiais xeraban unha pequena corrente eléctrica cando se expoñían á luz. ■ En 1870, H. Hertz fabricou as primeiras celdas fotovoltaicas que, non obstante, tiñan un baixo rendemento (menos do 2%). ■ En 1940 George F. Keck deseñou a primeira casa “solar” pasiva en EE.UU., impulsando a construción de numerosas vivendas que aproveitaban o calor solar. ■ En 1954, os laboratorios Bell usan cristais de Si de alta pureza para fabricar celdas fotovoltaicas cunha eficiencia do 4%. ■ En 1958 lánzase o primeiro satélite artificial parcialmente alimentado con enerxía fotovoltaica.

RADIACIÓN SOLAR

1 g de materia solar libera tanta enerxía como a combustión de 2500000 Litros de gasolina. ■ A enerxía xerada no núcleo tarda 1000000 de anos en acadar a superficie do Sol. ■ Cada segundo, 700 x 106 Tm de Hidróxeno transfórmanse en He, liberándose 5000000 Tm de enerxía pura ■

!

1. Busca información sobre os seguintes termos: 1.1. Isótopo ……………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… 1.2. Deuterio ……………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… 1.3. Tritio ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… 1.4. Plasma ……………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… 1.5. Convección …………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… 2. Elabora un gráfico que represente as distintas capas da atmosfera e sinala nel as capas onde se filtran os distintos tipos de radiación solar, indicando as que acadan a superficie terrestre. 3. Investiga que parte da radiación solar podemos usar como fonte da enerxía solar.

ENERXÍA SOLAR TÉRMICA

ACTIVIDADES

SABÍAS QUE …

ACTIVIDADES

Enerxía

RADIACIÓN INFRAVERMELLA ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA

RADIACIÓN VISIBLE E UV. ENERXÍA SOLAR FOTOVOLTAICA

4. Que fontes de enerxía non renovables derivan en última instancia da radiación solar? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 5. Que enerxía renovable procede directamente da radiación solar a través da fotosíntese? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 6. Indica que dúas fontes de enerxía usadas pola humanidade non derivan da enerxía solar. …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 7. Podemos afirmar razoablemente que a enerxía hidráulica procede da enerxía solar? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 8. Por que cualificamos a enerxía solar de “renovable”, “alternativa” e “limpa”? …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

!

construción tradicional ven utilizando de xeito pasivo a enerxía solar para acadar ambientes agradables dentro das vivendas e edificios. O uso de materiais de baixa conductividade térmica, as ventás de reducido tamaño, as galerías, as lareiras coma fontes de calor, a plantación estratéxica de árbores caducifolias nas proximidades da vivenda ou a orientación das casas cara o Sur son outros tantos elementos da arquitectura tradicional que axudan a xerar un ambiente cálido no inverno e fresco no verán no interior das edificacións. Hoxe, eses principios da construción tradicional son aplicados pola chamada arquitectura bioclimática. Nunha situación ideal, esta persigue a produción de edificios de custo enerxético cero, que respecten a harmonía da paisaxe e da arquitectura da zona, que optimicen o uso da auga e, todo isto, sen prexudicar a calidade de vida dos seus ocupantes. Casa bioclimática da Fundación Sotavento No caso de Galicia, unha casa deseñada segundo os principios da arquitectura bioclimática debería incorporar, entre outros, os seguintes elementos: orientación da fachada cara o Sur (aumenta a radiación solar recibida no inverno), árbores caducifolios próximos (dan sombra no verán e deixan pasar os raios solares no inverno, ademais de ser colectores solares bioquímicos), pedra da zona ou materiais reciclados equivalentes de baixa conductividade térmica, muros grosos, galerías, uso de enerxías solares térmica e fotovoltaica e da enerxía xeotérmica, sisteSABÍAS QUE … mas de iluminación e uso da auga eficientes, etc. PRINCIPOS DA ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA ■ Adecuar o deseño das vivendas ao clima da zona na que se van a construir. ■ Construción usando os materiais propios da zona e fomentando o uso de aqueles procedentes da reciclaxe. ■ Edificios integrados na paisaxe, reducindo o impacto visual. ■ Uso eficiente da energía, tanto na fase de construción como na de funcionamento do edificio. ■ Aproveitamento máximo da enerxía solar directa, tanto no aspecto pasivo como activo (térmica e fotovoltaica). ■ Máxima economía e eficiencia no uso da auga. ■ Inclusión e mantemento da vexetación autóctona nas edificacións. ■

ACTIVIDADES

o corazón do Sol, a unha temperatura aproxiIdade (anos) .......................................4680 x106 mada de 15000000 ºC, átomos de Deuterio e Tritio, isótopos do Hidróxeno, chocan entre si e Estrela tipo.....................................................G fusiónanse para formar Helio, liberando inxentes canCor.......................................................Amarela tidades de enerxía. Este proceso, coñecido como fuT superficial (ºC) .........................................5500 sión nuclear, é posible grazas a que a materia do Sol, a esa temperatura, atópase no estado de plasma (núT do núcleo (ºC) ......................................15 x 106 cleos atómicos que perderon os seus electróns). Diámetro (Km) ......................................1,4 x 106 A enerxía producida no proceso de fusión nuclear é conducida por procesos de convección ate a superComposición (%) .............................Hidróxeno 92 Helio 7,8 ficie da nosa estrela e enviada ao espacio interplaneOutros (O, C…) 0,2 tario en forma de radiación electromagnética. A emisión realízase en forma de “paquetes” de enerxía Período de rotación (días) ........................25 a 30 chamados fotóns. Distancia á Terra (Km) ........................149,6 x 106 A radiación electromagnética é unha mestura de ondas de distinta frecuencia capaces de atravesar o baleiro espacial e chegar á Terra. A radiación de maior frecuencia, rica en enerxía e poder de penetración, é filtrada pola atmosfera terrestre: parte dela, raios gamma e raios X, na Ionosfera ou Termosfera, e outra parte, o 90 % da radiación ultravioleta, na capa de Ozono, situada na Estratosfera. O resto da radiación ultravioleta, a radiación visible, a radiación infravermella e a de baixa frecuencia chegan á superficie do noso planeta.

9. Por que dicimos que as árbores caducifolias son “colectores solares bioquímicos”? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 10. Cita 3 árbores caducifolios que, ó teu xuízo, deberían ser usados en Galicia para acadar un ambiente agradable dentro dunha vivenda. …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 11. Pescuda como axudan a regular a temperatura da vivenda as galerías. …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 12. Investiga que é un “muro Trombe” e que función ten na construción de casas eficientes dende o punto de vista enerxético …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 13. Como debería ser un sistema de refrixeración natural dunha casa? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………


A ENERXÍA DO SOL

OS USOS DA ENERXÍA SOLAR

USO PASIVO DA ENERXÍA SOLAR

N

A

A

Fusión nuclear e emisión de enerxía electromagnética

radiación infravermella do Sol e a radiación visible, que chegan á superficie terrestre, poden ser utilizadas como fontes de enerxía para satisfacer as necesidades humanas. O calor que o Sol emite en forma de radiación infravermella foi utilizado xa dende antigo pola humanidade para xerar temperaturas agradables dentro das construcións. Este uso, chamado uso pasivo da enerxía Espello incendiario de Hoensen, século XVII solar, foi constante ao longo da civilización humana e na actualidade constitúe un principio básico da arquitectura bioclimática. Hoxe, ademais, empregamos a radiación infravermella do Sol para producir calefacción, auga quente e, nas centrais térmicas solares, enerxía eléctrica. A radiación visible, usada para a iluminación e na fotosíntese (biocombustibles). pode empregarse para a obtención de enerxía eléctrica, nas centrais solares fotovoltaicas. Diversos cálculos sitúan en 3850000 x 1018 Xulios o valor do fluxo solar anual, enerxía que é absorbida pola atmosfera, continentes e océanos. A radiación solar que chega á superficie da Terra é de tipo directo (ven directamente dende o foco solar) e difuso (sofre reflexións e refraccións na atmosfera). Aínda que toda a radiación pode ser aproveitada, a radiación directa debe ser concentrada para o seu uso, pero a difusa non ao provir de tódalas direccións. O valor medio da radiación solar na Península Ibérica é duns 1500 Kw.h/m2, variando coa latitude, estado da atmosfera, estación do ano e hora do día. SABÍAS QUE … Segundo unha lenda, no século III a.C., Arquímedes empregou grandes espellos solares para incendiar a flota romana que atacaba a súa cidade. ■ No ano 1839, o físico francés E. Becquerel descubre o “efecto fotovoltaico”, ao observar que algúns materiais xeraban unha pequena corrente eléctrica cando se expoñían á luz. ■ En 1870, H. Hertz fabricou as primeiras celdas fotovoltaicas que, non obstante, tiñan un baixo rendemento (menos do 2%). ■ En 1940 George F. Keck deseñou a primeira casa “solar” pasiva en EE.UU., impulsando a construción de numerosas vivendas que aproveitaban o calor solar. ■ En 1954, os laboratorios Bell usan cristais de Si de alta pureza para fabricar celdas fotovoltaicas cunha eficiencia do 4%. ■ En 1958 lánzase o primeiro satélite artificial parcialmente alimentado con enerxía fotovoltaica.

RADIACIÓN SOLAR

1 g de materia solar libera tanta enerxía como a combustión de 2500000 Litros de gasolina. ■ A enerxía xerada no núcleo tarda 1000000 de anos en acadar a superficie do Sol. ■ Cada segundo, 700 x 106 Tm de Hidróxeno transfórmanse en He, liberándose 5000000 Tm de enerxía pura ■

!

1. Busca información sobre os seguintes termos: 1.1. Isótopo ……………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… 1.2. Deuterio ……………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… 1.3. Tritio ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… 1.4. Plasma ……………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… 1.5. Convección …………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… 2. Elabora un gráfico que represente as distintas capas da atmosfera e sinala nel as capas onde se filtran os distintos tipos de radiación solar, indicando as que acadan a superficie terrestre. 3. Investiga que parte da radiación solar podemos usar como fonte da enerxía solar.

ENERXÍA SOLAR TÉRMICA

ACTIVIDADES

SABÍAS QUE …

ACTIVIDADES

Enerxía

RADIACIÓN INFRAVERMELLA ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA

RADIACIÓN VISIBLE E UV. ENERXÍA SOLAR FOTOVOLTAICA

4. Que fontes de enerxía non renovables derivan en última instancia da radiación solar? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 5. Que enerxía renovable procede directamente da radiación solar a través da fotosíntese? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 6. Indica que dúas fontes de enerxía usadas pola humanidade non derivan da enerxía solar. …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 7. Podemos afirmar razoablemente que a enerxía hidráulica procede da enerxía solar? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 8. Por que cualificamos a enerxía solar de “renovable”, “alternativa” e “limpa”? …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

!

construción tradicional ven utilizando de xeito pasivo a enerxía solar para acadar ambientes agradables dentro das vivendas e edificios. O uso de materiais de baixa conductividade térmica, as ventás de reducido tamaño, as galerías, as lareiras coma fontes de calor, a plantación estratéxica de árbores caducifolias nas proximidades da vivenda ou a orientación das casas cara o Sur son outros tantos elementos da arquitectura tradicional que axudan a xerar un ambiente cálido no inverno e fresco no verán no interior das edificacións. Hoxe, eses principios da construción tradicional son aplicados pola chamada arquitectura bioclimática. Nunha situación ideal, esta persigue a produción de edificios de custo enerxético cero, que respecten a harmonía da paisaxe e da arquitectura da zona, que optimicen o uso da auga e, todo isto, sen prexudicar a calidade de vida dos seus ocupantes. Casa bioclimática da Fundación Sotavento No caso de Galicia, unha casa deseñada segundo os principios da arquitectura bioclimática debería incorporar, entre outros, os seguintes elementos: orientación da fachada cara o Sur (aumenta a radiación solar recibida no inverno), árbores caducifolios próximos (dan sombra no verán e deixan pasar os raios solares no inverno, ademais de ser colectores solares bioquímicos), pedra da zona ou materiais reciclados equivalentes de baixa conductividade térmica, muros grosos, galerías, uso de enerxías solares térmica e fotovoltaica e da enerxía xeotérmica, sisteSABÍAS QUE … mas de iluminación e uso da auga eficientes, etc. PRINCIPOS DA ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA ■ Adecuar o deseño das vivendas ao clima da zona na que se van a construir. ■ Construción usando os materiais propios da zona e fomentando o uso de aqueles procedentes da reciclaxe. ■ Edificios integrados na paisaxe, reducindo o impacto visual. ■ Uso eficiente da energía, tanto na fase de construción como na de funcionamento do edificio. ■ Aproveitamento máximo da enerxía solar directa, tanto no aspecto pasivo como activo (térmica e fotovoltaica). ■ Máxima economía e eficiencia no uso da auga. ■ Inclusión e mantemento da vexetación autóctona nas edificacións. ■

ACTIVIDADES

o corazón do Sol, a unha temperatura aproxiIdade (anos) .......................................4680 x106 mada de 15000000 ºC, átomos de Deuterio e Tritio, isótopos do Hidróxeno, chocan entre si e Estrela tipo.....................................................G fusiónanse para formar Helio, liberando inxentes canCor.......................................................Amarela tidades de enerxía. Este proceso, coñecido como fuT superficial (ºC) .........................................5500 sión nuclear, é posible grazas a que a materia do Sol, a esa temperatura, atópase no estado de plasma (núT do núcleo (ºC) ......................................15 x 106 cleos atómicos que perderon os seus electróns). Diámetro (Km) ......................................1,4 x 106 A enerxía producida no proceso de fusión nuclear é conducida por procesos de convección ate a superComposición (%) .............................Hidróxeno 92 Helio 7,8 ficie da nosa estrela e enviada ao espacio interplaneOutros (O, C…) 0,2 tario en forma de radiación electromagnética. A emisión realízase en forma de “paquetes” de enerxía Período de rotación (días) ........................25 a 30 chamados fotóns. Distancia á Terra (Km) ........................149,6 x 106 A radiación electromagnética é unha mestura de ondas de distinta frecuencia capaces de atravesar o baleiro espacial e chegar á Terra. A radiación de maior frecuencia, rica en enerxía e poder de penetración, é filtrada pola atmosfera terrestre: parte dela, raios gamma e raios X, na Ionosfera ou Termosfera, e outra parte, o 90 % da radiación ultravioleta, na capa de Ozono, situada na Estratosfera. O resto da radiación ultravioleta, a radiación visible, a radiación infravermella e a de baixa frecuencia chegan á superficie do noso planeta.

9. Por que dicimos que as árbores caducifolias son “colectores solares bioquímicos”? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 10. Cita 3 árbores caducifolios que, ó teu xuízo, deberían ser usados en Galicia para acadar un ambiente agradable dentro dunha vivenda. …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 11. Pescuda como axudan a regular a temperatura da vivenda as galerías. …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 12. Investiga que é un “muro Trombe” e que función ten na construción de casas eficientes dende o punto de vista enerxético …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 13. Como debería ser un sistema de refrixeración natural dunha casa? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………


A ENERXÍA DO SOL

OS USOS DA ENERXÍA SOLAR

USO PASIVO DA ENERXÍA SOLAR

N

A

A

Fusión nuclear e emisión de enerxía electromagnética

radiación infravermella do Sol e a radiación visible, que chegan á superficie terrestre, poden ser utilizadas como fontes de enerxía para satisfacer as necesidades humanas. O calor que o Sol emite en forma de radiación infravermella foi utilizado xa dende antigo pola humanidade para xerar temperaturas agradables dentro das construcións. Este uso, chamado uso pasivo da enerxía Espello incendiario de Hoensen, século XVII solar, foi constante ao longo da civilización humana e na actualidade constitúe un principio básico da arquitectura bioclimática. Hoxe, ademais, empregamos a radiación infravermella do Sol para producir calefacción, auga quente e, nas centrais térmicas solares, enerxía eléctrica. A radiación visible, usada para a iluminación e na fotosíntese (biocombustibles). pode empregarse para a obtención de enerxía eléctrica, nas centrais solares fotovoltaicas. Diversos cálculos sitúan en 3850000 x 1018 Xulios o valor do fluxo solar anual, enerxía que é absorbida pola atmosfera, continentes e océanos. A radiación solar que chega á superficie da Terra é de tipo directo (ven directamente dende o foco solar) e difuso (sofre reflexións e refraccións na atmosfera). Aínda que toda a radiación pode ser aproveitada, a radiación directa debe ser concentrada para o seu uso, pero a difusa non ao provir de tódalas direccións. O valor medio da radiación solar na Península Ibérica é duns 1500 Kw.h/m2, variando coa latitude, estado da atmosfera, estación do ano e hora do día. SABÍAS QUE … Segundo unha lenda, no século III a.C., Arquímedes empregou grandes espellos solares para incendiar a flota romana que atacaba a súa cidade. ■ No ano 1839, o físico francés E. Becquerel descubre o “efecto fotovoltaico”, ao observar que algúns materiais xeraban unha pequena corrente eléctrica cando se expoñían á luz. ■ En 1870, H. Hertz fabricou as primeiras celdas fotovoltaicas que, non obstante, tiñan un baixo rendemento (menos do 2%). ■ En 1940 George F. Keck deseñou a primeira casa “solar” pasiva en EE.UU., impulsando a construción de numerosas vivendas que aproveitaban o calor solar. ■ En 1954, os laboratorios Bell usan cristais de Si de alta pureza para fabricar celdas fotovoltaicas cunha eficiencia do 4%. ■ En 1958 lánzase o primeiro satélite artificial parcialmente alimentado con enerxía fotovoltaica.

RADIACIÓN SOLAR

1 g de materia solar libera tanta enerxía como a combustión de 2500000 Litros de gasolina. ■ A enerxía xerada no núcleo tarda 1000000 de anos en acadar a superficie do Sol. ■ Cada segundo, 700 x 106 Tm de Hidróxeno transfórmanse en He, liberándose 5000000 Tm de enerxía pura ■

!

1. Busca información sobre os seguintes termos: 1.1. Isótopo ……………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… 1.2. Deuterio ……………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… 1.3. Tritio ………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… 1.4. Plasma ……………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… 1.5. Convección …………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… 2. Elabora un gráfico que represente as distintas capas da atmosfera e sinala nel as capas onde se filtran os distintos tipos de radiación solar, indicando as que acadan a superficie terrestre. 3. Investiga que parte da radiación solar podemos usar como fonte da enerxía solar.

ENERXÍA SOLAR TÉRMICA

ACTIVIDADES

SABÍAS QUE …

ACTIVIDADES

Enerxía

RADIACIÓN INFRAVERMELLA ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA

RADIACIÓN VISIBLE E UV. ENERXÍA SOLAR FOTOVOLTAICA

4. Que fontes de enerxía non renovables derivan en última instancia da radiación solar? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 5. Que enerxía renovable procede directamente da radiación solar a través da fotosíntese? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 6. Indica que dúas fontes de enerxía usadas pola humanidade non derivan da enerxía solar. …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 7. Podemos afirmar razoablemente que a enerxía hidráulica procede da enerxía solar? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 8. Por que cualificamos a enerxía solar de “renovable”, “alternativa” e “limpa”? …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………

!

construción tradicional ven utilizando de xeito pasivo a enerxía solar para acadar ambientes agradables dentro das vivendas e edificios. O uso de materiais de baixa conductividade térmica, as ventás de reducido tamaño, as galerías, as lareiras coma fontes de calor, a plantación estratéxica de árbores caducifolias nas proximidades da vivenda ou a orientación das casas cara o Sur son outros tantos elementos da arquitectura tradicional que axudan a xerar un ambiente cálido no inverno e fresco no verán no interior das edificacións. Hoxe, eses principios da construción tradicional son aplicados pola chamada arquitectura bioclimática. Nunha situación ideal, esta persigue a produción de edificios de custo enerxético cero, que respecten a harmonía da paisaxe e da arquitectura da zona, que optimicen o uso da auga e, todo isto, sen prexudicar a calidade de vida dos seus ocupantes. Casa bioclimática da Fundación Sotavento No caso de Galicia, unha casa deseñada segundo os principios da arquitectura bioclimática debería incorporar, entre outros, os seguintes elementos: orientación da fachada cara o Sur (aumenta a radiación solar recibida no inverno), árbores caducifolios próximos (dan sombra no verán e deixan pasar os raios solares no inverno, ademais de ser colectores solares bioquímicos), pedra da zona ou materiais reciclados equivalentes de baixa conductividade térmica, muros grosos, galerías, uso de enerxías solares térmica e fotovoltaica e da enerxía xeotérmica, sisteSABÍAS QUE … mas de iluminación e uso da auga eficientes, etc. PRINCIPOS DA ARQUITECTURA BIOCLIMÁTICA ■ Adecuar o deseño das vivendas ao clima da zona na que se van a construir. ■ Construción usando os materiais propios da zona e fomentando o uso de aqueles procedentes da reciclaxe. ■ Edificios integrados na paisaxe, reducindo o impacto visual. ■ Uso eficiente da energía, tanto na fase de construción como na de funcionamento do edificio. ■ Aproveitamento máximo da enerxía solar directa, tanto no aspecto pasivo como activo (térmica e fotovoltaica). ■ Máxima economía e eficiencia no uso da auga. ■ Inclusión e mantemento da vexetación autóctona nas edificacións. ■

ACTIVIDADES

o corazón do Sol, a unha temperatura aproxiIdade (anos) .......................................4680 x106 mada de 15000000 ºC, átomos de Deuterio e Tritio, isótopos do Hidróxeno, chocan entre si e Estrela tipo.....................................................G fusiónanse para formar Helio, liberando inxentes canCor.......................................................Amarela tidades de enerxía. Este proceso, coñecido como fuT superficial (ºC) .........................................5500 sión nuclear, é posible grazas a que a materia do Sol, a esa temperatura, atópase no estado de plasma (núT do núcleo (ºC) ......................................15 x 106 cleos atómicos que perderon os seus electróns). Diámetro (Km) ......................................1,4 x 106 A enerxía producida no proceso de fusión nuclear é conducida por procesos de convección ate a superComposición (%) .............................Hidróxeno 92 Helio 7,8 ficie da nosa estrela e enviada ao espacio interplaneOutros (O, C…) 0,2 tario en forma de radiación electromagnética. A emisión realízase en forma de “paquetes” de enerxía Período de rotación (días) ........................25 a 30 chamados fotóns. Distancia á Terra (Km) ........................149,6 x 106 A radiación electromagnética é unha mestura de ondas de distinta frecuencia capaces de atravesar o baleiro espacial e chegar á Terra. A radiación de maior frecuencia, rica en enerxía e poder de penetración, é filtrada pola atmosfera terrestre: parte dela, raios gamma e raios X, na Ionosfera ou Termosfera, e outra parte, o 90 % da radiación ultravioleta, na capa de Ozono, situada na Estratosfera. O resto da radiación ultravioleta, a radiación visible, a radiación infravermella e a de baixa frecuencia chegan á superficie do noso planeta.

9. Por que dicimos que as árbores caducifolias son “colectores solares bioquímicos”? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 10. Cita 3 árbores caducifolios que, ó teu xuízo, deberían ser usados en Galicia para acadar un ambiente agradable dentro dunha vivenda. …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 11. Pescuda como axudan a regular a temperatura da vivenda as galerías. …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 12. Investiga que é un “muro Trombe” e que función ten na construción de casas eficientes dende o punto de vista enerxético …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… 13. Como debería ser un sistema de refrixeración natural dunha casa? …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………


ENERXÍA SOLAR TÉRMICA

ENERXÍA SOLAR FOTOVOLTAICA

A

C

Central solar térmica

ENERXÍA SOLAR TÉRMICA Calefacción

Auga quente sanitaria. Climatización piscinas

Centrais térmicas solares Enerxía eléctrica

Colector térmico solar para xerar auga quente

Cociña solar

Heliostato Caldeira

Luz solar

Os colectores solares térmicos de baixa temperatura poden acadar un 70 % de rendemento na conversión de enerxía solar en térmica. ■ A enerxía solar térmica é unha fonte de enerxía universal, renovable e limpa. ■ A enerxía solar térmica pode funcionar 24 h ó día, usando a auga almacenada durante as horas de Sol. ■ O rendemento depende do estado da atmósfera, hora do día, estación do ano e latitude. ■ As centrais térmicas solares ocupan grandes zonas de terreo, polo que producen un alto impacto visual.

Fluido

Luz solar reflectida

SABÍAS QUE …

Vapor

ACTIVIDADES

Enerxía solar térmica

Tendido eléctrico

Xerador

Bomba Xerador de vapor

Condensador

14. Ordena na secuencia correcta os procesos que ocorren nunha central térmica solar durante a produción de enerxía eléctrica.

Captación da enerxía térmica do Sol

Quentamento do circuito de aceite a 400 ºC

Vaporización da auga

Enerxía eléctrica

Colector

Activación dunha turbina

Transferencia do calor do aceite a un circuito de auga

Vertido á rede eléctrica

Activación dunha dínamo

onsiste na captación da radiación solar por medio dun panel formado por células fotovoltaicas que xeran electricidade ao absorber a enerxía radiante (fotóns) do Sol. As células fotovoltaicas acadan o seu funcionamento óptimo baixo unhas condicións estándar: temperatura da célula de 25 ºC e irradiancia de 1000 W/m2. Nesta situación, os paneis solares poden acadar un rendemento máximo do 20 %, aínda que algunhas células experimentais superan ese porcentaxe. A súa vida útil é duns SABÍAS QUE … 30-40 anos e o seu mantemento é mínimo. ■ O efecto fotovoltaico é a A eficacia das célu- Panel de células fotovoltaicas capacidade dalgúns materiais las fotovoltaicas desemiconductores, coma o silicio, pende da irradiancia (cantidade de enerxía solar que chega á placa), de xerar corrente eléctrica ao relacionada con varios factores: hora do día, estado da atmosfera, estación seren irradiados. do ano e latitude. Loxicamente, non poden xerar electricidade durante os ■ As células fotovoltaicas empregan períodos nocturnos. dúas láminas de Si. Os electróns A produción masiva de enerxía fotovoltaica realízase nas centrais soexternos destas láminas poden lares fotovoltaicas que usan numerosos paneis e, concentran a radiación moverse libremente formando solar mediante lentes ou espellos. unha banda de condución. Cando A enerxía fotovoltaica presenta o problema do rendemento (deun fotón golpea sobre a banda de pende do tipo de panel e dos factores antes analizados) e do custo da condución, a súa enerxía é instalación (sobre todo polo prezo das paneis: os de Si monocristalino absorbida polos electróns que son os máis eficientes e caros). Sen embargo, é unha opción interesante flúen producindo a corrente para vivendas illadas, ás que non chega a rede eléctrica. Por outro lado, eléctrica. á hora de valorar a súa productividade nunca debe esquecerse que é ■ As láminas de Si están “dopadas”: unha enerxía limpa, non contamina a atmosfera, nin a hidrosfera, nin o entre os átomos de Si dunha solo, nin afecta á flora e a fauna e, ademais, reduce a dependencia enerlámina existen outros de valencia xética respecto dos combustibles fósiles. maior (aportan electróns); na outra lámina hainos de valencia menor (aportan ocos) para 15. Investiga os elementos que se requiren para empregar a enerxía fotovoltaica nunha vivenda facilitar o fluxo de electróns. particular. A primeira chámase lámina N ………………………………………………………………………………… e a segunda lámina P. ………………………………………………………………………………… ■ As células fotovoltaicas poden ser 16. O consumo eléctrico diario dunha familia é de 10 Kw.h. Deciden instalar no tellado 15 m2 de paneis fode tres tipos: silicio tovoltaicos, cun rendemento do 15 %. Sabendo que a irradiancia é de 1000 W/m2 e que se mantén monocristalino (un só cristal), silicio policristalino (varios cristais constante durante 14 h ao día, calcula se a superficie de paneis subministrará suficiente enerxía eléctrica de menor tamaño) e silicio para satisfacer o consumo diario da vivenda. amorfo (Si non cristalizado). ………………………………………………………………………………… ■ O rendemento dunha célula ……………………………………………………………………………… fotovoltaica depende do tamaño, 17. Elabora unha táboa que reflexe as vantaxes e desvantaxes da enerxía solar fronte as enerxías tradiciopeso e grosor dos cristais. As nais. células de Si monocristalino son ………………………………………………………………………………… as de maior redemento (ate o 20 ………………………………………………………………………………… %) e as de Si amorfo as de menor ………………………………………………………………………………… (menos do 10 %).

a

ENERXÍA solar

ACTIVIDADES

enerxía solar térmica obtense directamente do calor do Sol que chega a superficie do noso planeta en forma de radiación infravermella. Para producir calefacción empréganse colectores que captan o calor solar e quentan un fluído que circula por un circuíto pechado e transfire o calor almacenado. A auga quente sanitaria obtense instalando colectores que quentan directamente a auga usando a radiación solar. Asemade, esta enerxía pode empregarse para cociñar usando as cociñas solares.

Instituto Enerxético de Galicia


ENERXÍA SOLAR TÉRMICA

ENERXÍA SOLAR FOTOVOLTAICA

A

C

Central solar térmica

ENERXÍA SOLAR TÉRMICA Calefacción

Auga quente sanitaria. Climatización piscinas

Centrais térmicas solares Enerxía eléctrica

Colector térmico solar para xerar auga quente

Cociña solar

Heliostato Caldeira

Luz solar

Os colectores solares térmicos de baixa temperatura poden acadar un 70 % de rendemento na conversión de enerxía solar en térmica. ■ A enerxía solar térmica é unha fonte de enerxía universal, renovable e limpa. ■ A enerxía solar térmica pode funcionar 24 h ó día, usando a auga almacenada durante as horas de Sol. ■ O rendemento depende do estado da atmósfera, hora do día, estación do ano e latitude. ■ As centrais térmicas solares ocupan grandes zonas de terreo, polo que producen un alto impacto visual.

Fluido

Luz solar reflectida

SABÍAS QUE …

Vapor

ACTIVIDADES

Enerxía solar térmica

Tendido eléctrico

Xerador

Bomba Xerador de vapor

Condensador

14. Ordena na secuencia correcta os procesos que ocorren nunha central térmica solar durante a produción de enerxía eléctrica.

Captación da enerxía térmica do Sol

Quentamento do circuito de aceite a 400 ºC

Vaporización da auga

Enerxía eléctrica

Colector

Activación dunha turbina

Transferencia do calor do aceite a un circuito de auga

Vertido á rede eléctrica

Activación dunha dínamo

onsiste na captación da radiación solar por medio dun panel formado por células fotovoltaicas que xeran electricidade ao absorber a enerxía radiante (fotóns) do Sol. As células fotovoltaicas acadan o seu funcionamento óptimo baixo unhas condicións estándar: temperatura da célula de 25 ºC e irradiancia de 1000 W/m2. Nesta situación, os paneis solares poden acadar un rendemento máximo do 20 %, aínda que algunhas células experimentais superan ese porcentaxe. A súa vida útil é duns SABÍAS QUE … 30-40 anos e o seu mantemento é mínimo. ■ O efecto fotovoltaico é a A eficacia das célu- Panel de células fotovoltaicas capacidade dalgúns materiais las fotovoltaicas desemiconductores, coma o silicio, pende da irradiancia (cantidade de enerxía solar que chega á placa), de xerar corrente eléctrica ao relacionada con varios factores: hora do día, estado da atmosfera, estación seren irradiados. do ano e latitude. Loxicamente, non poden xerar electricidade durante os ■ As células fotovoltaicas empregan períodos nocturnos. dúas láminas de Si. Os electróns A produción masiva de enerxía fotovoltaica realízase nas centrais soexternos destas láminas poden lares fotovoltaicas que usan numerosos paneis e, concentran a radiación moverse libremente formando solar mediante lentes ou espellos. unha banda de condución. Cando A enerxía fotovoltaica presenta o problema do rendemento (deun fotón golpea sobre a banda de pende do tipo de panel e dos factores antes analizados) e do custo da condución, a súa enerxía é instalación (sobre todo polo prezo das paneis: os de Si monocristalino absorbida polos electróns que son os máis eficientes e caros). Sen embargo, é unha opción interesante flúen producindo a corrente para vivendas illadas, ás que non chega a rede eléctrica. Por outro lado, eléctrica. á hora de valorar a súa productividade nunca debe esquecerse que é ■ As láminas de Si están “dopadas”: unha enerxía limpa, non contamina a atmosfera, nin a hidrosfera, nin o entre os átomos de Si dunha solo, nin afecta á flora e a fauna e, ademais, reduce a dependencia enerlámina existen outros de valencia xética respecto dos combustibles fósiles. maior (aportan electróns); na outra lámina hainos de valencia menor (aportan ocos) para 15. Investiga os elementos que se requiren para empregar a enerxía fotovoltaica nunha vivenda facilitar o fluxo de electróns. particular. A primeira chámase lámina N ………………………………………………………………………………… e a segunda lámina P. ………………………………………………………………………………… ■ As células fotovoltaicas poden ser 16. O consumo eléctrico diario dunha familia é de 10 Kw.h. Deciden instalar no tellado 15 m2 de paneis fode tres tipos: silicio tovoltaicos, cun rendemento do 15 %. Sabendo que a irradiancia é de 1000 W/m2 e que se mantén monocristalino (un só cristal), silicio policristalino (varios cristais constante durante 14 h ao día, calcula se a superficie de paneis subministrará suficiente enerxía eléctrica de menor tamaño) e silicio para satisfacer o consumo diario da vivenda. amorfo (Si non cristalizado). ………………………………………………………………………………… ■ O rendemento dunha célula ……………………………………………………………………………… fotovoltaica depende do tamaño, 17. Elabora unha táboa que reflexe as vantaxes e desvantaxes da enerxía solar fronte as enerxías tradiciopeso e grosor dos cristais. As nais. células de Si monocristalino son ………………………………………………………………………………… as de maior redemento (ate o 20 ………………………………………………………………………………… %) e as de Si amorfo as de menor ………………………………………………………………………………… (menos do 10 %).

a

ENERXÍA solar

ACTIVIDADES

enerxía solar térmica obtense directamente do calor do Sol que chega a superficie do noso planeta en forma de radiación infravermella. Para producir calefacción empréganse colectores que captan o calor solar e quentan un fluído que circula por un circuíto pechado e transfire o calor almacenado. A auga quente sanitaria obtense instalando colectores que quentan directamente a auga usando a radiación solar. Asemade, esta enerxía pode empregarse para cociñar usando as cociñas solares.

Instituto Enerxético de Galicia

A enerxía solar: Actividades  

Cuaderno dos Museos Científicos Coruñeses sobre o tema da enerxía solar. Inclúe propostas de actividades.

Read more
Read more
Similar to
Popular now
Just for you