Solar Energy and Thermal Exploitation

Esta materia del Módulo “Energía Solar”, de carácter obligatorio, tiene tres objetivos formativos de gran utilidad para los profesionales de las energías renovables en particular y del ámbito de la energía en general. Que se resumen en:

1. Establecer los conocimientos y aplicar las bases metodológicas necesarias para el dimensionamiento y colocación eficiente de sistemas de aprovechamiento del recurso solar, tanto térmicos como fotovoltaicos.
2. Establecer los conocimientos básicos sobre los diversos sistemas actuales de explotación de energía solar térmica, basados en tecnologías eficientes y ambientalmente sostenibles.
3. Establecer y aplicar las bases metodológicas de la tecnología para la recuperación óptima de la energía térmica en cualquier instalación, a partir de criterios termodinámicos y de sostenibilidad ambiental.

Los contenidos de esta materia obligatoria, que se desarrollan en 3,0 ECTS, se basan en los contemplados de forma sucinta en el descriptor de la materia en el plan de estudios del Máster, y que son: “La radiación solar y el espectro solar. Principios de funcionamiento de sistemas solares térmicos. Conceptos y componentes básicos una instalación. Cálculo de instalaciones sencillas. Ejemplos de tecnologías apropiadas.”

Teniendo en el descriptor arriba señalado y el estado del arte de los distintos aspectos recogidos en el mismo, el programa se estructura en los siguientes bloques temáticos.

Bloque I. Radiación solar.
Tema 1. Introducción.
Origen y naturaleza. Radiación electromagnética. Espectro solar. Geometría de la radiación solar: Declinación, angulo cenital. Radiación solar directa y difusa.
Tema 2. Parámetros meteorológicos asociados al recurso solar.
Medidas de radiación solar en superficie. Otros parámetros meteorológicos. Mapas de radiación solar.
Tema 3. Captación del recurso solar.
Ubicación y colocación de los sistemas de captación del recurso solar: Angulo acimutal, pendiente o elevación. Componente directa y difusa. Estudio de casos.

Bloque II. Energía solar térmica.
Tema 4. Instalaciones de Baja Temperatura.
Elementos de una instalación solar térmica básica. Placas planas. Tubos de vacío. Rendimientos.
Tema 5. Instalaciones de Media y Alta Temperatura y otras.
Colectores solares y reflectores. Sistemas termosolares de concentración. Sistemas híbridos. Almacenamiento de energía térmica.

Bloque III. Recuperación de energía térmica.
Terma 6. Optimización energética. Criterios termodinámicos. Algoritmo de la tabla del pinch. Máxima recuperación de calor (MER).
Terma 7. Síntesis de redes de intercambiadores de calor.

Objetivos específicos (por bloques)
Bloque I. Radiación solar: Introducir al alumno en los fundamentos y técnicas necesarios para conocer la naturaleza y los fenómenos asociados a la radiación solar, valorar los recursos renovables asociados y como estimar los parámetros meteorológicos asociados al rendimiento de sistemas de aprovechamiento de la energía solar.
Bloque II. Energía solar térmica: Conocer los fundamentos de explotación de la energía solar térmica a partir de sus principios de funcionamiento. Conocer las características y elementos básicos de los distintos sistemas de aprovechamiento de energía solar térmica y su almacenamiento. Identificar y dimensionar sistemas convencionales de producción de energía solar térmica.
Bloque III. Recuperación de energía térmica: Conocer y aplicar la tecnología termodinámica de recuperación óptima de energía térmica, económicamente eficiente y ambientalmente sostenible.

Bibliografía básica
Bohren, C.F., Clothiaux, E.E. “Fundamentals of Atmospheric Radiation”. Wiley-VCH, Weinheim, 2006.
John Duffie, J. William Beckman, W. “Solar Engineering of Thermal Processes”. John Wiley&Sons. 3a edición. New Jersey (2006).
Shenoy, U.V. “Heat Exchanger Network Synthesis”. Gulf Publishing Company. Houston,1995.

Bibliografía complementaria
Casanova, J., Bilbao, J. et al. “Curso de energía solar”. Secretariado de Publicaciones, Universidad de Valladolid, 1993.
Centro de Estudios de la Energía Solar “La Energía solar: Aplicaciones prácticas”. CEES, Sevilla, 1993.
CIEMAT “Fundamentos, dimensionado y aplicaciones de la energía solar fotovoltaica”. Madrid, 2003.
El-Halwagi, M. “Process Integration”, Elsevier, 2006.
IDAE. Pliego de Condiciones Técnicas de Instalaciones de Baja Temperatura. Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE). www.idae.es
Iqbal, M. “An introduction to solar radiation”. Academic Press, San Diego (CA), 1984.
Linnhoff, B. “Process integration for the efficient use of energy”. The Institution of Chemical Engineers, 1982.
Lorenzo, E. “Electricidad solar: Ingeniería de los sistemas fotovoltaicos”. Instituto de Energía Solar, Universidad Politécnica de Madrid, 1994.
Ministerio de Fomento. Código Técnico de la Edificación DB HE 4
Petty, G.W. “A first course in atmospheric radiation”. Sundog, Madison (Wisconsin), 2004.
Prieto, J.I. “Fundamentos y aplicaciones de la energía solar térmica”. Servicio de Publicaciones, Universidad de Oviedo, 1998.
Sorensen, B. “Renewable Energy”. Academic Press. London, 2000.

Otra documentación
El profesor Facilitará presentaciones de los contenidos de la asignatura y otros documentos a través de su aula Virtual, en la lengua de impartición de la misma.

En esta materia el alumno adquirirá o practicará una serie de competencias genéricas, deseables en cualquier titulación universitaria, y específicas, propias del ámbito científico y aplicado a la Energía. En este sentido, los alumnos deberán alcanzar las siguientes competencias:

Básicas
CB02.- Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de
resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio.
CB03.- Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios.
CB04.- Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones -y los conocimientos y razones
últimas que las sustentan- a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades.
CB05.- Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar
estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo.

Genéricas
CG01.- Dominio de la metodología de trabajo necesaria para la dedicación profesional al campo de las energías renovables, de la sostenibilidad, así como a la I+D+i en este sector.
CG06.- Tener un conocimiento global de las soluciones energéticas renovables y de los conceptos de sostenibilidad energética.
CG07.- Conocer las bases científicas aplicables en el campo de las energías renovables.
CG08.- Conocer en profundidad las tecnologías, herramientas y técnicas en el campo de las
energías renovables, la sostenibilidad y la eficiencia energética.

Transversales
CT04.- Utilizar bibliografía y herramientas de búsqueda de recursos bibliográficos generales y específicos, incluyendo el acceso por Internet.
CT05.- Ser capaz de interpretar textos, documentación, informes y artículos académicos en inglés.
CT07.- Capacidad para la gestión y la decisión sobre un conjunto complejo y diverso de datos y fuentes documentales.
CT09.- Aprendizaje permanente y continuo actualización.
CT14.- Motivación hacia la calidad de procesos y técnicas de funcionamiento.

Específicas
CE05.- Gestionar de forma eficiente los recursos energéticos, fomentando su desarrollo y uso
según las premisas de la sostenibilidad.
CE08.- Conocer los fundamentos científico-técnicos y estado del arte.

Esta materia se desarrollará mediante diferentes mecanismos de enseñanza y aprendizaje, como se indica en los siguientes apartados.

1. Docencia presencial

La materia, de tipo obligatorio, consta de 3,0 ECTS, incluyendo clases expositivas, interactivas de seminario, sesión de laboratorio, tutorías y examen. Se desarrollarán clases magistrales, seminarios de problemas y una sesión de laboratorio en aula de informática, para reforzar y aplicar los contenidos teóricos que se aborden a lo largo de la materia.
La docencia presencial se desarrollará en tres formas principales:
• Clases expositivas, que introduzcan los conceptos y problemas básicos a resolver, de acuerdo con contenidos y objetivos de la materia.
Se contempla la participación de un profesional del ámbito de la energía solar térmica, dependiendo de las condiciones existentes y el desarrollo de la materia.
• Clases interactivas de seminarios y actividades relacionadas con objetivos de la materia.
• Clase de laboratorio en aula de informática, relacionada con objetivos de la materia.
• Examen escrito, sobre contenidos teóricos y prácticos.

También se podrán programar tutorías de grupo, para el seguimiento del estudio de los alumnos y de las actividades evaluables no presenciales.

2. Docencia no presencial

La docencia no presencial deberá ser desarrollada por cada alumno en el estudio de los contenidos de la materia y la resolución de los problemas planteados. Dentro de esta docencia los alumnos desarrollarán diversas de actividades evaluables (no presenciales), preferentemente en equipo, relacionadas con los contenidos de la materia.
La evaluación de estas actividades evaluables no presenciales se completará mediante diversas preguntas sobre las mismas en el examen escrito de la materia.
Los alumnos también podrán resolver sus dudas con el profesorado de la materia, dentro de sus horarios de tutorías.

Competencia desarrollada 1=Expositivas 2=Interactivas Seminario 3=Interactivas Laboratorio 4=Activ. Eval. No Presenciales 5=Tutorías
Básicas
CB02 2 3 4
CB03 4
CB04 4 5
CB05 1 3
Genéricas
CG01 1 2 4
CG06 1
CG07 1
CG08 1
Transversales
CT04 1 4
CT05 1 4
CT07 4
CT09 1 2 3 4 5
CT14 1 2 3 4
Específicas
CE05 2 3 4
CE08 1 3

1. Sistema de calificaciones

La evaluación de la materia se compondrá de la suma ponderada de las siguientes actividades.

Actividad evaluable Modo de evaluación Peso en la nota global Nota mínima
Examen escrito (inc. preguntas sobre las activ.eval. no presenciales) Individual 60 % 3,5
Laboratorio en aula de informática Individual/En equipo 10% -
Activ. eval. no presenciales En equipo 25 % -
Tutorías individuales y de grupo Individual 5 % -

Para superar la materia el alumno deberá obtener una calificación global mínima de 5 sobre 10. Si el alumno obtiene una nota mínima de 3,5 sobre 10 en el examen escrito su calificación global se obtendrá mediante suma ponderada de sus calificaciones en las actividades evaluables. En otro caso, la calificación global del alumno se corresponderá con la de dicho examen escrito, sobre 10.

Las calificaciones de las actividades evaluables no presenciales, laboratorio y tutorías se conservarán únicamente en las distintas oportunidades de evaluación del mismo curso lectivo. Debiendo el alumno repetir el examen escrito en cada oportunidad.

Para los casos de realización fraudulenta de ejercicios o pruebas será de aplicación lo recogido en la “Normativa de avaliación do rendemento académico dos estudantes e de revisión de cualificacións”.

Evaluación de la competencia 1=Examen escrito 2=Laboratorio 3=Activ. Eval. No Presenciales 4=Tutorías
Básicas
CB02 1 2 3
CB03 1 4
CB04 4
CB05 1 3
Genéricas
CG01 1 2 3
CG06 1 2
CG07 1
CG08 1 2 3
Transversales
CT04 3
CT05 3 4
CT07 4
CT09 1 2 3 4
CT14 1 2 3 4
Específicas
CE05 1 2 3 4
CE08 1

La materia tiene una carga de trabajo de 3,0 ECTS, correspondiendo 1 crédito ECTS a 25 horas de trabajo total del alumno, siendo el número total de horas de trabajo del alumno de 75, que se reparten como sigue:

Actividad Horas presenciales Factor Trabajo personal TOTAL
Clases expositivas 15 2,5 37,5 52,5
Clases interactivas laboratorio 3 0 0 3
Clases interactivas seminario 2 1 2 4
Tutorías 2 1 2 4
Examen y revisión 2 4,75 9,5 11,5
TOTAL 24 51 75

donde las horas presenciales indican el número de horas de docencia presencial de la materia, incluyendo las diversas actividades presenciales que se realizarán en la misma; el factor indica la estimación de horas que tiene que dedicar el estudiante sin el profesor por hora de actividad presencial. Las horas no presenciales resultan de la suma de las correspondientes a todas las actividades que deberá desarrollar el alumno sin la presencia del profesor, incluyendo las actividades evaluables no presenciales relacionadas con las clases expositivas, interactivas y tutorías.

Asistir y participar activamente en la docencia presencial.
Acudir a tutorías para practicar técnicas estudiadas y resolver dudas.
Trabajar en equipo, tanto en el estudio de los contenidos de la materia como en las actividades evaluables no presenciales.
Los alumnos que se matriculen de la materia han de poseer previamente una serie de conocimientos básicos que resultan de importancia para lograr superar la misma: Algebra, cálculo, ecuaciones de conservación, termodinámica física, fundamentos de procesos, aplicaciones informáticas a nivel de usuario (Word, Excel, web).

Los alumnos matriculados deben realizar un seguimiento regular de las clases y participar en todas las actividades evaluables que se desarrollen tanto en el aula como fuera de la misma.

La docencia se impartirá en castellano.
La materia contará con un Aula Virtual.