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Eficiencia Energética y Aplicaciones de la
Energía Solar.
Rodrigo H. Cáceres A.Magíster en Ingeniería de Negocios.
Ingeniero Civil Industrial.www.solen.cl
Contenido de la Presentación.
Eficiencia Energética.Energía Solar.
Tecnología Solar - Fotovoltaica.Tecnología Solar-Térmica.
Aplicaciones Futuras.
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Eficiencia Energética.
Eficiencia Energética.• CONCEPTO.
-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 beneficiosen el uso final de la energía con el menor impacto sobre el medio ambiente.
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Eficiencia Energética.• OBJETIVO.
-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: Elevado Consumo, Excesivo Calor, Zumbido, Poca Duración.
Incandescente: 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 esnecesaria una gran intensidad de luz para así ahorrar energía.
- Arquitectura adecuada. (Colores claros y brillantes)
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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.
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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.
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- 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.
Energía Solar.
¿Cómo está distribuida la Energía Solar ?
Zona Central, 5 Región.
0,000
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
0,600
0,700
0,800
0,900
1,000
Enero
Febrer
oMarz
oAbri
lMay
o
Junio Ju
lio
Agosto Sep
t
Octubre
Noviem
bre
Diciem
bre
Meses
KW
atts
hor
a/M
^2
Anual.
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Energía Solar.
¿Cómo está distribuida la Energía Solar ?
Diaria – 6 Región
Radiación Diária
0,0100,0200,0300,0400,0500,0600,0700,0800,0900,0
1000,06:
00
7:00
8:00
9:00
10:0
0
11:0
0
12:0
0
13:0
0
14:0
0
15:0
0
16:0
0
17:0
0
18:0
0
19:0
0
20:0
0
21:0
0
Horas
Watts/M^2
Enero Junio
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.
Energía solar térmica: Para producir agua caliente de baja temperatura para uso sanitario (A.C.S) y Calefacción.
Cocina Solar. Sist. Termosifón. Horno Solar.
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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.
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Tecnología Solar - Fotovoltaica.
- Celdas y Paneles Fotovoltaicos.Efecto Foto-Eléctrico, descubierto 1887. Confección del primer Módulo Fotovoltaico en 1954.Utilizada en la Industria Espacial en los 60´s.
Celda Solar: Semiconductores, que convierte la Energía Solar en electricidad.
Emitir Electronesbajo Iluminación.
Tecnología Solar - Fotovoltaica.
- Módulo Fotovoltaico: Arreglo o conjunto de celdas solares.
- Conjunto: Es un conjunto de módulos que produce mayores voltajes y corrientes.
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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
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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.
Cantidad Elemento Potencia (W) Potencia Total (W) Horas diárias (H) Energía Dia (Wh)4 Foco Led 8 32 5 1604 Foco Led 8 32 5 160
0
Potencia Máxima 64,0 Watts
Energía Diária 320,0 Watts-díaPérdidas 5% 16,0 WattsEnergía Requerida 336,0 Watts-día
Tabla: Energía Eléctrica
Energía Solar Fotovoltaica.Capacidad y Autonomía:
Corriente del Sistema:
Autonomía: 3 días
Capacidad de la batería 3 días x 28 Ah = 84 Ah
336,0 = 28 Ah12
Se escoge una batería de 12V/100 Ah
VW
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Energía Solar Fotovoltaica.Determinar Cantidad de Paneles:
( ) ( )M
th
iii
M
PM
AM
h
oNS P
tIV
P
dttP
P
dttPH
12
/12
0
12
6
6
max
24)()( ∑∫∫
∆
=
∆===
Pmax
6:00AM 12:00M
Horas Netas de Sol
Areasiguales
6:00PM
Radiación
Modelo empírico simplificado.
Energía Solar Fotovoltaica.Determinar Cantidad de Paneles:
Utilizar una formula empírica para Calculo Simplificado:
E = (5-L/15) * (1+ L/100) * PE = Energía entregada por panel (watts-hora)L = Latitud (grados)P = Potencia de los paneles (w)
Ej: Latitud 33ºPanel Kyocera KC130TM, 130 Wp
E = 484,12 Watts-día.
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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
Panel Solar 130 Wp 550.000 Bateria 12V/100 Ah 120.000 Regulador de Carga 78.000
Cables y otros 10.000 Total 758.000
Inversión Inicial
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:
Autonomía: 2 días
Capacidad de la batería 2 días x 17,5 Ah = 35 Ah
Se escoge una batería de 12V/42 Ah
210,0 = 17,5 Ah12 V
W
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Energía Solar Fotovoltaica.Determinar Cantidad de Paneles:
Utilizar una formula empírica para Calculo Simplificado:E = (5-L/15) * (1+ L/100) * P
Ej: Latitud 33ºPanel Kyocera KC85T, 85 Wp
E = 316,5 Watts-día.
Resumiendo: Número de Paneles = 1Se requiere 1 Panel de 85 Watts
Panel Solar 85 Wp 350.000 Bateria 12V/42 Ah 75.000
Regulador de Carga 78.000 Inversor 60 Watts 40.000
Cables y otros 10.000 Total 553.000
Inversión Inicial
Tecnología Solar-Térmica.
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• Utilizar la Energía del Sol, para producir Calor.
Energía Solar Térmica.
- 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.
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Energía Solar Térmica … CifrasCriterio 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 m2 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.
Inversión (equipamiento y mano de obra): 350.000 y $ 500.000 /m2 de colectores.Cobertura anual de A.C.S.: Superior al 70%
* Valor estimado para la zona central del país.
Con 2 m^2 de superficie captadora, es suficiente para esta aplicación.
Energía Solar Térmica … CifrasCriterio de Cálculo. COLEGIO 500 Alumnos.
Consumo: 500 Alumnos, como criterio = 5 litros/alumnos. Total: 2500 litros de A.C.S.
DATO: 1 m2 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): 200.000 y $ 300.000 /m2
de colectores.Cobertura anual de A.C.S.: Superior al 70%
* Valor estimado para la zona central del país.
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Criterios Básicos para la Instalación de Sistemas Solares Térmicos
• Capacidad del sistema.
• Orientación e inclinación.
Determinar Consumo.Determinar Uso.Norte Geográfico.Inclinación según necesidad.
• Sistema Hidráulico.
• Soportes y Anclaje.• Otros.
Sistema de cañerías, bombeo,Estanque de AlmacenamientoVálvulas, conexiones.
Sistema de Respaldo.Protección Anticongelante.
Aplicaciones Futuras.
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