Taller: Mapa solar Concepción

Transcripción

1 Taller: Mapa solar Concepción Lorena Troncoso Rodrigo García 21 Julho 2015 Guimarães, Portugal

2 QUE ES UN MAPA SOLAR? RADIACION SOLAR $ AHORRO ECONOMICO Y ECOLOGICO SISTEMAS DE GENERACIÓN ENERGÉTICA SOLAR Y TÉRMICA

3 CATASTRO DE MAPAS 3 L.E Fig: Mapa de irradiación solar (SOLAR-GIS) Alemania: Emden, Paderborn, Allgaeu, Bremen, Gelsenkirchen, Braunschweig, Osnabrück, Wolfsburg, Gallen, Solingen, Butrop y Bochum/ Estados Unidos: Anaheim, Berkeley, Boston, Denver, Los Angeles, Madison, New York, Portland, Salt Lake, San Diego, San Francisco, New Orleans, Cambridge Massachuse España : Almería, Barcelona, Granada, Madrid, Malaga, Murcia, Oviedo, Sevilla, Valencia, Valladolid y Zaragoza India: Nueva Delhi, Guajarat y Chardigart Chile : Calama, Vitacura,Lo Barnechea, Concepción.

4 4 Solingen Madison Osnabrück Wolfburg Cambridge Boston La County Calama Bochum

5 Variables Items/Mapas Osnabrück Wolfburg Solingen Bochums Boston La County Madison Cambridge Calama Paleta de información x.... x. x x Paleta de búsqueda x... x x x x x Entorno Muestra varios tipos de mapas base.... x x x.. Gráfico Separa potencial térmico y eléctrico x x x x. x.. x Área delimitada de catastro. x.. x x x. x Se busca la edificación según dirección x. x. x x. x x Se busca la edificación con cursor x x x x x x x x x Uso Para obtener datos se debe pinchar sobre cubierta x x x. x x. x x Para obtener datos se debe dibujar el área.... x. x.. Se deben ingresar datos de ángulo y orientación x.. Apoyo visual Indica gráficamente si es adecuado integrar SS x x x x x x. x. Indica simbología x x x x x x. x. Indica sombras sobre cubierta..... x x x x Indica cubierta como polígono plano x x x..... x Indica superficie total cubierta. x.. x x. x. Indica superficie útil de cubierta x... x x. x x Energía generada x x x. x x x x x Ahorros monetarios. x.. x x x x. Resultados Potencial solar x x x. x x x x. Ahorro CO2 x x x. x x. x x Costo del sistema x x. Enlaza a calculadora solar x.... x... Educación Método de cálculo Variables Información sobre energía solar..... x... Información sobre sistemas de E. renovable..... x... Informa bases de cálculo.... x x x. x Enlazada a municipio x x.. x x... Enlazada a empresas... x..... Muestra instalaciones existentes.... x x x.. Sun-area Desc. Desc. Desc. Esri analisys solar Esri analisys solar Desc. Radiance Daysim 5 Sun-area

6 Metodologías Mapdwell Solar System: usa datos de escáner laser de alta resolución para crear modelos de elevación digital en tres dimensiones (DEM). 6 - Contempla Inclinación y orientación de los tejados, infraestructura existente y follaje de los árboles. La simulación solar se realiza con Daysim y Radiance, determinando la radiación incidente sobre los edificios que cae por unidad de superficies, simulada para cada hora de un año típico, luego determinar la disponibilidad solar de generación eléctrica utilizando paneles fotovoltaicos. (Mapdwell, 2014). SIMUSOLAR: usa información espacial 3D o escaneo laser de alta, para la simulación solar de la toda la ciudad se toma en cuenta la orientación, inclinación, tamaño del techo, radiación anual, CO 2 anual e ingresos anuales( Simusolar, n.d.). SUN AREA recoge los datos físicos con escáner laser, -Toma en cuenta la inclinación, exposición, sombreado y tamaño de la superficie de cada techo. Sobre estos datos generados, se calcula la superficie de techos que tienen mayor captación ArcGIS Spatial Analyst permite analizar los efectos del sol sobre un área geográfica durante períodos diarios y estacionales, tomando en cuenta los cambios del ángulo del sol, variaciones en la elevación, orientación (pendiente y orientación) y las sombras proyectadas por las características topográficas que afectan la cantidad de radiación solar entrante ( ESRI solar analisys, n.d.). -Algunos de los mapas simplificados no contemplan obstrucciones topográficas y físicas locales asociados a la inclinación u orientación de la azotea. El usuario es el responsable de definir el área del techo, la inclinación, el ángulo del azimut y un factor de reducción de potencia adecuada para dar cuenta de los impactos de las obstrucciones de sombreado.

7 Visualización 7 Figura : Visualización de mapas solares. A: Mapa Calama, B: Mapa Osnabrück, C: Mapa Los Ángeles, D: Mapa de Cambridge, E: Mapa de Madison, F: Mapa de Minnesota.

8 8 Resultados a residentes Figura 2: Visualización de mapas solares. A: Mapa Calama, B: Mapa Osnabrück, C: Mapa Los Ángeles, D: Mapa de Cambridge, E: Mapa de Madison.

9 9 Conclusiones Metodologías varias Formas de expresión para el usuario Información complementaria NUEVOS MAPAS: Eduquen, Informen y orienten. Identificar variables factibles para mapas de zonas con menores recursos. Tener en cuenta que las metodologías de cálculo de potencial solar dependerá de la disponibilidad de datos, tiempo de procesamiento de datos, complejidad del área, equipo de trabajo. Uso de plataforma amable. Información clara y eficiente al usuario.

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11 Introducción / Área de Estudio 11 Santiago Concepción Demanda energética. Implementación de sistemas de captación solar. Catastros de generación energética urbana/ Mapas solares En países desarrollados la predicciones de generación energética solar a nivel urbano. Caso estudio Concepción, Chile.

12 Objetivo Generar un Mapa solar en Concepción para mostrar a los residentes las capacidad energéticas que tiene en su tejado al instalar algún tipo de sistema fotovoltaico, térmico o hibrido. Metodología 12

13 Materiales TECHOS LOTES 13

14 TIPO 4-1 TIPO 4-2 TIPO 3-1 TIPO 3-2 S U B - T I P O L O G Í A S TIPO 2-1 TIPO 2-2 TIPO 1-1 TIPO 1-2 T I P O L O G Í A S 14 POTENCIAL FISICO / Identificación tipologías residenciales

15 15 Área útil Sub-tipo Área útil techumbre [%] Área útil fachada [%] T T T T T T T T Consumo energético Indicador Consumo total Consumo Calefacción Consumo Electricidad Consumo ACS Residencial Servicios Hospitales (kwh/m 2 ) 190,19 141,76 26,7 21,73 % 74,5 14,0 11,4 (kwh/m 2 ) 132,23 91,18 35,38 5,67 % 69,0 26,8 4,3 (kwh/m 2 ) 617,37 346,11 234,36 36,9 % 56,1 38,0 6,0

16 POTENCIAL FISICO / Georreferenciación de tipologías TIPOLOGIAS SUBTIPOLOGIAS

17 17 Consumo anual / ciudad HABITACIONAL SALUD ALMACENAJE COMERCIO CULTO 0% 1% 3% 1% 0% 5% 3% DEPORTE EDUCACIÓN ESTACIONAMIENTO HOTELERIA 1% 0% 9% 6% INDUSTRIAL OFICINA PUBLICO 2% 6% 63% TRANSPORTE VARIOS SUPUESTOS Sector residencial : 190 kwh/m2 Servicios Hospitales : 132 kwh/m2 : 617Kw

18 Consumo diferenciado 18 Consumo ACS Consumo ELÉCTRICO Consumo CALEFACCIÓN Las distribuciones por tipo de gasto son similares, exceptuando el ACS de menor concentración (pero mayor disparidad).

19 Irradiación mensual (kwh/m2) 19 POTENCIAL SOLAR/ Obstrucciones urbanas y topográficas RADIACIÓN SOLAR PROMEDIO OBSTRUCCIÓN POR TOPOGRAFÍA OBSTRUCCIÓN POR EDIFICACIONES VECINAS = RADIACION SOLAR URBANA Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Radiación promedio mensual en plano horizontal para Concepción.

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21 POTENCIAL SOLAR/ Obstrucciones urbanas y topográficas 21 Manzana A Manzana B Manzana C Manzana D Manzana E Fuente: Elaboración propia L, TRONCOSO Manzana F Fuente: L, MERINO 2013 Código de simulación urbana

22 Manzana representativa Tipologías en manzana representativa Radiación [KWh/m2 año] Porcentaje de radiación Potencial en mapa solar Radiación [KWh/m2 año] Porcentaje de radiación A T % B T % alto % C T % D T % E F T1-1 T2-2 T3-1 T % 1587 medio 97% T4-2 T % bajo % T1-1

23 POTENCIAL TECNICO / Laboratorio técnico 23 Panel Térmico (energía térmica) Panel Fotovoltaico (energía eléctrica) Panel hibrido (energía térmica y eléctrica) Fuente: P, Campos

24 Nomenclatura Formulas A : Área de apertura Ah : Ahorro C : Consumo E : Energía F : Factor G : Radiación h : Altura N : Número S : Superficie construida U : Unidades η : Eficiencia f : Porcentaje de aporte min : Mínimo P : Precio Red : Redondear Subíndice ACS : Agua caliente sanitaria calef : Calefacción e : Edificación elec : Eléctrico fach : Fachada form : forma gas : Gas Natural hab : habitantes m : Media n : Niveles de piso p : panel pa : Por unidad de área pp : Por persona PV : Fotovoltaico PVT : Híbrido t : Total tech : Techumbre th : Térmico(a) util : Útil v : Vivienda Características tipología Superficie de techumbre útil en vivienda Superficie fachada útil 24 Superficie total por unidad (Área total de la casa, para el cálculo del consumo por m2), los cálculos de consumo se hace para unidad residencial. Se saca con una columna distinta si es casa o edificación Consumo total De agua caliente sanitaria De electricidad Dónde: El consumo total anual de electricidad ( ) es igual a 0, 5 por el consumo de electricidad por persona ( ) mas 0,5 por el consumo de electricidad por área de la vivienda ( ).

25 Dónde: El consumo de agua caliente sanitaria por persona ( ) es igual a 1595 por el número de habitantes ( ). Fórmulas De calefacción Consumo por metro cuadrado 25 Consumo por persona Se calcula el número de personas de acuerdo a la superficie de la vivienda, de acuerdo a la ecuación del Manual de calificación energética- Chile. Si Consumo total energético de una casa por metro cuadrado Consumo por metro cuadrado de ACS Consumo por metro cuadrado de electricidad Consumo por metro cuadrado de calefacción Si De acuerdo al número de persona, se calcula el consumo basado en distintos modelos. Consumo de agua caliente sanitaria por persona. La demanda se basa en estimaciones del consumo, asumiendo un consumo diario de 72 L/pp. Consumo de energía eléctrica por persona. Consumo de calefacción por persona.

26 Fórmulas Radiación solar Potencial solar, se calcula como el producto de la radiación incidente (viene por unidad de área) por el área útil de techumbre. El G depende de la inclinación del panel (entre horizontal, la inclinación óptima o vertical para el caso de la fachada) Dónde: Radiación útil ( ) es igual a la radiación ( ) por la superficie de techo útil ( ) Panel térmico Porcentaje de aporte. Consiste en el mínimo entre la razón de la energía generada y la demanda, y un mínimo de aporte realista que contemple perdidas de energía si el sistema está sobredimensionado, equivalente a 65%. Se debe recalcular debido al redondeo que existe en el cálculo de número de paneles para las viviendas. El ahorro anual se estima comparando con el sistema tradicional de calentamiento de agua: un calefón con una eficiencia de 79% con gas natural a 79 [clp/kwh] según la ecuación 26 Número de paneles. Se calcula para producir un porcentaje dado de aporte al consumo, en este caso, 65%. Para el caso de departamentos y viviendas el número de paneles se debe redondear. No es así para el caso de las torres, pues se puede hacer un sistema común. Energía generada por el panel. Consiste en la radiación útil por el área bruta del panel, multiplicado por el número de paneles y por la eficiencia supuesta. El número de paneles se supusieron de acuerdo al tamaño de la vivienda y número de habitantes. Se debe recalcular debido al redondeo que existe en el cálculo de número de paneles para las viviendas.

27 Fórmulas Fotovoltaico Número de paneles. Se calcula como el mínimo necesario para suplir el consumo eléctrico de la vivienda y el máximo posible de acuerdo a la superficie de techo disponible una vez instalados los paneles térmicos. departamentos y viviendas el número de paneles se debe redondear. No es así para el caso de las torres, pues se puede hacer un sistema común. 27 Energía térmica aportada por el sistema híbrido Energía aportada por el sistema fotovoltaico Porcentaje de aporte. Consiste en el mínimo entre la razón de la energía generada y la demanda, y el aporte del 100% de la energía demandada. Se recalcula considerando el 100% por los errores de aproximación que pudiesen existir. Porcentaje de aporte. Consiste en el mínimo entre la razón de la energía generada y la demanda, y el aporte del 65% como tope de la energía térmica demandada para ACS. Se recalcula existir un redondeo en la ecuación que estima el número de paneles. El ahorro anual se estima comparando con el precio de energía eléctrica domiciliaria a 100 [clp/kwh] Ahorro anual se estima comparando con el sistema tradicional de calentamiento de agua: un calefón con una eficiencia de 79% con gas natural a 79 [clp/kwh]], según la ecuación Híbrido - Térmico Número de paneles. Se calcula como el mínimo entre el número de paneles que cabe en la superficie de techo disponible y el número de paneles para un aporte máximo a la demanda de ACS de un 65%. Para el caso de

28 Fórmulas Híbrido - Eléctrico 28 Energía eléctrica aportada por el sistema híbrido Porcentaje de aporte. Consiste en la razón de la energía generada y la demanda. El ahorro anual se estima comparando con el precio de energía eléctrica domiciliaria a 100 [clp/kwh]

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31 Repaso/Pasos para mapa solar 31 Datos físicos /geometría/ área útil techo, fachada Consumo estimado por edificio Analizar la radiación incidente /obstrucciones solares Capacidad tecnología/energía generada/ahorro

32 Agradecimientos Ubiobio.cl/confin/ Lorena Troncoso V. Rodrigo García A. Paulina Wegertseder M.