Cursos CEIA

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Curso Técnico en Instalaciones de Placas Solares y Energía Térmica - A Distancia

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El Proyecto SUN-AREA – Catastro Solar de Calama

El Proyecto SUN-AREA – Catastro Solar de Calama

Una fuente de energía independiente de la volatilidad de los precios de los combustibles y el agotamiento de las fuentes fósiles, que además se encuentra de forma gratuita en el mundo, es el sol. Para aprovechar su potencial energético, el proyecto SUN-AREA calcula la superficie disponible en cada techo en la ciudad de Calama para instalar un sistema solar que genere electricidad o agua caliente.

Cualquier persona puede acceder gratuitamente al nuevo catastro solar de la ciudad de Calama a través del portal Web del Ministerio de Energía (www.minenergia.cl) bajo el enlace “SUN-AREA”. Basta con un par de clics para descubrir, por ejemplo, cuánta electricidad se puede producir sobre el techo de su casa y cuál es la posible reducción en emisiones de CO₂; ello le será de gran ayuda al momento de decidir si es factible instalar un sistema solar sobre su techo.

¿Es idóneo su techo para instalar un sistema fotovoltaico o solar térmico?

¿Qué superficies de techos son idóneas para la producción de energía solar? Desde ahora, Usted puede encontrar la respuesta en forma fácil a través del nuevo catastro solar. A partir de los datos recolectados mediante un escáner láser desde un avión se determina la inclinación, orientación y el sombreado del techo de cada edificación, lo que servirá de base para calcular su potencial solar.

Procedimiento y resultados

Metodología

El proyecto SUN-AREA ofrece una metodología que permite calcular el potencial de energía solar de cualquier edificación existente en una amplia zona, a partir de datos obtenidos con un escáner láser. Los factores específicos que permiten hacer este cálculo son la inclinación y exposición, el sombreado y el tamaño de la superficie de cada techo. Estos factores se registran a través de sensores laser ubicadas en el fuselaje de un avión que sobrevuela la ciudad.

El procedimiento de escaneo por láser desde un avión posibilita diferenciar la superficie de los objetos y del terreno, con lo que se puede elaborar un Modelo Digital de Terreno (DTM) o un Modelo Digital de Superficie (DSM). Para la localización de las edificaciones se agregan además los contornos de los edificios.

Sobre la base de los datos generados, se calcula automáticamente la superficie de techos que tienen mayor idoneidad para el aprovechamiento de la energía solar, ya sea con una instalación fotovoltaica o un sistema solar térmico para el calentamiento de agua sanitaria. Los cálculos permiten conocer la idoneidad solar de cada techo, el potencial rendimiento energético del techo en kWh/año y la posible reducción de emisiones de CO₂.

Los cinco factores que determinan el potencial energético de un techo solar y que fueron incorporados en el modelo SUN AREA son la radiación solar global del lugar, la inclinación del techo, la exposición, el sombreado y la superficie del techo.

Inclinación del techo: Representa el ángulo del techo en grados respecto de la superficie horizontal. En las latitudes geográficas de Calama son óptimos los techos con una inclinación de entre 5-10º. Sin embargo, por la alta radiación solar en Calama, otros ángulos de inclinación no causan una gran disminución del rendimiento esperado. En techos planos se recomienda usar un soporte para mejorar el ángulo de inclinación, y así facilitar la autolimpieza y la ventilación de los módulos solares.

Exposición: Además de la inclinación, la orientación del techo es decisiva para aprovechar la radiación solar global. Un techo orientado hacia el Norte aprovecha la energía hasta en un 100%; incluso si está orientado hacia el este o el oeste puede alcanzar un rendimiento energético de hasta un 80%.

Sombreado: El sombreado parcial de los módulos fotovoltaicos puede ocasionar una considerable disminución en el rendimiento energético de la instalación. Como éstos por lo general están conectados en serie, la célula que recibe menos luz solar determina la corriente total que circula.

Energía solar global sobre el techo: La base es la radiación global incidente en una superficie horizontal en la localización geográfica de Calama (latitud geográfica 22° sur, longitud 68° oeste). El Modelo Digital de Superficie (DSM), que se determina a partir de los datos obtenidos con el escáner laser, permite incorporar los factores de inclinación, orientación y sombreado, que llevan a un aumento o una disminución de la radiación solar que recibe cada techo.

Tamaño mínimo del techo: Se aplica además un filtro por el tamaño del techo. Techumbres con una superficie menor a 2m² y techos que reciben una radiación menor a 1600 kWh/año han sido clasificados como “no idóneos” en el mapa interactivo que visualiza los resultados del modelo SUN AREA. Para aplicaciones fotovoltaicas, el mapa clasifica por separado techos con una superficie entre 2-10 m², 10-50 m², 50-100 m² y techos con una superficie idónea > 100 m². Respecto de sistemas solares térmicos, el mapa identifica las superficies idóneas con tamaño mayor a 2 m².

Cálculo: Mediante un Sistema de Información Geográfico (SIG) se calculan los factores de localización que sirven de base para determinar la generación promedio anual de energía eléctrica y la correspondiente reducción de emisiones de CO₂. Para integrar el sombreado producido por árboles o edificaciones de mayor altura se utiliza un Modelo Digital de Relieve, que cubre un determinado territorio, y con éste se calculan los momentos de sombra en diferentes horas del día y mes. La interpolación entre cada uno de los resultados obtenidos posibilita un completo análisis del sombreado durante el día y todo el año. Los resultados del análisis del potencial solar se pueden incorporar además como un registro de datos en planos urbanos o modelos de ciudades en tres dimensiones.

¡Con el método SUN-AREA no es posible incorporar el análisis estructural de la edificación y por ello es necesario examinar la estructura y construcción de la edificación para dar soporte a la instalación solar en forma separada a través de visitas en terreno!

Generación de energía y costos

El modelo SUN AREA entrega un mapa interactivo que muestra la superficie de techos idóneos para aplicaciones solares, y para cada superficie de techo el valor de energía eléctrica que una instalación fotovoltaica puede generar. Además se calcula la reducción de emisiones de CO₂ que se obtendría reemplazando una cantidad equivalente de energía eléctrica generada en el Sistema Interconectado del Norte Grande (SING). Para el cálculo de la energía eléctrica (kWh/año) se usaron además los siguientes parámetros:

• Eficiencia de los módulos: Para aplicaciones fotovoltaicas se asume una eficiencia de los módulos de 12%. Este valor es común para células mono- y policristalinas disponibles en el mercado, pero existen módulos con eficiencias más altas.

• Performance ratio: Para el cálculo del rendimiento de una instalación fotovoltaica se debe considerar las pérdidas por la transformación de corriente continua a corriente alterna mediante un inversor, y otras pérdidas técnicas de la instalación. Se asume un factor de 0,75.

• Para la instalación de un 1 kWp (kilowatt peak ¹) de potencia nominal, un sistema fotovoltaico requiere una superficie de entre 7 a 10m², dependiendo de la calidad y eficiencia de los módulos. En el modelo SUN AREA se asume que 1 kWp de potencia nominal requiere una superficie de 8,5 m².

• Consumo de energía: Se asume que una familia de 4 personas tiene un consumo de energía eléctrica de 2.400 kWh/año. El modelo SUN AREA indica el número de personas que un sistema fotovoltaico potencialmente puede abastecer con energía eléctrica, si se usa toda la superficie idónea del techo. Respecto de la instalación de un sistema solar térmico normalmente es suficiente una instalación de 2m2 para cubrir la demanda de agua caliente sanitario de una familia de 4 personas.

• Reducción de emisiones: Se asume que cada kilowatthora (kWh) producido en la instalación fotovoltaica de un techo potencialmente reduce las emisiones de dióxido de carbono (CO₂) en 790g. Este valor corresponde al factor de emisiones en el Sistema Interconectado del Norte Grande (Fuente: Pricewaterhouse Coopers).

• Costos: 1 kWp de potencia nominal instalada tiene un costo de aprox. 2.700 €.

Este valor corresponde a un valor promedio neto, incluyendo la instalación. Eventualmente, se agregan costos por interconexión eléctrica, planificación y eventuales permisos. En términos generales, por efectos de escala, los costos disminuyen cuando aumenta el tamaño de la instalación.

Principales preguntas y respuestas

¿Qué factores debo considerar al adquirir una instalación solar?

Al momento de adquirir un sistema solar siempre deberá poner atención en el dimensionamiento, es decir, que el tamaño de la instalación sea el adecuado para cubrir su demanda energética. ¿Cuánta agua caliente o electricidad necesita? A partir de esta información, un profesional técnico podrá asesorarlo para planificar su instalación.

Aparte de la demanda de energía eléctrica o agua caliente de su hogar, se necesita evaluar en detalle la estructura y construcción de su vivienda. ¿Su techo soportaría el peso de un sistema solar? Consulte a un especialista para revisar su vivienda en detalle antes de tomar la decisión de implementar un sistema fotovoltaico o solar térmico en el techo de su vivienda.

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¿Por qué mi techo no dispone de un potencial solar?

Puede deberse a diferentes razones. Por un lado, la calidad de la base de datos podría ser deficiente respecto de algunas edificaciones, lo que puede derivar en una información errónea. Por otro lado, algunas edificaciones pueden no ser idóneas. Si una gran parte de la superficie del techo es sombreada por edificaciones o la vegetación adyacente, entonces toda la superficie se clasifica como no idónea.

Es importante considerar que el cálculo se efectúa sobre la base de un inventario obtenido al momento del sobrevuelo con el escáner láser y por ello no es posible registrar los cambios que se hayan producido posteriormente en las edificaciones existentes, los techos o un crecimiento de la vegetación.

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¹ El kilowatt peak (kW_p) es la unidad para la potencia eléctrica máxima, que el generador solar de un sistema fotovoltaico, bajo condiciones de muestreo estandarizados, puede generar. La potencia nominal de un generador solar (kW_p) se determina en condiciones normadas con una radiación solar de 1.000 W/m², temperatura de los módulos de 25°C, y masa de aire de 1,5.