ENERGÍA SOLAR TÉRMICA

Transcripción

1 ENERGÍA SOLAR TÉRMICA Aplicaciones y Casos de éxito Martin Guillaume Ingeniero en Energía Solar Centro de Desarrollo Energético Antofagasta, Universidad de Antofagasta

2 DESCRIPCIÓN DE UN SST T < 150 ºC 150 ºC < T < 500 ºC T > 500 ºC

3 DESCRIPCIÓN DE UN SST Temperatura < 150 C Producción de Agua Caliente Sanitaria : ACS Sistemas solares térmicos de baja temperatura: CAPTADORES 1. Captadores solares de placa plana sin cubierta transparente 2. Captadores solares de placa plana con cubierta transparente 3. Captadores solares de placa plana de alta eficiencia 4. Captadores de tubos de vacío 5. Captadores con concentración CPC

4 DESCRIPCIÓN DE UN SST Los elementos principales que constituyen los Sistemas Solares Térmicos: El Colector Solar El Intercambiador El Acumulador Las Bombas Otros elementos necesarios son: sistema de control, tubería, válvulas, vaso de expansión, sensores de caudal, presión y temperatura

5 DESCRIPCIÓN DE UN SST Los sistemas termosifón Sistemas Directos Sistemas Indirectos Fuente:

6 MERCADO La rentabilidad y la relativa sencillez de estos sistemas hacen que su uso esté cada día más extendido, siendo previsible que su implantación crezca al desarrollarse nuevos sistemas de integración urbana y se implanten las nuevas normativas sobre el uso de dichos sistemas solares térmicos.

7 MERCADO En Chile hasta 2010 CST instalado por año Hasta 2004: 600m 2 En 2005: 2500m 2 En 2006: 3721m 2 En 2007: 6307m 2 En 2008: 7094m 2 En 2010: 7937m 2 Fuente: Anuario Solar 2011 CDT

8 MERCADO En Chile de 2010 hasta 2013: La Franquicia Tributaria Fuente: CDT

9 MERCADO Cifras de las empresas ligadas a la Energía Solar Térmica en Chile: 81% que se ubican y operan en la región Metropolitana 9% en la V Región 4% en la II Región 3% en la VIII Región 1% en la X Región El 100% de estas empresas se dedica a la distribución y a la venta. El 90% también realiza la instalación. El 85% importa equipos y materiales, y el resto es de fabricación nacional. Fuente: Anuario Solar 2011 CDT

10 APLICACIONES Aplicaciones posibles: 1. Agua caliente sanitaria (ACS) 2. Calentamiento agua piscinas 3. Calefacción 4. Enfriamiento 5. Calor para procesos Dentro de la gran variedad de modelos de captadores se elegirá en función de la aplicación a la cual sea destinado o las condiciones climáticas donde esté situado.

11 APLICACIONES Planos con recubrimiento Con tubos de vacío Placa plana sin cubierta Diferencia temperatura (Tcoll-Tamb)

12 Cómo funcionan los SST para producir Agua Caliente Sanitaria (ACS)? Elementos del sistema: 1. Colector Solar 2. Acumulador 3. Intercambiador Interno 4. Bomba recirculación 5. Centralita de control 6. Apoyo térmico 4 3

13 Qué ventajas? Ahorro en combustible PRODUCCIÓN DE ACS Reducción de emisiones de gases de efecto invernado Ayuda a que el aire que respira sea más limpio Reduce la dependencia energética respecto a otro países Genera empleo y dinamiza la economía Aporta un gran valor añadido a la vivienda Fuente: ACESOL

14 Qué ahorros se pueden lograr? En chile, los Sistemas Solares Térmicos pueden producir del 30% al 75% de la demanda en Agua Caliente Sanitaria, según la zona geográfica. Ahorros anuales para una familia de 4 personas: CLP$ al año en Calama CLP$ al año en Antofagasta CLP$ al año en Valparaíso Fuente: ACESOL

15 Cómo se define la demanda de Agua Caliente Sanitaria? La demanda de energía térmica del Agua Caliente Sanitaria (E ACS ) es la cantidad de energía necesaria para aumentar la temperatura del caudal consumida (D Tref ) desde la temperatura de entrada de agua fría (T fria ) hasta la temperatura de uso (T ref ). E ACS = DTre f ρ C p T ref T fria E ACS D Tref ρ C p T ref T fria : demanda de energía térmica [kj/día] : consumo de ACS a la temperatura de referencia [l/día] : densidad del agua [kg/l] : calor específico del agua [kj/kg.k] : temperatura de referencia de uso [K] : temperatura de agua de red [K]

16 Algunos datos útiles Vida útil: años: - Es la vida útil de un sistema solar si se le cuide bien. - Es un ahorro económico hasta el fin de la vida útil del sistema. Operación y mantención: - Frecuencia: trimestral/anual - Limpieza captadores PRODUCCIÓN DE ACS Tiempo de retorno de la inversión: - Entre 3 a 8 años dependiendo de la zona geográfica y del tipo de colector utilizado

17 Qué diferencia entre Colector solar plano y de tubo de vacío? Coletor plano Ventajas: Buena eficiencia La tecnología la mas usada Vida útil larga (20 años) Desventajas: Ensuciamiento Colector de Tubos de vacío Ventajas: Muy buena eficiencia Mejor que los Colectores Planos Menor ensuciamiento debido a su forma redonda Gran disponibilidad en el mercado chileno Alcanza temperaturas altas Desventajas: Muy frágil Alto costo Vida útil corta por algunos (< 10años)

18 En qué consiste la Franquicia Tributaria de la ley ? Según la Ley, el beneficio tributario es imputado por la Empresa Constructora ante el Servicio de Impuestos Internos como un descuento a la declaración de impuesto a la renta de las empresas constructoras. Las empresas podrán deducir de sus impuestos: El 100% del valor del sistema con un tope de 31 UF para viviendas de hasta 2000 UF El 40% del valor del sistema con un tope de 31 UF para viviendas de entre 2001 y 3000 UF El 20% del valor del sistema con un tope de 31 UF para viviendas de entre 3001 y 4500 UF Fuente: ACESOL

19 En qué consiste la Franquicia Tributaria de la ley ? Para acceder al subsidio, se exigirá que los sistemas solares tengan una cobertura mínima correspondiente a la zona climática. Zona Climática Radiación Solar Global Media Anual (H) [kwh/m 2 año] Contribución Solar Mínima Exigida (CSM) [%] A 1948 H 75 B 1701 H C 1454 H D 1208 H E 961 H F 961 H 30 Fuente: ACESOL

20 La Franquicia Tributaria de la ley en la II región? 2 Proyectos: Edificio Novo, La Torre N 3002, Antofagasta Zona climática A: Radiación solar anual = 2360kWh/m 2 ; CSM=75% 214 Viviendas: 50 de 1D ; 129 de 2D ; 35 de 3D 602 personas Valor: Todas las viviendas tienen un valor menor o igual a 2000UF Edificio Turi Norte, calle Santiago N 2249, Calama Zona climática A: Radiación solar anual = 2506kWh/m 2 ; CSM=75% 96 Viviendas: 16 de 1D ; 48 de 2D ; 32 de 3D 296 personas Valor: Las viviendas 1D y 2D tienen un valor entre 2000UF y 3000UF Las viviendas 3D tienen un valor entre 3000UF y 4000UF Fuente: SEC

21 Caso Concreto con Franquicia: Edificio Novo, Antofagasta Datos del proyecto: 214 departamentos que tienen un valor inferior a 2000UF 602 personas que consumen c/u 30 litros por día (multifamiliar) de agua a 45 C Consumo total de litros por día Según el F-Chart de la ley (considerando Tred y Tref) Demanda de Energía para la Producción de ACS (45 C) = kwh/año Resultado y Ahorro económico según el F-chart Producción de kwh/año Contribución solar de 90% Ahorro de $ al año Franquicia Tributaria de 100% con un tope de 31 UF Fuente:

22 Caso Concreto con Franquicia: Edificio Novo, Antofagasta Campo Solar 57 colectores de tipo plano de 3m 2 c/u 6 líneas paralelas de 10 colectores conectados en serie (uno de 7) Superficie total de captación solar de 171m 2 Fluido de trabajo: PROPILEN GLICOL Sistema de acumulación 4 acumuladores de acero de 4000 litros c/u Fluido de trabajo: AGUA Otros datos Circulación forzada / SST indirecto Separación con intercambiador entre circuito primario (PROPILEN GLICOL) y circuito segundario (AGUA) 2 bombas de calor en sistema de apoyo Fuente:

23 Caso Concreto con Franquicia: Edificio Novo, Antofagasta Fuente:

24 Caso Concreto con Franquicia: Edificio Turi Norte, Calama Datos del proyecto: 96 departamentos que tienen un valor entre 2000UF y 4500UF 602 personas que consumen c/u 30 litros por día (multifamiliar) de agua a 45 C Consumo total de litros por día Según el F-Chart de la ley (considerando Tred y Tref) Demanda de Energía para la Producción de ACS (45 C) = kwh/año Resultado y Ahorro económico según el F-chart Producción de kwh/año Contribución solar de 78% Ahorro de $ al año Franquicia Tributaria de 20% y 40% con un tope de 31 UF Fuente: SEC

25 Caso Concreto con Franquicia: Edificio Turi Norte, Calama Campo Solar 40 colectores de tipo plano de 2m 2 c/u Superficie total de captación solar de 80m 2 Fluido de trabajo: PROPILEN GLICOL Sistema de acumulación 2 acumuladores de acero de 5000 litros c/u Fluido de trabajo: AGUA Otros datos Circulación forzada / SST indirecto Separación con intercambiador entre circuito primario (PROPILEN GLICOL) y circuito segundario (AGUA) 2 calderas a gas en sistema de apoyo Fuente: SEC

26 Caso Concreto con Franquicia Proyecto Novo Antofagasta 171m 2 de colectores solares de tipo planos 4 acumuladores de acero de 4000 litros c/u 90% de contribución solar CLP$ de ahorro por año Proyecto Turi Norte Calama 80m 2 de colectores solares de tipo planos 2 acumuladores de acero de 5000 litros c/u 78% de contribución solar CLP$ de ahorro por año Fuente: SEC

27 Otro Caso Concreto con Franquicia: Condominio El Águila, Iquique Datos del proyecto: 137 departamentos 475 personas que consumen c/u 30 litros por día (multifamiliar) de agua a 45 C Consumo total de litros por día Demanda de Energía para la Producción de ACS (45 C) = kwh/año Ahorro económico según el F-chart Producción de kwh/año Contribución solar de 75% Ahorro de $ al año Sistema Solar Térmico 39 colectores de 3m 2 c/u : 117m 2 en total 4 acumuladores de litros c/u 3 calderas en sistema de apoyo Fuente:

28 Otro Caso Concreto con Franquicia: Condominio El Aguila, Iquique Fuente: Fuente: SEC

29 Caso Concreto sin Franquicia : Hotel Antofagasta Datos del proyecto: Calle Balmaceda N 2575, en la ciudad de Antofagasta. 200 habitaciones Consumo diario máximo de litros de ACS a 45 C Sistema Solar Térmico híbrido Solar-Diesel con bombas de calor Pre-calentamiento de ACS a 40 C con una bomba de calor 160m 2 de colectores solares de placa plana. Circulación forzada / circuito solar cerrado (PROPILEN GLICOL) Estanque termo-acumulador Sistema térmico convencional con petróleo Diesel en sistema de apoyo Producción y ahorro Contribución solar de 60% del consumo 40% con el sistema tradicional La inversión del SST se recupera a los 5 años

30 Caso Concreto: SST para la escuela D-66, Antofagasta Consideraciones: 650 estudiantes y 130 de ellos se duchan cada día Se añade el consumo de ducha de 20 personas durante horario extra-escolar Azotea disponible para la implementación de los colectores solares de 285 m 2 Proyecto: Consumo total anual de kwh/año Diseño con elprograma comercial Transol Se cubre 76,8% de la demanda total anual de ACS con SST Rendimiento energético anual de los colectores solares del 31% Item Nombre Características Observaciones 1 Consumo máximo diario de 30 litros por persona de ACS litros/día la escuela a 45 C 2 Superficie captadora neta Colectores de 1,8 m 2 24 colectores total de 43,2 m2 3 Estanque vertical con Estanque acumulador litros intercambiador interno. 4 Sistema auxiliar Calefón de 10 kw de potencia. Sistema a gas

31 Caso Concreto: SST para la escuela D-66, Antofagasta Resultados económicos: Inversión económica es de CLP considerando materiales, ingeniería, montaje y el costo anual de mantención incluyendo una margen para el cambio de piezas. Recuperación de la inversión en 8 años Ahorro anual de 13,7 Toneladas de CO2

32 Caso Concreto: Centro penitenciario femenino Antofagasta Datos del proyecto Consumo de agua caliente sanitaria a 45 C de litros por día Demanda energética anual de 68,29MWh Sistema Solar Térmico 30 colectores tipo plano de 2m 2 c/u Superficie total de 60m 2 Circulación forzada / SST indirecto 3 acumuladores de inercia de 1000 litros c/u 2 acumuladores ACS de 500 litros c/u Bomba de calor en sistema de apoyo Producción Producción anual de 49,71MWh Contribución solar de 74% del consumo

33 Caso Concreto: Jardín infantil DUMBO, Antofagasta Datos del proyecto Consumo de agua caliente sanitaria a 45 C de 600 litros por día 2 SST que tienen las mismas características Sistema Solar Térmico Para generar un consumo de ACS de 300 Lts por día 4 colectores tipo plano de 2m 2 c/u Superficie total de 8m 2 Circulación forzada / SST indirecto 1 acumulador de 400 litros Calefón en sistema de apoyo Producción Contribución solar de mas de 70% del consumo

34 Caso Concreto: Jardín infantil GIRASOL, Antofagasta Datos del proyecto Consumo de agua caliente sanitaria a 45 C de 450 litros por día 2 SST que tienen las mismas características Sistema Solar Térmico Para generar un consumo de ACS de 300 Lts por día 3 colectores tipo plano de 2m 2 c/u Superficie total de 6m 2 Circulación forzada / SST indirecto 1 acumulador de 300 litros Calefón en sistema de apoyo Producción Contribución solar de mas de 70% del consumo

35 Caso Concreto: Jardín infantil Caracolito, Antofagasta Sistema Solar Térmico 1 Para generar un consumo de ACS de 300 Lts por día 2 colectores tipo plano de 2m 2 c/u Superficie total de 4m 2 Circulación forzada / SST indirecto 1 acumulador de 200 litros Calefón en sistema de apoyo Sistema Solar Térmico 2 Para generar un consumo de ACS de 300 Lts por día 2 colectores tipo plano de 2m 2 c/u Superficie total de 4m 2 Termosifón / SST indirecto 1 acumulador de 200 litros Calefón en sistema de apoyo

36 Retorno de experiencia de la JUNJI Antofagasta Nombre Proyecto: Sistemas Solares Térmicos para Agua Caliente Sanitaria en Jardines Infantiles y Salas Cuna de la JUNJI Antofagasta Resumen proyecto: Los sistemas solares térmicos instalados en tres jardines infantiles JUNJI de Antofagasta ( Dumbo, Caracolito y Girasol ) aportarán más del 70% de la energía necesaria para abastecer de agua caliente sanitaria a las salas de muda de estos establecimientos. Los sistemas instalados se proyectan con una vida útil de 20 años. Monto Total: CLP$ Fracasos: Sin monitoreo y sin control Sistema auxiliar que no operan Deficiencia de funcionamiento Poca presión en el sistema Mala repartición del agua de consumo Mala aislación del sistema Fuente: Ministerio de Energía

37 Caso Concreto: Jardín infantil TAMARUGO, Calama Sistema Solar Térmico 1 Para generar un consumo de ACS de 400 Lts por día 3 colectores tipo plano de 2m 2 c/u Superficie total de 6m 2 Circulación forzada / SST indirecto 1 acumulador de 300 litros Calefón en sistema de apoyo Sistema Solar Térmico 2 Para generar un consumo de ACS de 300 Lts por día 2 colectores tipo plano de 2m 2 c/u Superficie total de 4m 2 Circulación forzada / SST indirecto 1 acumulador de 300 litros Calefón en sistema de apoyo

38 Otros Casos: Sistemas Solares Termosifón Grupo instrucción de carabineros Antofagasta Hospital militar Antofagasta Superficie total colectores solares: 24m 2 Capacidad de acumulación total: 1800 litros Costo total (instalado): $CLP

39 APLICACIONES Calentamiento agua piscinas Ventajas: Prolongar la temporada de baño Ahorros importantes en gastos de operación Reducción del impacto ambiental Atractivos retornos de inversión

40 Calentamiento agua piscinas APLICACIONES Tecnología: Placa plana sin cubierta Temperatura de funcionamiento: Max 50 C Costo: CLP$ /m 2 Necesidades: Entre 0,8 y 1 m 2 panel/m 2 piscina

41 APLICACIONES Calentamiento agua piscinas - Casos de éxitos Proyecto: Piscina Estadio Español (312m2) Localidad: Santiago, RM Superficie colectores: 209m2 Observación: con sistema de apoyo Proyecto: Piscina ACUAVITA (400m2) Localidad: Vitacura, RM Superficie colectores: 372m2

42 APLICACIONES Calefacción Posibilidad de sistema mixto: ACS + Calefacción Necesita un mayor cantidad de colectores solares Hasta 50% de Contribución Solar para la calefacción de una casa Sistema de apoyo obligatorio

43 APLICACIONES Calefacción Tecnología: Necesidades de colectores: Coste: Calefacción solar 2m 2 de colector / 10m 2 del piso 200 US$ / m 2 del piso

44 APLICACIONES Enfriamiento con maquina de absorción

45 APLICACIONES Enfriamiento con maquina de absorción Tecnología: Máquina de absorción Temperatura funcionamiento 90 C Potencias > 5 kw Coste: US$/kW Necesidades: 3m 2 /kw ntacion-absorsistem-s-l html t/usa-climatewell-wins-technologycontest-general-electrics

46 El mismo tipo de colector se puede utilizar para procesos industriales de baja temperatura, como los procesos mineros. APLICACIONES Calor para procesos industriales Intercambiador de Calor Planta Solar Planta SX A Planta EW

47 APLICACIONES Minera Constanza Planta Pukará Hatur Tecnología: Colectores planos Área total colectores: 404 m 2 Producción anual 540 MWh t Contribución solar 90% Almacenamiento calor 25 m 3 Coste US$

48 APLICACIONES Minera Gaby Pampa Elvira Solar Tecnología: 2620 colectores planos Área total colectores: m 2 Producción anual MWh t Contribución solar 85% Almacenamiento calor m 3 Coste US$

49 GRACIAS POR SU ATENCIÓN