Energías Renovables

Antecedentes generales y Aplicaciones de Energía Solar

Simone Bezamat WaltersCentro de Energías Renovables

Diciembre 2013

• Antecedentes generales del CER

• Conceptos generales Energía y ERNC

• Aspectos prácticos y aplicaciones (FV y SST)

Apoyo para el desarrollo de proyectos con Energía Solar

Agenda de Hoy

El CER es un comité CORFO, constituido en Agosto del 2009, que trabaja bajo los lineamientos del Ministerio de Energía

Centro de Energías Renovables, CER

SEREMI de Energía

El Ministerio de Energía está representado en regiones por SEREMIS, a cargo de 6 Macrozonas:

Carlos Arenas CoronilMacrozona: Arica-Parinacota, Tarapacá y AntofagastaGestor CER: Christian Malebrán

José Ignacio AlliendeMacrozona: Atacama y CoquimboGestor CER: Simone Bezamat

Rodrigo Sepúlveda PesoaMacrozona: Valparaíso, Metropolitana y Libertador Bernardo O’HigginsGestor CER: Katherine Navarrete

Rodrigo Torres HermosillaMacrozona: Maule, Biobío y La AraucaníaGestorCER: Pablo Tello

Mónica Saldías De La GuardaMacrozona: Los Ríos, Los Lagos y AysénGestor CER: Viviana Huerta

Octavio Casas CárdenasMacrozona: Magallanes y Antártida ChilenaGestor CER: Pablo Tello

Centro de Energías renovables (CER)

Comisión Chilena de Energía Nuclear (CCHEN)

Comisión Nacional de Energía (CNE)

Superintendencia de Electricidad y Combustibles (SEC)

INSTITUCIONES RELACIONADAS CON ENERGIA

Organismo técnico encargado de analizar precios, tarifas y normas técnicas a las que deben ceñirse las empresas de producción, generación, transporte y distribución de energía

Responsable de supervigilar el mercado de la energía

Organismo técnico asesor del Gobierno en materias relacionadas con el desarrollo pacífico de la EN.

Agencia Chilena de Eficiencia Energética (ACHEE)

Fundación de derecho privado, sin fines de lucro, cuya misión es promover, fortalecer y consolidar el uso eficiente de la energía

El Centro de Energías Renovables (CER) es una institución que consolida los esfuerzos del Estado de Chile para desarrollar las energías renovables no convencionales (ERNC).

Misión del CER

Asegurar la participación óptima de las EnergíasRenovables No Convencionales en la matrizenergética de Chile para contribuir al desarrollosustentable del país.

Apoyar Formación de Capacidades y

Competencias para el desarrollo de las ERNC

Promover y fomentar el desarrollo de

proyectos del sector

Satisfacer las necesidades de información de valor para el desarrollo de las

ERNC

Objetivos Estratégicos del CER

Energía

La «energía» es la materia prima que se requiere para realizar «trabajo».

Electricidad- Equipos electrónicos, iluminación, motores eléctricos,

transporte, comunicaciones, otros.

Calor- Calefacción, procesos industriales, otros.

Movimiento- Transporte, procesos industriales, otros.

Corresponden a aquellas fuentes de energía que pueden renovar su suministro a escala de tiempo

humana.

Energías Renovables

ERNCSOLAR

EÓLICA

GEOTERMIA

BIOENERGIA

MARINA

MINI HIDRAULICA

Familias de tecnologíasAplicación energética

Eléctrica Térmica Mecánica

Sola

r

Solar fotovoltaica (PV) xConcentración solar de

potencia (CSP)x x

Colectores Solares Térmicos x

Eólic

a

Eólica on shore xEólica off shore x

Eólica baja potencia x x

Hid

ro Mini hidráulica x xMicro hidráulica x x

Biom

asa Combustión/Cogeneración x x

Biogás x xBiocombustibles x x x

Geo

term

ia Geotermia alta entalpía x xGeotermia mediana entalpía x x

Geotermia baja entalpía x

Tecnologías ERNC

• Eléctrico• Térmico• Cogeneración

Autoconsumo sin venta de

excedentes

• PMGD < 9 MW• PMG < 9 MW• Net-Metering < 100 kW

Autoconsumo con venta de

excedentes a la red

• PMGD < 9 MW• PMG < 9MW

Proyecto de generación

eléctrica

T ipos de proyectos ERNC

• Altos costos de la energía en Chile hacen necesaria la búsqueda de alternativas de suministro.

• Gran parte de la actividad se desarrolla en lugares con buenos recursos renovables

• Aumenta la competitividad al reducir su huella de carbono.

¿Por qué ERNC en Autoconsumo?

Recomendaciones generales paraproyectos ERNC de autoabastecimiento

1. Realizar una buena evaluación del requerimiento energético.• Partir por identificar e implementar oportunidades de reducción de

consumos (Eficiencia energética)

• Establecer el tipo de demanda energética (Térmica, eléctrica o mecánica)

• Contar con fuentes fiables de determinación de la demanda (historial de demandas eléctricas y térmicas)

• Establecer, las variaciones, diarias y ciclos estacionales de las demandas

Iluminación, Climatización,

Refrigeración, ACS, Calor.

Tipo de consumos energéticos sector Turismo

• Energía Electricidad: 30% - 45

• Energía Térmica: 55% - 70%

Tipo de consumos energéticos sector Turismo

• Bombeo de Agua

• Iluminación

• Procesos

• Refrigeración

Tipo de consumos energéticos sector Agrícola

Aplicaciones de las Energías Renovables

Energía Solar

La energía solar corresponde a la radiación que recibe lasuperficie de la tierra proveniente del sol. Esta radiaciónestá compuesta de luz y calor y corresponde a un conjuntode ondas electromagnéticas.La energía recibida una superficie determinada se conocecomo irradiancia (intensidad de radiación), la cual varíasegún la hora del día, la inclinación de los rayos solares yla cobertura de nubes.Ventajas:Disponible en toda la superficie terrestre, aunque demenor intensidad hacia los polos. Es una fuenteinagotable. Sirve para generar electricidad o calor.

Desventajas:No está disponible durante la noche. Presenta variacionesestacionales. Ocupa gran superficie de terreno.

Energía Solar: aspectos generales

Tipos de Radiación

Radiación Global= Radiación directa + difusa + reflejada

Explorador Solar

La página web del Explorador Solar es: http://ernc.dgf.uchile.cl/Explorador/Solar2/

Desde esta página pueden acceder a los datos de radiación de un lugar de interés.

Tiene la ventaja de que pueden descargar un reporte con la información sobre radiación del lugar escogido.

Energía Solar: Fuentes de información

Programa Solar

En la página web del Programa Solar (www.programasolar.cl) podrán encontrar la publicación “Sistemas Solares Térmicos II”.

En los anexos están los datos de radiación global para cada comuna de Chile y datos de T°del Agua.

Otra publicación que puede serles útil es el Manual Práctico del Técnico Solar, que pueden descargar desde el link:

http://www.programasolar.cl/images/pdfs/manual_tecnico_solar_2013.pdf

Energía Solar: Fuentes de información

Colectores solares: Permiten aprovechar la radiación solar en forma directa para calentar agua para uso sanitario o en aplicaciones industriales.

Paneles fotovoltaicos: Permiten convertir la radiación solar directamente en electricidad, ya sea para aplicaciones domésticas o en generación eléctrica en grandes escalas.

Concentrador solar de potencia: Se usan espejos para concentrar la energía y calentar un fluido calorportadorque posteriormente genera vapor que ingresa a una turbina (CIEMAT, 2009).

Energía Solar: tecnologías

CER

CER

CER

Aplicaciones de Energía SolarPaneles Fotovoltaicos para electricidad

Principio básico de Operación

Componentes de Sistemas Fotovoltaicos

Aplicaciones de Energía SolarBombeo SolarUna interesante aplicación de la energía solar es el bombeo deagua de pozos o simplemente la elevación de agua para llenarun embalse u otros usos. Esta aplicación es especialmenteinteresante en comunidades rurales sin disponibilidad deenergía eléctrica.

Cocina parabólica Solar ($100.000)Es un artefacto que sirve para la cocción de diversos alimentosy que utiliza como única fuente de energía la luz solar.Las cocinas parabólicas utilizan el principio óptico de lareflexión a través de espejos. Todos los espejos estánenfocados a un mismo punto (foco), que es donde se pone laolla o sartén. Llegan a generar hasta 1.200 watts de potenciaen su punto focal, lo que incluso permite hacer frituras.

Aplicaciones de Energía Solar

http://www.youtube.com/watch?v=eIaK2b54a-E

Horno Solar ($60.000)Los hornos solares utilizan la conversión térmica de laradiación solar para cocinar alimentos Se basan en la absorciónde energía a partir de un acumulador de metal de color negroopaco. La temperatura alcanzada en el interior del recipiente(acumulador) dependerá de la cantidad de radiación solar queentre en el horno, así como del nivel de aislamiento térmicoque tenga.

Aplicaciones de Energía Solar

Restaurant Solar Villaseca

Aplicaciones de Energía Solar

Secadores solares

Deshidratación de frutas y algas

Aplicaciones de EnergíaSolar

¿Cómo medimos la energía para un proyecto de generación de electricidad?

•Medida de potencia:

– Watt o Vatio (W) = Unidad de potencia del sistema internacional

– KiloWatt (kW) = 1.000 Watts

– MegaWatt (MW)= 1.000 Kilowatts = 1 millón de Watts

•Medida de energía: E = P * t

– KiloWatt hora (kWh) = cantidad de energía que se desarrolla durante una hora con una potencia de un kilowatt

– Energía anual promedio: Corresponde a la energía promedio que se generará durante la operación del proyecto en un año (Energía = Potencia * Tiempo (hr) * Factor de Planta, expresada en kWh o MWh).

Ejemplo: Una planta solar de 30 MW de potencia, en un año produce 36.792 MWh de energía. (E = 30 * 365 * 24 * 14%)

FACTOR DE PLANTA

AsistenciaCER

Simone Bezamatsbezamat@cer.gob.cl

Gestora de Proyectos

+ 56 2 24969600

¿Cómo medimos la energía para un proyecto de generación de energía eléctrica o térmica?

Potencia y energía:

Ejemplo de demanda eléctrica de una Vivienda

Aparato Cantidad (C) Horas de operación diaria (h)

Potencia (kW)

(P)

Ciclo operativo (c)

Electricidad anual (kWh)

Computador 1 2 0,2 50% 73

Microondas 1 1 1 25% 46

Refrigerador 1 5 0,5 100% 913

Hervidor 1 1 1,5 100% 274

Ampolletas fluorescentes

4 4 0,03 50% 88

Ampolletas eficientes

10 4 0,012 50% 88

TOTAL 3,242 1.480

Electricidad anual = C * h * P * c * 365

Formulario

Lugar de procedencia: En general, es un dato que despistabastante y da una fama inmerecida a algunos fabricantes en desmedrode otros. No siempre un panel fabricado en Europa es mejor que unohecho en China, eso sí, siempre será más caro. Los siguientesantecedentes son las más importantes

Certificados: Es indispensable tener los certificados necesarios (enespañol o inglés). En Chile se pide la certificación IEC 61646, ya queno existe sistema de certificación nacional.

Características del panel: Eficiencia versus espacio disponible

Puntos a tener en cuenta para la compra depaneles fotovoltaicos

Comparación de uso de superficie

Fuente: http://pveducation.org

Puntos a tener en cuenta para unSistema FV

Fuente: Curso Sistemas Solares Fotovoltaicos, CDT, Octubre 2011.

Puntos a tener en cuenta para unSistema FV

Protecciones

• Requerimientos de protección para fallas, sobrecargas eléctricas,

cortocircuitos, sobretensión, descargas eléctricas, entre otros.

• Contemplan componentes para lado AC y DC.

• Equipos típicos: Fusibles, termo magnéticos, diferenciales, puesta a tierra,

pararrayos.

• Sistema de protecciones debe cumplir con Norma Chilena Eléctrica

4/2003.

Puntos a tener en cuenta para unSistema FV

Inversores

• Parámetros de selección:

Potencia.

MPPT.

Frecuencia de salida.

On Grid/Off Grid

Sistema de medición.

• Características del entorno:

Fresco y seco.

Libre de polvo.

Protegido contra efectos de vapores.

• Uso en exterior:

Protegido contra radiación directa y lluvia.

Garantías, normativa y certificación

• A nivel nacional, no existe normativa especifica para componentes de

sistemas fotovoltaicos.

• La instalación debe cumplir La Norma Chilena Eléctrica 4/2003.

• Existe varios organismos y certificaciones de componentes a nivel

internacional que pueden utilizarse como referencia:

IEC 61215 : Paneles Si cristalino (cumplimiento parámetros de

diseño)

IEC 61646: Paneles de capa fina (cumplimiento parámetros de

diseño).

Organismos certificadores: IEC, ISO, TUV, IEEE, etc.

Garantías, normativa y certificación

• Rendimiento esperado paneles FV

Debido a degradación 90% de su capacidad al año 10.

80% de su capacidad a 20-25 años.

• Garantía típica paneles FV e inversores:

2-5 años inversores.

5 -10 años paneles FV.

Componente Sistema Aislado Sist. conectado red

Panel Fotovoltaico SI SI

Inversores SI SI

Cables, ductos y protecciones

SI SI

Batería SI NO

Regulador de carga SI NO

Inversor: Componente de electrónica de potencia que transforma energía eléctrica DC en energía eléctrica AC.Cables, ductos y protecciones: Componentes del sistema fotovoltaico responsables del transporte de energía y seguridad del sistema.Batería: Elemento acumulador de energía eléctrica. En sistemas fotovoltaicos, se utilizan baterías de acido plomo de ciclo profundo.Regulador de carga: Elemento electrónico responsable de conectar y desconectar la batería en función de su estado de carga (SOC, en ingles).

Resumen Sistemas PV

Bombeo FV (con estanque riego directo)

Fuente: Reindhold Smidt, cursos CER

Motobombas Solares

Fuente: Reindhold Smidt, cursos CER

Colector solar para Agua Caliente Sanitaria (ACS)

Tipo de intercambiador de calor que convierte la radiación solar en energía térmica utilizable (radiación flujo).

– Funcionan con flujos de calor bajos (radiación) Máximo de 1,1 kW/m2 y variables en el tiempo.

– Simplicidad mecánica (estructura fija).– Parámetros relevantes: niveles de temperatura en el fluido de

trabajo, fracción de energía utilizable en el colector.

Componentes de un SST para ACS

Aspectos prácticos al adquirir un SistemaSolar Térmico (SST)Capacidad

Presurizados (deben resistir la presión de la red)

¿Dónde puedo revisar si el SST estácertificado por SEC?

1. Ingresar a: www.sec.cl

2. Buscar en la página elmenú que dice: “RegistroColectores Solares”.

3. Hacer click en la opción“Verificación Nros. deSeries”.

Simulación caso Colectores Solares Térmicos para Agua Caliente Sanitaria

• Hotel en Providencia

• 50 usuarios diarios de ACS

• Reemplaza gas natural

• Inversión: $26.811.725

• 47 m2 de paneles aprox

• Pay back: 6 años$ -

$ 100.000

$ 200.000

$ 300.000

$ 400.000

$ 500.000

$ 600.000

Ener

o

Febr

ero

Mar

zo

Abri

l

May

o

Juni

o

Julio

Agos

to

Sept

iem

bre

Oct

ubre

Nov

iem

bre

Dic

iem

bre

Ahorro y consumo con Sistema Solar Térmico

Ahorro mensual

Gasto mensual en calentar agua CON Sistema Solar Térmico

Colector tubos al vacío Gasto anual en calentar agua sin SST

Gasto anual en calentar agua con SST

Gasto anual en calentar agua $ 6.367.610 $ 2.165.319 Ahorro $ 4.202.291

Apoyos para el desarrollo de proyectos- Concurso de cofinanciamiento para autoabastecimiento

-Primer concurso terminado-Segunda convocatoria, inicios de 2014

-NAMA para autoabastecimiento-15 millones de euros-Líneas de crédito, garantías y subsidios-Inicio 2015

-Calculadoras (SST para ACS y PV)- Entrega de información y orientación - Directorio de empresas de Energía Solar- Instrumentos de apoyo a nivel regional- Programa Regional-Otros concursos (CNR-FIA)

NAMA para autoabastecimiento

NAMA para autoabastecimiento

Energía Solar Térmica

Se aprovecha energía proveniente de radiación solar directamente para calentar un fluido. Agua caliente ducha, lavado, otros servicios.

Dos tipos de colectores para disponibles en mercado

Colector plano y

Colector de tubos al vacío

Energía Solar Térmica

1. Colector Plano• Vidriados• No vidriados (piscinas)

Energía Solar Térmica

2. Tubos al vacío• Flujo directo• Flujo indirecto o Heat pipe

Energía Solar Térmica

Energía Solar Fotovoltaica

1. Conectado a la red (On grid)

Se aprovechan fotones provenientes de radiación solar para generar electricidad (efecto fotoeléctrico). Existen dos tipos de sistemas:

Energía Solar Fotovoltaica

2. Aislado de la red (Off grid)

Energía Solar Fotovoltaica

Aplicaciones Calculadoras

Solar Térmica y Solar Fotovoltaica

Dos modalidades:

1. Modalidad Básica • 4 a 5 parámetros para dimensionar• Se sugieren valores avanzados

Calculadoras CER

2. Modalidad Avanzada • Ajustar valores sugeridos• Variar costos, demanda, radiación

Calculadoras CER

• Costo de inversión• Ahorros mensuales y anuales• Periodo de recuperación de la Inversión (PRI)• Gráficos• Reporte en pdf (resultados y datos ingresados)

Resultados

Ahorro anual

Ahorromensual

Periodo recuperación de inversión

Gráficos

Reporte

Simone BezamatCentro de Energías Renovablessbezamat@cer.gob.cl

www.cer.gob.cl