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RADIACIÓN SOLAR Y SU APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO

Este curso parte de los conceptos sobre radiación solar para describir los sistemas de captación de energía solar fotovoltaica y térmica. Se han incluido también los aspectos generales de uso, elección y diseño de instalaciones solares, tanto fotovoltaicas como tÚrmicas.

El curso se ha estructurado mediante un sistema de conocimiento progresivo que permite la lectura secuencial de conceptos para lectores que tengan un conocimiento nulo o conceptos básicos sobre energía fotovoltaica o térmica. También se ha pensado en técnicos que deseen ampliar conocimientos sobre energía solar; que tengan formación en energía fotovoltaica y que deseen recordar conceptos y/o adentrarse en el campo de la energía solar térmica.

En este curso los conceptos puramente teóricos se desarrollan de forma lo mas clara y práctica posible e incluyen múltiples ilustraciones para facilitar su comprensión. Se explican, también, los métodos y procesos de cálculo, varias aplicaciones informáticas (cómo se pueden obtener y su uso general), la descripción de cada uno de los componentes que forman la instalación y la forma de elegirlos.

El primer capítulo está dedicado a conceptos generales aplicables a ambas energías. Los capítulos del 2 al 4, a solar fotovoltaica; y del 5 al 7 a solar térmica, a particularizar su aprovechamiento práctico y real. El capitulo 8 incluye la aplicación y obligación de la instalación de sistemas solares según el Código Técnico de la Edificación (CTE). Y el capitulo 9 ofrece información sobre aplicaciones de cálculo que facilitan en gran medida el proceso de dimensionado solar.

Se completa el curso con unos apéndices con tablas y valores necesarios en los procesos de cálculo y dimensionado de las instalaciones solares, además de una serie de direcciones de internet para la obtención de información.

Destinatarios

Objetivos

Temario

Prólogo .......................................................................................................................................... 3
Capítulo 1 .................................................................................................................................... 13
La radiación solar ........................................................................................................................ 13
1.1.- Introducción .................................................................................................................... 14
1.2.- El sol ................................................................................................................................ 14
1.3.- La radiación solar ............................................................................................................ 14
1.4.- Constante solar ............................................................................................................... 15
1.5.- Unidades de radiación solar ............................................................................................ 16
1.6.- Posición solar .................................................................................................................. 16
1.7.- Los captadores y su colocación ....................................................................................... 18
1.8.- Tablas de radiación. ........................................................................................................ 21
1.9.- Valores de irradiación ..................................................................................................... 26
1.10.- Instrumentos de medida ............................................................................................... 26
1.11.- Distribución y reparto de radiación solar ..................................................................... 29
1.12.- Horas de pico solar ........................................................................................................ 32
1.13.- Efecto de sombra .......................................................................................................... 34
1.14.- Distancia entre captadores ........................................................................................... 34
1.15.- Pérdidas por orientación e inclinación ......................................................................... 36
1.16.- Pérdidas por sombras ................................................................................................... 38
Capítulo 2 .................................................................................................................................... 45
Energía fotovoltaica .................................................................................................................... 45
2.1.- Efecto fotoeléctrico ......................................................................................................... 46
2.2.- Célula fotovoltaica .......................................................................................................... 49
2.3.- Características célula fotovoltaica .................................................................................. 52
2.4.- Módulo fotovoltaico ....................................................................................................... 54
2.5.- Partes de un módulo fotovoltaico .................................................................................. 55
2.6.- Asociación de módulos fotovoltaicos ............................................................................. 57
2.7.- Efectos de irradiación y temperatura ............................................................................. 61
2.8.- Aplicaciones de la Energía fotovoltaica .......................................................................... 64
Capítulo 3 .................................................................................................................................... 65
Fotovoltaica conectada a la red .................................................................................................. 65
3.1.-Introducción. .................................................................................................................... 66
6
3.2.- Componentes .................................................................................................................. 66
3.3.- Inversor ........................................................................................................................... 67
3.3.1.- Características .......................................................................................................... 67
3.3.2.- Principio de funcionamiento .................................................................................... 68
3.3.3.- Monitorización ......................................................................................................... 70
3.3.4.- Interconexión de inversores .................................................................................... 71
3.4.- Cuadro de contadores ..................................................................................................... 72
3.5.- Elementos de protección ................................................................................................ 75
3.6.- Cableado ......................................................................................................................... 78
3.7.- Instalación de toma de tierra .......................................................................................... 79
3.8.- Esquema general ............................................................................................................. 80
3.9.- Instalaciones mixtas ........................................................................................................ 81
3.10.- Integración arquitectónica ............................................................................................ 81
3.11.- Seguidores solares ........................................................................................................ 84
3.12.- Huertos solares ............................................................................................................. 86
3.13.- Proceso general de cálculo ........................................................................................... 86
3.13.1.- Pasos a seguir ......................................................................................................... 86
3.13.2.- Potencia del campo generador .............................................................................. 87
3.13.3.- Número de módulos fotovoltaicos ........................................................................ 88
3.13.4.- Con varios inversores ............................................................................................. 89
3.14.- Cálculo de la producción anual ..................................................................................... 90
3.14.1.- Opciones PVGIS ...................................................................................................... 90
3.14.2.- Visualización de resultados .................................................................................... 93
3.15.- Análisis económico ........................................................................................................ 94
3.15.1.- Introducción ........................................................................................................... 94
3.15.2.- Tarifa y legislación vigente ..................................................................................... 94
3.15.3.- Gastos adicionales .................................................................................................. 98
3.16.- Legalizar instalación conectada a la red ....................................................................... 98
3.17.- Características documentación ................................................................................... 100
3.17.1.- Redacción de Documento Básico ......................................................................... 100
3.17.2.- Solicitud del punto de conexión ........................................................................... 101
3.17.3.- Redacción del Documento Técnico Definitivo ...................................................... 101
3.17.4.- Solicitud inscripción en el registro de pre-registro de retribución ...................... 101
3.17.5.- Inclusión en el Régimen Especial ......................................................................... 102
7
3.18.- Realización del montaje de la instalación ................................................................... 102
Capítulo 4 .................................................................................................................................. 103
Fotovoltaica aislada de la red .................................................................................................... 103
4.1.-Introducción ................................................................................................................... 104
4.2.- Componentes ................................................................................................................ 106
4.3.- Batería ........................................................................................................................... 106
4.3.1.- Baterías de plomo-ácido ........................................................................................ 106
4.3.2.- Baterías níquel-cadmio .......................................................................................... 109
4.3.3 Características técnicas ............................................................................................ 109
4.3.4.- Asociación de baterías ........................................................................................... 112
4.4.- Regulador ...................................................................................................................... 114
4.4.1.- Funcionamiento ..................................................................................................... 114
4.4.2.- Regulador serie ...................................................................................................... 115
4.4.3.- Regulador paralelo ................................................................................................. 116
4.4.4.- Datos equipo comercial ......................................................................................... 117
4.5.- Convertidor ................................................................................................................... 118
4.5.1.- Funcionamiento ..................................................................................................... 118
4.5.2.- Rendimiento ........................................................................................................... 119
4.5.3.- Equipos actuales .................................................................................................... 119
4.5.4.- Convertidor dc-dc diferentes niveles de tensión ................................................... 120
4.5.4.- Convertidor dc-dc punto máximo de potencia ...................................................... 121
4.6.- Suministro ..................................................................................................................... 123
4.7.- Proceso de cálculo ........................................................................................................ 125
4.7.1.- Potencia máxima .................................................................................................... 126
4.7.2.- Cálculo consumo máximo ...................................................................................... 127
4.7.3.- Cálculo del número de módulos fotovoltaicos ...................................................... 129
4.7.4.- Capacidad del acumulador..................................................................................... 130
4.8.- Instalación en tensión continua de 12/24/48 ............................................................... 130
4.9.- Instalación en tensión continua (12/24/48) y alterna (230 V y 50 Hz) ......................... 131
4.10.- Instalación en tensión alterna (230 V y 50 Hz) ........................................................... 132
4.11.- La elección de las baterías .......................................................................................... 133
4.12.- Cálculo de la sección del cable .................................................................................... 135
4.13.- Elección del regulador ................................................................................................. 136
4.14.- Instalaciones domésticas ............................................................................................ 139
8
4.15.- Instalación híbrida ....................................................................................................... 141
4.16.- Instalación bombeo de agua ................................................................................... 143
4.17.- Instalaciones móviles .................................................................................................. 146
4.18.- Instalaciones de señalización y alumbrado ................................................................. 146
4.19.- Legalizar instalación .................................................................................................... 147
Capítulo 5 .................................................................................................................................. 149
Energía solar térmica................................................................................................................. 149
5.1.-Introducción ................................................................................................................... 150
5.1.1.- Principio de funcionamiento .................................................................................. 150
5.1.2.- Tipos de instalaciones según temperatura ............................................................ 151
5.1.3.- Principales aplicaciones ......................................................................................... 151
5.2.- Panel solar ..................................................................................................................... 151
5.2.1.- Panel plano ............................................................................................................. 152
5.2.2.- Panel de tubo de vacío (heat Pipe) ........................................................................ 153
5.2.3.- Panel parabólico compuesto (CPC) ........................................................................ 157
5.2.4.- Comparación colectores ........................................................................................ 158
5.2.5.- Instalación .............................................................................................................. 158
5.3.- Características de los colectores ................................................................................... 159
5.4.- Asociación en serie y paralelo ....................................................................................... 161
5.5.- Componentes básicos de una instalación ..................................................................... 166
5.6.- Fluido de trabajo ........................................................................................................... 168
5.7.- Circulación natural ........................................................................................................ 170
5.8.- Circulación forzada ........................................................................................................ 172
5.9.- Pruebas y documentación ............................................................................................. 174
5.10.- Prevención de la legionelosis ...................................................................................... 175
Capítulo 6 .................................................................................................................................. 179
Agua Caliente Sanitaria ............................................................................................................. 179
6.1.-Introducción ................................................................................................................... 180
6.2.- Componentes ................................................................................................................ 182
6.3.- Acumulador ................................................................................................................... 182
6.4.- Intercambiador ............................................................................................................. 188
6.5.- Circuito hidráulico ......................................................................................................... 190
6.5.1.- Tuberías .................................................................................................................. 190
6.5.2.- Bombas................................................................................................................... 193
9
6.5.3.- Vasos de expansión ................................................................................................ 193
5.4.- Válvulas ..................................................................................................................... 194
6.6.- Control de temperatura ................................................................................................ 196
6.7.- Cálculos instalación ACS ................................................................................................ 200
6.7.1.- Consideraciones previas ........................................................................................ 200
6.7.2. Situación geográfica y energía captada................................................................... 201
6.7.3.- Consumo demandado ............................................................................................ 202
6.7.4.- Energía demandada ............................................................................................... 202
6.8.- Dimensionado y cálculos ............................................................................................... 203
6.8.1.- Cálculo del área de captación ................................................................................ 203
6.8.2.- Volumen del acumulador ....................................................................................... 204
6.8.3.- Elección del intercambiador .................................................................................. 204
6.8.4.- Tuberías y bomba de circulación ........................................................................... 205
6.8.5.- Vaso de expansión ................................................................................................. 205
Capítulo 7 .................................................................................................................................. 207
Calefacción y climatización ....................................................................................................... 207
7.1.- Introducción .................................................................................................................. 208
7.2.-Sistemas de calefacción ................................................................................................. 208
7.3.- Aerotermos ................................................................................................................... 209
7.3.1.- Introducción ........................................................................................................... 209
7.3.2.- Criterios de selección ............................................................................................. 211
7.3.3.- Instalación .............................................................................................................. 213
7.4.- Calefacción por aire ...................................................................................................... 214
7.4.1.- Introducción ........................................................................................................... 214
7.4.2.- Funcionamiento panel de aire ............................................................................... 215
7.4.3.- Acumulador de grava ............................................................................................. 216
7.4.4.- Interconexionado con sistemas convencionales ................................................... 216
7.5.- Radiador o convector .................................................................................................... 217
7.6.- Suelo radiante ............................................................................................................... 218
7.6.1.- Introducción ........................................................................................................... 218
7.6.2.- Funcionamiento ..................................................................................................... 219
7.6.3. Estructura y distribución ......................................................................................... 220
7.6.4.- Instalación: colectores ........................................................................................... 224
7.7.- Climatización de piscinas por solar térmica .................................................................. 225
10
7.7.1.- Introducción ........................................................................................................... 225
7.7.2.- Funcionamiento ..................................................................................................... 226
7.7.3.- Demanda energética .............................................................................................. 230
Capítulo 8 .................................................................................................................................. 233
Código técnico de edificación ................................................................................................... 233
8.1.- El nuevo CTE .................................................................................................................. 234
8.2. Código técnico de la edificación y energía solar ............................................................ 234
8.3.- Solar térmica y CTE ....................................................................................................... 236
8.3.1.- Contribución solar mínima energía térmica .......................................................... 236
8.3.2.- Cálculo de la demanda ........................................................................................... 238
8.3.3.- Zonas climáticas ..................................................................................................... 240
8.3.4.- Consideraciones generales de las instalaciones .................................................... 240
8.3.5.- Criterios generales de cálculo ................................................................................ 242
8.3.6.- Componentes......................................................................................................... 246
8.3.7.- Pérdidas por inclinación y orientación, y sombreado ............................................ 249
8.3.8.- Mantenimiento ...................................................................................................... 249
8.4.- Solar fotovoltaica y CTE................................................................................................. 252
8.4.1.- Contribución mínima de energía fotovoltaica ....................................................... 252
8.4.2.- Potencia a instalar .................................................................................................. 253
8.4.3.- Zonas climáticas ..................................................................................................... 255
8.4.4.- Condiciones generales ........................................................................................... 255
8.4.5.- Criterios generales de cálculo ................................................................................ 255
8.4.6.- Perdidas por inclinación y orientación, y sombreado ............................................ 256
8.4.7.- Mantenimiento ...................................................................................................... 256
8.5.- ¿Es obligatorio instalar energía solar? .......................................................................... 257
Capítulo 9 .................................................................................................................................. 259
Software de cálculo ................................................................................................................... 259
9.1.- Introducción .................................................................................................................. 260
9.2.- Fv-Expert ....................................................................................................................... 260
9.2.1.- Introducción ........................................................................................................... 260
9.2.2.- Funcionamiento general ........................................................................................ 261
9.2.3.- Secciones del programa ......................................................................................... 262
9.2.4.- Limitaciones de la edición básica ........................................................................... 263
9.2.5.- Requisitos de la aplicación ..................................................................................... 263
9.2.6.- Instalación de la aplicación .................................................................................... 263
11
9.2.7.- Fv-Expert: análisis económico ................................................................................ 265
9.2.8.- Fv-Expert: dimensionado aislada ........................................................................... 268
9.2.9.- Fv-Expert: cálculo de sección ................................................................................. 270
9.3.- Hoja de cálculo: Pv Sys Calc .......................................................................................... 271
9.3.1.- Introducción ........................................................................................................... 271
9.3.2.- Funciones ............................................................................................................... 272
9.3.3.- Función de las diferentes hojas ............................................................................. 273
9.3.4.- Modo de cálculo ..................................................................................................... 275
9.4.- Ecosol ............................................................................................................................ 275
9.4.1.- Introduccción ......................................................................................................... 275
9.4.2.- Funcionamiento general ........................................................................................ 277
9.4.2.- Asistente dimensionado instalación ...................................................................... 277
9.5.- Buderus ......................................................................................................................... 279
9.5.1.- Introducción ........................................................................................................... 279
9.5.2.- Funcionamiento ..................................................................................................... 281
9.5.3.- Mostrar resultados de la instalación ...................................................................... 283
9.6.- Ejemplos cálculo Entidades Energéticas de Comunidades autónomas ........................ 283
9.6.1.- Introducción ........................................................................................................... 283
9.6.2.-Hoja de cálculo ........................................................................................................ 283
9.6.3.-ACSOL ...................................................................................................................... 285
9.6.4.- Software EREN ....................................................................................................... 287
Apéndice.................................................................................................................................... 289
Tabla de valores de irradiación en MJ/m2
................................................................................. 289
Apéndice 2 ................................................................................................................................. 293
Tabla de valores Irradiación en kwh/m2
................................................................................... 293
Apéndice 3 ................................................................................................................................. 297
Tabla de valores anuales: HPS ................................................................................................... 297
Apéndice 4 ................................................................................................................................. 303
Temperatura media del agua de la red general ........................................................................ 303
Apéndice 5 ................................................................................................................................. 309
Latitud ....................................................................................................................................... 309
Apéndice 6 ................................................................................................................................. 313
Direcciones Web ....................................................................................................................... 313

Diploma acreditativo

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