Ejercicios energía solar
1 Se dispone de una placa fotovoltaica de 60x30 cm,
cuyo rendimiento es del
20%. Determinar la
cantidad de energía eléctrica (KWh) que generará, para acumular en una batería,
si la placa ha
estado funcionando durante 8 horas, siendo el coeficiente de radiación de 0 cal/min.cm2. Se
admite que no hay pérdidas ni en el transporte, ni en
la carga de la batería.
Q=K·t·S
La placa fotovoltaica tiene una superficie de S = 60 · 30 cm2 = 1 800 cm2
Funciona durante 8 h = 8 · 60 s = 480 min
Q = K · t · S = 0,9 cal/min.cm2 · 480 min · 1 800 cm2 = 777 600 cal = 777,6
Kcal
El rendimiento es del 20% y por tanto la energía obtenida es:
10 3 cal 4,18 J 1 w s 1 Kw
1h
777,6 · 0,2 Kcal = 155,52 Kcal ·
= 0,18 Kwh
1 Kcal 1 cal 1 J 10 w 3 600 s
2.- Calcular la potencia útil entregada por un colector plano de 225 m2
suponiendo que la densidad
de radiación sea de 100 W/m2 y el rendimiento del colector del 60 %.
3.- Un panel fotovoltaico entrega una potencia útil de
75 000 W. Suponiendo que la densidad de
radiación sea de 1000 W/m2 y el rendimiento del
panel del 50 %, calcular la superficie del panel.
La potencia útil es de 75 000 w
El rendimiento del panel es del 50%, y por tanto lapotencia total obtenida por
este es:
η=
Pútil
P
75 000 w
= 15 · 104 w
Preal = útil =
Preal
η
0,5
Q=K·t·S
Q K
S t
P
15 10
4 w
P=
=
= K S
S =
=
= 150 m2
2
t
t
K 1 000 w / m
4.- La horas de radiación sobre una superficie terrestre de 500 000 Km2 son de
2 200 h/año.
Suponiendo que la densidad de radiación media sea de 1 300 W/m2, calcular
a) La potencia recibida por dicha superficie.
b) La energía, en Julios, recibida a lo largo de todo
el año.
2
5 Calcula la superficie del panel fotovoltaico necesario para
alimentar una estufa eléctrica de
1 500 W de potencia durante 2 horas. Suponer una densidad de radiación de 1000
W/m2, un
aprovechamiento solar de 6 horas y un rendimiento del
equipo del
20%.
Se desea instalar un conjunto de paneles solares
para abastecer una vivienda con un consumo
estimado de 525 KWh mensuales. Calcular la superficie de panel necesaria
suponiendo una
constante de radiación de 1250 W/m2, un
aprovechamiento solar diario de 5 horas y un rendimiento
de la instalación del
25 %.
Determina la cantidad de calor que habrá entrado
en una casa, durante el día del
mes de julio,
suponiendo que dispone de una cristalera de 3 x 2 m, yno se han producido
pérdidas ni reflexiones
en el vidrio. Nota: 10 h diarias de sol
8.- Un colector solar plano
que tiene una superficie de 4 m2 debe calentar agua para uso doméstico.
Sabiendo que el coeficiente de radiación solar K = 0
cal/min.cm2 y que el consumo de agua es
constante, a razón de 6 litros/minuto, determina el aumento de temperatura del agua si está
funcionando durante 2 horas. Se supone que inicialmente el agua está a 18 sC y que no hay
pérdidas de calor.
Q = K · t · S = 0,9 cal/min.cm2 · 120 min · 4 · 104 cm2 = 4,32 · 106 cal = 4
320 Kcal
Consume agua a razón de 6 l/min, en dos horas el consumo de agua será:
2h·
60 min 6 l 1 Kg
= 720 Kg
1 h 1 min 1 l
Q = m · ce · aˆ†T = 720 · 103 g · 1 cal/g·sC · (Tf – 18) sC
4 320 · 103 cal = 720 · 103 g · 1 cal/g·sC · (Tf – 18) sC
4 320 10
3 cal
Tf =
+ 18 sC = 6 sC + 18 sC = 24 sC
720 10
3 g 1cal
/ g s C
9.- Determinar, en m2, las dimensiones de una placa solar suponiendo que con
ella se alimente un
frigorífico (de potencia 150 W) durante 4 horas. El coeficiente de radiación
solar es
K = 0 cal/min·cm2 y el rendimiento energético de la
placa el 25 %.
10- Calcular qué cantidad de calor habría que extraer cada hora, mediante aire
acondicionado, de
un edificio de oficinas, sidispone de una superficie
de 120 m2 de cristaleras. El valor de
K=0 cal/mim·cm2 y se supone que no se producen
reflexiones ni pérdidas de calor.
11 En una casa de campo se quiere instalar una placa
fotovoltaica que alimente dos placas de bajo
consumo (9 Wh caca una) y un televisor de 29 Wh. Determinar la superficie de la
placa si η = 30 % y
K=0,8 cal/min·cm2.
3
12 Calcular la superficie que debería tener un
colector plano
si se emplea para calentar agua de
una piscina cubierta en el que el agua está a 14 sC y queremos calentarla a 25
sC. Se supone que no
se producen ni pérdidas de calor ni reflexión alguna.
El coeficiente de radiación solar, ese día, vale
K=0 cal/min·cm2. El caudal del agua queremos
que sea de 3600 litros cada hora.
13 Para calentar
agua de uso industrial, una empresa emplea colectores planos. Sabiendo que el
agua, inicialmente está a 18 sC y se quiere calentar a 90 sC, determinar
a) Las características del
colector solar.
b) La superficie del
colector, si K=0 cal/min·cm2. Se supone que no hay
pérdidas de calor ni
reflexiones dentro del
colector y el caudal requerido de agua es de 600 litros/hora.
c) sQué cantidad de energía calorífica captura diariamenteel colector si funciona
cuatro
horas al día?
14 Un colector solar plano,
que se va a utilizar como
medio de calefacción en Andalucía mide 4 m2
y vale 2600 €, incluida la instalación. Determinar el tiempo que se tardará en
amortizar (pagar lo que
ha costado) si K=0 cal/min·cm2 y está funcionando
una media de 6 horas al día, durante 150 días
al año. Este colector sería una alternativa al radiador
eléctrico. Un KWh vale 0 €.
Q = k · t · S = 0,8 cal/min · cm2 · 54 · 103 min · 4 · 104 cm2 = 172,8 ·107 cal
6 horas · 150 días = 900 horas = 54 · 103 min
172,8 ·107 cal
4,18 J 1 w·s
1 Kw
h
0,08 €
3
= 2 006,4 Kw
h
2 006,4 Kw
h
= 160,512 €
1 cal 1 J 10 w
3 600 s
1 Kw
h
En 150 días durante 6 horas al día se obtienen 160,512 €, para amortizar el
capital invertido
necesitamos que el colector esté funcionando durante:
2 600 €
150 días
= 2 426,725 días
160,512 €
6,66 años
15.- Se desea instalar un sistema fotovoltaico que suministre energía eléctrica
a un repetidor
próximo a Albacete que ha de funcionar las 24 horas del día con un consumo
medio de 2 A a 12 V.
Datos: Albacete tiene una latitud aproximada de 39s.
Radiación diaria (mes más desfavorable) =1360 Kcal/m2.
Coeficiente de seguridad = 1,2
