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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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Solar Book

Maleta Solar Barco Solar

Casa Solar

Pintura Solar

Cargador Solar

Vehículo Solar

Vidrio Fotovoltaico Solar

Colectores Infrarojos(NanoTecnología)