Eficiencia Energética y Aplicaciones de la Energía Solar.

Eficiencia Energética
y Aplicaciones de la
Energía Solar.
Rodrigo H. Cáceres A.
Magíster en Ingeniería de Negocios.
Ingeniero Civil Industrial.
www.solen.cl
Contenido de la Presentación.
Eficiencia Energética.
Energía Solar.
Tecnología Solar - Fotovoltaica.
Tecnología Solar-Térmica.
Aplicaciones Futuras.
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Eficiencia Energética.
Eficiencia Energética.
• CONCEPTO.
-Eficiencia Energética es el conjunto de acciones que
permiten el ahorro de energía en todas sus tipos:
eléctrica, térmica, etc.
-Es la habilidad de lograr objetivos empleando la
menor cantidad de energía posible.
-Es la capacidad de alcanzar los mayores beneficios
en el uso final de la energía con el menor impacto sobre
el medio ambiente.
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Eficiencia Energética.
• OBJETIVO.
-Implementar medidas a nivel PAIS que permitan la
reducción del consumo de energías y recursos.
-Promover el desarrollo y aplicación de nuevas
tecnologías para la generación, almacenamiento,
distribución y uso final de las energías.
Eficiencia Energética.
• SISTEMA DE ILUMINACIÓN.
Problemas:
Incandescente:
Elevado Consumo, Excesivo Calor, Zumbido,
Poca Duración.
5 % Luz,
95 % Calor u otros.
Funcionamiento 900 Horas
Consejos Lógicos que se deben seguir para ahorrar en iluminación son los
siguientes:
- Apagar la luz en los espacios que no se estén utilizando.
- Utilizar reguladores de intensidad luminosa electrónica o lámparas con
niveles de iluminación, manteniendo la potencia baja cuando no es
necesaria una gran intensidad de luz para así ahorrar energía.
- Arquitectura adecuada. (Colores claros y brillantes)
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Eficiencia Energética.
• SISTEMA DE ILUMINACIÓN.
Consejos Prácticos.
- Reemplazar las lámparas incandescentes por tecnologías que
permitan un ahorro real. (Fluorescentes, Bajo Consumo, LED)
- Sustituir reactancias electromagnéticas por electrónicas.
- Sustituir tubos fluorescentes estándares por trifósforos.
- Instalar programadores que disminuyan el tiempo de uso de la
iluminación.
- Introducir sensores de presencia, de nivel de luz u otros tipos de
controles.
Obtener reducción de hasta un 30% en el consumo de electricidad.
INTRODUCIR NUEVAS TECNOLÓGIAS.
Eficiencia Energética.
Energía.
5 % Luz,
95 % Calor.
100 Watts
Energía.
20 % Luz,
80 % Calor.
25 Watts
Energía.
90 % Luz,
10 % Otros*.
≈ 5 – 8 Watts
En 6 Años: 8, 10, 12 Ampolletas Incandescentes v/s Solo 1 Ampolleta Led.
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Energía Solar
Tecnología Solar - Fotovoltaica.
Energía Solar.
¿Qué es la Energía Solar?
Definición:
- Es la energía radiante (recurso) producida en el Sol como resultado de
reacciones nucleares de fusión.
Llega a la Tierra a través del espacio a través de los fotones, que
interactúan con la atmósfera y la superficie terrestre.
¿Qué permite la Energía Solar ?
- Nos provee de luz y calor.
- Favorece la fotosíntesis de plantas, algas y algunas bacterias.
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Energía Solar.
- Efectos y Usos de la Energía Solar:
- Evaporación de los mares.
- Circulación de grandes masas de aire.
Hidroelectricidad.
E. Eólica.
- Central Solar Térmica.
- Cocina Solar.
- Destilación.
- Secado.
- Calentamiento de Agua.
- Calefacción doméstica.
- Refrigeración.
- Aire Acondicionado.
Electricidad.
Energía Solar.
¿Cómo está distribuida la Energía Solar ?
Anual.
Zona Central, 5 Región.
1,000
0,900
0,800
0,600
0,500
0,400
0,300
0,200
0,100
Se
pt
O
ct
ub
re
N
ov
ie
m
br
e
D
ic
ie
m
br
e
Ju
lio
Ag
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Ju
ni
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M
ay
o
Ab
ril
M
ar
zo
Fe
br
er
o
0,000
En
er
o
KWatts hora/M^2
0,700
Meses
6
Energía Solar.
¿Cómo está distribuida la Energía Solar ?
Diaria – 6 Región
Watts/M^2
Radiación Diária
Enero
Junio
21:00
20:00
19:00
18:00
17:00
16:00
15:00
14:00
13:00
12:00
11:00
10:00
9:00
8:00
7:00
6:00
1000,0
900,0
800,0
700,0
600,0
500,0
400,0
300,0
200,0
100,0
0,0
Horas
Tecnología Solar - Fotovoltaica.
- Tecnología y usos de la energía solar.
Energía solar pasiva: Aprovecha el calor del sol sin necesidad de
mecanismos o sistemas mecánicos.
Cocina Solar.
Sist. Termosifón. Horno Solar.
Energía solar térmica: Para producir agua caliente de baja temperatura
para uso sanitario (A.C.S) y Calefacción.
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Tecnología Solar - Fotovoltaica.
- Tecnología y usos de la energía solar.
Energía Solar Fotovoltaica: Producción de electricidad mediante
placas de semiconductoras que se excitan con la radiación solar.
Tecnología Solar - Fotovoltáica.
- Tecnología y usos de la energía solar.
Energía Solar Termoeléctrica: Para producir electricidad con un ciclo
termodinámico convencional a partir de un fluido calentado a alta
temperatura.
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Tecnología Solar - Fotovoltaica.
- Celdas y Paneles Fotovoltaicos.
Efecto Foto-Eléctrico, descubierto 1887.
Confección del primer Módulo Fotovoltaico en 1954.
Emitir Electrones
bajo Iluminación.
Utilizada en la Industria Espacial en los 60´s.
Celda Solar: Semiconductores, que convierte la Energía Solar en electricidad.
Tecnología Solar - Fotovoltaica.
- Módulo Fotovoltaico: Arreglo o conjunto de celdas solares.
- Conjunto: Es un conjunto de módulos que produce mayores
voltajes y corrientes.
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Tecnología Solar - Fotovoltaica.
Tipos de Celdas Fotovoltaicas.
- Monocristalinas: Mantienen una estructura de Si ordenada. Ofrecen
rendimientos superiores al 20 % actualmente. Es la tecnología mas costosa
de implementar.
- Policristalinas: Es grupo de pequeños cristales de SI, que en conjunto se
obtienen un menor rendimiento que con la tecnología anterior. Es una
alternativa mas económicas de implementar.
- Amorfas: Estructuras con materiales no cristalizados. Muy baja eficiencia.
Equipamiento.
- Baterías: Utilizadas como acumuladores de energía.
- Regulador de Carga: Equipo que protege las baterías frente a sobrecargas
y sobredescargas profundas.
- Inversor: Convierte la corriente continua en corriente alterna.
Tecnología Solar - Fotovoltaica.
Equipo de Energía Solar Fotovoltaica en CC
Equipo de Energía Solar Fotovoltaica en CA
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Energía Solar Fotovoltaica.
Caso Práctico Simplificado:
ILUMINACIÓN.
Consumo:
Iluminación 8 focos Led, de 8 Watts cada uno, encendidos 5 horas.
Consumo Neto = 8x8x5 = 320,0 Watts-día.
Pérdidas = 5%
Consumo Real = 336,0 Watts-día.
Tabla: Energía Eléctrica
Cantidad
4
4
Elemento
Foco Led
Foco Led
Potencia (W)
8
8
Potencia Total (W) Horas diárias (H) Energía Dia (Wh)
32
5
160
32
5
160
0
Potencia Máxima
64,0
Watts
Energía Diária
Pérdidas 5%
Energía Requerida
320,0
16,0
336,0
Watts-día
Watts
Watts-día
Energía Solar Fotovoltaica.
Capacidad y Autonomía:
Corriente del Sistema:
336,0 W = 28 Ah
12 V
Autonomía:
3 días
Capacidad de la batería 3 días x 28 Ah = 84 Ah
Se escoge una batería de 12V/100 Ah
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Energía Solar Fotovoltaica.
Determinar Cantidad de Paneles:
Radiación
Pmax
Areas
iguales
Horas
Netas
de Sol
Modelo empírico simplificado.
6:00AM
12:00M
6:00PM
12 h / ∆t
H NS =
∫
24 h
o
P (t )dt
Pmax
=
∫
6 PM
6 AM
P (t )dt
P(12 M )
=
∑V I ∆t
i =0
i i
P(12 M )
Energía Solar Fotovoltaica.
Determinar Cantidad de Paneles:
Utilizar una formula empírica para Calculo Simplificado:
E = (5-L/15) * (1+ L/100) * P
E = Energía entregada por panel (watts-hora)
L = Latitud (grados)
P = Potencia de los paneles (w)
Ej: Latitud 33º
Panel Kyocera KC130TM, 130 Wp
E = 484,12 Watts-día.
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Energía Solar Fotovoltaica.
Resumiendo:
Número de Paneles = Consumo diario/E. aportada por panel
= 336 / 484,12
= 0,69
Se requiere 1 Panel de 130 Watts
Inversión Inicial
Panel Solar 130 Wp
550.000
Bateria 12V/100 Ah
Regulador de Carga
Cables y otros
Total
120.000
78.000
10.000
758.000
Energía Solar Fotovoltaica.
Caso Práctico Simplificado:
NOTEBOOK.
Consumo: 50 Watts, encendido 4 horas.
Consumo Neto = 50x4 = 200,0 Watts-día.
Pérdidas = 5%
Consumo Real = 210,0 Watts-día.
Capacidad y Autonomía:
Corriente del Sistema:
210,0 W = 17,5 Ah
12 V
Autonomía:
2 días
Capacidad de la batería 2 días x 17,5 Ah = 35 Ah
Se escoge una batería de 12V/42 Ah
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Energía Solar Fotovoltaica.
Determinar Cantidad de Paneles:
Utilizar una formula empírica para Calculo Simplificado:
E = (5-L/15) * (1+ L/100) * P
Ej: Latitud 33º
Panel Kyocera KC85T, 85 Wp
E = 316,5 Watts-día.
Resumiendo:
Número de Paneles = 1
Se requiere 1 Panel de 85 Watts
Inversión Inicial
Panel Solar 85 Wp
350.000
Bateria 12V/42 Ah
Regulador de Carga
Inversor 60 Watts
Cables y otros
Total
75.000
78.000
40.000
10.000
553.000
Tecnología Solar-Térmica.
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Energía Solar Térmica.
• Utilizar la Energía del Sol, para producir Calor.
- Producción de Agua Caliente Sanitaria. (A.C.S).
- Calefacción.
- Secado.
- Climatización de Piscinas.
- Refrigeración por absorción.
Energía Solar Térmica.
•Equipos:
- Colector Solar.
- Estanque Térmico de Almacenamiento.
- Bombas de Circulación.
- Controladores y válvulas.
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Energía Solar Térmica … Cifras
Criterio de Cálculo.
HOGAR
Consumo: Hogar de 4 personas, todos se duchan y tardan 5 minutos C/U.
Total: 20 minutos de ducha a un flujo de 10 lts/min.
Cantidad de ACS: 20 x 10 = 200 litros
DATO: 1 m2 de Colectores proporciona entre 50 a 60 litros de ACS a 60ºC en
promedio anual . *
DATO: El ACS generalmente se utiliza entre 37º y 45º.
Con 2 m^2 de superficie captadora, es suficiente para esta aplicación.
Inversión (equipamiento y mano de obra): 350.000 y $ 500.000 /m2 de colectores.
Cobertura anual de A.C.S.: Superior al 70%
* Valor estimado para la zona central del país.
Energía Solar Térmica … Cifras
Criterio de Cálculo.
COLEGIO 500 Alumnos.
Consumo: 500 Alumnos, como criterio = 5 litros/alumnos.
Total: 2500 litros de A.C.S.
DATO: 1 m2 de Colectores proporciona entre 50 a 60 litros de ACS a 60ºC en
promedio anual . *
Superficie requerida = 2500/50 = 50 m^2 de paneles.
Inversión (equipamiento y mano de obra): 200.000 y $ 300.000 /m2
de colectores.
Cobertura anual de A.C.S.: Superior al 70%
* Valor estimado para la zona central del país.
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Criterios Básicos para la Instalación de
Sistemas Solares Térmicos
• Capacidad del sistema.
• Orientación e inclinación.
• Sistema Hidráulico.
• Soportes y Anclaje.
• Otros.
Determinar Consumo.
Determinar Uso.
Norte Geográfico.
Inclinación según necesidad.
Sistema de cañerías, bombeo,
Estanque de Almacenamiento
Válvulas, conexiones.
Sistema de Respaldo.
Protección Anticongelante.
Aplicaciones Futuras.
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Maleta Solar
Barco Solar
Pintura Solar
Solar Book
Casa Solar
Cargador Solar
Vidrio Fotovoltaico Solar
Vehículo Solar
Colectores Infrarojos
(NanoTecnología)
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