Objetivos del curso y nivel requerido

El objetivo del curso es formar especialistas de nivel medio en las aplicaciones prácticas de la energía solar, tanto térmica como fotovoltaica.

El curso, concebido para poder ser estudiado de forma totalmente autónoma, está enfocado principalmente hacia la práctica profesional, partiendo de unos conocimientos técnicos previos básicos. El nivel mínimo recomendado para poder asimilarlo no es alto, pues incluso personas que tan sólo hayan completado un bachillerato técnico o una formación técnico-profesional de nivel dos, pueden, sin mayores dificultades, acometer su estudio con aprovechamiento. Naturalmente, si la formación previa es algo mayor, más fácil resultará la comprensión de todos los casos y supuestos prácticos expuestos.

Una vez superado el curso con aprovechamiento, el alumno se encontrará técnicamente capacitado para diseñar, calcular, presupuestar y dirigir la instalación de sistemas de energía solar térmica y fotovoltaica de pequeña y mediana potencia, logrando así unas notables expectativas profesionales, dadas las previsiones de demanda de técnicos cualificados como consecuencia, por una parte, del previsible incremento de este tipo de instalaciones a lo largo de la próxima década y, por otra, de la escasez, a nivel mundial, de especialistas en este nuevo campo.

Los textos del curso, como obra de permanente consulta, resultarán de gran utilidad a ingenieros, arquitectos, proyectistas y técnicos en general que necesiten acceder a información actualizada y precisa sobre los diferentes aspectos de aprovechamiento práctico de la energía solar, sin necesidad de recurrir a fuentes de consulta adicionales y, por lo general, dispersas y difíciles de encontrar.

Instalación realizada por alumnos de Censolar en el año 1982 (Polideportivo de Villarrobledo, Albacete)

Paneles fotovoltaicos en un satelite y bloques de silicio, la materia prima para las células fotovoltaicas

UNIDAD DIDÁCTICA 1.2
1.2.1 Electricidad
    1.2.1.1    Conceptos fundamentales.
    - Potencia eléctrica.
    - El efecto Joule.
    - Asociación de conductores.
    1.2.1.2    Acumuladores.
    - Descripción y tipos de acumuladores.
    - Capacidad.
    - Asociación de acumuladores.
    1.2.1.3    Corriente continua y corriente alterna.
    - Valores eficaces.
    - Transformación de la corriente.
1.2.2 Conceptos de Óptica
    1.2.2.1    Ondas.
    - Aspecto geométrico.

UNIDAD DIDÁCTICA 1.3
1.3.1 Conceptos de energética
    1.3.1.1    Definición y formas de la energía.
    - Conversión de la energía.
    - Conservación de la energía.
    - Rendimiento.
    1.3.1.2    Termodinámica.
    - Máquinas térmicas.
1.3.2 Energía radiante
    1.3.2.1    Potencia e intensidad de la radiación.
    1.3.2.2    El cuerpo negro.
    1.3.2.3    La energía de la radiación.
    - Fotones.
    1.3.2.4    Absorción, reflexión y transmisión.

UNIDAD DIDÁCTICA 1.4
(Evaluación de la asignatura anterior).
1.4.1 Ejercicios y casos prácticos resueltos
1.4.2 Ejercicios y casos prácticos propuestos


TOMO 2: ENERGÉTICA SOLAR

UNIDAD DIDÁCTICA 2.1
2.1.1 La energía del Sol
    2.1.1.1    Radiación solar.
    2.1.1.2    La Constante Solar.
    2.1.1.3    Efecto de la atmósfera.
    2.1.1.4    Irradiación sobre una superficie.
2.1.2 Conceptos elementales de Astronomía de Posición Solar
    2.1.2.1    Coordenadas solares.
    2.1.2.2    Las estaciones del año.
    - Hora solar y mediodía verdadero.
2.1.3 Conversión de la energía solar
    2.1.3.1    Procesos naturales.
    - El clima.
    2.1.3.2    Procesos tecnológicos: Conversión útil de la energía solar.
    - Procesos térmicos directos.
    - Procesos directos de conversión eléctrica.
2.1.4 Tablas
    - Energía e intensidad radiantes. Temperatura media diurna. Temperatura de red. Factor
    de corrección por inclinación. Altitud, latitud y temperatura mínima. Alturas y azimuts.


UNIDAD DIDÁCTICA 2.2
(Evaluación de la asignatura anterior).
2.2.1 Ejercicios y casos prácticos resueltos
2.2.2 Ejercicios y casos prácticos propuestos


TOMO 3: SISTEMAS DE APROVECHAMIENTO TÉRMICO I

UNIDAD DIDÁCTICA 3.1
3.1.1 El colector solar: clasificación y generalidades
3.1.2 El colector de la placa plana
    3.1.2.1    Efecto invernadero.
    3.1.2.2    Funcionamiento de los colectores de placa plana. Estudio de los elementos del colector.
    3.1.2.3    Cubiertas transparentes.
    - Cualidades fundamentales que deben cumplir.
    - Precauciones permanentes.
    - Materiales utilizables.
        - Vidrio: Propiedades ópticas de los vidrios. Propiedades mecánicas de los vidrios.
        - Materias plásticas.
    - Tratamientos especiales de las cubiertas.
    - Cubiertas de doble vidrio.
    3.1.2.4    Absorbedor por fluido caloportador líquido.
    - Constitución del absorbedor. Forma y materiales.
    - Revestimiento del absorbedor.
    - Características que debe cumplir el absorbedor.
        - Tratamiento de las superficies.
        - Pérdida de carga.
        - Corrosión interna.
        - Capacidad del absorbedor.
        - Homogeneidad de la circulación del fluido caloportador en el absorbedor.
        - Transmisión del calor de la placa absorbente al fluido caloportador.
        - Entradas y salidas de fluido en el absorbedor.
        - Puentes térmicos.
        - Resistencia a la presión.
    3.1.2.5    El aislamiento posterior.
    3.1.2.6    Carcasa.
3.1.3 Estudio energético del c.p.p.
    3.1.3.1    Fundamentos.
    3.1.3.2    Balance energético.
    3.1.3.3    Curva característica de un colector plano: Rendimiento instantáneo.
    - Curva característica de un colector plano en función de t°e y t°s.
    3.1.3.4    Salto térmico en el colector.
3.1.4 Colectores de vacío

UNIDAD DIDÁCTICA 3.2
3.2.1 Elementos de montaje y sujeción
    3.2.1.1    Estructura para soporte y anclaje.
    3.2.1.2    Orientación e inclinación de los colectores.
    3.2.1.3    Determinación de sombras.
    3.2.1.4    Distancia mínima entre colectores.
3.2.2 Fluido caloportador
    3.2.2.1    Agua natural.
    3.2.2.2    Agua con adición de anticongelante.
    - Toxicidad.
    - Viscosidad.
    - Dilatación
    - Estabilidad.
    - Calor específico.
    - Temperatura de ebullición.
    3.2.2.3    Fluidos orgánicos.
    3.2.2.4    Aceites siliconas.
3.2.3 Protección contra la congelación y ebullición
    3.2.3.1    Protección contra la congelación.
    - Paro total de la instalación durante el invierno.
    - Calentamiento de los colectores por recirculación del fluido caloportador.
    - Calentamiento de los colectores por una resistencia eléctrica.
    - Utilización de un fluido anticongelante.
    - Colectores capaces de soportar la congelación.
    - Vaciado de los colectores.
    3.2.3.2    Protección contra la ebullición.
    - Ebullición en el circuito de los colectores.
    - Ebullición en el almacenamiento.
3.2.4 Conducciones
    3.2.4.1    Materiales empleados y sus características.
    - Cobre.
    - Acero galvanizado.
    - Acero negro.
    - Tuberías de plástico.
    3.2.4.2    Pérdidas de carga.
    3.2.4.3    Cálculo de tuberías.
3.2.5 Almacenamiento: Acumuladores
    3.2.5.1    Formas de acumulación de energía calorífica.
    - Almacenamiento por calor latente de cristalización.
    3.2.5.2    Acumuladores de A.C.S.
    3.2.5.3    Dimensionado de acumuladores de A.C.S. Criterios.
    - Superficie de colectores instalada.
    - Temperatura de utilización.
    - Desfase entre captación-almacenamiento y consumo.
3.2.6 Intercambiadores
    3.2.6.1    Utilidad del intercambiador de calor.
    3.2.6.2    Tipos de intercambiadores de calor.
    3.2.6.3    Intercambiadores de calor de serpentín.
    3.2.6.4    Intercambiador de calor de doble envolvente.
    3.2.6.5    Intercambiador de calor exterior.
3.2.7 Electrocirculadores
    3.2.7.1    Justificación de la necesidad del electrocirculador.
    3.2.7.2    Dimensionado del electrocirculador.
3.2.8 Aislamiento
    3.2.8.1    Tipos de aislamientos y características técnicas.
    3.2.8.2    Espesor del aislamiento.
    3.2.8.3    Dimensionado del aislamiento.
    - Tuberías que discurren por locales no calefactados.
    - Tuberías que discurren por el exterior.
    - Depósitos acumuladores e intercambiadores de calor.
3.2.9 Otros elementos
    3.2.9.1    Depósito de expansión.
    - Cálculo del volumen del depósito de expansión abierto.
    - Cálculo y selección del depósito de expansión cerrado.
    3.2.9.2    Manómetro e hidrómetro.
    3.2.9.3    Válvula de seguridad y embudo de desagüe.
    3.2.9.4    Purgador y desaireador.
    3.2.9.5    Válvulas antiretorno.
    3.2.9.6    Válvulas de paso.
    3.2.9.7    Termómetro y termostato.
    3.2.9.8    Termostato diferencial.
    3.2.9.9    Válvulas de 3 y 4 vías.
    3.2.9.10 Resistencias calefactoras.
    3.2.9.11 Grifos de vaciado.


TOMO 4: SISTEMAS DE APROVECHAMIENTO TÉRMICO II

UNIDAD DIDÁCTICA 3.3
(Evaluación de la asignatura anterior).
3.3.1 Ejercicios y casos prácticos resueltos
3.3.2 Ejercicios y casos prácticos propuestos

UNIDAD DIDÁCTICA 4.1
4.1.1
    4.1.1.1    Sistemas de obtención de A.C.S.
    4.1.1.2    Definición del sistema.
4.1.2 Principios básicos para el óptimo aprovechamiento de la energía solar térmica
    4.1.2.1    Primer principio: Captar el máximo posible de energía solar.
    4.1.2.2    Segundo principio: Consumir prioritariamente la energía solar.
    4.1.2.3    Tercer principio: Asegurar la correcta complementariedad entre la energía solar
    y la energía convencional.
    4.1.2.4    Cuarto principio: No juntar la energía solar con la convencional.
    4.1.2.5    Conclusiones.
4.1.3
    4.1.3.1    Subconjunto de termotransferencia.
    4.1.3.2    Circulación directa del agua caliente (sin intercambiador) entre colectores y almacenamiento.
    4.1.3.3    Circulación por termosifón.
    4.1.3.4    Circulación del fluido caloportador primario por termosifón.
    4.1.3.5    Circulación forzada.
    4.1.3.6    Circulación del fluido caloportador primario por electrocirculador.
    4.1.3.7    Transmisión de calor mediante un intercambiador exterior.
4.1.4
    4.1.4.1    Subconjunto captador. Campo de colectores.
    4.1.4.2    Subconjunto intercambiador- almacenamiento.
    4.1.4.3    Subconjunto de energía apoyo- almacenamiento de A.C.S.
    4.1.4.4    Energía de apoyo situada en un segundo acumulador alimentado por el primero.
    4.1.4.5    Calentamiento de apoyo instantáneo situado después del acumulador solar.
    - Calderas de gas.
    - Caldera de gasóleo.
    - Calostatos eléctricos.
4.1.5 Regulación de las instalaciones solares. Diseños
    Termostatos. Reguladores proporcionales. Sensores. Elementos actuadores.
    4.1.5.1    Regulación de colectores por termostato.
    4.1.5.2    Regulación de colectores por regulador de temperatura diferencial sobre la bomba.
    - Control diferencial principal de las instalaciones solares de calentamiento de agua.
    - Control del sistema de calentamiento del depósito auxiliar.
    - Control del circuito de retorno.
    - Control de la válvula de tres vías de regulación de la T de salida.
    - Control de los sistemas antihielo.
    4.1.5.3    Regulación de colectores por regulador diferencial y válvula de conmutación.
    4.1.5.4    Regulación de colectores por regulador diferencial y válvula mezcladora progresiva.
    4.1.5.5    Regulación de colectores por regulador diferencial y válvula de by-pass progresiva.
    4.1.5.6    Regulación de colectores por temperatura diferencial sobre válvula de
    by-pass y mezcladora progresiva.
    4.1.5.7    Montaje serie/paralelo de colectores.
4.1.6 Circuitos con acumulador
    4.1.6.1    Carga de sistemas con dos acumuladores.
    4.1.6.2    Carga de sistemas con varios acumuladores.
    4.1.6.3    Descarga de varios acumuladores.
    4.1.6.4    Montaje del acumulador en by- pass.

UNIDAD DIDÁCTICA 4.2
4.2.1 Consideraciones previas al proyecto de un sistema de A.C.S.
    4.2.1.1    Estudio de las necesidades a cubrir. Hoja de carga.
    4.2.1.2    Elección del sistema.
    - Criterios de selección de un sistema por termosifón frente a uno forzado.
    - Resumen de los criterios de selección.
    - Consideraciones prácticas sobre los sistemas directos.
        - La corrosión.
        - La presión.
        - La congelación.
4.2.2 Cálculo de la superficie colectora
    4.2.2.1    Criterios de partida.
    4.2.2.2    Cálculo de la energía solar aprovechable.
    4.2.2.3    Intensidad útil y rendimiento del colector.
    - Cálculo de la intensidad útil I.
    - Cálculo del rendimiento del colector.
    4.2.2.4    Energía útil y determinación de la superficie necesaria.
    - Cálculo de la aportación solar por m².
    - Cálculo de la energía neta disponible para el consumo por m² de colector.
    - Cálculo de la superficie de colectores necesaria.
    - Esquema del proceso de cálculo.
    - Explicación del proceso.
    - Conclusiones.
4.2.3 Cálculo de los elementos de la instalación
    4.2.3.1    Subconjunto captador.
    4.2.3.2    Subconjunto de termotransferencia.
    - Fluido caloportador.
    - Tuberías.
    - Bombas de circulación.
    - Vasos de expansión.
    - Intercambiadores.
    - Purgadores y desaireadores.
    4.2.3.3    Subconjunto de almacenamiento.
    4.2.3.4    Subconjunto de regulación y control.
4.2.4 Estudio de la rentabilidad
    4.2.4.1    Definiciones y proceso de cálculo.
    4.2.4.2    Ejemplo.
4.2.5 Presentación del proyecto
    4.2.5.1    Memoria.
    4.2.5.2    Cálculos.
    4.2.5.3    Planos.
    4.2.5.4    Presupuesto.
    - Aspectos generales que afectan al presupuesto.
        - El contrato de instalación.
        - Memoria técnica de la instalación.
        - Manual de operación y mantenimiento.
        - Garantía.
        - Contrato de mantenimiento.
    - Tipos de presupuesto.
        - Presupuesto por partida de obra.
        - Presupuestos por partidas globales.
        - Presupuestos de sistemas compactos unifamiliares.

UNIDAD DIDÁCTICA 5.2
5.2.1 Dimensionado de un sistema fotovoltaico
    5.2.1.1    Criterios de partida. Estudio de las necesidades a cubrir.
    5.2.1.2    Cálculo de la capacidad y determinación del acumulador.
    5.2.1.3    Cálculo de la potencia de paneles.
5.2.2 Cálculo de los elementos de la instalación
    5.2.2.1    Reguladores.
    5.2.2.2    Dimensionado del convertidor.
    5.2.2.3    Sección del conductor.
    5.2.2.4    Otros elementos.
    - Estructuras soporte.
    - Elementos auxiliares.
    - Elementos de consumo.
    5.2.2.5    Bombeo de agua.
    5.2.2.5    Iluminación.
5.2.3 Estudio de viabilidad
    5.2.3.1    Definición y proceso de cálculo.
    5.2.3.2    Ejemplo.
    5.2.3.2    Sistemas de conexión a red.
5.2.4 Presentación del proyecto. Hoja de datos
    5.2.4.1    Memoria.
    5.2.4.2    Cálculos.
    5.2.4.3    Planos.
    5.2.4.4    Presupuesto.
5.2.5 Ejecución y mantenimiento de una instalación fotovoltaica
    5.2.5.1    Procesos previos al inicio de la instalación.
    5.2.5.2    Fases del proceso de montaje.
    - Construcción y montaje de la estructura soporte.
        - Forma de la estructura. Tipos de montajes.
        - Procedimiento de construcción de la estructura y materiales utilizados.
        - Cimentación y anclaje de la estructura.
        - Montaje de paneles en la estructura.
        - Montaje de paneles bifaciales.
    - Conexionado de los paneles.
    - Montaje de la batería de acumuladores.
        - Situación de los acumuladores.
        - Conexionado de las baterías.
        - Transporte y manipulación de los acumuladores.
        - Normas especiales.
    - Montaje de los equipos de regulación y control. Cuadro eléctrico.
    - Cableado general de la instalación.
    5.2.5.3    Puesta en marcha de la instalación.
    5.2.5.4    Entrega de la instalación.
    5.2.5.5    Operaciones de mantenimiento.
    - El servicio de mantenimiento. Planteamiento general.
    - Mantenimiento de la batería de paneles.
        - Limpieza periódica del panel.
        - Inspección visual del panel.
        - Control de las conexiones eléctricas y el cableado de los paneles.
    - Mantenimiento del sistema de regulación y control y equipos auxiliares.
    - Mantenimiento de los acumuladores.
        - Mantenimiento del nivel del electrolito.
        - Comprobación y limpieza de los terminales.
        - Comprobación de la tensión sin carga de los elementos del acumulador.
        - Medida de la densidad del electrolito.
        - Comprobación de la utilización del acumulador.
    5.2.5.6    Localización y reparación de averías.
    - Problemática técnica general del servicio de reparaciones en instalaciones fotovoltaicas.
    - Averías de los paneles fotovoltaicos y su conexionado.
        - Rotura del vidrio.
        - Penetración de humedad en el interior del panel.
        - Fallos en las conexiones de los paneles.
        - Comprobación de las características de los paneles en campo.
        - Averías por sombras.
        - Defectos de fabricación.
    - Averías en los reguladores, convertidores y equipo de señalización.
    - Averías en los acumuladores.
    5.2.5.7    Seguridad eléctrica.

UNIDAD DIDÁCTICA 5.3
(Evaluación de la asignatura anterior).
5.3.1 Ejercicios y casos prácticos resueltos
5.3.2 Ejercicios y casos prácticos propuestos


TOMO 6: APÉNDICE

UNIDAD DIDÁCTICA 6.1
6.1.1 Legislación y normativa vigentes
    6.1.1.1    Reglamentación técnica de la energía solar térmica.
    6.1.1.2    Reglamentación técnica de la energía solar fotovoltaica.
    6.1.1.3    Normativas diversas.
6.1.2
    6.1.2.1    Tablas y gráficos de utilidad.
    6.1.2.2    Ejemplos de contratos.
    - Contrato para obra o servicio determinado.
    - Contrato de venta de instalaciones.
    - Contrato de mantenimiento.
    6.1.2.3    Ejemplos de presupuestos.
    - Presupuesto de una pequeña instalación termosifónica.
    - Presupuesto de instalación de A.C.S. para vivienda unifamiliar.
    - Presupuesto de una pequeña instalación fotovoltaica.
    - Presupuesto de una instalación fotovoltaica de tipo medio.
6.1.3 Factores de conversión de unidades
6.1.4
    6.1.4.1    Glosario de términos frecuentes.
    6.1.4.2    Equivalentes de términos en lengua inglesa.
    6.1.4.3    Bibliografía.

UNIDAD DIDÁCTICA 6.2
6.2.1 Dossier comercial de energía solar térmica
6.2.2 Dossier comercial de energía solar fotovoltaica
6.2.3
    6.2.3.1    Directorio de empresas.
    - Relación de empresas fabricantes o importadoras de productos relacionados con la energía solar.
    - Relación de productos y empresas que los suministran.
    6.2.3.2    Publicaciones periódicas especializadas.
    6.2.3.3    Referencias de interés.
    6.2.3.4    Varios.
    - Empleo.
    - Funcionamiento de una pequeña empresa de proyectos y/o instalaciones de energía solar.
    - Método simplificado de cálculo de la superficie colectora necesaria para A.C.S.
    - Estimación de los parámetros de cálculo cuando se carece de datos.

Paneles fotovoltaicos en la Plataforma de Experimentación y Prácticas de Censolar, en Sevilla

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