Energía SOLAR TÉRMICA: - Potencial de uso de calefones solares en Paraguay -

Transcripción

1 Technische Universität Hamburg-Harburg Institut für Umwelttechnik und Energiewirtschaft Energía SOLAR TÉRMICA: - Potencial de uso de calefones solares en Paraguay - Mario Rios, Martin Kaltschmitt, Tom Streeb in cooperation with supported by Technische Universität Hamburg-Harburg (TUHH), Institut für Umwelttechnik und Energiewirtschaft (IUE) Eissendorfer Str. 40, D Hamburg,

2 Agenda o o o o o La energía solar o Principios o Tecnología (calefones solares) Ejemplos y estado del arte Analísis de caso en Paraguay Potencial en Paraguay Consideraciones finales

3 Energía Solar La energía solar recibida cada 10 días sobre la Tierra equivale a TODAS las reservas conocidas de petróleo, carbón y gas. < > Values in kwh/m 2

4 Energía Solar En Paraguay tiene un potencial muy importante con un valor medio de 1,725 Wh/m 2 / año La radiación solar que recibe el territorio paraguayo anualmente es equivalente a 35,000 veces el consumo anual de energía en Paraguay. Sin embargo, no existe todavía un uso adecuado de la radiación solar en Paraguay. Mapa de radiación solar, promedio annual en Paraguay [kwh/m 2 ], fuente: GIZ 2011

5 Energía Solar Fotovoltaica Fototérmica Baja temperatura Media temperatura Alta temperatura No superan los 100 C Hasta 500 C Superior a 500 C

6 Energía Solar-Térmica ejemplos 6

7 Energía Solar Térmica Principios de la radiación: Absorción Cuando la radiación solar incide en una superficie, cierta cantidad es absorbida (α) reflejada (ρ) y transmitida (τ). α + ρ + τ = 1

8 Tecnología El calentador solar de agua aprovecha 3 principios físicos de gran sencillez: (1) La propiedad del color negro de atraer el calor, (2) El efecto invernadero que se crea dentro de una caja con un cristal en la parte frontal (3) La tendencia que tiene el agua caliente a colocarse sobre el agua más fría.

9 Tecnología Absorbedor simple Absorbedor Plano Tipos de colectores solares Tubos evacuados Tubos evacuados flujo directo Heat pipe Colector CPC

10 Absorbedor Simple Colectores sin Vidrio No tienen una cubierta que aislé del exterior, por lo que las pérdidas son altas Ein großer Teil des absorbierten Lichtes wird als Wärme an die Umgebung abgegeben. Son económicos y su uso está indicado para instalaciones de baja temperatura (30 C). Como calentamiento de piscinas

11 Colector solar plano En el colector solar plano el absorbedor esta recubierto de una o más capas transparentes para reducir pérdidas térmicas Colector solar plano Cubierta de vidrio Salida Material Aislante Entrada Agua 11

12 Tubos evacuados Tubos evacuados de flujo directo Poseen una plancha de material absorbente En el tubo circula un fluido que eleva su temperatura y se intercambia en el tanque de almacenamiento

13 Tubos evacuados Tubos evacuados con reflector

14 Eficiencia en las tecnologías 100 Optical Losses Collector irku ungsgncy in % Collector efficiency in % Single absorber Flat-plate collector Thermal Losses Tube collector Mean Difference between collector and ambient temperature in K A una temperatura ambiente de 20 C y una temperatura deseada de 50 C, la diferencia de temperatura es de 30 K. A estas condiciones, los tubos evacuados tienen una eficiencia de 67% y un calentador solar plano de 50%

15 Tecnología Eficiencia térmica: 20 a 80 % Colector sin cubierta Rango: ºC Colector plano Rango: ºC Colector tubo evacuado con termotanque Rango: ºC

16 Tecnología Mantle tank Deventer DHW Heat carrier warm upward flowing collector fluid Collector cold collector fluid Expansion device Frame Circulación Termosifonica: Aprovecha la convección térmica para subir el agua al tanque Emptying valve (winter) Source: Streicher/TU Graz

17 Sistemas con circulación forzada Source: Streicher/TU Graz 17

18 Opciones de instalación de un calentador solar Instalación On-roof Instalación In-roof Elevación Instalación en la ventana Integración en anexo de la vivienda (sunroom) Fuente: Thermische Solaranlagen zur Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung, WiMi Ba-Wü 18

19 Potencial Energía Solar Térmica de baja temperatura El uso de calefones solares para el calentamiento de agua a bajas temperaturas ha demostrado ser una tecnología madura, confiable y de gran penetración en muchos países con alta radiación solar. IEA-SHC menciona que la capacidad instalada en el mundo ha aumentado en casi 6 veces en los últimos 10 años Jährlich installierte Fläche Area [Mio. m²] Gesamte installierte Fläche Capacidad instalada [PJ/a]

20 Analisis de Calefón Solar Estimaciones 4 habitantes por vivienda Y que en la gran mayoría de estas viviendas se usa una regadera eléctrica Una regadera eléctrica posee una potencial nominal de ~ 5.4 kw Asumiendo: 10 minutos x ducha El consumo eléctrico de una vivienda promedio ascendería : 1,340 kwh/anual

21 Analisis de Calefón Solar Analisis simplificado de Calefón Solar Una ducha promedio utiliza 10 min a 7.5 litros/min Considerando un incremento en temp. de 25 C (agua a temp de 20 C a 45 C) Qu = (litros/día)(densidad del agua)(calor específico)(incremento en la temperatura) Qu= (55 litros/día)(1 kg /litro)(4.187 kj/kg C)(25 C) Qu = 5,757 kjoules x ducha individual Consumo energía para ducha en una vivienda / año: 8.4 GJ

22 Analisis de Calefón Solar Radiación promedio en Paraguay / m 2 = GJ (1,725 kwh/m2/año) Considerando un 50% de eficiencia en un calefón solar = 1m 2 de calefón solar cubre ~ 3.1GJ Por lo que para una vivienda que necesita 8.5MJ, ocupa un Por lo que para una vivienda que necesita 8.5MJ, ocupa un sistema de 2.7m 2 lo que redondeando equivale a 3 m 2

23 Análisis ecónomico del Calefón Solar Calefón solar Costo: $909 usd (4,000,000 guaranies) Costo instalación 20% del costo inicial ($182 usd) Vida util del equipo: 15 años Costo operación y mantenimiento: ~ $5usd/anuales Regadera electrica Costo: $15 usd Costo instalación: $0 (cero) Vida util del equipo: 10 años Costo operación y mtto.: $0 (cero) Tasa de descuento 10 % Periodo de estudio: 15 años

24 Análisis ecónomico del Calefón Solar Resultados Periodo de recuperación de la inversión 6.46 años VPN: $ TIR: 12.61% Se evitarían 1,340 kwh/anuales Y considerando precios actuales de electricidad Publicados en la ANDE ~ 110 usd/anuales en ahorros de energía eléctrica por vivienda

25 Escenario Sector Residencial Potencial Ahorro Energético en Paraguay Viviendas actuales potenciales en Paraguay: 1.4 millones viviendas Suponiendo una instalación del 10% anual Y que cada año se agregan 50,000 viviendas nuevas. Se estima un ahorro acumulado energetico (electricidad) en el Se estima un ahorro acumulado energetico (electricidad) en el sector residencial de Paraguay en 270,000TEP

26 Escenario Sector Residencial El evitar un consumo de energía eléctrica en el país, se evitarían: Costos de producción, Operación y mantenimiento Transmisión de electricidad Perdidas técnicas. Estos ahorros podrían generar un fondo económico para créditos a una tasa preferencial con el fin de amortizar los costos iniciales de los calefones solares en el sector residencial del Paraguay.

27 Otro potencial en Paraguay Sector Industrial Proceso Temperatura [ C] Alimentos y bebidas Industria Textil Industria Química Otros sectores Secado Lavado Pasteurizado Evaporación Esterilización Tratamiento térmico. Lavado Blanqueado Secado Vapor Destilación Varios procesos Precalentado de agua Calor de proceso Tratamiento térmico Fuente: CIE-UNAM

28 Otro potencial en Paraguay Hoteles Hospitales Donde más? Centros Deportivos

29 Ejemplos y estado del arte Hotel en Asunción con Calentadores Solares para piscina

30 Necesidades para la generación de una industria solar en Paraguay Marco Regulatorio y Normativo Programas de Promoción / Difusión Incentivos economicos para los costos iniciales Formación de recursos humanos técnicos Vinculación Empresas-Universidades

31 Conclusiones Razones económicas por las cuales usar energía solar: Los sistemas solares de circulación natural son una opción viable y prometedora para la generación de calor porque: (a) son baratos, (b) son simples (c) tecnologías probadas y maduras La recuperación de inversión de un Calefón solar en una vivienda es de aprox. 6.5 años La utilización de tecnologías solares puede sustituir a los combustibles convencionales en muchas aplicaciones. Paraguay posee un potencial de poder cubrir aprox. 270,000 TEP si el sector residencial se inclina por el uso de la energía solar. Además existe el potencial de reducir gases efecto invernadero. La creación de una industria solar paraguaya

32 - GRACIAS - por su atención Mario.Rios@tuhh.de Technische Universität Hamburg-Harburg Hamburg University of Technology Institut für Umwelttechnik und Energiewirtschaft (IUE) Institute of Environmental Technlogy and Energy Economics (IUE) Eissendorfer Str. 40; D Hamburg Tel. / Fax: / 2315 Ansprechpartner / Contact person: M.Sc. Mario Rios