Ciencia y Sociedad, Vol. 27, No. 1, 2002 • ISSN: 0378-7680 • ISSN: 2613-8751 (en línea) • Sitio web: https://revistas.intec.edu.do/

PROYECTO DE ENERGIA SOLAR PARA UN EDIFICIO

DOI: https://doi.org/10.22206/cys.2002.v27i1.pp126-134

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*Area de Ciencias Basicas y Ambientales - INTEC

INTEC Jurnals - Open Access

Cómo citar: Scott, J., & Campusano, M. (2002). Proyecto de energía solar para un edificio. Ciencia Y Sociedad, 27(1), 126-134. https://doi.org/10.22206/cys.2002.v27i1.pp126-134

Resumen

Hoy dia, en los comienzos de! siglo xxi, mas de 3,000 millones de personas viven en las zonas rurales de paises subdesarrollados sin acceso a las redes electricas y con pocas esperanzas de cambiar esta realidad debido a las carencias en que viven.

El desarrollo de nuevas tecnologias basadas en fuentes renovables de energia como: las energias solar, eólica y de biomasa auguran un cambio en la situación electrica de las zonas rurales en los paises tercermundistas en vista de que se pueden desarrollar sistemas energeticos aislados que no estan conectados a la red electrica nacional con diferentes aplicaciones tales como: iluminación, bombeo de agua, cocción de alimentos y procesamientos industriales que permitiran un desarrollo sostenible a estas regiones deprimidas del planeta.

Republica Dominicana ya acumula una experiencia en la electrificación rural por medio de paneles fotovoltaicos que transforrnan la energia de la radiación solar en energia electrica. En la actualidad se han electrificado mas de 1,500 viviendas1, unas 60 clinicas2 y mas de 25 escuelas rurales3 con paneles fotovoltaicos, lo que da una idea de la importancia de! aprovechamiento de la energia solar en paises en vias de desarrollo.


Palabras clave:

Eneregia Renovable, Electricidad, Celdas Fotovoltaicas, Energia Solar

i OBJETIVOS DEL PROYECTO

Los objetivos del proyecto que nos ocupa son la alimentación electrica para fines esencialmente demostrativos y de estudio del edificio Pedro Bono del Institute Tecnológico de Santo Domingo utilizando un arreglo de paneles fotovoltaicos con los correspondientes dispositivos que completan el sistema electrico como baterias, inversor y reguladores. La idea es la de satisfacer todas las necesidades energeticas del edificio, en donde hay 4 oficinas y 5 aulas exceptuando el enfriamiento del aire.

A continuación describimos y desarrollamos cada uno de los pases del diseño de un sistema electrico fotovoltaico para el edificio ya citado.

ii METODOLOGIA UTILIZADA

Son cinco los pases basicos a desarrollar con la finalidad de disefir un sistema fotovoltaico independiente como el que nos ocupa:

  1. Necesidades energeticas. En este paso se determina la carga a suplir y durante cuanto tiempo al dia. A partir de esta información se calcula la energia que debe producir el arreglo solar para satisfacer la carga de interes.

  2. Consideraciónes de las perdidas energeticas. En este segundo paso se cuantifican las perdidas energeticas y asi obtener una carga energetica mas real.

  3. Radiación media diaria sabre la region de interes. Se recopila información suficiente por un periodo de tiempo considerable sobre los niveles de radiación en la zona en donde se ubicara el arreglo solar, con la finalidad de definir la potencia de radiación de diseño.

  4. Dimensionamiento del arreglo solar. Se determina el numero de paneles solares a utilizar y su distribución.

  5. Dimensionamiento del banco de baterias. Se calcula el numero de baterias a utilizar y su distribución.

iii NECESIDADES ENERGETICAS

La energia total consumida durnnte un mes (20 dias) es igual a:

20 dias x consumo diario (en wh) = Consumo Total por mes

20 X 68,800 = 1,376,000 wh

Se convierte este consumo en amperes-hora dividiendo el consumo total entre 48 cuando se utilizan baterias a 48 V:

P = V/I I=P/V

1,376,000/48 = 28,666.7 amperes-hora.

Esto implica que el arreglo solar debe producir 28,666.7 amperes-hora cada mes, lo que equivale a 1,433.3 amperes-hora por dia.

iv CONSIDERACION DE LAS PERDIDAS ENERGETICAS

Debido a las perdidas energeticas en el cableado e interconexiones, asi como en los procesos de carga y descarga de las baterias, se considera un factor de 1.5 para obtener una carga energetica mas real:

Consumo diario del sistema:

68.80 KWh x 1.5 = 103.20 KWh por dia

= 103,200 Wh por dia

v RADIACION MEDIA DIARIA SOBRE LA REPUBLICA DOMINICANA

A continuación se muestra la radiación media diaria, tanto sobre un plano horizontal, como sobre un plano inclinado a 25° que se recibe sobre la Republica Dominicana:

A partir de estos resultados, asumimos el menor promedio mensual:

5.20 KWh/m2/dia

como radiación solar de diseño que permitira satisfacer las necesidades energeticas incluso durante el mes mas critico.

vi DIMENSIONAMIENTO DEL ARREGLO SOLAR

Las dimensiones del arreglo solar se obtienen dividiendo los requerimientos diarios de energia entre la radiación solar diaria del lugar en donde se instalara el arreglo.

Para nuestro caso los calculos son los siguientes:

103,200 15.20 = 19,846 W = 19.846 kW

vii ARREGLO DE PANELES SOLARES

Es recomendable desarrollar este proyecto en cuatro etapas, cada una de 5 Kw. Para cada una de estas etapas de 5 Kw se utilizan paneles solares de 100 W cada uno a 12 V y con corriente promedio de 5.6 A. En vista de que se utiliza un inversor con voltaje de entrada de 48 V, se obtiene la corriente total del arreglo dividiendo la potencia requerida de 5,000 W entre el voltaje de trabajo (48 V)

5,000 W/48 V = 104.17 A

Esta intensidad de corriente a 48V se obtiene con 19 lineas de paneles solares conectadas en paralelo, cada una de 4 paneles. En vista de que cada panel tiene 1.498 m de largo y 0.594 m de ancho, este arreglo solar ocupa un area de:

A= 6m x 15m = 90 m 2

viii DIMENSIONAMIENTO DEL BANCO DE BATERIAS

Las baterias de un arreglo solar tienen una larga vida si son descargadas hasta un 20% de su capacidad total , en lugar de un 80% como ocurre en las descargas profundas. Esto implica que la capacidad del banco de baterias es 5 veces mayor que la capacidad de todo el sistema. Los calculos son los siguientes:

103,200 Wh de consumo diario Multiplicado por 5 = 516,000 Wh

Esta es la capacidad del banco de baterias para el proyecto completo. Si se considera un sistema modular constituido por 4 modulos: uno para cada oficina del edificio Pedro Bono resulta que la capacidad del banco de baterias para cada modulo es igual a:

516,000/4 = 129,000 Wh

Esta capacidad se expresa normalmente en amperes-hora, dividiendo este ultimo resultado entre el voltaje del banco de baterias que se asume igual a 48 V:

129,000 / 48 = 2,687.5 amperes - hora

ix ARREGLO DE BATERIAS

Para el arreglo de baterias se utilizan baterias de ciclo profundo de 395 A a 6 V En vista de que el voltaje del banco de baterias alimenta un inversor de 48 V se organizan 7 filas conectadas en paralelo de baterias, en donde cada fila contiene 8 baterias.

Este arreglo ocupa un area igual de:

A = 1.3 m x 2.36 m = 3.068 m 2

x COMPARACION CON EL SISTEMA TRADICIONAL5

Las necesidades del sistema a alimentar electricamente son de:

103.20kwh por dia

En la primera etapa del proyecto solo se cubrira una cuarta parte de esta necesidad.

103.20 kwh por dial 4 = 25.8 kwh por dia

Al cabo de 25 afios nuestro sistema fotovoltaico aportara una energia de:

25.8 kwh x 312 dias x 25 anos = 201,240 kwh

Al dividir el costo total de la lera parte del proyecto, considerando 2 cambios de baterias de RD$ 329,616.00 pesos, entre la energia total producida se obtiene el costo real por cada kwh del sistema fotovoltaico:

RD$ 1,865,179.14 / 201,240 kwh = RD$ 9.27 / kwh

Al comparar este costo por cada kwh de energia fotovoltaica con el costo maximo que se paga por la energia electrica de origen fósil que es de: RD$ 2.56/kwh se puede apreciar que todavia la energia solar fotovo1taica es mucho mas cara que la de origen fósil. Ahora bien, en vista de que no hay ninguna contaminación provocada por la energia solar y en cambio, la producción de energia electrica equivalente de origen fósil emitira a la atm6sfera, al cabo de esos 25 afios de utilidad que hemos considerado, los siguientes contaminantes:

Petroleo: 1.96Ib/kwh X 201,240 = 394,430.40 lb de CO 2

0.0123Ib/kwh X 201,240 = 2,475.25 lb de S02

0.0036Ib/kwh X 201,240 = 724.46 lb de NOx

se observa que es saludable para la especie humana y para nuestro planeta, en general, que se sigan estudiando y promoviendo las fuentes de energias limpias y renovables tales como la solar y la fotovoltaica, ·no obstante estar en desventaja, desde el punto de vista económico, con respecto a las fuentes de energia de origen fósil6.

Notas

  1. Proyecto PROLINO en la Línea Noroeste, República Dominicana.
  2. Proyecto PRISA en el sureste de la República Dominicana.
  3. Proyecto PRIDEP de la Comunidad Europea
  4. Solar Radiation Data Manual for Flat-Plate and Concentration Collectors. NREL/ TP-463-5607
  5. “Annual Energy Review” 1996 (Washington, D.C.: DOE/EIA-0384(96), July 1997).
  6. Renewable Energy Technology Characterízations. U. S. Department of Energy and the Electric Power Research Institue, December, 1997.

xi. BIBLIOGRAFIA

1.       “Annual Energy Review 1996”. Washington, D. C. DOE/EIA- 0384(96), July, 1997.

2.       “Renewable Energy Technology Characterizations”. US Department of Energy and the Electric Power Research Institute. December, 1997.

3.       Applied Power Corporation. “Altemative Energy”. 1999 Design Guide and Catalog.

4.       “Energías Renovables en la República Dominicana”. Secretaría de Estado de Industria y Comercio. Santo Domingo, 2001.

5.       Moreno González, Antonio. La Energía. Editorial Acento. España, 1997.

6.       “Solar Radiation Data Manual for Flat-Plate and Concentration Collectors”, NREL/TP-463-5607