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2013 02-quiroga-pena

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Análisis de factibilidad técnica y económica de un sistema de energía solar en una edificación de vivienda en altura en la Región Metropolitana

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  1. 1. 0 Universidad Central de Chile Facultad de Ingeniería Escuela de Obras Civiles y Construcción ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD TÉCNICA Y ECONÓMICA DE UN SISTEMA DE ENERGÍA SOLAR EN UNA EDIFICACIÓN DE VIVIENDA EN ALTURA EN LA REGIÓN METROPOLITANA MEMORIA PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO EN CONSTRUCCIÓN Profesor Guía: Sr. Jaime Arriagada Araya Profesor Informante: Sr. Hugo Tapia Naranjo SERGIO QUIROGA BACHUR JAVIER PEÑA TODESCAT Abril 2.014 Santiago – Chile.
  2. 2. 1 TABLA DE CONTENIDO. CAPÍTULO 1. PAG. 1.1.- Resumen. ___________________________________________________________________ 11 1.2.- Introducción. ________________________________________________________________ 13 1.3.- Motivación. _________________________________________________________________ 15 1.4.- Objetivo General. _____________________________________________________________ 16 1.5.- Objetivos Específicos. _________________________________________________________ 16 1.6.- Hipótesis. ___________________________________________________________________ 16 1.7.- Procedimiento. ______________________________________________________________ 16 CAPÍTULO 2: MARCO TEÓRICO. 2.1.- Eficiencia Energética. __________________________________________________________ 18 2.2.- La sostenibilidad. _____________________________________________________________ 21 2.3.- La energía. __________________________________________________________________ 22 2.3.1.- Energía térmica. ____________________________________________________ 22 2.3.2.- Energía eléctrica. ___________________________________________________ 23 2.3.3.- Energía química. ____________________________________________________ 23 2.3.4.- Energía Nuclear. ____________________________________________________ 23 2.4.- Energía Sustentable – Renovable. ________________________________________________ 23 2.4.1.- Las energías primarias. _______________________________________________ 24 2.4.2.- Energía hidráulica. ___________________________________________________ 25 2.4.3.-Energía eólica. ______________________________________________________ 25 2.4.4.-Energía solar. _______________________________________________________ 25 2.4.5.- Energía mareomotriz. ________________________________________________ 26 2.4.6.- Energía de la biomasa. ________________________________________________ 26 2.4.7.- Energías secundarias. _________________________________________________ 27 2.5.- Energía Solar Fotovoltaica. ______________________________________________________ 29 2.5.1.- Sistemas aislados de la red eléctrica. ____________________________________ 29 2.5.2.- Sistemas conectados a la red eléctrica. __________________________________ 31 2.5.3.-Ventajas de la energía solar fotovoltaica. _________________________________ 34 2.5.4.-Tipos de paneles solares. ______________________________________________ 35 2.6.- Energía Solar Térmica. _________________________________________________________ 38 2.6.1.- Tipos de colectores solares. ___________________________________________ 38 2.6.2.- Elementos principales de un sistema solar térmico. ________________________ 42 2.6.3.- Usos y aplicaciones de las instalaciones solares térmicas. ___________________ 44 2.7.- Situación mundial. ____________________________________________________________ 45 2.7.1.- Energía solar fotovoltaica en el mundo. __________________________________ 46 2.7.2.- Energía solar térmica en el mundo. _____________________________________ 47 2.8.- Situación chilena. _____________________________________________________________ 48
  3. 3. 2 2.8.1- Energía solar térmica en Chile. _________________________________________ 49 2.8.2.- Ley N° 20.365 de franquicia tributaria a la viv. con sistemas solares térmicos. ___ 51 2.9.- Características climatológicas de la Región Metropolitana. ____________________________ 52 2.10.- Consumo energético en la vivienda. _____________________________________________ 55 2.11.- Energía sustentable en edificios de vivienda en altura en el contexto nacional. ___________ 56 2.12.- Selección del sistema de energía renovable no convencional a implementar en caso.______ 61 CAPITULO 3: DESARROLLO. 3.1.- Presentación del caso: Edificio Carmen – Argomedo. _________________________________ 63 3.1.1.- Ubicación. _________________________________________________________ 63 3.1.2.- Tipología de edificación. ______________________________________________ 66 3.1.3.- Dimensionamiento y capacidad del proyecto. _____________________________ 67 3.1.4.- Identificación de las zonas de consumo de agua caliente sanitaria en deptos. ____ 77 3.1.5.- Dimensionamiento según tipología de deptos. y capacidad total de habitantes. __ 78 3.1.6.- Consumo de agua caliente sanitaria (A.C.S.) promedio según tipología de departamento y dimensionamiento por cantidad de habitantes. ______________ 80 3.2.- Desarrollo de un sistema de energía renovable no convencional. _______________________ 82 3.2.1.- Incidencia solar. _____________________________________________________ 82 3.2.2.- Irradiación solar. _____________________________________________________ 86 3.2.3.- Temperatura (T) del agua en la red. ______________________________________ 87 3.2.4.- Calculo del salto térmico a cubrir. _______________________________________ 88 3.2.5.- Cálculo de la energía (E) necesaria para cubrir el salto térmico. _______________ 89 3.2.6.- Cálculo de las demandas energéticas mensuales. ___________________________ 91 3.2.7.- Dimensionamiento según F-Chart. _______________________________________ 92 3.3.- Propuesta técnica de instalación. _________________________________________________ 95 3.3.1.- Esquema general de funcionamiento del S.S.T. en el proyecto C.A.T.____________ 97 3.4.- Las cuatro partes del sistema S.S.T. y su inserción en el proyecto. ______________________ 100 3.4.1.- Panel solar. _________________________________________________________ 100 3.4.1.1.- Criterio de selección del panel solar térmico. _____________________ 100 3.4.1.2.- Elección del panel solar. ______________________________________ 100 3.4.1.3.- Ubicación del panel solar en el proyecto. ________________________ 103 3.4.1.4.- Sistema de agrupamiento de los paneles solares. __________________ 104 3.4.1.5.- Azimut, inclinación y separación entre los paneles solares. __________ 106 3.4.1.6.- Funcionamiento del panel solar y sist. de seguridad anticongelante. ___ 107 3.4.2.- Acumulador de A.C.S.__________________________________________________ 110 3.4.2.1.- Tipo de Acumulador de A.C.S. __________________________________ 110 3.4.3.- Red hidráulica. ________________________________________________________ 112 3. 4.3.1.- Intercambiador de calor. ______________________________________ 112 3. 4.3.2.- Bomba de circulación. ________________________________________ 113
  4. 4. 3 3. 4.3.3.- Cañerías. __________________________________________________ 114 3.4.3.4.- Estanque de expansión. ______________________________________ 117 3. 4.3.5.- Válvulas. __________________________________________________ 118 3. 4.3.6.- Purgador de aire automático. __________________________________ 120 3. 4.3.7.- Equipos de medida. __________________________________________ 121 3.4.4.- Propuesta de instalación técnica espacial del sistema de A.C.S. _________________ 123 3.5.-Factibilidad económica. __________________________________________________________ 126 3.5.1.- Cálculo del ahorro en consumo energético. _________________________________ 126 3.5.2.- Costo de implementación del sistema solar térmico. __________________________ 127 3.5.3.- Resumen estudio económico. ____________________________________________ 131 CAPITULO 4: CONCLUSIONES. _________________________________________________________ 134 CAPITULO 5: BIBLIOGRAFIA. __________________________________________________________ 137
  5. 5. 4 ÍNDICE DE ILUSTRACIONES, TABLAS Y GRÁFICOS. ILUSTRACIONES PAG. Imagen 1: Escala de evaluación de la eficiencia energética._______________________________________ 19 Fuente: http://arqdis.es/servicios/certificado-de-eficiencia-energetica/ Imagen 2: Triangulo de sustentabilidad tres vértices del proyecto sustentable.______________________ 21 Fuente: Guía básica de la sostenibilidad segunda edición revisada y ampliada Brian Edwars GG. Imagen 3: Esquema de un sistema Fotovoltaico Aislado__________________________________________ 30 Fuente: http://www.impuls-solar.com/kits/informacion%20aisladas.htm Imagen 4 = Esquema de un sistema Fotovoltaico Conectado a la red _______________________________ 32 Fuente: http://www.impuls-solar.com/energiasolar/fotovoltaicared.htm Imagen 5: Panel solar Silicio Mono cristalino.__________________________________________________ 36 Fuente: http://www.archiexpo.es/prod/saint-gobain-solar/paneles-solares-fotovoltaicos-monocristalinos-66169- 882116.html Imagen 6: Panel Solar Silicio policristalino_____________________________________________________ 36 Fuente: http://www.sitiosolar.com/paneles%20fotovoltaicas.htm Imagen 7: Silicio amorfo__________________________________________________________________ 37 Fuente: http://ahmedificacion.com/es/tipos-de-modulos-solares-fotovoltaicos/ Imagen 8: Colectores de concentración.______________________________________________________ 39 Fuente: http://www.solounplaneta.com/2007/10/07/energias-renovables-i-energia-solar/ Imagen 9: colector solar protegido__________________________________________________________ 40 Fuente: http://www.solepanel.cl/sistemassolares_sst.html Imagen 10: Uso de energía solar para la generación de agua caliente y/o calefacción__________________ 44 Fuente: http://www.afuser.org Imagen 11: Capacidad instalada para generación de energía eléctrica en el mundo____________________ 45 Fuente: Renewable Energy Policy Network for the 21st Century Imagen 12: Capacidad instalada para generación de energía eléctrica a través de fuentes renovables en el mundo 45 Fuente: Renewable Energy Policy Network for the 21st Century Imagen 13: Edificio Al Ras_________________________________________________________________ 57 Fuente: http://al-ras.blogspot.com/ Imagen 14: Edificio ÑuñoaMigo____________________________________________________________ 58 Fuente: http://www.ralei.cl/edificio-nunoamigo/edificio-en-venta.html Imagen 15: Edificio ÑuñoaMigo____________________________________________________________ 58 Fuente: http://www.ralei.cl/edificio-nunoamigo/edificio-en-venta.html Imagen 16: Edificio Gen Portugal___________________________________________________________ 59 Fuente: http://www.plataformaarquitectura.cl/2010/12/15/edificio-gen-felipe-assadi-francisca-pulido/ Imagen 17: Edificio Gen Portugal___________________________________________________________ 60 Fuente: http://www.edificiogen.cl/portugal/
  6. 6. 5 Imagen 18: Imagen aérea Región Metropolitana, punto de emplazamiento del proyecto______________ 63 Fuente: de realización propia en base a Google Earth. Imagen 19: imagen aérea comuna de Santiago, punto de emplazamiento del proyecto ______________ 63 Fuente: de realización propia en base a Google Earth. Imagen 20: imagen aérea contexto del proyecto ______________________________________________ 63 Fuente: de realización propia en base a Google Earth. Imagen 21: Vista norte del terreno___________________________________________________________ 64 Fuente: de realización propia en base a Google Earth. Imagen 22: Vista poniente del terreno _______________________________________________________ 64 Fuente: de realización propia en base a Google Earth. Imagen 23: Vista sur del terreno____________________________________________________________ 64 Fuente: de realización propia en base a Google Earth. Imagen 24: Vista oriente del terreno________________________________________________________ 64 Fuente: de realización propia en base a Google Earth.. Imagen 25: Graficación de la distribución sola_________________________________________________ 65 Fuente: http://www.hunterdouglas.cl/ap/uploads/cl/guia_solar_sustantibilidad.pdf Imagen 26: Acimut en respecto del edificio colindante al proyecto_________________________________ 65 Fuente: de realización propia Imagen 27: Plano con las 2 etapas del proyecto _______________________________________________ 66 Fuente: de realización propia. Imagen 28: Esquema de plantas proyecto Carmen Argomedo_____________________________________ 67 Fuente: Oficina de Arquitectura ETR. Imagen 29: Planta Primer Piso Edificio Carmen- Argomedo; núcleos de accesos ______________________ 69 Fuente: de elaboración propia. Imagen 30: Planta 1° subterráneo Edificio Carmen- Argomedo zonas de estanques de agua potable _____ 70 Fuente: de elaboración propia. Imagen 31: Planta 2° subterráneo Edificio Carmen – Argomedo; __________________________________ 71 zonas de estanques de agua potable y sala de bombas Fuente: de elaboración propia. Imagen 32: Planta 2° al 3° Edificio Carmen- Argomedo; zonas comunes y privadas.____________________ 72 Fuente: de elaboración propia. Imagen 33: Planta tipo departamentos 4° al 22° Edificio Carmen- Argomedo; zonas comunes y privadas.__ 73 Fuente: de elaboración propia. Imagen 34: Planta tipo departamentos 23° al 25° Edificio Carmen- Argomedo; zonas comunes y privadas._ 74 Fuente: de elaboración propia. Imagen 35: Planta piso 26° Edificio Carmen- Argomedo; zonas comunes y salas de maquinas.___________ 75 Fuente: de elaboración propia. Imagen 36: Elevaciones Edificio Carmen- Argomedo____________________________________________ 76 Fuente: ETR Arquitectura Imagen 37: Zonas de consumo de agua caliente en departamentos._______________________________ 77 Fuente: de elaboración propia.
  7. 7. 6 Imagen 38: Redes de agua caliente sanitaria en piso tipo.________________________________________ 77 Fuente: de elaboración propia. Imagen 39: solsticios de invierno 21 de julio 9:00 hrs.___________________________________________ 82 Fuente: de elaboración propia. Imagen 40: Solsticios de invierno 21 de julio 12 hrs.____________________________________________ 82 Fuente: de elaboración propia. Imagen 41: Solsticios de invierno 21 de julio 15 hrs.____________________________________________ 82 Fuente: de elaboración propia. Imagen 42: Solsticios de invierno 21 de julio 18 hrs.____________________________________________ 82 Fuente: de elaboración propia. Imagen 43: Solsticios de verano 20 de diciembre 9:00 hrs.______________________________________ 83 Fuente: de elaboración propia. Imagen 44: Solsticios de verano 20 de diciembre 12:00 hrs.______________________________________ 83 Fuente: de elaboración propia. Imagen 45: Solsticios de verano 20 de diciembre 15:00 hrs.______________________________________ 83 Fuente: de elaboración propia. Imagen 46: Solsticios de verano 20 de diciembre 18:00 hrs.______________________________________ 83 Fuente: de elaboración propia. Imagen 47: Perspectiva sombra arrojada 21 de junio 16:00 hrs___________________________________ 84 Fuente: de elaboración propia. Imagen 48: Perspectiva sombra arrojada 21 de junio 7:00 hrs_____________________________________ 84 Fuente: de elaboración propia. Imagen 49: Perspectiva sombra arrojada 21 de diciembre 10:00 hrs.______________________________ 85 Fuente: de elaboración propia. Imagen 50: Perspectiva sombra arrojada 21 de diciembre 8:30 hrs._______________________________ 85 Fuente: de elaboración propia. Imagen 51: Esquema General de Funcionamiento del SST en el proyecto CAT .______________________ 95 Fuente: de elaboración propia. Imagen 52: Sistema eléctrico y de control.____________________________________________________ 96 Fuente: de elaboración propia. Imagen 53: Esquema 1 Alimentación A.P. a boilers_____________________________________________ 98 Fuente: de elaboración propia. Imagen 54: Esquema 2 Alimentación ACS a deptos. _____________________________________________ 98 Fuente: de elaboración propia. Imagen 55: Esquema 3 Alimentación A.P. a deptos._____________________________________________ 99 Fuente: de elaboración propia. Imagen 56: Ubicación de paneles en nivel terraza______________________________________________ 103 Fuente: de elaboración propia Imagen 57: Sistema de agrupamiento de los Paneles Solares. ____________________________________ 104 Fuente: de elaboración propia.
  8. 8. 7 Imagen 58: Flujo del liquido caloportador en los Paneles Solares.__________________________________ 104 Fuente: de elaboración propia. Imagen 59: Esquema de seguridad e independencia de cada sistema de seis paneles._________________ 105 Fuente: de elaboración propia. Imagen 60: Esquema de paneles solares, un sistema completo.___________________________________ 105 Fuente: de elaboración propia. Imagen 61: Acimut Panel Solar.____________________________________________________________ 106 Fuente: de elaboración propia. Imagen 62: Inclinación Panel Solar._________________________________________________________ 107 Fuente: de elaboración propia. Imagen 63: Circuito agua con anticongelante._________________________________________________ 107 Fuente: http://www.sunflower-solar.com/index_es.php?act=content&scheduler_id=2361 Imagen 64: Circuito liquido caloportador.____________________________________________________ 109 Fuente: de elaboración propia. Imagen 65: Acumulador A.C.S. ____________________________________________________________ 111 Fuente: http://www.natureduca.com/blog/luchando-contra-la-crisis-energetica-acumulacion-de-agua- caliente-sanitaria-un-diferencial-electronico-para-tu-sistema-de-acs/ Imagen 66: Intercambiador de calor________________________________________________________ 112 Fuente: http://spanish.alibaba.com/product-free/plate-heat-exchanger-11122067.html Imagen 67: Bomba de circulación___________________________________________________________ 113 Fuente: http://www.directindustry.es/prod/speroni/bombas-centrifugas-circulacion-agua-37897-1008125.html Imagen 68: Estanque de expansión__________________________________________________________ 117 Fuente: http://tecnihogar.es/527-accesorios-de-expansion-de-calefaccion_compras/1030-vaso-de-expansion-gavina- confort.html Imagen 69: Válvula de bola________________________________________________________________ 118 Fuente: http://www.cdt.cl/cdt/uploads/sistemas_solares_termicos_ii.pdf Imagen 70: Válvula de seguridad____________________________________________________________ 118 Fuente: http://www.sotermic.cl/valvulas-vapor-trampas/valvulas-reductoras-de-presion/valvula-de-seguridad/ Imagen 71: Válvula anti retorno_____________________________________________________________ 119 Fuente: http://www.praher-valves.com/pvc_u_armaturen.php?lang=es Imagen 72: Válvula de equilibrado__________________________________________________________ 119 Fuente: http://www.cdt.cl/cdt/uploads/sistemas_solares_termicos_ii.pdf Imagen 73: Válvula de llenado automático____________________________________________________ 119 Fuente: http://www.cdt.cl/cdt/uploads/sistemas_solares_termicos_ii.pdf Imagen 74: Válvula motorizada de 2 ó 3 vías___________________________________________________ 120 Fuente: http://www.cdt.cl/cdt/uploads/sistemas_solares_termicos_ii.pdf Imagen 75: Purgador de aire automático_____________________________________________________ 120 Fuente: https://products.ecc.emea.honeywell.com/spain/ecatdata/pg_e121.html
  9. 9. 8 Imagen 76: Manómetros y termómetros_____________________________________________________ 121 Fuente: http://www.cdt.cl/cdt/uploads/sistemas_solares_termicos_ii.pdf Imagen 77: Caudalímetro_________________________________________________________________ 122 Fuente: http://www.cdt.cl/cdt/uploads/sistemas_solares_termicos_ii.pdf Imagen 78: Terraza paneles solares, Nivel 27._________________________________________________ 123 Fuente: de elaboración propia. Imagen 79: Sala de equipos Sistema Solar Térmico, Nivel 26.____________________________________ 124 Fuente: de elaboración propia. Imagen 80: fachada del proyecto con la instalación de paneles solares en la terraza._________________ 125 Fuente: fachadas de la edificación ETR Arquitectura / Propuesta de Instalación de paneles Elaboración Propia. TABLAS Tabla 1: Energías Secundarias, Relación entre el energético secundario y su energético fuente._________ 28 Fuente: de realización propia en base a http://www.cne.cl/energias/fuentes-energeticas/energias-secundarias. Tabla 2: Países con mayor inversión en energías renovables._____________________________________ 45 Fuente: Renewable Energy Policy Network for the 21st Century Tabla 3: Capacidad Mundial de energía solar térmica existente, 2.007._____________________________ 47 Fuente: http://www.unep.fr/shared/docs/publications/RE_GSR_2009_Update.pdf Tabla 4: Capacidad energética 2.010._______________________________________________________ 49 Fuente: http://www.cne.cl/images/stories/estadisticas/raiz/antecedentes_matriz_energetica_010611.pdf Tabla 5: Registro Solarimétrico Santiago, Bandera.____________________________________________ 54 Fuente: http://descontamina.cl/blog/2009/12/irradiacion-solar-en-territorios-de-la-republica-de-chile-registro- solarimetrico/ Tabla 6: Cuadro comparativo entre sistema de energía solar fotovoltaica y energía solar térmica.______ 62 Fuente: De realización propia. Tabla 7: Tabla de indicadores generales del proyecto Carmen – Argomedo Etapa 2.__________________ 68 Fuente: Oficina de Arquitectura ETR. Tabla 8 : Distribución de Tipos de departamentos por Plantas.___________________________________ 79 Fuente: de elaboración propia. Tabla 9: Determinación de cantidad de dormitorios por tipología de departamentos._________________ 79 Fuente: de elaboración propia. Tabla 10: Determinación de cantidad personas por tipología de departamentos.____________________ 79 Fuente: de elaboración propia. Tabla 11: Determinación de cantidad de personas totales en el edificio.____________________________ 80 Fuente: de elaboración propia. Tabla 12: Determinación consumo promedio diario de ACS._____________________________________ 80 Fuente: Cámara Chilena de la Construcción.
  10. 10. 9 Tabla 13: Registro Solarimétrico Santiago, Bandera.____________________________________________ 86 Fuente: http://descontamina.cl/blog/2009/12/irradiacion-solar-en-territorios-de-la-republica-de-chile-registro- solarimetrico/ Tabla 14: Temperaturas medias mensuales del agua de red._____________________________________ 87 Fuente: Cámara Chilena de la Construcción Tabla 15: Salto térmico a cubrir.___________________________________________________________ 88 Fuente: de elaboración propia. Tabla 16: Cálculo de la energía (e) necesaria para cubrir el salto térmico.__________________________ 90 Fuente: de elaboración propia. Tabla 17: Cálculo de las demandas energéticas mensuales._____________________________________ 91 Fuente: de elaboración propia. Tabla 18: Algoritmo de verificación del cumplimiento de la contribución solar mínima (F-CHART)._____ 93 Fuente: de elaboración propia. Tabla 19: Contribución solar a la demanda mensual.__________________________________________ 94 Fuente: de elaboración propia. Tabla 20: Contribución solar a la demanda anual.____________________________________________ 94 Fuente: de elaboración propia. Tabla 21: Especificación técnica panel K423 ms industrial._____________________________________ 101 Fuente: www.anwo.cl Tabla 22: Especificaciones técnicas Intercambiador de Calor Calefacción ACS.______________________ 112 Fuente: http://www.cipriani.es/intercambiadores.php Tabla 23: Especificaciones técnicas Intercambiador de Calor Solar ACS.___________________________ 113 Fuente: http://www.cipriani.es/intercambiadores.php Tabla 24: Especificaciones técnicas bomba de circulación.______________________________________ 114 Fuente: http://www.anwo.cl/site_2/ficha_producto?category_id=e3d9b918da95397158fb2eb ed02778d4&product_id=6544 Tabla 25: Especificaciones técnicas bomba de circulación.______________________________________ 114 Fuente: http://www.anwo.cl/site_2/ficha_producto?category_id=e3d9b918da95397158fb2eb ed02778d4&product_id=6544 Tabla 26: Aislamiento de Cañerias.________________________________________________________ 116 Fuente: Http://www.idae.es/uploads/documentos/documentos_10540_Diseno_y_calculos_aislamiento_AISLAM _GT3_07_01ee3c15.pdf Tabla 27: Capacidad de estanques de Expansión._____________________________________________ 117 Fuente: Elaboración propia. Tabla 28: Aportes del S.S.T. y ahorro anual._________________________________________________ 127 Fuente: de elaboración propia. Tabla 29: Cotización sistema solar térmico al 9 de octubre de 2013._____________________________ 128 Fuente: de elaboración propia, cotización realizada por Wintersa. Tabla 30: Cotización sistema solar térmico al 19 de noviembre de 2013._________________________ 129 Fuente: de elaboración propia, cotización realizada por Cosmoplas S.A.
  11. 11. 10 Tabla 31: Cotización sistema solar térmico al 25 de noviembre de 2013.__________________________ 130 Fuente: de elaboración propia, cotización realizada por Hawaii Chile Ltda. Tabla 32: Resumen de evaluación económica._______________________________________________ 131 Fuente: de elaboración propia. Tabla 33: Resumen de evaluación económica._______________________________________________ 132 Fuente: de elaboración propia. GRAFICOS Grafico 1: Energías Secundarias en Chile.___________________________________________________ 27 Fuente: http://www.cne.cl/energias/fuentes-energeticas/energias-secundarias (año 2.012) Grafico 2: Capacidad Mundial de energía solar Fotovoltaica existente, 1.995 – 2.008._______________ 46 Fuente: http://www.unep.fr/shared/docs/publications/RE_GSR_2009_Update.pdf Grafico 3: Evolución anual de superficie instalada .__________________________________________ 50 Fuente: CNE y CDT 2.008* Grafico 4: Superficies de paneles solares térmicos según sector en 2.010.________________________ 50 Fuente: CNE y CDT 2.010.* Grafico 5: Uso de la energía en la vivienda.________________________________________________ 55 Fuente: de realización propia Grafico 6: Temperatura agua de red en Santiago.___________________________________________ 87 Fuente: de elaboración propia. Grafico 7: Comparativo Temperatura agua de red – Temperatura de acumulación.________________ 89 Fuente: de elaboración propia. Grafico 8: Salto térmico a cubrir.________________________________________________________ 89 Fuente: de elaboración propia. Grafico 9: Demanda energética diaria.____________________________________________________ 90 Fuente: de elaboración propia. Grafico 10: Demanda energética mensual.________________________________________________ 91 Fuente: de elaboración propia. Grafico 11: Inversión v/s Ahorro.________________________________________________________ 133 Fuente: de elaboración propia.
  12. 12. 11 1.1.- RESUMEN. Como proyecto de titulo nos planteamos la implementación de un sistema a base de energía solar enfocado a la vivienda, buscando el desarrollo energías sustentables que apoyen la búsqueda actual de la sociedad por el cuidado del medio ambiente, y a la vez generando un ahorro energético/económico al utilizar la energía solar. Para la realización de este proyecto de titulo desarrollamos los siguientes objetivos: Como objetivo general, implementar un sistema de energía renovable no convencional (paneles solares Fotovoltaicos o paneles Solares térmicos) que den soporte energético a los espacios comunes de una edificación en altura. Y como objetivos específicos: 1.- Realizar una comparación técnica económica entre los sistemas de paneles solares térmicos y paneles solares fotovoltaicos, identificando las ventajas y desventajas de los dos sistemas. 2.- Establecer un área específica del proyecto y evaluarla energéticamente, estableciendo sus necesidades eléctricas o térmicas para la incorporación de un sistema. 3.- Evaluar la factibilidad económica y técnica del sistema seleccionado. En cuanto a la metodología, se inicio el proyecto recopilando antecedentes sobre el tema a desarrollar, llamado “Factibilidad técnica y económica de un sistema de energía solar en una edificación de vivienda en altura en la región metropolitana”, tomando como base estos antecedentes llegamos a investigar sobre sistemas de energía sustentable que se usen actualmente en el mercado. Teniendo claro esto buscamos referentes nacionales sobre el tema para ver como se ah implementado esto en nuestra realidad. Luego de esto, para materializar esta búsqueda de un sistema que genere energía sustentable se utilizo como tema la edificación de vivienda en altura y en caso especifico el Edificio Carmen Argomedo, de Euro Inmobiliaria. Tomando esta edificación se realizo una investigación, dando cuenta de que sistemas existentes en el mercado actual son los más viables, tanto técnica como económicamente, para luego desarrollarlo, realizar el estudio técnico y económico para finalmente analizar su factibilidad de instalación, tomando en cuenta estos dos ámbitos. Buscamos con el resultado que obtendremos de este proyecto de titulo dar a conocer lo que se puede lograr actualmente con los avances tecnológicos y los beneficios que podemos obtener de estos, tanto para la economía en la vivienda como para el medio ambiente, logrando con esto incentivar y dar un mayor impulso a la utilización de energías sustentables que colaboren con el medioambiente y por ultimo generar una conciencia ecológica a nivel social.
  13. 13. 12 Finalmente gracias a la utilización de herramientas de financiamiento estatales como la Ley N° 20.365 de franquicia tributaria a la vivienda con sistemas solares térmicos, y la tecnología existente logramos generar un proyecto para el caso especifico “Edificio Carmen-Argomedo”, el cual es técnica y económicamente factible.
  14. 14. 13 1.2.- INTRODUCCIÓN. Los recursos naturales se agotan y debido a esto resulta prioritario desarrollar fuentes de energía renovable y posicionar el uso responsable de la energía como un tema prioritario a nivel nacional. La industria de la construcción en Chile en estos últimos años ha estado incorporando sistemas energéticos renovables en sus proyectos nuevos, lo cual, se ha visto impulsado por acciones del Estado tales como una ley para beneficiar tributariamente a quienes incorporen sistemas de energía renovable a sus proyectos. Es por esto que nos parece interesante desarrollar como nuestro proyecto de titulo la búsqueda del uso de energías sustentables que apoyen al medio ambiente, y a la vez colaboren con la búsqueda actual de la sociedad en cuanto al cuidado del medioambiente y la utilización de energías renovables no convencionales, siendo esto un aporte a la sociedad actual, tanto ecológica como económicamente. Para materializar esta búsqueda de un sistema que genere energía sustentable se utilizo como tema la edificación de vivienda en altura y en caso específico el Edificio Carmen Argomedo, de EuroInmobiliaria. Tomando esta edificación se realizo una investigación, dando cuenta de que sistemas existentes en el mercado actual son los más viables, tanto técnica como económicamente, para luego desarrollarlo, realizar el estudio técnico y económico para finalmente analizar su factibilidad de instalación, tomando en cuenta estos dos ámbitos. Buscamos con el resultado que obtendremos de este proyecto de titulo dar a conocer lo que se puede lograr actualmente con los avances tecnológicos y los beneficios que podemos obtener de estos, tanto para la economía en la vivienda como para el medio ambiente, logrando con esto incentivar y dar un mayor impulso a la utilización de energías sustentables que colaboren con el medioambiente y por ultimo generar una conciencia ecológica a nivel social.
  15. 15. 14 1.2.- ABSTRACT. (English) Natural resources are running out, therefore it is highly necessary to develop renewable resources of energy and to position the responsible use of energy as a priority issue at a national level. In the last few years, the construction industry in Chile has been incorporating renewable energy systems in their new projects, which has been driven by actions of the state such as a law, granting tax benefits to anyone who incorporates renewable energy systems to the projects. This is the reason why it seems interesting to us to develop our project about the search for the use of sustainable energy sources that contribute to the environment, and at the same time help with the current search of society for caring the environment and using non-conventional sources of renewable energy, as a contribution to today's society, both ecologically and economically speaking. To carry out this search for a system to generate sustainable energy, it was used as a topic, the high rise house-building, specifically the Euroinmobiliaria’s Carmen Argomedo Building. Taking this building as a referent, an investigation was conducted to demonstrate that existing systems in the market today are the most viable, both technically and economically. Thus, to be developed, then to do the technical and economic study, and finally to analyze the feasibility of installation, by taking into account these two areas. From the project’s result, we intend to make public what can be achieved nowadays with technological advances and the benefits that can be obtained from these, both for the housing economy and the environment, In this way, the use of sustainable energy that collaborate with the environment can be promoted and highly propelled to finally generate an ecological conscience in social terms.
  16. 16. 15 1.3.- MOTIVACIÓN. Eficiencia energética en edificios, las últimas tendencias en la construcción de nuevas viviendas y edificaciones en altura, es la búsqueda de la eficiencia energética, que reduzca el consumo energético y genere energía, de los mismos. Esta tendencia, se debe a la creciente preocupación por nuestro medio ambiente y la cada vez más difícil tarea de conseguir energía, de forma barata. Pudiendo aportar en la recolección de energía como en el consumir de ella. Hoy en día asociación nacional de eficiencia energética (AChEE) junto con las nuevas políticas públicas impulsa diferentes programas de manera conjunta con diversos actores, tales como Ministerios, Universidades, asociaciones gremiales y otras instituciones de la esfera privada que se involucran en el ámbito de acción de este sector, con el objetivo de promover, fortalecer y consolidar el uso eficiente de la energía. En el área de la edificación los nuevos proyectos de vivienda, se están desarrollando con una propuesta más consciente y ecológica por el uso de la energía en todas sus instalaciones tanto privadas como públicas. Estas áreas se clasifican como Publicas (piscinas, quinchos, pasillos, estacionamientos etc.) Áreas privadas (departamentos). La conciencia por una propuesta más sustentable en la edificación nos promueve a incorporar la tecnología solar en la edificación, estableciendo dos puntos de acción. Incorporación de energía solar termina e incorporación de energía solar fotovoltaica. Promover estos dos tipos de sistemas puede ayudar a bajar los costos en los gastos comunes o privados de los propietarios y promover el ahorro y generación de energía.
  17. 17. 16 1.4.- OBJETIVO GENERAL. Realizar un estudio técnico económico sobre la factibilidad de implementación de un sistema de energía renovable no convencional (paneles solares Fotovoltaicos o paneles Solares térmicos) que den soporte energético al caso de edificación de vivienda en altura, Edificio “Carmen – Argomedo”, ubicado en la ciudad de Santiago de Chile. 1.5.- OBJETIVOS ESPECIFICOS. 1.- Realizar una comparación técnica económica entre los sistemas de paneles solares térmicos y paneles solares fotovoltaicos, identificando las ventajas y desventajas de ambos. 2.- Establecer un área específica del proyecto y evaluarla energéticamente, estudiando sus necesidades eléctricas o térmicas para la incorporación de un sistema. 3.- Evaluar la factibilidad económica y técnica del sistema seleccionado. 1.6.- HIPÓTESIS. Para nuestra hipótesis, creemos que es factible tener un sistema de energía renovable el cual se pueda incorporar focalizado en la edificación en altura y que sea económicamente rentable. Como base de esta hipótesis es importante dejar en claro que deberá identificar una área del proyecto que pueda tener mayor interés y que tenga un gasto de energía considerable en donde se pueda incorporar los sistemas de ganancia energética. 1.7.- PROCEDIMIENTO. PROCEDIMIENTO GENERAL DEL TRABAJO: 1.- Recopilación de antecedentes sobre el tema a investigar: Se recopilara información sobre sistemas de energía solar que se puedan aplicar al caso de una vivienda en altura de diferentes fuentes, como Internet, Biblioteca e información que nos puedan proporcionar las diferentes empresas que se dediquen al tema. 2.- Investigación sobre sistemas de energía sustentable que se usen actualmente en el mercado: Se investigara que sistemas disponibles tenemos en el mercado actual de chile, que empresas son las que importan e instalan, y sus costos. 3.- Estudio de referentes sobre el tema: Se realizara un estudio de los edificios de vivienda en altura que utilicen sistemas de energía solar, para ver como es el funcionamiento de estos, ver sus fortalezas y debilidades.
  18. 18. 17 4.- Estudio del caso (Edificio Carmen - Argomedo): Debido a que Sergio Quiroga trabaja en la inmobiliaria-constructora del Edificio Carmen – Argomedo (EuroCorp), tenemos acceso a toda la información técnica del edificio (como planimetrías y E.E.T.T.). También tendremos contacto con el área técnica por si necesitamos apoyo sobre algún tema en específico. 6.- Desarrollo de un sistema de energía sustentable en caso estudiado (Edificio Carmen-Argomedo) Una vez estudiado el tema y caso se deberá realizar una propuesta de un sistema de energía sustentable para el edificio, que cumpla con los requerimientos técnicos necesarios para el correcto funcionamiento y abastecimiento energético necesario para la propuesta realizada. Se realizara un proyecto donde se cubicara y dimensionara la cantidad de paneles y equipos a instalar, según los requerimientos energéticos y las posibilidades de instalación dada por la arquitectura del proyecto. Tomando estos dos factores se realizara la propuesta que buscara cumplir con las necesidades energéticas para que sea factible su materialización tomando en cuenta el sistema de energía sustentable seleccionado anteriormente, generando un proyecto detallado de este. 7.- Factibilidad Energética y Económica del caso desarrollado. A modo de conclusión, se hará un estudio de factibilidad energética con la propuesta realizada, para ver si cumple con los requerimientos mínimos propuestos en el proyecto. También se estudiara la factibilidad económica del proyecto, donde se hará énfasis al VAN y TIR.
  19. 19. 18 CAPÍTULO 2: MARCO TEÓRICO 2.1.- EFICIENCIA ENERGÉTICA. La eficiencia energética es un concepto amplio que abarca el uso eficiente de la energía en los distintos usos o elementos que ocupamos en nuestra vida diaria. Existen varias categorías en donde la eficiencia energética hoy actúa, encontrando temas como eficiencia energética en electrodomésticos, automóviles, tecnologías industriales, minería, explotación de recursos naturales y en la Edificación de Viviendas u Oficinas, es por esto que se hace primordial definir que es eficiencia Energética y cuáles son sus campos de Acción. Actualmente el Word Energy Council establece este concepto para la eficiencia energética: Definición y ámbito de la eficiencia energética “Las mejoras en la eficiencia energética se refieren a la reducción de la energía utilizada para un determinado servicio (calefacción, iluminación, etc.) o nivel de actividad. La reducción en el consumo de energía se asocia generalmente a cambios tecnológicos, pero no siempre, ya que también puede resultar de una mejor organización y gestión o de cambios de comportamiento ("factores no técnicos"). Por ejemplo, en el sector de transporte se puede mejorar la eficiencia energética a través de la difusión de vehículos más eficientes, desplazamiento de pasajeros y carga de automóviles y camiones al transporte ferroviario, mejor organización de la logística del transporte (aumento de los factores de carga y educción del desplazamiento de camiones vacíos) y eco conducción de vehículos.” (worldenergy.org, Eficiencia Energética: Una Receta para el Éxito Consejo Mundial de la Energía Por una energía sustentable pág. 8) Esta concepción de eficiencia energética nos muestra dos puntos de acción, A.- Tecnología, B.- Factores no Técnicos. Estos dos puntos tienen una igual importancia dentro del marco de la eficiencia energética. En la actualidad Chile forma parte importante de los países que establecen un criterio para la eficiencia energética creando una agencia Chilena de eficiencia energética (ACHEE), fundada por dos actores de suma relevancia, el Estado de Chile y la Confederación de la Producción del Comercio CPC esta es el organismo gremial cupular del empresariado chileno. Fue fundada en 1.935. Reúne a los principales sectores productivos del país y está integrada por las siguientes seis Ramas, enumeradas de acuerdo al orden de incorporación a la CPC: 1.- Sociedad Nacional de Agricultura (SNA). 2.- Cámara Nacional de Comercio, Servicios y Turismo (CNC).
  20. 20. 19 3.-Sociedad Nacional de Minera (SONAMI). 4.- Sociedad de Fomento Fabril (SFF). 5.- Cámara Chilena de la Construcción (CChC). 6.- Asociación de Bancos (ABIF). Esta agencia ACHEE define de forma exacta el concepto de eficiencia energética que el estado hoy en día adopto en los lineamientos estratégicos de consumo energético. “La Eficiencia Energética (EE) es el conjunto de acciones que permiten optimizar la relación entre la cantidad de energía consumida y los productos y servicios finales obtenidos. Por eso, ser eficientes con el uso de la energía significa “hacer más con menos”. Ahorrar energía, en cambio, es dejar de utilizar o consumir menos energía. Esto puede significar reducir o dejar de realizar determinadas actividades, para evitar el consumo de energía. Usar la energía de manera eficiente nos permite realizar todas nuestras actividades y ahorrar dinero. En Beneficios se presentan las ventajas en términos económicos y medioambientales que las medidas de EE generan, sumadas a los beneficios a nivel país.” (Agencia Chilena de Eficiencia Energetica. (s.f.). Recuperado el 01 de Agosto de 2.013, de http://www.acee.cl/eficiencia-energetica/ee) Imagen 1: Escala de evaluación de la eficiencia energética. Fuente: http://arqdis.es/servicios/certificado-de-eficiencia-energetica/ En la concepción del plan estratégico la agencia establece tres áreas de mayor importancia: A.-Permite Ahorrar Dinero  Reduce los gastos de energía en los hogares, lo que es especialmente relevante para las familias de más bajos ingresos, porque ellas gastan un porcentaje mayor de sus ingresos en energía que las demás familias.  Reduce el consumo de combustible en el transporte en general, tanto privado como público.  Reduce los costos de producción u operación de las empresas, mejorando la competitividad de las empresas. B.-Ayuda al Medio Ambiente  Disminuye el consumo de recursos naturales.  Disminuye la emisión de gases contaminantes.
  21. 21. 20  Reduce el deterioro al medio ambiente asociado a la explotación de recursos.  Reduce el impacto de los Gases de Efecto Invernadero (GEI), lo que significa menores daños a la salud.  Reduce el daño ambiental y la contaminación, disminuyendo el aporte a los cambios climáticos. C.-Beneficia al País  Disminuye la vulnerabilidad del país por dependencia de fuentes energéticas externas.  Aumenta la seguridad del abastecimiento de energía.  Genera empleo y oportunidades de aprendizaje tecnológico, en los nuevos mercados de bienes y servicios que se crearán para los diferentes sectores usuarios.  Mejora la imagen del país en el exterior, lo que podría disminuir las barreras de exportación y fomentar el turismo ecológico. En la conformación de un definición por la eficiencia energética el estado crea una entidad llamada se SELLOEE estableciendo una nueva definición de eficiencia energética. “La eficiencia energética se puede entender de diversas formas: es usar bien la energía, es ahorrar energía sin perder en calidad de vida o en calidad de producción y también es la optimización de la relación entre la cantidad de energía consumida y los productos y servicios finales obtenidos. Este Plan de Acción es una propuesta para que los diferentes sectores del país integren la eficiencia energética en sus decisiones y es el primer paso para lograr desarrollar una cultura en torno a este concepto. Es un llamado a la acción y un compromiso para hacer de Chile un país con mejor energía y más sustentable.” (Agencia Chilena de Eficiencia Energetica. (s.f.). Recuperado el 01 de Agosto de 2.013, de http://www.acee.cl/eficiencia-energetica/ee) La concepción de un solo concepto de eficiencia energética parece casi imposible, debido a que el concepto puede engloba todo los ámbitos de la vida humana ( vivienda , transporte , Industria, minería, educación, producción agrícola ) pero aun así vemos he identificamos conceptos que establecen las raíces del problema , ahorra energético , eficiencia, ahorra en el consumo , tecnología, son algunos de los cuales establecerán la ideas principales de nuestro proyecto de tesis el cual se abocara al desarrollo sustentable y sostenible de la energía en la edificaciones altura.
  22. 22. 21 2.2.- LA SOSTENIBILIDAD. Los indicios de que el calentamiento global es un hecho parecen ser cada vez más claros. Los estudios climatológicos han establecido una probable correlación entre el uso de los combustibles fósiles, con el calentamiento del planeta y la inestabilidad climática. Sin embargo otras actividades humanas están acelerando la el proceso del calentamiento global. El uso indiscriminado de materiales en la construcción altamente nocivos en la producción de los mismo como por ejemplo el aluminio y el desecho de otros a generado un abuso de recursos que está relacionado directamente con dos factores. El Primero es el constante abuso de los recursos naturales empleados para la creación de nuevas viviendas y el segundo el requerimiento energético para la elaboración de dichos materiales y la puesta en marcha de las viviendas y el consumo poco eficiente que estas actualmente están siendo diseñadas. Las constantes negaciones por parte de los estados con mayores emisiones de CO2, producto de una creciente industrialización, a generado un debate en la información y negación entregada por dichos actores “El Calentamiento global es un hecho incomodo para los políticos (algunos de los cuales se empeñan en negarlo, para los arquitectos, para la industria de la construcción”. (Guía básica de la sostenibilidad segunda edición revisada y ampliada Brian Edwars GG) Hoy el escenario a cambiado, los estados reconocen el problema y están generando políticas concretas para mitigar este calentamiento global estableciendo como ejes básicos un proyecto a largo plazo de sostenibilidad ambiental que abarcara todos los estratos de nuestra sociedad TRIÁNGULO DE SOSTENIBILIDAD TRES VERTICES DEL PROYECTO SUSTENTABLE Imagen 2: Triangulo de sustentabilidad tres vértices del proyecto sustentable. Fuente: Guía básica de la sostenibilidad segunda edición revisada y ampliada Brian Edwars GG. Social Proyecto sustentableTecnológico Medio Ambiental PROYECTO SUSTENTABLE DE CONSTRUCCION
  23. 23. 22 La concepción del proyecto sustentable estableces estas tres áreas de acción las cuales tiene sub áreas para el desarrollo sustentable. Social  Economía.  Formación.  Comunidad.  Equidad.  Capital cultural. Tecnología  Tecnología energética.  Oficios.  Diseño.  Nuevas tecnologías.  Capital de conocimientos. Medio Ambiente  Salud.  Energía.  Agua.  Energía solar fotovoltaica.  Capital de recursos. 2.3.- LA ENERGÍA. La energía puede manifestarse de diferentes maneras, algunas de estas puede ser de forma cinética, del calor, electricidad, radiaciones electromagnéticas, según los diferentes procesos se puedes clasificar diferentes tipos de energía, estas son: 2.3.1.- ENERGÍA TÉRMICA. “El calor representa la cantidad de energía que un cuerpo transfiere a otro como consecuencia de una diferencia de temperatura entre ambos. El tipo de energía que se pone en juego en los fenómenos caloríficos se denomina energía térmica. El carácter energético del calor lleva consigo a la posibilidad de transformarlo en trabajo mecánico o simplemente una fuente de calor. Sin embargo, la naturaleza impone ciertas limitaciones a este tipo de conversión, lo cual hace que solo una fracción del calor disponible sea aprovechable en forma de trabajo útil” (Fuentes de energía, Maria Florencia Manrtinete, Argentina 2.003). Como punto a destacar nuestro proyecto de titulo se deberá enmarcar en el área de la tecnología, vértice que contempla el desarrollo de nuevas tecnologías energéticas sustentables y aprovechamiento de las mismas. Tecnologías energéticas, juntos a las nuevas tecnologías, capital de conocimientos y la implementación en el diseño serán fundamentales a la hora de establecer los criterios de selección del sistema. Para establecer un proyecto de ingeniería, se hace fundamental en etapas anteriores a la concretización de dicho proyecto, con la ingeniería básica o análisis de costo, reconocer estos 5 puntos que serán las directrices para la conformación de dicho proyecto
  24. 24. 23 2.3.2.- ENERGÍA ELÉCTRICA. Este tipo de energía es la más utilizada en la sociedad industrializada y en la población, debido a las siguientes características: 1.- Capacidad de transformarse con facilidad en otras formas de energía (Lumínica, Calórica, mecánica). 2.- Es una energía limpia que no genera contaminación al medio ambiente. 3.- Es de un fácil acceso para las áreas industriales como para la generación propia en la población. 2.3.3.- ENERGÍA QUÍMICA. Es una energía que se desarrolla de un producto combustible (cualquier sustancia que arde o se queme) reacción en la cual se combina el oxigeno del aire con la materia del cuerpo que arde. Durante la combustión se producen luz y calor. Cuando las moléculas se rompen se libera energía. 1. Energía y desarrollo sostenible, Hugo Contreras navarro, España 2.007. 2.3.4.- ENERGÍA NUCLEAR. La energía nuclear es aquella que resulta del aprovechamiento de la capacidad que tuene algunos isotopos de ciertos elementos químicos para experimentar reacciones nucleares y emitir energía en la transformación. Una reacción nuclear consiste en la modificación de la composición del núcleo atómico de un elemento, que muta y pasa a ser otro elemento como consecuencia del proceso. Este proceso se da espontáneamente en ciertos componentes químicos. 2.4.- ENERGIA SUSTENTABLE – RENOVABLE. “Se denomina energía renovable a la energía que se obtiene de fuentes naturales virtualmente inagotables y limpias, ya sea por la inmensa cantidad de energía que contienen, o porque son capaces de regenerarse por medios naturales. Estas energías pueden sustituir a los combustibles fósiles en la calefacción, refrigeración o ventilación de los edificios .Entre las energías renovables se cuentan la eólica, geotérmica, hidroeléctrica, mareomotriz, solar, eólica, undimotriz, biomasa, biocombustibles. La implementación y creación de las energías renovables limpias se ha desarrollado con extremadamente lentitud a lo largo del planeta, salvo en países que han tomado estrategias para diversificar su matriz energética, elaborando planes estratégicos para la creación e implementación de nuevas formas de captar energía limpia. El fácil acceso a los combustibles fósiles ha desincentivado un mayor desarrollo de la energía renovables limpias.” (Guía básica de la sostenibilidad; segunda edición revisada y ampliada Brian Edwars GG)
  25. 25. 24 Hasta hace poco la existencia de reservas hasta cierto punto aseguradas a largo plazo entre 40 y 200 años dependiendo del combustible fósil. Los impuestos bajos y los costos asequibles habían sembrado la complacencia ente los clientes y promotores. La amenaza del calentamiento global ha desplazado ahora la atención hacia las fuentes de energía renovable, baratas, infra- exploradas y accesibles. En teoría la energía renovable podría satisfacer las necesidades energéticas de la humanidad. El sol proporciona un flujo de energía muy superior al consumo humano. Hoy en día las energías se clasifican en energías Primarias y Secundarias 2.4.1.- LAS ENERGÍAS PRIMARIAS. Se denomina energía primaria a los recursos naturales disponibles en forma directa (como la energía hidráulica, biomasa, leña, eólica y solar) o indirecta (después de atravesar por un proceso minero, como por ejemplo la extracción de petróleo crudo, gas natural, carbón mineral, etc.) para su uso energético, sin necesidad de someterlos a un proceso de transformación. Se refiere al proceso de extracción, captación o producción (siempre que no conlleve transformaciones energéticas) de portadores energéticos naturales, independientemente de sus características. Clasificación de las energías primarias Las energías primarias se clasifican primeramente en renovables, si es que son fuentes energéticas de uso sustentable en el tiempo, y en no renovables, si es que son fuentes energéticas de uso limitado en el tiempo. Dentro de fuentes energéticas primarias no renovables están:  Petróleo crudo.  Gas Natural.  Carbón mineral.  Nuclear. Dentro de fuentes energéticas primarias renovables están:  Hidroenergía.  Geotermia.  Eólica.  Solar.  Biomasa.  Geotermia. Como parte de los objetivos que se deben alcanzar en este proyecto siempre será reconocer e identificar nuestra forma de generación de energía de forma sustentable a través de las llamadas energías primarias renovables. Esta tipo de energía nos muestran un camino alternativo técnicamente y económicamente efectivos que pueden cumplir con los estándares y necesidades de los distintos proyecto que puede ser ocupados
  26. 26. 25 2.4.2.-ENERGÍA HIDRÁULICA. Desde la antigüedad se reconoció que el agua que fluye desde el nivel superior a otro inferior posee una determinada energía cinética susceptible de ser convertida en energía, como demuestran los miles de molinos que a lo largo de la historia fueron construyéndose a la orillas de los ríos. Más recientemente hace más de un siglo se aprovecho la energía hidráulica para generar electricidad y de hecho fue una de las primeras formas que se emplearon para producirla. El aprovechamiento de la energía potencial del agua para producir electricidad utilizable, constituye en esencia la energía hidroeléctrica. El conjunto de instalaciones e infraestructuras para aprovechar este potencial se denomina hidroeléctrico. 2.4.3.-ENERGÍA EÓLICA. La energía eólica es la energía obtenida de la fuerza del viento, es decir mediante la utilización de la energía cinética generada por las corrientes de aire. En la actualidad, la energía eólica es utilizada principalmente para producir energía eléctrica mediante aerogeneradores. A finales de 2.011, la capacidad mundial de los generadores eólicos fue de 238 gigavatios. En 2.011 la eólica generó alrededor del 3% del consumo de electricidad mundial. La energía eólica es un recurso abundante, renovable, limpio y ayuda a disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero al reemplazar termoeléctricas a base de combustibles fósiles, lo que la convierte en un tipo de energía verde. Su principal inconveniente es la intermitencia del viento. 2.4.4.-ENERGÍA SOLAR. La energía solar es la energía obtenida a partir del aprovechamiento de la radiación electromagnética procedente del Sol. La radiación solar que alcanza la Tierra ha sido aprovechada por el ser humano desde la Antigüedad, mediante diferentes tecnologías que han ido evolucionando con el tiempo desde su concepción. En la actualidad, el calor y la luz del Sol puede aprovecharse por medio de captadores como células fotovoltaicas, helióstatos o colectores térmicos, que pueden transformarla en energía eléctrica o térmica. Es una de las llamadas energías renovables o energías limpias, que puede hacer considerables contribuciones a resolver algunos de los más urgentes problemas que afronta la Humanidad. Las diferentes tecnologías solares se clasifican en pasivas o activas en función de la forma en que capturan, convierten y distribuyen la energía solar. Las tecnologías activas incluyen el uso de paneles fotovoltaicos y colectores térmicos para recolectar la energía. Entre las técnicas pasivas, se encuentran diferentes técnicas enmarcadas en la arquitectura bioclimática: la orientación de los edificios al Sol, la
  27. 27. 26 selección de materiales con una masa térmica favorable o que tengan propiedades para la dispersión de luz, así como el diseño de espacios mediante ventilación natural. En 2.011, la Agencia Internacional de la Energía se expresó en los siguientes términos: "el desarrollo de tecnologías solares limpias, baratas e inagotables supondrá un enorme beneficio a largo plazo. Aumentará la seguridad energética de los países mediante el uso de una fuente de energía local, inagotable y, aun más importante, independiente de importaciones, aumentará la sostenibilidad, reducirá la contaminación, disminuirá los costes de la mitigación del cambio climático, y evitará la subida excesiva de los precios de los combustibles fósiles. Estas ventajas son globales. De esta manera, los costes para su incentivo y desarrollo deben ser considerados inversiones; deben ser realizadas de forma sabia y deben ser ampliamente difundidas. La fuente de energía solar más desarrollada en la actualidad es la energía solar fotovoltaica. Según informes de la organización ecologista Greenpeace, la energía solar fotovoltaica podría suministrar electricidad a dos tercios de la población mundial en 2.030. Actualmente, y gracias a los avances tecnológicos, la sofisticación y la economía de escala, el costo de la energía solar fotovoltaica se ha reducido de forma constante desde que se fabricaron las primeras células solares comerciales, aumentando a su vez la eficiencia, y su coste medio de generación eléctrica. Hoy en día la implementación de este sistema sigue siendo elevada para algunos casos y la competitividad con energías convencionales se hace estrecha. Factores como mantención y garantía de los paneles se hace fundamental para establecer la rentabilidad y económia de comparación para la implementación de este sistema alternativo. Otras tecnologías solares, como la energía solar termoeléctrica está reduciendo sus costes también de forma considerable. 2.4.5.- ENERGÍA MAREOMOTRIZ. La energía mareomotriz se debe a las fuerzas gravitacionales entre la luna, tierra y sol, que originan las mareas, los mares y los océanos son inmensos colectores solares, de los cuales se puede extraer energía de orígenes diversos. Turbinas hidráulicas que se interponen al movimiento natural de las aguas, junto con mecanismos de canalización, depósitos, que pueden ser utilizados para la generación de electricidad, transformándolo así en energía mareomotriz en la energía eléctrica, una forma energética más útil y aprovechable. 2.4.6.- ENERGÍA DE LA BIOMASA. La biomasa tal como su nombre indica, corresponde a la energía que desarrolla o contiene toda la masa orgánica biológica del planeta tierra, básicamente son reacciones de captura y emisiones y oxidación de hidrogeno. Este tipo de material orgánico puede ser convertido a otras formas de energía utilizable y es una atractiva alternativa de petróleo por varias razones. En primer lugar, es un recurso renovable que está
  28. 28. 27 más uniformemente distribuido sobre la superficie de la Tierra y son fuentes de energía, y que podrían ser explotados usando tecnologías más favorables al medio ambiente. Residuos de la agricultura y la silvicultura, y, en particular, los residuos de fábricas de papel, son los recursos más comunes utilizados como la biomasa para la generación de electricidad y de energía, incluidos en los procesos industriales de calor y de vapor, así como para una variedad de productos de base biológica. El uso de los combustibles líquidos como el etanol y el biodiesel, que está actualmente en derivados principalmente de cultivos agrícolas, está aumentando de forma espectacular 2.4.7.- ENERGÍAS SECUNDARIAS. Se denomina energía secundaria a los productos resultantes de las transformaciones o elaboración de recursos energéticos naturales (primarios) o en determinados casos a partir de otra fuente energética ya elaborada (por ej. Alquitrán). El único origen posible de toda energía secundaria es un centro de transformación y, el único destino posible un centro de consumo. Este proceso de transformación puede ser físico, químico o bioquímico modificándose así sus características iniciales. Son fuentes energéticas secundarias la electricidad, toda la amplia gama de derivados del petróleo, el carbón mineral, y el gas manufacturado (o gas de ciudad). El grupo de los derivados del petróleo incluye una amplia variedad de productos energéticos útiles que se obtienen a partir del procesamiento del petróleo en las refinerías, entre los cuales se encuentran las gasolinas, los combustibles diesel (gasóleos) y otros. Grafico 1: Energías Secundarias en Chile Fuente: http://www.cne.cl/energias/fuentes-energeticas/energias-secundarias (año 2.012)
  29. 29. 28 Clasificación de las energías secundarias Dentro de los energéticos secundarios se distinguen los grupos de derivados de Petróleo, Gas Natural, y del Carbón. En los derivados de petróleo están el Petróleo Combustible, Diesel, Gasolinas de motor, Gasolina de Aviación, Kerosene de Aviación, Kerosene, Nafta, Gas Licuado (GLP), Gas de Refinería, Coque de Petróleo. En los derivados de gas natural están el Metanol y Gas Licuado (GNL). En los derivados de carbón están el Coque, el Gas Coque, el Gas de Altos Hornos y el Alquitrán. Además son también energéticos secundarios la Electricidad, el Gas de ciudad y el Biogás. A continuación se muestra en forma gráfica la relación entre el energético secundario, y su energético fuente: Tabla 1: Energías Secundarias, Relación entre el energético secundario y su energético fuente. Energético Fuente Energético Secundario Petróleo Crudo Petróleos Combustibles, Alquitrán, Diesel, Gasolina 93, 95 y 97, Gasolina de Aviación, Kerosene de Aviación, Kerosene, Nafta, Gas licuado (GLP), Gas de refinería, Coque de petróleo (Petcoke) Carbón mineral Coque mineral, Gas Coque, Gas de Altos Hornos, Alquitrán Gas natural Metanol, Gas Licuado (GNL) Petróleo Combustible, Diesel, Gas Natural, Carbón, Biomasa, Hídrico, Biogás, Eólica, Solar Electricidad Gas Licuado, Gas Natural Gas de cuidad Biomasa Biogás Fuente: de realización propia en base a http://www.cne.cl/energias/fuentes-energeticas/energias-secundarias. Finalmente hay que aclarar que el objetivo que busca el Balance Energético Secundario que publica la CNE, es determinar el Consumo Final del país, es decir el consumo del cual se obtiene el trabajo útil o aprovechado. En este sentido, los energéticos: carbón, gas natural y biomasa, también son incluidos dentro del balance secundario, ya que estos energéticos que además de ser fuente para otro energético secundario dentro de un centro de transformación, también son consumidos a nivel final.
  30. 30. 29 Conceptualmente se puede establecer que de todas formas estos 3 energéticos, son preparados o transformados físicamente para facilitar su consumo final, de esta forma el gas natural es extraído y odorizado, el carbón es lavado y secado, y la biomasa es extraída (cortada en caso de la leña) y secada. 2.5.- ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA. Hay dos formas de utilizar la energía eléctrica generada a partir del efecto fotovoltaico: - En instalaciones aisladas de la red eléctrica. - En instalaciones conectadas a la red eléctrica convencional. Mientras que en las primeras la energía generada se almacena en baterías para así disponer de su uso cuando sea preciso, en las segundas toda la energía generada se envía a la red eléctrica convencional para su distribución donde sea demandada. 2.5.1.- SISTEMAS AISLADOS DE LA RED ELÉCTRICA. Estos sistemas se emplean sobre todo en aquellos lugares en los que no se tiene acceso a la red eléctrica y resulta más económico instalar un sistema fotovoltaico que tender una línea entre la red y el punto de consumo. Como los paneles solo producen energía en las horas de sol y la energía se puede necesitar durante las 24 horas del día, es necesario un sistema de acumulación. Durante las horas de luz solar hay que producir más energía de la que se consume para acumular el exceso y posteriormente poder utilizarlo cuando no se esté generando. La cantidad de energía que se necesita acumular se calcula en función de las condiciones climáticas de la zona y el consumo de electricidad. De tal manera que en una zona donde haya muchos días soleados al año habrá que acumular poca energía. Si el periodo sin luz es muy largo, hay que acumular más energía. El numero de paneles a instalar debe calcularse teniendo en cuenta: - La demanda energética en los meses más desfavorables - Las condiciones técnicas optimas de orientación e inclinación, dependiendo del lugar de la instalación. Para optimizar el sistema es necesario calcular correctamente la demanda con el fin de no sobredimensionar la instalación. Conviene utilizar electrodomésticos e iluminación de bajo consumo, para que de esta manera el sistema sea más económico. Actualmente existe una gran variedad de estos productos de bajo consumo.
  31. 31. 30 Imagen 3: Esquema de un sistema Fotovoltaico Aislado Fuente: http://www.impuls-solar.com/kits/informacion%20aisladas.htm Aplicaciones. “Las principales aplicaciones de los sistemas aislados de la red eléctrica son: Aplicaciones espaciales: Desde los orígenes de la carrera espacial, los satélites y naves espaciales han utilizado paneles solares fotovoltaicos para alimentar sus equipos electrónicos. Telecomunicaciones: Existen una multitud de equipos de telecomunicaciones situados en zonas de difícil acceso, alejados de la red eléctrica, alimentados por energía solar fotovoltaica. En estos casos, normalmente, la solución solar es la más economía y fiable, son ejemplos característicos: Repetidores de televisión, equipos de radio, antenas de telefonía móvil, etc. Señalización: La señalización marítima y terrestre es una de las grandes aplicaciones de los sistemas fotovoltaicos. Así son numerosos los ejemplos en balizamiento de aeropuertos, señalización de carreteras y puertos, etc. Bombeo: Al estar los pozos alejados de la red eléctrica, el bombeo con energía solar fotovoltaica es una solución muy adecuada. Estas instalaciones se adaptan muy bien a las necesidades ya que en los meses más soleados, que es normalmente cuando más agua se necesita, es cuando más energía se produce. En estos sistemas el almacenamiento de energía suele ser en forma de energía potencial, bombeando el agua a depósitos elevados.
  32. 32. 31 Zonas protegidas: En parajes naturales, donde por motivos de protección ambiental se recomienda no instalar tendidos eléctricos aéreos, en ocasiones resulta más rentable utilizar sistemas fotovoltaicos en lugar de tendidos subterráneos o grupos electrógenos que utilizan combustibles fósiles. Electrificación de viviendas aisladas: La distancia del punto de consumo a la red eléctrica puede hacer, en muchos casos, más rentable esta aplicación debido no solo al costo de instalar el tendido eléctrico sino también a la calidad del suministro eléctrico al evitarse cortes de electricidad, muy frecuentes en lugares aislados. Alumbrado de calles y carreteras: La posibilidad de utilizar sistemas de iluminación autónomos de fácil instalación y mínima obra civil hace que sea una solución adecuada en muchas ocasiones. Sistemas centralizados para poblaciones rurales aisladas: Cuando hay que electrificar una pequeña población rural aislada, la solución más idónea es instalar un sistema centralizado que gestione y distribuya la energía de los habitantes de la pequeña población.” (La energía solar fotovoltaica, Universidad Politécnica de Cataluña, Escuela técnica superior de ingeniería (Febrero de 2.010), Fuente: http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/7538/3/Anexo%20II%20- %20La%20energ%C3%ADa%20solar%20fotovoltaica.pdf) 2.5.2.- SISTEMAS CONECTADOS A LA RED ELÉCTRICA. En los lugares que disponen de electricidad, la conexión a la red de los sistemas fotovoltaicos contribuye a la reducción de emisiones de dióxido de carbono (CO2) a la atmosfera. Esta aplicación se ajusta muy bien a la curva de demanda de la electricidad, ya que el momento en que más energía genera los paneles, cuando hay luz solar, es cuando más electricidad se demanda. Al instalar un sistema fotovoltaico conectado a la red, se dispone de una mini central eléctrica que inyecta Kwh. Verdes a la red para que se consuman allí donde sean demandados lo que elimina las perdidas en transporte de electricidad. Para que estas instalaciones sean técnicamente viables es necesario: - La existencia de una línea de distribución eléctrica cercana con capacidad para admitir la energía producida por la instalación fotovoltaica. - La determinación, con la compañía distribuidora, del punto de conexión. - Proyectar un sistema que incluya equipos de generación y transformación de primera calidad, con las protecciones establecidas y debidamente verificados y garantizados por los fabricantes, de acuerdo a la legislación vigente. - Una instalación eléctrica realizada por un instalador autorizado. En las instalaciones conectadas a la red, el tamaño de la instalación no depende del consumo de electricidad de la vivienda o edificio, lo que simplifica enormemente su diseño. Para dimensionar la
  33. 33. 32 instalación es necesario conocer el espacio disponible y la inversión inicial. Es importante recordar que el consumo de electricidad es independiente de la energía generada por los paneles fotovoltaicos. El usuario sigue comprando la electricidad que consume a la distribuidora al precio establecido y además es propietario de una instalación generadora de electricidad que puede facturar los kWh producidos a un precio superior. Por cierto en chile este tipo de instalaciones aun no es posible de realizar, pero ya existen algunas iniciativas que indican que en el futuro también será una alternativa a considerar. Imagen 4: Esquema de un sistema Fotovoltaico Conectado a la Red. Fuente: http://www.impuls-solar.com/energiasolar/fotovoltaicared.htm “Aplicaciones. Las principales aplicaciones de los sistemas conectados a la red eléctrica son: Tejados de vivienda: Son sistemas modulares de fácil instalación donde se aprovecha la superficie del tejado existente para sobreponer los módulos fotovoltaicos. El peso de los paneles sobre el tejado no supone una sobrecarga sobre la mayoría de los tejados existentes. Plantas de producción: Las plantas de producción de electricidad son aplicaciones de carácter industrial que pueden instalarse en zonas rurales no urbanas (estacionamientos, zonas comerciales, áreas deportivas, etc.). Para aumentar la capacidad de producción de una planta fotovoltaica de producción eléctrica hasta en un 25% se suelen utilizar sistemas de seguimiento del sol. Integración en edificios: En esta aplicación es prioritario el nivel de integración del elemento fotovoltaico en la estructura del edificio. Por integración fotovoltaica debemos entender la sustitución de elementos arquitectónicos convencionales por nuevos elementos que incluyan paneles fotovoltaicos, y por lo tanto que generen energía.
  34. 34. 33 Las aplicaciones de integración de edificios más frecuentes son: - Recubrimiento de fachadas. - Muros cortina. - Parasoles en fachadas. - Pérgolas. - Cubiertas planas acristaladas. - Tejas. Componentes para el desarrollo de una planta solar fotovoltaica. Para el desarrollo de un sistema de energía fotovoltaica se debe considerar los siguientes elementos para su desarrollo.  Celular Fotovoltaicas.  Inversor.” (La energía solar fotovoltaica, Universidad Politécnica de Cataluña, Escuela técnica superior de ingeniería (Febrero de 2.010), Fuente: http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/7538/3/Anexo%20II%20- %20La%20energ%C3%ADa%20solar%20fotovoltaica.pdf) Células fotovoltaicas “La conversión fotovoltaica se basa en el efecto fotoeléctrico, es decir, en la conversión de la energía lumínica proveniente del sol en energía eléctrica. Para llevar a cabo esta conversión se utilizan unos dispositivos denominados células solares, constituidos por materiales semiconductores en los que artificialmente se ha creado un campo eléctrico constante (mediante una unión p-n). Cuando sobre un semiconductor incide una radiación luminosa con energía suficiente para romper los enlaces de los electrones de valencia y generar pares electrón-hueco, la existencia de una unión p-n separa dichos pares, afluyendo electrones a la zona n y huecos a la zona p, creando en resumen una corriente eléctrica que atraviesa la unión desde la zona n a la p, y que puede ser entregada a un circuito exterior (saliendo por la zona p y entrando por la n). De esta manera, cuando se expone una célula solar a la luz del sol se hace posible la circulación de electrones y la aparición de corriente eléctrica entre las dos caras de la célula. Fabricación A partir de las rocas ricas en cuarzo, por ejemplo cuarcita se obtiene silicio de alta pureza (de alrededor del 99%) y se funde. Una vez fundido se inicia la cristalización, resultando, si el tiempo es suficiente, lingotes de silicio cristalino. El proceso de corte es muy importante ya que puede suponer pérdidas
  35. 35. 34 de hasta el 50% de material. Tras el proceso de corte se procede al decapado, que consiste en eliminar las irregularidades y defectos debidos al corte, así como los restos de polvo o virutas que pudiera haber. Una vez limpia se le realiza un tratamiento anti reflectante para obtener una superficie que absorba más eficientemente la radiación solar. Formación de la unión p-n mediante la deposición de varios materiales (boro y fósforo generalmente), y su integración en la estructura de silicio cristalino. Finalmente provee a la célula de contactos eléctricos adecuados.” (Energía Fotovoltaica, Ministerio del medio ambiente y fondo de protección ambiental, (2.013), Fuente:http://www.fpa.mma.gob.cl/archivos/2014/proyectos/a90_material_senaletica_fotovoltaico_y_concepto_sol ar_Modo_de_compatibilidad.pdf) 2.5.3.-VENTAJAS DE LA ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA. “La producción de energía a través de fuentes renovables contribuye a desarrollar un planeta limpio y sostenible. La sociedad cada vez toma más conciencia de los beneficios tanto medioambientales como económicos que supone la generación de energía limpia.  Proviene de una fuente inagotable, el sol.  No contamina, no produce emisiones de CO2 u otros gases.  No precisa de un suministro exterior, no consume combustible, ni necesita presencia de otros recursos como el agua o el viento.  No produce ruidos.  Reduce la dependencia energética de los países.  Puede ahorrar todos los costes de distribución.  Los sistemas son sencillos y fáciles de instalar.  Elevada versatilidad, los sistemas pueden instalarse en casi cualquier lugar y las instalaciones pueden ser de cualquier tamaño.  Las instalaciones son fácilmente modulables, con lo que se puede aumentar o reducir la potencia instalada fácilmente según las necesidades.  Las plantas apenas requieren mantenimiento y tienen un riesgo de avería muy bajo.  Los módulos gozan de una larga vida.  Los sistemas resisten condiciones climáticas extremas: granizo, viento, frío…  Es un sistema de aprovechamiento de energía idóneo para zonas donde el tendido eléctrico no llega o es dificultoso y costoso su traslado.  Fomenta la creación de empleo local.
  36. 36. 35  Atrae inversores.  Mejora la imagen pública de las regiones donde se ubican.  El coste de los componentes disminuye a medida que avanza la tecnología.  Proporciona ahorros económicos.  Es una atractiva fuente de ingresos para inversores. El Silicio, elemento base para la fabricación de las células fotovoltaicas, es muy abundante, no siendo necesario explotar yacimientos de forma intensiva. Al ser una energía fundamentalmente de ámbito local, evita pistas, cables, postes, no se requieren grandes tendidos eléctricos, y su impacto visual es reducido. Tampoco tiene unos requerimientos de suelo necesario excesivamente grandes (1kWp puede ocupar entre 10 y 15 m²).” (Ventajas medioambientales de la energía solar fotovoltaica, SunEdison, Inc, (abril de 2.013) Fuente: http://www.sunedison.cl/energia-solar-fotovoltaica/ventajas.html) Tomando en cuenta estas ventajas nos fue necesario realizar también una lista de inconvenientes y barreras para su desarrollo en el contexto nacional: Inconvenientes  Impacto en el proceso de fabricación de las placas: Extracción del Silicio, fabricación de las células.  Necesidad de grandes extensiones de terreno generando un impacto visual. Barreras para su desarrollo  De carácter administrativo y legislativo: Falta de normativa sobre la conexión a la red.  De carácter inversor: Inversiones iniciales elevadas y falta de incentivos por parte del estado (ej. Subsidios)  De carácter tecnológico: Necesidad de nuevos desarrollos tecnológicos.  De carácter social: Falta de información. 2.5.4.-TIPOS DE PANELES SOLARES. A.- Silicio Mono cristalino. “Material de silicio caracterizado por una disposición ordenada y periódica de átomo, de forma que solo tiene una orientación cristalina, es decir, todos los átomos están dispuestos simétricamente. sc-Si (single crystal). Presentan un color azulado oscuro y con un cierto brillo metálico. Alcanzan rendimientos de hasta el 17%.”
  37. 37. 36 Imagen 5: Panel solar Silicio Mono cristalino. Fuente: http://www.archiexpo.es/prod/saint-gobain-solar/paneles-solares-fotovoltaicos-monocristalinos-66169- 882116.html B.- Silicio policristalino “Silicio depositado sobre otro sustrato, como una capa de 10-30 micrómetros y tamaño de grano entre 1 micrómetro y 1 mm. Las direcciones de alineación van cambiando cada cierto tiempo durante el proceso de deposición. Alcanzan rendimientos de hasta el 12%.” Imagen 6: Panel Solar Silicio policristalino Fuente: http://www.sitiosolar.com/paneles%20fotovoltaicas.htm C.- Silicio amorfo “Compuesto hidrogenado de silicio, no cristalino, depositado sobre otra sustancia con un espesor del orden de 1 micrómetro. am-Si, o am-Si:H No existe estructura cristalina ordenada, y el silicio se ha depositado sobre un soporte transparente en forma de una capa fina. Presentan un color marrón y gris oscuro. Las células de silicio amorfo (no cristalino) parecen tener unas perspectivas de futuro muy esperanzadoras. Esta tecnología permite disponer de células de muy delgado espesor y fabricación más simple y barata, aunque con eficiencia del 6-8%. Su principal campo de aplicación en la actualidad se encuentra en la alimentación de relojes, calculadoras, etc. Son muy adecuadas para confección de módulos semitransparentes empleados en algunas instalaciones integradas en edificios.” (Paneles solares fotovoltaicos mono cristalinos, Archiexpo, año 2.011, http://www.archiexpo.es/prod/saint-gobain- solar/paneles-solares-fotovoltaicos-monocristalinos-66169-882116.html)
  38. 38. 37 Imagen 7: Silicio amorfo Fuente: http://ahmedificacion.com/es/tipos-de-modulos-solares-fotovoltaicos/ D.- Módulos fotovoltaicos. Conjunto completo, medioambientalmente protegido, de células interconectadas. En general las células tienen potencias nominales próximas a 1Wp, lo que quiere decir que con una radiación de 1.000W/m² proporcionan valores de tensión de unos 0,5 V y una corriente de unos dos amperios. Para obtener potencias utilizables para aparatos de mediana potencia, hay que unir un cierto número de células con la finalidad de obtener la tensión y la corriente requeridas. Para tener más tensión hay que conectar varias células en serie. Conectando 36 (dimensiones normales, 7,6 cm de diámetro) se obtienen 18 V, tensión suficiente para hacer funcionar equipos a 12V, incluso con iluminaciones mucho menores de 1kW/m². La unidad básica de las instalaciones fotovoltaicas es, pues, la placa fotovoltaica, que contiene entre 20 y 40 células solares; estas placas se conectan entre sí en serie y/o paralelo para obtener el voltaje deseado (12V, 14V, etc.). Estas células interconectadas y montadas entre dos láminas de vidrio que las protegen de la intemperie constituyen lo que se denomina un módulo fotovoltaico. E.- Tipología de instalación de paneles fotovoltaicos. Subsistema de generación. Generador Fotovoltaico: Grupo de paneles fotovoltaicos interconectados para el aprovechamiento de la radiación solar del lugar. Este sistema de generación es el utilizado para las viviendas como nuestro caso. Subsistema de acumulación. Regulador de carga y grupo de baterías. El regulador de carga se encarga, principalmente, de evitar la descarga profunda de las baterías o la sobrecarga de las mismas, alargando de esta forma su vida útil. Las baterías acumulan la energía producida por el sistema de generación para que la vivienda disponga de
  39. 39. 38 suministro en los momentos en que ninguno de los generadores de la instalación está produciendo energía por falta de sol. Y también en los momentos en que la demanda energética de la misma es superior a la generada en esos instantes por los paneles FV. El sistema de acumulación es fundamental para poder almacenar la energía en la vivienda. Subsistema de acumulación de energía a las cargas. Convertidor CC-CC o seguidor de potencia. Cuándo no todos los receptores de continua tienen la misma tensión nominal. Convertidor CC-CA. Dado que la vivienda dispone de equipos a alimentar con CA, sí que será preciso incluir en el sistema un convertidor CC-CA. 2.6.- ENERGÍA SOLAR TÉRMICA. El principio elemental en el que se fundamenta cualquier instalación solar térmica es el de aprovechar la energía solar mediante un conjunto de captadores y transferirla a un sistema de almacenamiento, que abastece el consumo cuando sea necesario. Este mecanismo resulta muy útil en múltiples aplicaciones, tanto en el ámbito domestico como industrial. Se puede señalar algunas de ellas como el agua caliente para uso domestico, el aporte de energía para las instalaciones de calefacción, el calentamiento de agua para piscinas, o el precalentamiento de fluidos en distintos procesos industriales. Así, la posibilidad de captar la energía solar desde el lugar que se necesita, junto con la capacidad de poder almacenarla durante el tiempo suficiente para disponer de ella cuando haga falta, es lo que hace que esta tecnología sea tan ampliamente aceptada en muchas partes del mundo. En nuestro proyecto de titulo este sistema de energía solar favorece mucho a economizar energía para obtener agua caliente sanitara, tanto en edificios de departamentos como en viviendas unifamiliares. 2.6.1.- TIPOS DE COLECTORES SOLARES. “Se han diseñado distintas y avanzadas versiones de captadores solares térmicos con el objetivo de incrementar la cantidad de energía absorbida y disminuir las perdidas. Aunque los más comunes son los captadores planos, que utilizan como fluido el agua, en la actualidad también se comercializan otros tipos de captadores que cuentan con gran aceptación en el mercado. Entre ellos cabe desatacar el captador solar de vacío, que consigue temperaturas más elevadas de funcionamiento, y los captadores solares de aire que se utilizan fundamentalmente en los climas fríos para calentar el espacio. En función de la temperatura que puede alcanzar el fluido, los podemos dividir en dos grandes grupos: Los Colectores de Concentración y los Colectores Planos.
  40. 40. 39 A.- Colectores de concentración. Son aquellos que necesitan enfocar la energía dispersa para llegar a temperaturas superiores a los 100 – 150°C. Estos concentradores son dispositivos capaces de aprovechar la energía solar con un sistema de espejos que concentran la energía proveniente del sol en un punto, para calentar agua y convertirla en vapor, este vapor mueve unas turbinas que a su vez mueven un generador para producir electricidad. B.- Colectores Planos. Son dispositivos más simples que nos permiten obtener energía calórica de baja temperatura (inferior a 100°C). Estos colectores se caracterizan por no poseer métodos de concentración, ser más económicos y resultar eficientes para obtener agua caliente sanitaria. Además, nos ofrecen la ventaja de usar una orientación fija y aprovechar tanto la radiación directa como la difusa. Los captadores planos, destinados por lo general a la producción de agua caliente sanitaria, están recubiertos de una caja herméticamente cerrada. En la cara superior de esta caja se coloca una superficie acristalada que deja atravesar la radiación solar e impide que se pierda la ganancia térmica obtenida. Generalmente la carcasa que envuelve al equipo de captación es metálica, aunque en algunos casos puede ser de plástico especial o de algún otro material. En el interior del sistema captador se encuentra la placa absorvedora, que es el lugar donde se realiza la captación de la radiación solar propiamente dicha. Fabricada con materiales que conducen bien el calor (aluminio, cobre, planchas metálicas…), esta placa tiene un funcionamiento parecido al de un radiador: con una disposición de tubos que cuentan con una toma por donde entra el fluido a calentar y otra de salida. Los colectores solares de placa plana se pueden clasificar en tres grupos: 1.- Colectores planos protegidos. 2.- Colectores planos no protegidos. 3.- Tubos de vacío. C.- Colectores Planos Protegidos. Imagen 8: Colectores de concentración. Fuente: http://www.solounplaneta.com/2007/10/07/energias-renovables-i-energia-solar/
  41. 41. 40 Son los más utilizados. En ellos, el captador se ubica en una caja rectangular. La cara expuesta al sol está cubierta por un vidrio muy fino, mientras que las cinco caras restantes son opacas y están aisladas térmicamente. Dentro de la caja, expuesta al sol, se sitúa una placa metálica. Esta placa esta unida o soldada a una serie de conductos por los que fluye un liquido caloportador (generalmente agua, glicol, o una mezcla de ambos). A dicha placa se le aplica un tratamiento selectivo para que aumente su absorción de calor, o simplemente se la pinta de negro. Pese a que existe un gran número de diferentes configuraciones de tubos internos, los tradicionales suelen utilizar los de tipo serpentín o los de tubos paralelos. Estos consisten en varios tubos de cobre, orientados en forma vertical con respecto al captador, en contacto la placa de color oscuro que transfiere el calor al fluido circularmente. Imagen 9: colector solar protegido Fuente: http://www.solepanel.cl/sistemassolares_sst.html D.- Colectores Planos No Protegidos. Son una variante económica de los anteriores donde se elimina el vidrio protector, dejando la placa expuesta directamente al ambiente exterior. Carecen también de aislamiento perimetral. Dada la inmediatez y simplicidad de este tipo de paneles, existen multitud de sub variante tanto en formas como en materiales: conceptualmente, una simple manguera enrollada y pintada de negro es, en esencia, un colector solar no protegido- Debido a su limitada eficiencia, necesitan una superficie más grande para conseguir las prestaciones deseadas, pero lo compensan con su bajo costo.
  42. 42. 41 E.- Tubos de vacío. Los captadores de tubos de vacio suponen un concepto distinto, se reducen la superficie captadora a cambio de unas pérdidas caloríficas menores. La lámina captadora se coloca dentro de tubos al vacio, por tanto con unas pérdidas caloríficas despreciables. Estos tubos presentan el mismo aspecto que un tubo fluorescente tradicional, pero de un color oscuro. Los paneles se forman con varios de estos tubos montados en una estructura de peine. Las ventajas de este sistema son su mayor aislamiento, lo que lo hace especialmente indicado para climas muy fríos o de montaña.” (Energía solar térmica, Manuales de Energías Renovables, Ministerio de Industria, Turismo y Comercio, España, año 2.011, http:// http://www.energiasrenovables.ciemat.es/adjuntos_documentos/Energia_Solar_Termica.pdf) Funcionamiento de un colector solar plano “Todos los sistemas de captación solar tienen como base fundamental un elemento captador de la radiación, lo que se denomina el colector o placa solar. Este elemento no hace otra cosa que aplicar, de manera práctica, el fenómeno que se conoce como efecto invernadero. Este fenómeno, consiste en incrementar la temperatura interior de un recinto por medio de láminas de cristal que dejan pasar los rayos solares, pero que no permiten la radiación hacia el exterior. Para complementar la acción del acristalado hay que aislar muy bien todas las juntas por las que podrían producirse fugas de la energía calórico acumulada, ahora, si en las paredes interiores no acristaladas de este recinto se pinta o recubre el paramento con un material negro, el calor es absorbido, y las sucesivas aportaciones caloríficas se van acumulando en este punto, de donde se transmite al aire que llena el espacio cerrado. Es así como se llega al fundamento del colector plano, pieza esencial en un sistema de captación de energía solar. Los colectores solares planos funcionan aprovechando el efecto invernadero. El sol incide sobre el vidrio del colector, que siendo muy transparente a la longitud de onda de radiación visible, deja pasar la mayor parte de la energía. Esta calienta entonces la placa colectora que, a su vez, se convierte en emisora de radiación en onda larga o (infrarrojos), menos energética. Pero como el vidrio es muy opaco esas longitudes de onda, a pesar de las perdidas por transmisión, (el vidrio es un mal aislante térmico), el recinto de la caja se calienta por encima de la temperatura exterior. Al paso por la caja, el fluido caloportador que circula por los conductos se calienta, y transporta esa energía térmica a donde se desee. El rendimiento de los colectores mejora cuanto menor sea la temperatura de trabajo, puesto que a mayor temperatura dentro de la caja (en relación con la exterior), mayores serán las pérdidas por
  43. 43. 42 transmisión en el vidrio. También, a mayor temperatura de la placa captadora, más energética será su radiación, y más transparencia tendrá el vidrio a ella, disminuyendo por tanto la eficiencia del colector.” (Colector y Sistema Solar Térmico, Sistemas solares, Solepanel, año 2.011, http://www.solepanel.cl/sistemassolares_sst.html) La utilización del colector solar plano se acoge a la ley 20.365 de Beneficio Tributario por parte del estado a las constructoras que implementes este sistema, cumpliendo un requerimiento mínimo energético para acogerse a esta, reduciendo así costos en la provisión e instalación de este, lo cual se puede aplicar a nuestro tema de edificios de vivienda en altura. 2.6.2.- ELEMENTOS PRINCIPALES DE UN SISTEMA SOLAR TÉRMICO. Un sistema de calefacción de agua está compuesto principalmente por los siguientes elementos: - Uno o más colectores para capturar la energía del sol. - Un sistema de distribución para mover el fluido entre los colectores y el tanque de almacenamiento. - Un tanque de almacenamiento. - Un sistema de calefacción auxiliar. A.- Sistema de distribución. El sistema de distribución es el que se encarga de transportar fluido caliente contenido en los captadores solares hasta el punto de consumo. Existen diferentes circuitos de distribución, dependiendo de la necesidad que pretendemos satisfacer o las condiciones climáticas del lugar donde vamos a realizar la captación. B.- Instalaciones de circuito abierto. Estos sistemas transfieren directamente el agua caliente producida en el captador solar hacia el depósito de acumulación. Cuando el captador es calentado por el sol, el agua aumenta de temperatura desplazándose hacia arriba. Una vez en el depósito de almacenamiento, este se vacía con una cantidad equivalente de agua más fría que se dirige al captador. Las instalaciones de circuito abierto son empleadas en lugares donde no se dan heladas a lo largo del año o bien en aplicaciones temporales. C.- Instalaciones de circuito cerrado. En este caso existen dos circuitos: el circuito primario del sistema captador y el circuito secundario donde se encuentra el sistema de almacenamiento. En el circuito primario se introduce un líquido especial
  44. 44. 43 que circula por dentro del captador y transmite calor al agua del tanque de almacenamiento por medio de un intercambiador de calor. Lo que se pretende con el sistema de doble circuito es evitar que el agua del depósito se pueda mezclar con el líquido del captador. Así, es posible colocar un componente anticongelante que permita su uso en zonas donde las temperaturas bajen de cero grados D.- Circulación forzada de agua. Los sistemas de circulación forzada están basados en una bomba de impulsión movida por un aporte exterior de energía eléctrica. La bomba de circulación colocada en el sistema de captación tiene como principal función transferir el fluido circulante más rápidamente, impidiendo así que se pueda perder parte de las calorías ganadas en el proceso de distribución. E.- Circulación natural o con termosifón. Estos sistemas tienen la ventaja de no contar con bombas de impulsión, aprovechando la circulación natural de agua caliente, que por naturaleza tiende a ascender. Los sistemas con termosifón son muy utilizados en áreas geográficas con climas más cálidos. Estos sistemas de circulación solo se utilizan para instalaciones solares pequeñas. F.- Almacenamiento. La energía que se recibe del sol no siempre coincide con las épocas de mayor consumo. Por ese motivo, si se quiere aprovechar al máximo la energía que nos concede el sol, será necesario acumular la energía en aquellos momentos del día que mas radiación existe, para utilizarla posteriormente cuando se produzca la demanda. Lo habitual es almacenar la energía en forma de calor e tanques especialmente diseñados para este fin. Existen varios tipos de tanques de almacenamiento para agua caliente, siendo los materiales de construcción más adecuados el acero, el acero inoxidable, el aluminio y la fibra de vidrio reforzado. Los depósitos acumuladores, con el fin de disminuir las pérdidas, están recubiertas de un material aislante, pudiendo además recubrirse con una funda para incrementar su durabilidad. G.- Sistemas de apoyo convencional. Un sistema de energía auxiliar es un elemento necesario en toda instalación solar para evitar restricciones energéticas en aquellos periodos en los que no hay suficiente radiación y/o el consumo es superior a lo previsto. Para prevenir estas situaciones, los sistemas de energía solar térmica cuentan con un apoyo basado en energías convencionales. La fuente de apoyo es muy variable, aunque en general es recomendable que se encuentre vinculada a un sistema de control. Algunos sistemas de apoyo son: - Eléctricos. - Calderas de Gas.
  45. 45. 44 2.6.3.- USOS Y APLICACIONES DE LAS INSTALACIONES SOLARES TÉRMICAS. La energía solar térmica es una alternativa muy interesante en una gran variedad de aplicaciones, entre las que se encuentra el agua caliente sanitaria, la calefacción, la climatización de piscinas, o la producción de calor en multitud de procesos industriales. A esta lista de usos plenamente probados, hay que añadir otros que empiezan a tener grandes expectativas de desarrollo a corto y medio plazo, como es el caso de la refrigeración de ambientes por medio de procedimientos solares. Este tipo de instalaciones es una de las más ocupadas en los edificios de vivienda en altura para la producción de agua caliente sanitaria, debido a sus eficientes resultados, logrando entregar hasta el 60% de la producción de agua potable sanitaria al año, generando con esto un gran ahorro para los habitantes se ven beneficiado por este sistema solar térmico. Producción de agua caliente sanitaria. En la actualidad la energía solar térmica ofrece una solución idónea para la producción de agua caliente sanitaria, al ser una alternativa completamente madura y rentable. Con los sistemas de energía solar térmica hoy en día se puede cubrir el 100% de la demanda de agua caliente durante el verano y del 50 al 80% del total a lo largo del año, un porcentaje que puede ser superior en zonas con muchas horas de sol al año. El grado de desarrollo y comercialización de estos sistemas de producción de agua caliente es tal que ha llevado a estas aplicaciones a convertirse en la más popular de cuantas ofrece la tecnología solar en nuestros días. Y es que su uso no solo se limita a las viviendas unifamiliares, sino también a edificios de vivienda como es el caso que vamos a analizar más adelante. Imagen 10: Uso de energía solar para la generación de agua caliente y/o calefacción Fuente: http://www.afuser.org

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