Generando Electricidad con el Sol Energía Fotovoltaica para arquitectos. Dr. Ing. Ricardo Pretz

Transcripción

1 Generando Electricidad con el Sol Energía Fotovoltaica para arquitectos Dr. Ing. Ricardo Pretz 1

2 Antecedentes A arquitectura es un área de conocimiento humano que posee renovación permanente de conceptos, no solo por su carácter creativo, pero por su necesidad de adecuarse a los ambientes y a las tecnologías constantemente mutantes en su entorno. La Eco 92 fue un punto de quiebre en términos de una nueva relación entre la sociedad la energía y el ambiente natural que nos cerca. En definitiva en lo que corresponde a la arquitectura, la forma de ocupación, la concentración y densificación humana en grandes centros urbanos, pero más que nada, la forma de utilización de la energía tuvo que definitivamente ser repensada. Generando electricidad con el sol Dr. Ing. Ricardo Pretz Facultad de Arquitectura - Universidad ORT Uruguay 2

3 Diariamente el sol hace incidir sobre la superficie de la Tierra lo equivalente a 3000 veces el consumo energético diario de toda población del planeta, en todas sus formas. La energía solar es responsable por la existencia de vida en la tierra y por todos los flujos energéticos en sus diversas formas. Tomando como referencia la fotosíntesis, con eficiencia muy baja, alrededor de 4%, tendríamos capacidad de acumular o utilizar o equivalente a 120 veces lo que utilizamos. Generando electricidad con el sol Dr. Ing. Ricardo Pretz Facultad de Arquitectura - Universidad ORT Uruguay 3

4 El proceso de urbanización y uso de energía El crecimiento demográfico y la evolución de la ocupación urbana cambió dramáticamente los padrones de consumo y producción de materia, pero más que nada de energía en los medios urbanos. Tras la revolución industrial, hubo muy fácil acceso a la energía, basada en los combustibles fósiles, lo cuales poseían energía tan concentrada cuanto los puntos de concentración de consumo. En este momento, hay un punto de quiebre en las tendencias arquitectónicas, adquiriendo las construcciones un perfil vertical en los espacios urbanos. Generando electricidad con el sol Dr. Ing. Ricardo Pretz Facultad de Arquitectura - Universidad ORT Uruguay 4

5 La crisis del petróleo y los cambios La segunda crisis del petróleo, seguidas de la guerra del golfo y guerra de Irak, sumados a todas las preocupaciones por el impacto ambiental del uso de los combustibles fósiles y las medidas de reducción de emisión de gases de efecto invernadero, ratificados por el Protocolo de Kioto, han creado una presión económico-ambiental en los proyectos. Más que nada, han llamado la atención a lo vulnerable que son los conceptos arquitectónicos convencionales a los altos costos operativos y lo tanto que generan de impacto ambiental directa y indirectamente. Generando electricidad con el sol Dr. Ing. Ricardo Pretz Facultad de Arquitectura - Universidad ORT Uruguay 5

6 La arquitectura sustentable es un camino a seguir La incorporación de conceptos de construcciones mejor integradas energéticoambientalmente a su entorno es el desafío de la arquitectura moderna desde aproximadamente la década de 80. Por los costos futuros de la energía, la tendencia es que las construcciones sean más horizontales y integradas al ambiente y condicionamiento interno más racionales e independientes de fuentes artificiales de entrada de energía. Racionalmente, desconcentrando la energía, se tiene que hacer lo mismo en el consumo, aparte de generar alternativas de generación. Generando electricidad con el sol Dr. Ing. Ricardo Pretz Facultad de Arquitectura - Universidad ORT Uruguay 6

7 La arquitectura se hace un tema más amplio cuando se incluye energía y ambiente en los proyectos Generando electricidad con el sol Dr. Ing. Ricardo Pretz Facultad de Arquitectura - Universidad ORT Uruguay 7

8 Aportes a los nuevos conceptos Arquitectura bioclimática Auto producción de energía térmica Auto producción de energía eléctrica Uso eficiente de Energía Correcto acondicionamiento térmico Concepto de Smart-Grid Uso racional de espacios y entorno Uso de racional materiales y agua Nuevos conceptos urbanísticos Generando electricidad con el sol Dr. Ing. Ricardo Pretz Facultad de Arquitectura - Universidad ORT Uruguay 8

9 La Energía solar fotovoltaica La radiación solar varia al largo del día en función de la presencia del sol, estaciones del año y condiciones meteorológicas, micro climáticas y interferencias naturales y /o urbanísticas. Generando electricidad con el sol Dr. Ing. Ricardo Pretz Facultad de Arquitectura - Universidad ORT Uruguay 9

10 Los paneles fotovoltaicos Los paneles solares fotovoltaicos se componen de celdas que convierten la luz en electricidad. Dichas celdas se aprovechan del efecto fotovoltaico, mediante el cual la energía luminosa produce cargas positivas y negativas en dos semiconductos próximos de distinto tipo, por lo que se produce un campo eléctrico con la capacidad de generar corriente. Generando electricidad con el sol Dr. Ing. Ricardo Pretz Facultad de Arquitectura - Universidad ORT Uruguay 10

11 Cristalino: Poly cristalino: 13-16% Mono cristalino: 15-21,5% Capa Fina: Amorfo: 8 10 % CdTe: 12,5 % CIGS: % Los paneles fotovoltaicos - Eficiencias y características - Cristalino: Tecnología probada Superior rendimiento y precios inferiores Más resistente contra fracturas Capa Fina: Muchos problemas de calidad en el pasado Poca experiencia de largo plazo Peligro de fractura Menos sensible a altas temperaturas-menos pérdidas Generando electricidad con el sol Dr. Ing. Ricardo Pretz Facultad de Arquitectura - Universidad ORT Uruguay 11

12 Componentes de un sistema fotovoltaico Módulos fotovoltaicos Inversor Cableado y enchufes Cajas de conexión Regulador Transformador Generando electricidad con el sol Dr. Ing. Ricardo Pretz Facultad de Arquitectura - Universidad ORT Uruguay 12

13 Layout de instalaciones Sobre techo / Tejados Sobre piso Sobre techo plano / Azoteas Generando electricidad con el sol Dr. Ing. Ricardo Pretz Facultad de Arquitectura - Universidad ORT Uruguay 13

14 Naturaleza de diseño de instalaciones Tipos de soportes 3D y tendido de cables Unifilar Sistemas de anclaje Generando electricidad con el sol Dr. Ing. Ricardo Pretz Facultad de Arquitectura - Universidad ORT Uruguay 14

15 Aplicaciones de la Energía solar fotovoltaica Generando electricidad con el sol Dr. Ing. Ricardo Pretz Facultad de Arquitectura - Universidad ORT Uruguay 15

16 Resultados finales Generando electricidad con el sol Dr. Ing. Ricardo Pretz Facultad de Arquitectura - Universidad ORT Uruguay 16

17 El curso de Instalaciones solares fotovoltaicas pequeñas y medianas El propósito de esta materia es brindar a los profesionales y técnicos de la construcción y ramas conexas capacitación técnica, criterios de diseño, cálculo y dirección del montaje de instalaciones de paneles solares fotovoltaicos para la generación de energía eléctrica en viviendas individuales y/o colectivas, comercios, industrias, servicios etc. Se trabajará específicamente en el diseño, proyecto y supervisión de instalaciones solares fotovoltaicas de pequeño y mediano porte, autónomas o conectadas a la red, es decir instalaciones de hasta 40kw para las llamadas pequeñas o micro generación y de hasta 150Kw para las llamadas medianas o de mini generación. Generando electricidad con el sol Dr. Ing. Ricardo Pretz Facultad de Arquitectura - Universidad ORT Uruguay 17

18 Contenido programático del curso 1.Introducción a la energía solar fotovoltaica 1.1 Introducción a la tecnología fotovoltaica y recurso solar Efecto fotovoltaico Células solares: materiales de construcción y tecnologías de fabricación Recurso Solar: Utilización de la herramienta Solar Pathfinder para la determinación del asoleamiento de un lugar y herramientas similares. 1.2 Módulos fotovoltaicos Funcionamiento Rendimiento y punto de trabajo 1.3 Componentes fotovoltaicos Reguladores de carga Baterías 1.4 Inversores Inversores para instalación fotovoltaica aislada Inversores para conexión de la instalación fotovoltaica a la red eléctrica 2. Aplicaciones de la energía solar fotovoltaica (estudios de casos) 2.1 Instalaciones aisladas de la red eléctrica Instalaciones rurales de electrificación Instalaciones de bombeo Generando electricidad con el sol Dr. Ing. Ricardo Pretz Facultad de Arquitectura - Universidad ORT Uruguay 18

19 Contenido programático del curso Otras instalaciones aisladas 2.2 Instalaciones conectadas a la red eléctrica Centrales fotovoltaicas para generación de energía eléctrica Instalaciones integradas a edificaciones para autoconsumo y venta de excedentes a la distribuidora eléctrica Consideraciones sobre seguridad y protecciones 3. Dimensionado de instalaciones fotovoltaicas 3.1 Dimensionado de instalaciones aisladas de la red Calculo de la demanda de electricidad Calculo del tamaño de la batería Calculo de la potencia del generador fotovoltaico 3.2 Dimensionado de instalaciones conectadas a la red Calculo de la demanda de electricidad 4. Aspectos económicos y regulatorios y normativos. 4.1 Evaluación económica de una instalación fotovoltaica 4.2 Normativa y regulación Nacional 5. Anteproyecto de instalación solar. 5.1 Análisis del sitio. 5.2 Precálculo de la instalación solar. 5.3 Presentación del proyecto. Generando electricidad con el sol Dr. Ing. Ricardo Pretz Facultad de Arquitectura - Universidad ORT Uruguay 19

20 Consideraciones finales Más que un tema en la moda, el uso de las energías renovables es una necesidad actual y una necesidad. Esta necesidad es ratificada por el poder publico del Uruguay y las políticas definidas para la inserción de renovables en todos los rangos de potencia Esta necesidad actual interfiere en proyectos nuevos y impacta significativamente construcciones existentes, obligando a una formación más completa y multidisciplinaria a los arquitectos y constructores contemporáneos. Generando electricidad con el sol Dr. Ing. Ricardo Pretz Facultad de Arquitectura - Universidad ORT Uruguay 20

21 Más allá que un tema de agregar variables y alternativas a los proyectos, la arquitectura bioclimática y la integración de la generación renovable en los proyectos, la capacidad del arquitecto moderno pasará por un proceso de agregar valor a sus obras creando conceptos basados en si firma artística y de sustentabilidad simultáneamente. Muchas gracias! Generando electricidad con el sol Dr. Ing. Ricardo Pretz Facultad de Arquitectura - Universidad ORT Uruguay 21

22 Facultad de Arquitectura Universidad ORT Uruguay