Eficiencia Energética y Aplicaciones de la Energía Solar.

Transcripción

1 Eficiencia Energética y Aplicaciones de la Energía Solar. Rodrigo H. Cáceres A. Magíster en Ingeniería de Negocios. Ingeniero Civil Industrial. Contenido de la Presentación. Eficiencia Energética. Energía Solar. Tecnología Solar - Fotovoltaica. Tecnología Solar-Térmica. Aplicaciones Futuras. 1

2 Eficiencia Energética. CONCEPTO. Eficiencia Energética. -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. 2

3 OBJETIVO. Eficiencia Energética. -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) 3

4 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. Energía. 20 % Luz, 80 % Calor. Energía. 90 % Luz, 10 % Otros*. 100 Watts 25 Watts 5 8 Watts En 6 Años: 8, 10, 12 Ampolletas Incandescentes v/s Solo 1 Ampolleta Led. 4

5 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. 5

6 Energía Solar. - Efectos y Usos de la Energía Solar: - Evaporación de los mares. Hidroelectricidad. - Circulación de grandes masas de aire. E. Eólica. - Central Solar Térmica. Electricidad. - Cocina Solar. - Destilación. - Secado. - Calentamiento de Agua. - Calefacción doméstica. - Refrigeración. - Aire Acondicionado. Energía Solar. Cómo está distribuida la Energía Solar? 1,000 Anual. Zona Central, 5 Región. 0,900 0,800 0,700 KWatts hora/m^2 0,600 0,500 0,400 0,300 0,200 0,100 0,000 Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Sept Octubre Noviembre Diciembre Meses 6

7 Energía Solar. Cómo está distribuida la Energía Solar? Diaria 6 Región Watts/M^2 1000,0 900,0 800,0 700,0 600,0 500,0 400,0 300,0 200,0 100,0 0,0 Radiación Diária 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 Enero Junio 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. 7

8 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. 8

9 Tecnología Solar - Fotovoltaica. - Celdas y Paneles Fotovoltaicos. Efecto Foto-Eléctrico, descubierto Confección del primer Módulo Fotovoltaico en Utilizada en la Industria Espacial en los 60 s. Emitir Electrones bajo Iluminación. 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. 9

10 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 10

11 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 Elemento Potencia (W) Potencia Total (W) Horas diárias (H) Energía Dia (Wh) 4 Foco Led Foco Led Potencia Máxima 64,0 Watts Energía Diária 320,0 Watts-día Pérdidas 5% 16,0 Watts Energía Requerida 336,0 Watts-día Energía Solar Fotovoltaica. Capacidad y Autonomía: Corriente del Sistema: Autonomía: 336,0 W = 28 Ah 12 V 3 días Capacidad de la batería 3 días x 28 Ah = 84 Ah Se escoge una batería de 12V/100 Ah 11

12 Energía Solar Fotovoltaica. Determinar Cantidad de Paneles: Radiación Pmax Horas Netas de Sol Areas iguales Modelo empírico simplificado. 6:00AM 12:00M 6:00PM H NS 12h / t 24h 6PM P( t) dt P( t) dt Vi Ii t o 6 AM i= 0 = = = Pmax P( 12M ) P( 12M ) 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. 12

13 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 Bateria 12V/100 Ah Regulador de Carga Cables y otros Total 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 13

14 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 Bateria 12V/42 Ah Regulador de Carga Inversor 60 Watts Cables y otros Total Tecnología Solar-Térmica. 14

15 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. 15

16 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 m 2 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): y $ /m 2 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 m 2 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): y $ /m 2 de colectores. Cobertura anual de A.C.S.: Superior al 70% * Valor estimado para la zona central del país. 16

17 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. 17

18 Maleta Solar Barco Solar Pintura Solar Solar Book Casa Solar Cargador Solar Vehículo Solar Vidrio Fotovoltaico Solar Colectores Infrarojos (NanoTecnología) 18