Energía Solar para el Escuela de verano de Optica en CICESE

Óptica escula de verano

Energia Solarpresentado de: Dr. R. Evans, LEARS CICESE

Thursday, August 5, 2010

laboratorio de energía alterna, renovable y sostenible

óptica

Resumn

Energía

Conversión

Óptica

energía

energía y entropía

Vida es complexidad

Cultura es información

información es orden

Segunda ley de termodinámica

aislado sistema– entropía incrementa; menos orden

Energía es necesario para la sociedad

Energía

domestica

comida

transportación

fabricación

servicio

construcción

Energía

unidades: Energía

1 J=1Nm=1 kg (m/s)2

1 eV=1.60217653×10−19 J

1 ton TNT=4.2 x 109 J

1 BTU= 1 x 103 J

1 cal= 4 J

kWh=3.6 x 106 J

Energía

Unidades: trabajo

1 W = 1 J/s

1 BTU/s = 1 x 103 W

1 hp = 740 W

una persona; 0.6

ton de AC = 3500 W

Energía

trabajo

ford formula 1

800 hp

Pancho

1.2 : 0.1 hp

hasta 2.6 kW

Energía

orden de magnitud• US consumo: 1020 J/año

• 1012 J/año per capita

• 4 x 109 J/año dieta humano

• Global 4 x 1020 J/año *

• Combustible fósil 1023 J

• Energía Solar (US) 1023 J/año

• Ensenada: 1.47 x 107 J/(m2 día)

• gas 32 x 106 J/L* 1990

Plantas de generación de energía eléctrica en Baja California

Rosarito Rosarito (CFE) Combustóleo y gas natural 1330 MW

Mexicali Cerro Prieto I (CFE) Vapor geotérmico 180 MW

Cerro Prieto II (CFE) Vapor geotérmico 220 MW

Cerro Prieto III (CFE) Vapor geotérmico 220 MW

Cerro Prieto IV (CFE) Vapor geotérmico 100 MW

Termoeléctrica de Mexicali de CC (PI) Gas natural 600 MW

Termoeléctrica la Rosita de CC (PI) Gas natural 1150 MW

Ensenada Ciprés Diesel 54.86 MW

Total 3564.86 MW

Generación en MéxicoThursday, August 5, 2010

Fuente de energía Potencial

Geotérmica 1000 MW

Solar 3.3-6.9 kWh/m2

Eólica 100-250 W/m2

Biomasa Desperdicios agrícola 3600 m3 NGE/día (Mexicali)

Desperdicios sólidos urbanos 25-30 MWe + calor

Algas marinas ∼75000 BOE/año

Leña combustible insignificante

Micro-hidroeléctrica ∼80 MWe (Mexicali)∼20 MWe (Tecate)

Mareas ∼1200 MWe (Golfo de Cortéz)

Referencia: Huacuz ,IIE, 1995.Thursday, August 5, 2010

el solThursday, August 5, 2010

fuente de fotones

vacío

campo magnético del tierra

atmósfera

Irradiancia solar

Distancia sol-tierra

órbita elíptica

atmósfera

latitud

actividad solar

sin(d) = −cos

�(Ds − 1)

180◦

�sin(23.45◦)

solThursday, August 5, 2010

Calefacción solar pasia para una casa en Ensenada B.C., México

solsticio de verano

35º solsticio

de invierno

60º55º

solsticio de verano

35º solsticio

de invierno

60º55º

Calefacciónde aire

iluminación de oficina

Calefacción e iluminación solar pasiva para una oficina en Ensenada B.C., México

•luz directo nula•iluminación máxima•vista sin obstrucción

solsticio de verano

35º solsticio

de invierno

60º55º

ejemplo

mes J/(m2*dia) kW h/(dia*m2)

promedio

2.55E+07 6.8

3.89E+06 1.05

1.47E+07 3.96

14 MJ/m2 de día3.8 kWh de m2

uso (mi casa) 130kWh cada dos mes0.5 m2 @100%

PV (25%)=>2 m2

conversión

fotones

uso directo

foto-termal

fotovoltaica

pigmentos

absorción selectiva

ventanas del auto

“daylighting”

Láser

conversión

foto-foto

pigmentos

ventanas del auto

“daylighting”

Láser

conversión

foto-foto

pigmentos

ventanas del auto

“daylighting”

Láser

conversión

foto-foto

pigmentos

ventanas del auto

“daylighting”

Láser

conversión

foto-foto

pigmentos

ventanas del auto

“daylighting”

Láser

conversión

foto-foto

pigmentos

ventanas del auto

“daylighting”

Láser

conversión

foto-foto

fotovoltaica

transición de electrón

absorción de fotón

conversión

fotovoltaica

Carga de la batería

Seguimiento solar: posición

concertadores

conversión

Carga de la batería

conversión

Carga de la bateríaThursday, August 5, 2010

conversión

Carga de la bateríaThursday, August 5, 2010

Seguimiento solar: posición

Foto-térmico conversión

Foto-térmico

conducción

conversión

Foto-térmico

conducción

radiación

conversión

Foto-térmico

conducción

radiación

convección

conversión

Foto-térmico

conducción

radiación

convección

q = −kA∂T

conversión

Foto-térmico

conducción

radiación

convección

q = −kA∂T

∂xq = σA(T 4

1 − T 42 )

conversión

Foto-térmico

conducción

radiación

convección

q = −kA∂T

q = hA(T1 − T2)

q = σA(T 41 − T 4

conversión

equilibrio térmicaconversión

equilibrio térmica

σT 4 = S

conversión

equilibrio térmica

σT 4 = S

S = 1.0kW/m2

conversión

equilibrio térmica

σT 4 = S

S = 1.0kW/m2

σ = 5.67× 10−8 W

conversión

equilibrio térmica

σT 4 = S

S = 1.0kW/m2

σ = 5.67× 10−8 W

T = 364K = 91.27◦C

conversión

Calentón Solar

en pisaron

conversión

Cooking with the Sun!

SECO FACT SHEET NO. 23 COOKING WITH THE SUN! P.1

HIGHLIGHTS

! Solar cookers are useful for everyday cooking or solar picnics

! They come in many types and capabilities

! They are easy to build, or can be bought ready-made

! Solar cooking works well, and is easy, fun, and good for the environment

SUMMARY

Although most Texans understandhow it can be hot enough to fry anegg on the pavement, few have seri-ously considered actually cookingwith the sun. Yet in some parts ofthe world, solar cooking is very pop-ular. In Texas it works just as welland is suitable for everything frompicnics to everyday cooking.

SOLAR COOKERBASICS

Solar cookers work because directsunlight carries lots of power: onbright days, about 1,000 watts fallon each square meter of surface thatit strikes (compare this to yourtoaster oven, which is likely to useabout 1,000 watts). In a solar cook-er, sunlight is concentrated into acooking area that gets hot enough to

SECO FACT SHEET NO. 23

cook food. Collecting more sunlightprovides more power; this is bal-anced by heat losses, so solar cookerssometimes feature an insulatedcooking chamber.

SOLAR COOKERDESIGNS

Just as there are many kinds of con-ventional cookers (ovens, stovetops,broilers, microwave ovens), there are

Figure 1 Panel Cooker The “Cookit” panel cooker is simple but effective

conversión

many kinds of solar cookers. Perhapsthe simplest solar cooker is the“Cookit” shown in Figure 1. It con-sists of a single piece of aluminizedcardboard folded into a reflector. Adark pot placed in a plastic bagserves as the cooking vessel. Thisdesign performs similarly to simplebox cookers.

Figure 2 shows a box cooker, whichis basically an insulated box, blackon the inside (to absorb sunlight)with a transparent cover (commonlyglass), and one or more reflectivepanels to increase the amount ofsunlight that enters the cookingchamber. Food to be cooked isplaced inside, usually in a dark-colored pot to increase energy

absorption. Box cookers behavemuch like conventional ovens oper-ating at medium temperatures.

Parabolic designs, illustrated in fig-ure 3, have a dish reflector with aparabolic shape that reflects sunlight

into a focal region where a cookingvessel, usually dark in color, isplaced. Depending on the size of thereflector, very high temperatures canbe reached. Such designs may have alarge solar collection area and there-fore high power; but they typicallydo not have an insulated cookingchamber, so they are used similarlyto a conventional stovetop.

Some cooker designs combine thehigh concentration of a paraboliccooker with an insulated cookingchamber. Such designs, called con-centrator ovens, can rival a conven-tional oven in performance. Figure 4shows one such unit that is soldcommercially.

As you can see from these examples,solar cooker designers have been

RENEWABLE ENERGYTHE INFINITE POWER

OF TEXAS

Figure 2 Box cooker Box cookers are excellent for slowcooking

Figure 3 ParabolicCooker Parabolic solarcookers produce concen-trated heat

conversión

many kinds of solar cookers. Perhapsthe simplest solar cooker is the“Cookit” shown in Figure 1. It con-sists of a single piece of aluminizedcardboard folded into a reflector. Adark pot placed in a plastic bagserves as the cooking vessel. Thisdesign performs similarly to simplebox cookers.

Figure 2 shows a box cooker, whichis basically an insulated box, blackon the inside (to absorb sunlight)with a transparent cover (commonlyglass), and one or more reflectivepanels to increase the amount ofsunlight that enters the cookingchamber. Food to be cooked isplaced inside, usually in a dark-colored pot to increase energy

absorption. Box cookers behavemuch like conventional ovens oper-ating at medium temperatures.

Parabolic designs, illustrated in fig-ure 3, have a dish reflector with aparabolic shape that reflects sunlight

into a focal region where a cookingvessel, usually dark in color, isplaced. Depending on the size of thereflector, very high temperatures canbe reached. Such designs may have alarge solar collection area and there-fore high power; but they typicallydo not have an insulated cookingchamber, so they are used similarlyto a conventional stovetop.

Some cooker designs combine thehigh concentration of a paraboliccooker with an insulated cookingchamber. Such designs, called con-centrator ovens, can rival a conven-tional oven in performance. Figure 4shows one such unit that is soldcommercially.

As you can see from these examples,solar cooker designers have been

RENEWABLE ENERGYTHE INFINITE POWER

OF TEXAS

Figure 2 Box cooker Box cookers are excellent for slowcooking

Figure 3 ParabolicCooker Parabolic solarcookers produce concen-trated heat

conversión

El Paso solar pond70 kW

Organic Rankin cycle

El Paso solar pond70 kW

Isreal; Ormat, 150 kW

conversión

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<.''+%+()&9+$9"($#&*+$)&9)"%$0+&)+:*("#"0.+9

conversión

Motor Stirling

Convertador termal-mechanica

alta eficiencia

Dificil a fabricar

Alta pression

conversión

Sandia Nation Labsstirling engine

conversión

Óptica

Concentración Óptica

ópticia

Concentración Óptica

ópticia

Scheffler Reflector; off-axis parábola

control

=$1,000 USD/1-2 m2

control

esclavoesclavo amo

control

esclavoesclavo amo

esclavoesclavo

esclavoesclavo amo

esclavoesclavo

esclavoesclavo amo

esclavoesclavo

esclavoesclavo amo

esclavoesclavo

AmoPVSensor ópticaEspacio Experimental

Esclavos

Sistemaheliostático

Banco de pruebas

Almacenajetérmica

temas todavía

Anidólica concentración (nonimaging)

Concentración con dispersión

dependiente de la frecuencia

reflexión

emisividad

difracción

servicio

comunidad

comercial

Gracias

Rodger Evans

revans@cicese.mx

sunnycanuck@gmail.com

FA 326

sunnycanuck.blogspot.com/

twitter: sunnycanuck

Energía Solar para el Escuela de verano de Optica en CICESE

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