ANÁLISIS DEL APROVECHAMIENTO DEL RECURSO RENOVABLE DE UNA VIVIENDA

TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN 4

DESARROLLO 5

ANÁLISIS DEL APROVECHAMIENTO DEL RECURSO RENOVABLE DE UNA VIVIENDA 5

Cálculo y análisis de una fuente de energía solar fotovoltaica. 6

Cálculo y análisis de una fuente de energía eólica. 13

1) Cálculo del histograma para una torre eólica de 10 metros. 14

2) Cálculo del histograma para una torre eólica de 50 metros. 16

Cálculo y análisis de una fuente de energía con biomasa. 18

Cálculo y análisis de una fuente de energía geotérmica. 19

Matriz de decisión. 20

Conclusiones finales del proyecto. 21

Referencia fotográfica. 23

INTRODUCCIÓN

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Palabras clave: Energía renovable, fotovoltaica, eólica, biomasa, geotérmica.

En el presente trabajo se desarrollará el análisis y cálculo sobre la factibilidad de instalar una fuente alterna de energía renovable en Ecuador, Oriente, provincia del Pastaza, ciudad del Puyo , el trabajo forma parte del proyecto final del modulo #6, correspondiente a Fuentes Alternas de Energía, dentro del pénsum de estudios para la maestría de Eficiencia Energética, auspiciado por la UCE.

Las energías consideradas para su aplicación y/o factibilidad son: Energía solar fotovoltaica, eólica, biomasa y geotérmica.

Antes de enfocarnos en el desarrollo del proyecto, es importante que conozcamos que son las energías renovables y las características de cada una de ellas.

Se denomina energías renovables a aquellas fuentes energéticas basadas en la utilización del sol, el viento, el agua o la biomasa vegetal o animal entre otras, se caracterizan por no utilizar combustibles fósiles y en que fuente de origen es infinita.

La energía solar fotovoltaica es aquella que se obtiene al convertir la luz solar en electricidad empleando una tecnología basada en el efecto fotoeléctrico. Es una energía limpia que reduce la huella de carbono de manera significativa, pues no genera gases de efecto invernadero ni contamina durante su uso, su inversión es recuperada alrededor de 5 años.

La energía eólica es aquella que se obtiene a partir de la fuerza del viento, a través de un aerogenerador que transforma la energía cinética de las corrientes de aire en energía eléctrica. Es una energía limpia, es autóctona, y sus tarifas de consumo son relativamente baratas. Requiere de grandes alturas para accionar el elemento giratorio.

La biomasa o bioenergía, es otro de los de tipos de energía renovable, su fuente puede regenerarse ya sea de forma natural o artificial. No contamina el medio ambiente, ayuda a mejorar la calidad del aire y a reducir los efectos del cambio climático. Su elemento primario de energía es la caña de azúcar, el maíz, los pellets de madera, grasas minerales, entre otros. Genera fuentes de trabajo fijas y constantes, Se requiere de grandes terrenos para su producción y para su posterior almacenamiento. Puede poner en riesgo zonas forestales, su rendimiento es menor al de los combustibles fósiles.

La energía geotérmica aprovecha el calor del interior de la tierra para que pueda ser utilizada en alimentar de manera sostenible sistemas de climatización o también para generar energía eléctrica renovable. Se manifiesta de forma natural mediante fuentes termales o volcanes. Por lo general, se utiliza para refrigerar, sistemas de calefacción, suministrar agua potable y generar electricidad. Genera emisiones de ácido sulfhídrico y CO2. Puede contaminar aguas que estén próximas con sustancias cómo el arsénico o el amoniaco. Su instalación produce un gran impacto visual en el paisaje.

Bajo este precepto, es importante indicar que en la actualidad el 92% de la generación de energía en el país proviene de renovables, como centrales hidráulicas, y el 1% de fuentes no convencionales, fotovoltaica, eólica, biomasa, biogás, geotermia, entre otras.

DESARROLLO

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ANÁLISIS DEL APROVECHAMIENTO DEL RECURSO RENOVABLE DE UNA VIVIENDA

ORIENTE-PUYO

PUYO: Latitud: -1.4704 Longitud: -77.9967

Puyo: Datos meteorológicos del lugar:

1 Irradiación solar. 6.337 w/m2 (AVG 7 Hrs de sol).

2 Velocidad de viento. 7 Km/h

3 Temperatura del suelo. -

4 Precipitaciones. AVG: 186mm / Probabilidad: Precipitaciones 10% Lluvia-Nublado.

5 Humedad. 85% H-Relativa.

Varios. 36.659 habitantes / Superficie 87,67 km².

Mes más frío julio / Mes más seco septiembre.

°T mínima AVG 18°C - Máxima 25°C.

Altura 30 msnm / Clima lluvioso tropical.

Cálculo y análisis de una fuente de energía solar fotovoltaica.

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Para realizar el cálculo y el análisis de la factibilidad de instalación de un campo solar fotovoltaico en una vivienda de la ciudad del Puyo, se partió y tomó como referencia de información la base de datos de la pagina web de la NASA, y del software de la plataforma de datos de Ret-Screen, en función de realizar las aproximaciones y balances del cálculo con emisión de los resultados. https://power.larc.nasa.gov/ & RETScreen (nrcan.gc.ca)

Para determinar la orientación e inclinación de los helióstatos fue necesario conocer: Valores de la radiación solar directa, radiación difusa, promedios sobre la superficie horizontal y albedo del suelo.

Resaltamos que el ángulo óptimo de inclinación del panel solar a instalarse, será aquel que optimiza la menor radiación solar sobre la superficie inclinada durante todo el año, para ello se determinó el “peor” mes del año, y se seleccionó el ángulo más adecuado para todo el periodo anual.

Para el desarrollo del análisis y del cálculo se definieron 15 segmentos, los cuales nos permitieron definir algunas asunciones y conclusiones.

Cálculos realizados:

1) CÁLCULO DEL ÁNGULO DE DECLINACIÓN.

2) IRRADIACIÓN SOLAR GLOBAL.

3) BALANCE DE CARGA RESIDENCIAL PARA SUMINISTRO CON PANELES SOLARES.

4) CONSUMO TOTAL DIARIO DE ENERGÍA (kWh/d).

5) POTENCIA POR MES (kW/d m²).

6) SELECCIÓN DE PANELES FOTOVOLTAICOS.

7) EFICIENCIA DE LOS PANELES FOTOVOLTAICOS ESCOGIDOS.

8) ÁREA REQUERIDA PARA LA INSTALACIÓN DE LOS PANELES FOTOVOLTAICOS.

9) NÚMERO DE PANELES SOLARES REQUERIDOS PARA CUBRIR LA DEMANDA DE ENERGÍA.

10) TOTAL, BATERÍAS REQUERIDAS PARA LA INSTALACIÓN (Opcional).

11) CAPACIDAD DEL INVERSOR BIDIRECCIONAL REQUERIDO PARA LA INSTALACIÓN.

12) CAPACIDAD DEL REGULADOR DE VOLTAJE AC REQUERIDO PARA LA INSTALACIÓN (Opcional).

13) CONSUMO TOTAL DE LA VIVIENDA A PARTIR DE LOS DÍAS DE AUTONOMÍA.

14) COSTOS ESTIMADOS DE INSTALACIÓN.

15) DIAGRAMA EQUIVALENTE DE LA INSTALACIÓN CON SISTEMA DE ABASTECIMIENTO MIXTO: PANELES SOLARES Y EN RED ELÉCTRICA.

Asunciones sobre la instalación de la fuente de energía solar fotovoltaica:

El sistema de abastecimiento seleccionado es mixto, con paneles solares y sistema externo en red, consta la instalación de medidores de energía bidireccionales, para efectos de facturación tarifaria.

Los paneles solares escogidos son monocristalinos, debido a su alta eficiencia con 21,1%, con una vida útil de más de 30 años, son de 166mm con 9 Bushbars @12VDC.

El mejor grado de inclinación escogido para los paneles solares es el de 5 grados. Debido a que a mayor ángulo de inclinación se obtiene menor ganancia.

El mes de mejor radiación es octubre, con 4,40 kWh/d m².

El mes con la más alta demanda es marzo, con una potencia de 7,73 kWh/d m².

El inversor de DC @ AC es para conexión de red externa, con un sistema de protección para variaciones de voltajes en caso de flujo eléctrico inverso desde la red.

La corriente máxima del sistema de la vivienda es de 21,50 Amps, el calibre del conductor a instalarse es el #12AWG, diseñado para 30 Amps. (Condición Overground).

Para el caso de una opción con un sistema autónomo se requieren 139 baterías de 100Ah/12VDC, las cuales entregaran una autonomía máxima de 3 días, en condiciones de "Full Load".

Conclusiones sobre la instalación de la fuente solar fotovoltaica:

El sistema de abastecimiento seleccionado para la vivienda es con paneles solares, más la red externa, a fin de garantizar el suministro de energía durante las noches y ante fallas súbitas de los módulos solares.

La potencia instalada del campo de captación solar fotovoltaico es de 8,50 kW. La potencia requerida para la vivienda es de 2,58 kW, está diseñada para cubrir una demanda de 7,73 kW en el mes de marzo, periodo con la menor radiación solar.

Para cubrir la demanda de la vivienda se necesitan 37 paneles solares, una superficie de 40,35m², el costo del set de paneles es de $5.173,20.

El porcentaje de demanda (%) se distribuye con el 87% para electrodomésticos, 12% para confort con el uso de ordenadores y ventilación y el 1% para iluminación.

El costo total estimado del proyecto, incluido los materiales, la mano de obra y los imponderables es de $10.449,74

Se estima que el retorno de la inversión (ROI) se recuperará en 5 años, considerando

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