Presentación y objetivos

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1 Presentación y objetivos Los acuerdos internacionales para reducir las emisiones y las directivas europeas, en relación con el aumento de la generación eléctrica a partir de fuentes renovables y la protección del medio ambiente, señalan que el crecimiento de potencia instalada de energías renovables va a aumentar en los próximos años. Por ello, el incremento del peso específico de las energías renovables dentro del panorama energético nacional lleva aparejado un crecimiento considerable de la actividad empresarial en este sector y, por tanto, un aumento significativo de puestos de trabajo. Conocer en profundidad las principales formas de generación alternativa: eólica y solar térmica y fotovoltaica, para poder dimensionar instalaciones renovables de estas tecnologías tanto aisladas como conectadas a la red de distribución de energía eléctrica. Al finalizar el estudio del presente curso, el alumno aprenderá: Cuantificar la energía eléctrica que somos capaces de generara dependiendo de la energía recibida del sol y de la instalación proyectada, así como, analizar las pérdidas de nuestra instalación dependiendo de la instalación. Identificar las diferentes fases necesarias para la implementación de estas instalaciones y su puesta en servicio. Determinar la superficie captadora necesaria inclinación y orientación, para garantizar una contribución solar dada, y dimensionar el circuito hidráulico, seleccionando los diámetros de tuberías y componentes más adecuados. Dimensionar instalaciones solares para el acondicionamiento del agua de piscinas, tanto descubiertas como cubiertas, así como para calefactar recintos. Comprender los principios básicos en los que se rigen los principales componentes de una instalación eólica y los diferentes tipos de instalaciones. Adquirir los conocimientos sobre las características principales que definen a la energía eólica y conocer el estado actual de la tecnología a nivel mundial. Para todo ello se utilizará el siguiente software: HOMER * * Requisitos: cualquier sistema operativo Windows y emuladores de Windows para Mac y Linux.

2 UNIDAD 1. Energía Solar 1.1. Fundamentos básicos Concepto de energía Trabajo y calor El Sol como origen 1.2. Aspectos energéticos directos El espectro solar Intensidad de la radiación solar La constante solar Energía de radiación La radiación solar atraviesa la atmósfera La radiación sobre la superficie terrestre 1.3. Parámetros de la posición Sol-Tierra Las estaciones Declinación solar Posicionamiento solar Hora solar y hora local 1.4. Cómo aprovechar la energía solar? Energía solar aprovechable La naturaleza en primer lugar Procesos de aprovechamiento artificiales Conversión a energía térmica Conversión a energía eléctrica 1.5. Calculo de la radiación Medida de la radiación solar Obtención de la radiación a partir de tablas Cálculo teórico de la radiación solar Índice de claridad Cálculo de la radiación difusa a partir de la radiación global Radiación en superficies inclinadas Cálculo de la radiación sobre superficies inclinadas 1.6. Nomenclatura Módulo 1: Energía Solar Fotovoltaica UNIDAD 2. Célula-módulo solar 2.1. Componentes electrónicos activos El enlace iónico El enlace covalente Semiconductores La barrera de potencial 2.2. El efecto fotovoltaico Historia de la fotovoltaica El efecto fotovoltaico Estructura de las células solares Tipos de células Principio de funcionamiento célula solar Circuito equivalente Pérdidas de las células solares 2.3. Módulo solar Asociación de células solares Características técnicas de paneles solares Proceso de fabricación de los módulos solares Asociación de Panel 2.4. Degradación de los módulos solares 2.5. Efectos de las sombras 2.6. Mantenimiento de los módulos solares El posicionamiento solar es algo fundamental en el cálculo del Aprovechamiento energético

3 UNIDAD 3. Equipos de instalaciones solares fotovoltaicas 3.1. Estructuras Tipos de estructura Instalaciones Fijas Seguidores solares 3.2. Disposición de paneles Orientación e inclinación óptimas Determinación de las pérdidas por orientación e inclinación Localización de la dirección geográfica norte-sur Sombras sobre los módulos Diagrama de trayectorias solares Obtención del perfil de los posibles obstáculos Valoración de las pérdidas por sombras Distribución del campo solar 3.3. Sistema de acumulación Baterías Principio físico y características Tipos de baterías El sistema de acumulación de la instalación 3.4. Regulador de carga Tipos de reguladores de carga Ajustes de la regulación de la carga 3.5. Convertidores DC/AC Convertidor o Inversor aislado Convertidor o inversor cargador aislado Clasificación de los tipos de inversores Inversor conexión a red eléctrica Tipos de inversores Eficiencias en el inversor 3.7. Protecciones de las instalaciones fotovoltaicas Instalación puesta a tierra Descargador de sobretensión Protecciones en corriente continua Protecciones en corriente alterna 3.8. Otros componentes de la instalación eléctrica Ejemplo: instalación fotovoltaica con temporizador horario

4 UNIDAD 4. Dimensionado de instalaciones aisladas 4.1. Instalación fotovoltaica aislada o autónoma 4.2. Componentes de un sistema aislado 4.3. Dimensionado de sistemas autónomos Datos de la localización de la instalación Características de los elementos del sistema 4.4. Instalaciones solares fotovoltaicas aisladas con acumulación, y línea de continua Dimensionado del regulador de carga Resumen de cálculo 4.5. Sistemas fotovoltaicos aislados de la red de suministro con acumulación, de corriente alterna (AC) 4.6. Cálculo de la sección del conductor 4.7. Mantenimiento instalaciones aisladas Mantenimiento de la instalación, desarrollado por el usuario Mantenimiento de la instalación, desarrollado por el técnico 4.8. Viabilidad de una instalación aislada 4.9. Nomenclatura UNIDAD 5. Bombeo solar 5.1. Aplicaciones de bombeo solar 5.2. Cálculos de demandas hídricas Demandas de consumo Cálculos de la presión Cálculos energéticos del sistema 5.3. Descripción del sistema de bombeo fotovoltaico Subsistema motor-bomba Subsistema de acondicionamiento de potencia Acoplo generador-motor-bomba Subsistema de acumulación 5.4. Configuraciones típicas de un sistema de bombeo fotovoltaico Bombeo con motores DC Bombeo con motores AC 5.5. Dimensionado de un sistema de bombeo fotovoltaico Cálculo de la energía solar disponible Dimensionado del generador Cálculo de la potencia del motor Dimensionado de la bomba Ejemplo: diagrama de generador fotovoltaico típico

5 UNIDAD 6. Instalaciones solares fotovoltaicas conectadas a red 6.1. Instalaciones conectadas a red Instalaciones conectadas a red interconectadas Instalaciones autoconsumo Integración arquitectónica 6.2. Componentes instalación conectada a red Generador fotovoltaico Inversor Protecciones Equipos de medida Estructuras instalaciones conectadas a red 6.3. Dimensionado de instalaciones conectadas a red 6.4. Monitorización de instalaciones conectadas a red 6.5. Análisis de parámetros 6.6. Mantenimiento instalaciones Mantenimiento de las estructuras de soporte de los módulos Mantenimiento de los generados fotovoltaicos Mantenimiento del inversor Mantenimiento de los sistemas de protección y medidas Averías frecuentes en las instalaciones solares fotovoltaicas Termografía en las instalaciones solares fotovoltaicas 6.7. Nomenclatura UNIDAD 7. Normativa 7.1. España 7.2. Chile 7.3. Colombia 7.4. México

6 Módulo 2: Energía Solar Térmica UNIDAD 1. Energía Solar 1.1. Fundamentos básicos Concepto de energía Trabajo y calor El sol como origen 1.2. Aspectos energéticos directos El espectro solar Intensidad de la radiación solar La constante solar Energía de radiación La radiación solar atraviesa la atmósfera La radiación sobre la superficie terrestre Medida de la radiación solar 1.3. Parámetros de la posición Sol- Tierra Las estaciones Declinación solar Posicionamiento solar Hora solar y hora local 1.4. Cómo aprovechar la energía solar? Energía solar aprovechable La naturaleza en primer lugar Procesos de aprovechamiento artificiales UNIDAD 2. El Captador Solar 2.1. Qué es un colector solar? 2.2. Clasificación de los sistemas de captación Sistema de captación de baja temperatura Colectores de media y alta temperatura 2.3. El colector solar de placa plana Conversión fototérmica Efecto invernadero Captador de placa plana, elementos Estudio energético de un captador solar de placa plana Balance energético en el captador solar. ecuación de Bliss Factor de eficacia (fr) Curva de rendimiento del captador 2.4. Captador de tubos de vacío Captadores de flujo directo Captadores de vacío con tubo de calor (heat pipe) 2.5. Colectores de polipropileno Ventajas de los capatadores de polipropileno Ejemplo: diagrama de medición de radiación durante un año en la ciudad de Zaragoza

7 UNIDAD 3. Sistema de captación: El campo de colectores 3.1. Orientación e inclinación Orientación e inclinación óptimas Determinación de las pérdidas por orientación e inclinación Localización de la dirección geográfica norte- sur 3.2. Sombras sobre los colectores Predicción de sombras Diagrama de trayectorias solares Obtención del perfil de los posibles obstáculos Valoración de las pérdidas por sombras Densidad de colectores 3.3. Colocación de un colector solar Ubicación sobre el edificio Tipo de cerramiento Sistema constructivo del cerramiento Estructura soporte Exposición al viento 3.4. Conexionado de los captadores Cecomendaciones para el conexionado de captadores Conexionado en serie Conexionado en paralelo Conexionado mixto (serieparalelo) Caudal del campo de captadores 3.5. El fluido caloportador Qué es el fluido caloportador? Agua de la red Agua desmineralizada Agua con aditivos Agua con aditivo anticongelante Otros fluidos caloportadores Propiedades del fluido caloportador Gráficas de propiedades de mezclas anticongelante UNIDAD 4. Cálculo de la superficie captadora 4.1. Necesidades energéticas: tabla de consumos Cálculo de la demanda Temperatura de acumulación Tabla de consumos 4.2. Determinación de la energía solar útil 4.3. Estimación de la superficie captadora: método simplificado 4.4. Cálculo de la superficie captadora: método directo Fundamentos del método Intensidad útil y rendimiento del captador Cálculo de la energía neta disponible para el consumo Cálculo de la superficie de captación necesaria Contribución solar real Déficit energético 4.5. Método f-chart para el dimensionado del campo de captadores Antecedentes Estimación de las cargas caloríficas Estimación de la radiación solar incidente útil Primera estimación de la superficie captadora Cálculo del parámetro d Cálculo del parámetro d Valoración de la cobertura solar mensual Valoración de la cobertura solar anual Obtención de la gráfica-

8 UNIDAD 5. El circuito hidráulico 5.1. Conducciones del fluido caloportador Tubo de cobre y aleaciones de cobre Tubo de acero Galvan Tubo de acero inoxidable Tubo de fundición dúctil Conductos de plástico Tubos de acero negro Tubos de aluminio 5.2. Dimensionado de las tuberías del circuito Hidrostática: presión estática Conceptos básicos de hidrodinámica Selección del diámetro de las tuberías Verificación del dimensionado 5.3. Trazado y representación de tubería UNIDAD 6. El Circuito Primario: Componentes 6.1. Almacenamiento de la energía térmica Selección del depósito solar Conexionado Cálculo del volumen de acumulación 6.2. Transferencia de calor Transferencia directa Transferencia con intercambiador interno Transferencia con intercambiador externo Recomendaciones para el dimensionado 6.3. Principio de circulación del fluido Circulación natural (termosifón) Circulación forzada 6.4. Sistema de expansión Vaso de expansión cerrado Vaso de expansión abierto 6.5. Sistema de aporte de energía auxiliar Sistemas integrados en el acumulador Sistemas en línea Sistemas en paralelo 6.6. Aislamiento térmico Cálculo del espesor mínimo de aislamiento 6.7. Otros componentes del circuito Válvulas Purgadores y desaireadores 6.8. Equipos de medida Medida de la presión Medida de la temperatura Medida del caudal volumétrico Medida de la energía térmica 6.9. Simbología Ejemplo: sistema de ACS con tubería de retorno

9 UNIDAD 7. Diseño y regulación 7.1. Principios básicos para el diseño de instalaciones 7.2. Tipología de instalaciones Según el principio de funcionamiento Según el tamaño 7.3. Sistemas solares prefabricados 7.4. Sistemas solares a medida Subsistema de captación Subsistema de acumulación (inercia y consumo) Subsistema de apoyo Subsistema de consumo 7.5. Configuraciones para viviendas multifamiliares 7.6. Regulación y control Termostatos Termostatos diferenciales Sondas termométricas Regulares centralizados Válvulas motorizadas Válvulas mezcladoras Otros elementos de regulación 7.7. Regulación del circuito primario 7.8. Regulación de carga/descarga de acumuladores UNIDAD 8. Ejecución de instalaciones 8.1. Pasos previos: replanteo 8.2. Recogida y acopio de materiales 8.3. Proceso de montaje Medidas de seguridad Maquinaria y medios auxiliares Estructura soporte Tuberías y accesorios Conducciones. el tubo de cobre y su manipulación Soldadura de tubos de cobre por capilaridad Colocación y fijación de tuberías Otros elementos 8.4. Puesta en marcha de la instalación Lavado de la instalación Llenado definitivo del circuito primario Llenado del circuito secundario Ajustes de funcionamiento 8.5. Pruebas de recepción 8.6. Aislamiento de la instalación 8.7. Entrega de la instalación 8.8. Acciones de mantenimiento Plan de vigilancia Mantenimiento preventivo Mantenimiento correctivo Incrustaciones calcáreas Corrosión Prevención de la legionela Ejemplo: sistema de desinfección térmica periódica, antilegionela

10 UNIDAD 9. Calefacción de viviendas y calentamiento de piscinas 9.1. Colectores y depósitos de almacenamiento 9.2. Cargas y dimensionado de sistemas 9.3. Energía auxiliar 9.4. Distribución del flujo en los colectores 9.5. Temperaturas ambientales bajo cero 9.6. Calefacción solar Sistemas de calefacción solar Sistema de calefacción de aire 9.7. Sistemas de calentamiento de agua sanitaria 9.8. Refrigeración solar por absorción 9.9. Sistemas de captación y almacenamiento de calor en muros Sistemas de colector radiador y almacenamiento Sistemas con bomba de calor y radiador colector Calefacción radiante. Sistemas y aplicaciones Distribución y diseño Distribución y montaje. Tuberías Tipos de colectores utilizados en piscinas Climatización de piscinas Circuitos básicos de regulación de instalaciones solares en piscinas Procedimiento para el dimensionado de la instalación solar térmica en piscinas Condiciones ambientales Procedimiento para el cálculo del la instalación Cálculos de la instalación UNIDAD 10. Estudio económico de una instalación solar térmica Estudio de la rentabilidad Conceptos previos para el análisis económico Inversión diferencial Costes de mantenimiento Tiempo de vida Coste de la energía Otros conceptos económicos La función de actualización de capitales Actualización del coste de los combustibles Conceptos del análisis económico Ahorro en el primer año Valor actual neto Tasa de rentabilidad interna Período de retorno del capital invertido Ejemplo Ejemplo de presupuesto Parte 1. Resumen Parte 2. Precios unitarios Parte 3. Precios descompuestos Ejemplo: sistema de calentamiento indirecto de piscina y/ó calefacción

11 Módulo 3: Energía Eólica UNIDAD 1. Ayer y hoy de la energía eólica 1.1. Introducción Contexto energético actual Energía Origen del viento Ventajas de la energía eólica Inconvenientes de la energía eólica 1.2. Un poco de Historia 1.3. Clasificación de aerogeneradores Niveles de potencia Orientación del eje principal de rotación Orientación del rotor respecto a la dirección del viento Número de palas 1.4. Clasificación de instalaciones eólicas 1.5. Situación actual de la energía eólica en el mundo Situación de la energía eólica en Asia Situación de la energía eólica en Norte América Situación de la energía eólica en África y la península arábiga Situación de la energía eólica en la zona del Pacífico Situación de la energía eólica en Latinoamérica Situación de la energía eólica en Europa UNIDAD 2. El aerogenerador 2.1. Recurso eólico Origen del viento La naturaleza variable del viento Distribuciones de velocidad del viento Potencial eólico. Límite de Betz 2.2. Tipos de aerogeneradores. Clasificación Eje vertical/horizontal Barlovento/sotavento Número de palas Clases de aerogeneradores según parámetros de diseño 2.3. Partes de un aerogenerador Rotor Góndola Torre Cimentación 2.4. Aerogeneradores: conceptos básicos Curva de potencia de un aerogenerador Aerodinámica de un aerogenerador Control de potencia Situación tecnológica de la Energía Eólica

12 UNIDAD 3. Instalaciones eólicas 3.1. Componentes adicionales de las instalaciones eólicas Inversor Rectificador Regulador Sistema de almacenamiento 3.2. Clasificación de las instalaciones eólicas 3.3. Instalaciones eólicas aisladas Instalaciones eólicas de bombeo Instalaciones eólicas aisladas de baja potencia. Minieólica Instalaciones eólicas aisladas híbridas 3.4. Parques eólicos conectados a red Parques eólicos terrestres Parques eólicos marinos UNIDAD 4. Promoción y explotación de parques eólicos Implantación de un parque eólico Elección del emplazamiento Campaña de medición de recurso eólico y caracterización del emplazamiento Estudios económicos de rentabilidad Autorización administrativa y punto de conexión Autorización ambiental 4.2. Medición, evaluación y cuantificación del recurso eólico Campaña de medición Evaluación del recurso eólico del emplazamiento 4.3. Cómo interpretar un proyecto eólico? Estructura de la memoria 4.4. Fabricantes de software de previsión de viento Meteosim truewind 4.5. WindPRO y WASP: modelos de software de predicción WindPRO DECIBEL: medio ambiente WAsP (Wind Atlas Analysis and Aplication Program) Otros paquetes de software 4.6. Tipos de modelos de predicción Técnicas numéricas Técnicas estadísticas Técnicas híbridas Ejemplo: partes internas de un aerogenerador

13 UNIDAD 5. Mantenimiento eólico 5.1. Gestión del mantenimiento Introducción a la gestión del mantenimiento Clasificación del mantenimiento Algunos conceptos generales de mantenimiento El plan de mantenimiento 5.2. Mantenimiento mecánico de parques eólicos Herramientas mantenimiento mecánico Principales tareas mantenimiento mecánico de un aerogenerador 5.3. Mantenimiento eléctrico de parques eólicos Herramientas mantenimiento eléctrico Principales tareas mantenimiento eléctrico de un parque eólico 5.4. Mantenimiento de los sistemas de control y acondicionamiento de potencia de parques eólicos 5.5. Averías y faltas en un parque eólico. Mantenimiento correctivo 5.6. Seguridad. Equipos de protección individual EPIs Seguridad y equipo de protección individual para trabajo en alturas en interior de aerogeneradores Seguridad y equipo de protección individual para trabajo en riesgo eléctrico UNIDAD 6. Sistemas de gestión y supervisión de parques eólicos 6.1. Sistemas de gestión y supervisión de parques eólicos Sistemas de gestión Sistemas de gestión aplicados a parques eólicos Pantallas SCADA en sistemas de gestión 6.2. Estándares de comunicaciones en parques eólicos Protocolos IP en gestión de parques eólicos Ejemplos de sistemas basados en TCP/IP Soluciones de conectividad de comunicaciones Conectividad vía satélite Seguridad en protocolos IP UNIDAD 7. Normativa 7.1. España 7.2. Chile 7.3. Colombia 7.4. México

14 Información adicional Una vez superado con éxito el Curso Superior en Energías Renovables, recibirás el título universitario expedido directamente por la Universidad Católica de Ávila, con 18 créditos europeos ECTS. Salidas profesionales: Oficinas técnicas para redacción de proyectos o memorias para este tipo de instalaciones. Departamento técnico para la ejecución y/o mantenimiento de instalaciones solares térmicas, fotovoltaicas o eólicas Montaje instalaciones solares fotovoltaicas, de parques eólicos y instalaciones térmicas de baja temperatura. Emprendedores que quieran hacerse un hueco en el sector de las energías renovables. Completando este curso, podrás convalidarlo como asignaturas de nuestro programa: EXPERTO EN ENERGÍA SOLAR MASTER EN ENERGÍAS RENOVABLES MASTER EN GESTIÓN Y DESARROLLO DE ENERGÍAS RENOVABLES Duración del curso: 450 horas Créditos ECTS: 18