The Vertical-Tube Solar Collector: A Low-Cost Design Suitable for Temperate High-Latitude Locations

A new low-cost solar collector based on thick (4.5′′) vertical tubes related to the previous design based on long 1.5′′ plastic hoses connected directly between water-grid supply and consumption is presented. This novel design could noticeably improve its performance for temperate locations mid and high latitudes, as was demonstrated by dynamic thermal modeling. This tool has been useful for understanding the particular characteristics of this kind of water-pond collector and besides, for noticeably improving its performance by optimizing its parameters, like tube diameter and number of glazing layers. By this way, the optimized design could fully satisfy the household demand up to midnight along the whole year for Buenos Aires (35°S) and during summers (remaining as a useful preheater for the whole year) for Ushuaia (55°S). Besides, its high simplicity makes it available for user’s own construction, costing down 50 dollars for a single-family unit.Fil: Juanico, Luis Eduardo. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Di Lalla, Nicolás. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

New configurable low-cost solar roofs: developing a new paradigm for more sustainable houses

A new design of roof-integrated water solar collector is presented. It takes advantage of new synergies found between collector and roof. Its main concept is based on the use of water redistribution for changing the roof configuration. This system is completely suitable for inclined roofs, since it is based on waterproofed plastic chambers. This design provides a universal low-cost system for household heating and natural cooling that could be even cheaper than conventional roofs with similar (high) thermal qualities. This novel design has been claimed in an Argentinean invention patent application and also it has been internationally claimed.Fil: Juanico, Luis Eduardo. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte; Argentin

Solar heating through windows: Design model, calculation, and proposal

Se presenta un programa simple de arquitectura abierta (VENTANASOL) para el cálculo de la ganancia solar y la pérdida de calor en viviendas por acristalamientos. Se demuestra cómo, en clima frío (Bariloche), el balance energético de una ventana simple vidriada es fuertemente negativo, justificando la solución tradicional de ventanas pequeñas. Se discuten tres nuevas opciones, siendo su balance: 1) positivo o negativo con doble vidriado hermético (DVH), según su orientación; 2) fuertemente positivo, incorporando una persiana térmica al vidriado simple; 3) moderadamente positivo con DVH y persiana térmica. Se observa cómo una implantación NE-NO con dos ventanas maximiza la ganancia solar diaria en invierno y otoño-primavera, siendo hasta 50% mejor que la tradicional(norte). Se proponen dos muros vidriados con persianas térmicas y muro Trombe (18m2 c/u) para calefaccionar una casa en Bariloche (13.000 kWh/año).A single open architecture program (VENTANASOL) is presented for the calculation of solar gains and glazing heat losses in dwellings. The project shows how –in cold weather (Bariloche)– the energy balance of a single glass window is strongly negative, justifying the traditional solution of small windows. Three new options are discussed, with their balances being: 1) positive or negative with double pane glass (DVH), based on their orientation; 2) strongly positive, introducing thermal shades to the single glass; and 3) moderately positive with DVH and thermal shades. It has been observed how a NE-NW arrangement with two windows minimizes daily sun gains during winter and autumn-spring, with up to 50% improvements compared to the traditional option (North). Two glass walls with thermal shades and Trombe wall (18 square meters each) are suggested to heat a house in Bariloche (13,000 kWh/year).Fil: Juanico, Luis Eduardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto Andino Patagónico de Tecnologías Biológicas y Geoambientales. Universidad Nacional del Comahue. Instituto Andino Patagónico de Tecnologías Biológicas y Geoambientales; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Gerencia del Área de Energía Nuclear. Instituto Balseiro; Argentin

Optimization of the Hose-Based Low-Cost Solar Collector

The performance of solar collectors based on plastic hoses is noticeably improved by using a thermal-hydraulic modeling experimentally validated. This model allows us to optimize the main parameters of collector (length and diameter of hoses, tilt angle and number of glazing covers) for different climatic conditions. This way, was proposed an innovative design that could works well in temperate locations and that costs fifty dollars for a single family self-construction unit.Fil: Juanico, Luis Eduardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Patagonia Norte; Argentina. Comision Nacional de Energia Atomica. Gerencia del Area de Investigaciones y Aplicaciones no Nucleares. Gerencia de Fisica (CAB); ArgentinaFil: Di Lalla, Nicolas. Comision Nacional de Energia Atomica. Gerencia del Area de Investigaciones y Aplicaciones no Nucleares. Gerencia de Fisica (CAB); Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Patagonia Norte; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Constituyentes. Gerencia de Investigación y Aplicaciones; Argentin

Avances en la elaboracion de un calefón solar de muy bajo costo con circulacion forzada intermitente

se presenta la idea de un calefón solar con recirculación forzada e intermitente mediante una automatización de muy bajo costo. Consta de un colector de absorbedor de manguera de polietileno en forma de espìral, un tanque plástico de acumulación, y una pequeña bomba de recirculación conmutada por un termostato. Con el fin de lograr un sistema íntegralmente muy económico, se evaluó la aplicación de films de polietileno alveolar para la elaboración de la cubierta transparente del colector y para el aislamiento del tanque acumulador. Con este material se obtuvo más calentamiento en el absorbedor que con los habituales policarbonatos alveolares, a un precio 30 veces menor. Se elaboró un prototipo de pequeña escala (1 m2, 60 litros) a un costo aproximado de 450 $. Las primeras mediciones realizadas en época templada, indican que puede fácilmente acumularse por cada m2 de colector 60 litros de agua a 50 °C.Fil: Di Lalla, Nicolas. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina;Fil: Juanico, Luis Eduardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico - Conicet - Patagonia Norte; Argentina

A New Low-Cost Plastic Solar Collector

An innovative solar collector based on a long plastic hose that is connected directly in series from the district water grid to consumption is presented. It takes advantage of plastic tubing to develop a simple self-construction collector that costs about 70 dollars for a one-family unit. In addition, due to its solar-pond configuration, it could achieve a good thermal performance, as it was demonstrated by modeling.Fil: Juanico, Luis Eduardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Patagonia Norte; Argentina. Comision Nacional de Energia Atomica. Gerencia del Area de Investigaciones y Aplicaciones no Nucleares. Gerencia de Fisica (CAB); ArgentinaFil: Di Lalla, Nicolas. Comision Nacional de Energia Atomica. Gerencia del Area de Investigaciones y Aplicaciones no Nucleares. Gerencia de Fisica (CAB); Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Patagonia Norte; Argentin

Dynamic Modelling and Control Design of Advanced Photovoltaic Solar System for Distributed Generation Applications

Presently, grid-connected photovoltaic (PV) solar systems are becoming the most important application of PV systems. This trend is being increased because of the many benefits of using renewable energy sources (RES) in modern distributed (or dispersed) generation (DG) systems. This electrical grid structure imposes on the distributed generator new requirements of high quality electric power, flexibility, efficiency and reliability. This paper proposes a novel high performance power conditioning system (PCS) of a three-phase grid-connected PV system and its control scheme for applications in DG systems. The PCS utilizes a two-stage energy conversion system topology composed of a DC/DC boost converter and a diode-clamped three-level voltage source inverter (VSI) that satisfies all the stated requirements. The model of the proposed PV array uses theoretical and empirical equations together with data provided by manufacturer of PV panels, solar radiation and cell temperature among others variables, in order to accurately predict the current-voltage curve. Moreover, based on the state-space averaging method a new three-level control scheme is designed, comprising a full decoupled current control strategy in the synchronous-rotating d-q frame, capable of simultaneously and independently exchanging both active and reactive powers with the distribution system. Validation of models and control algorithms is carried out through digital simulations using the MATLAB/Simulink environment and implementing a 250 Wp PV experimental set-up.Fil: Molina, Marcelo Gustavo. Universidad Nacional de San Juan. Facultad de Ingeniería. Instituto de Energía Eléctrica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Juan; ArgentinaFil: Juanico, Luis Eduardo. Comisión Nacional de Energía Atómica. Centro Atómico Bariloche; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

Modelado termohidráulico del colector de bajo costo tipo manguera y su mejora para climas templados

Se presenta el modelado termohidráulico de un colector solar simple y económico ($350 para familia tipo) basado en mangueras plásticas, y se discuten sus ventajas frente a los colectores planos. Se analiza como optimizar su desempeño mediante un nuevo diseño mixto. Este nuevo sistema podría funcionar bien aún en climas templados, como muestra su simulación térmica para Buenos Aires.Fil: Juanico, Luis Eduardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico - CONICET - Patagonia Norte; Argentina;Fil: Di Lalla, Nicolas. Comisión Nacional de Energía Atómica; Argentina

Household Energy Efficiency: the Electrical Water-Tank Heater

Este trabajo presenta un modelo térmico y su código numérico para calcular el consumo energético de calentadores eléctricos con tanque de agua para uso en el hogar. Se estudian varias estrategias de ahorro mediante dispositivos de control y nuevas configuraciones que implican la instalación de hasta tres calentadores. Se obtuvieron ahorros significativos de energía, tanto para un único usuario (675 kW·h/año), como para una familia de seis personas (2200 kW·h/año). Se estudian ahorros económicos y tiempo de repago de equipos para Argentina, aunque las conclusiones pueden fácilmente extrapolarse a otros países.This work introduces a thermal model and its numerical code to compute the household energy consumption related to domestic tank-style water heater. Several strategies are studied for energy saving by means of using controlling devices and new configurations by installing up to a triple-effect water heater. This way, it was achieved noticeable saving, ranging from 675 kW•h per year (for one dweller) to 2200 kW•h per year (for a six-person family). Economic savings and equipment repayment time for Argentina are studied, although the conclusions can easily be extrapolated to other countries.Fil: Juanico, Luis Eduardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto Andino Patagónico de Tecnologías Biológicas y Geoambientales. Universidad Nacional del Comahue. Instituto Andino Patagónico de Tecnologías Biológicas y Geoambientales; ArgentinaFil: Bove, Italo. Universidad de la Republica. Facultad de Ingeniería; Urugua

Solar heating in buildings by using a large storage water tank

Este trabajo muestra la factibilidad de calefacción solar en Bariloche (3.600 grados-día/año, 8.4°C media anual) empleando colectores tipo heat pipe y almacenamiento en un reservorio de agua aislado y utilizarlo mediante piso radiante. Mediante modelos térmicos dinámicos, se optimiza el sistema para una demanda anual de 13.000 kWh, que representa tanto una típica vivienda unifamiliar económica de 50m2 (sin aislación térmica, 260kWh/m2) u otra de 100 m2 con aislamiento (130 kWh/m2). Esta demanda se podría satisfacer con 4,5 colectores standard de 2m2 de área apertura c/u y un gran tanque de 65 m3, con un costo de USD 28.300; pero también instalando 8 colectores se reduciría drásticamente el tanque a 4 m3 y la inversión a 12.600 USD. Se discuten los motivos por los cuales, en Bariloche, siendo su temperatura media similar a la de países desarrollados de zona fría, se obtienen soluciones mucho más económicas: a) uso de colectores de vacío en lugar de planos; b) recurso solar y demanda de calefacción más distribuidos en el tiempo; c) tipo de reservorio escogido facilita su adecuada aislación y bajo coste. Se concluye que existe potencial para la aplicación de esta tecnología en amplia región de Sudamérica con demanda de calefacción.This paper shows the feasibility of implementing solar heating in Bariloche (3,600 degrees/day, 8.4°C mean annual temperature) through heat pipe collectors and water contained in insulated water tanks for further use through floor heating systems. Dynamic thermal models are used to optimize the system in order to meet 13,000 kWh annual demand, which represents both a 50m2 single-family, non-insulated affordable housing unit (260kWh/m2) or a 100m2 insulated unit (130 kWh/m2.) Such a demand could be met through five standard collectors, each containing 20 pipes (2,088m2, opening area), and a 63m3 tank at a cost of USD 27,000 or eight collectors and an 11m3 tank at a cost of USD 11,650. This paper discusses the reasons why Bariloche, whose mean temperature is similar to that of developed countries located in cold areas, achieves more economical solutions such as: a) the use of vacuum collectors instead of flat-plate collectors; b) properly distributed solar resources and heat demand; and c) an affordable type of water tank that enables proper insulation. This study concludes there is potential for the implementation of this technology in large parts of South America requiring heating solutions.Fil: Juanico, Luis Eduardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto Andino Patagónico de Tecnologías Biológicas y Geoambientales. Universidad Nacional del Comahue. Instituto Andino Patagónico de Tecnologías Biológicas y Geoambientales.; ArgentinaFil: Gonzalez, Alejandro Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Patagonia Norte. Instituto Andino Patagónico de Tecnologías Biológicas y Geoambientales. Universidad Nacional del Comahue. Instituto Andino Patagónico de Tecnologías Biológicas y Geoambientales.; Argentin