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Semillero/ UDES /Tendencias de la Ingeniería de Sistemas Orientadas a la Sociedad (TISOS) Programa
Académico/Nivel de Formación
Ingeniería de sistemas / 7° Semestre
Título del Proyecto Diseño de un sistema híbrido de energía solar fotovoltaica y energía eléctrica convencional para reducir el consumo energético de la Universidad de Santander sede Cúcuta
Autor(es) Jhon Wilson Macareno Carrillo, José Luis Fajardo Moreno, Andrés Felipe Jaimes López
Ponente(s) (máximo dos)
José Luis Fajardo Moreno, Jhon Wilson Macareno Carrillo
E-mail de Contacto [email protected] ; [email protected] CATEGORIA (seleccionar una) Propuesta de Investigación investigación en Curso x Investigación Terminada Área de la investigación (seleccionar una) Ciencias Agrarias
Ciencias Biológicas y del Mar Ciencias de la Salud y el Deporte Ciencias Exactas y de la Tierra Ciencias Humanas
Ciencias Sociales Navales y de Seguridad
Ingenierías x
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1. TITULO.
DISEÑO DE UN SISTEMA HÍBRIDO DE ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA Y ENERGÍA ELÉCTRICA CONVENCIONAL PARA REDUCIR EL CONSUMO ENERGÉTICO DE LA UNIVERSIDAD DE SANTANDER SEDE CÚCUTA
2. INTRODUCCIÓN.
Este proyecto presenta avances de la investigación cuyo fin es el diseño de un sistema híbrido de energía solar fotovoltaica y energía eléctrica convencional para reducir el consumo energético de la universidad de Santander sede Cúcuta, para esto se recolecta información del uso de la energía solar fotovoltaica en la actualidad, con esta información se logra establecer valores teóricos aproximados de producción para un sistema solar fotovoltaico, dejando entre ver la oportunidad de aprovechamiento de este recurso.
La elaboración de un diseño de un sistemas solar fotovoltaico implica el conocimiento de las partes y materiales que lo conforman, permitiendo elegir las más apropiadas para este proyecto; teniendo en cuenta el tipo de sistema propuesto, las condiciones de las instalaciones actuales, simulaciones de producción de prototipos, la ubicación, orientación cardinal del sistema y las edificaciones aledañas que pudiesen interferir con el paso de la luz solar, la elaboración de un diseño para el edificio Arhuaco mostrara teóricamente cuanta es su producción si se implementara, y que impacto tendría en el consumo energético de la institución.
3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Y JUSTIFICACIÓN.
Actualmente en la universidad de Santander sede Cúcuta al igual que la mayoría de la entidades del norte de Santander hacen uso del circuito eléctrico convencional para la alimentación de sus plantas físicas; siendo la universidad de Santander UDES una universidad que se preocupa por el medio ambiente y el bienestar de la comunidad, es pertinente la búsqueda de energías limpias como parte de su plan de responsabilidad social universitaria, esbozada en una política ambiental encaminada a promover y desarrollar acciones dirigidas a la protección y preservación de los recursos naturales.
De no buscar una alternativa a la producción de energías limpias, la universidad actuara de forma desarticulada con su filosofía de Universidad Verde que se preocupa por innovar en la aplicación y desarrollo de tecnologías amigables con el medio ambiente. Aprovechando las condiciones de la región se propone como alternativa de solución un diseño de un sistema híbrido de energía solar fotovoltaica y energía eléctrica convencional para reducir el consumo energético de la universidad de Santander sede Cúcuta.
Teniendo en cuenta las condiciones climáticas y geográficas de la ciudad de Cúcuta específicamente el lugar donde se encuentra ubicada la universidad de Santander sede Cúcuta, se evidencia la oportunidad de aprovechamiento de la energía solar por medio de paneles fotovoltaicos instalados al interior del campus universitario, en espacios libres que pueden ser aprovechados para este fin. Este proyecto adquiere pertinencia para la universidad en su marco de desarrollo e
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innovación en el área de las energías renovables, contribuyendo con su imagen de “UDES Verde”, además de dejar precedentes de investigación para proyectos similares y afines en la región.
4. OBJETIVOS. Objetivo General
Diseño de un sistema híbrido de energía solar fotovoltaica y energía eléctrica convencional para reducir el consumo energético de la universidad de Santander sede Cúcuta
Objetivos Específicos
• Recolectar información del uso de la energía solar fotovoltaica en la actualidad
• Realizar un cálculo estadístico aproximado sobre la producción de energía fotovoltaica mensual basado en valores teóricos.
• Recolectar información del nivel de consumo eléctrico del edificio Arhuaco como referente principal para cotejar con el cálculo realizado en el objetivo anterior
• Diseñar un modelo de distribución de los paneles solares que permitan seguridad, eficiencia y eficacia a la hora del mantenimiento de los mismos teniendo en cuenta las convenciones de instalación actuales.
• Diseñar un programa de software de monitoreo que permita generar avisos de mantenimiento, fallas en la red fotovoltaica y visualización de la producción de energía eléctrica.
• Socializar este proyecto a la comunidad académica, dando a conocer las ventajas que conlleva la implantación de esta tecnología.
5. REFERENTE TEORICO
La obtención directa de electricidad a partir de la luz se conoce con el nombre de efecto fotovoltaico. La existencia de este fenómeno fue puesta de manifiesto por el físico Antoine Becquerel, en el año 1839. En el año 1885 cuando Charles Fritts construyó el primer módulo fotoeléctrico, extendiendo una capa de selenio sobre un soporte metálico y recubriéndola con una fina película transparente de oro. Darryl Chapin, empezó en febrero de 1953 a investigar primero con selenio y luego con silicio, con el que logró eficiencias del 2,3%.Los cálculos teóricos de Chapin concluían que las células de silicio podían llegar a tener una eficiencia del 23%, aunque en la práctica Chapin llegó a desarrollar una célula con un 6% de eficiencia.
Ramez Naam en su artículo “smaller, cheaper, faster: Does Moore’s law apply to solar cells?” plantea que el costo del Watt (vatio) generado por energía fotovoltaica promedia a 30 años una reducción anual del 7% de costo, por los siguientes motivos: El primero, es que los fabricantes de células solares están aprendiendo -de la misma forma que lo hicieron los fabricantes de chips- cómo reducir el coste de fabricación. En segundo lugar, la eficiencia de la célula solar - la parte de la energía del sol que le llega y que captura- está mejorando continuamente. En el laboratorio, los
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investigadores han obtenido eficiencias tan altas como pueden ser un 41%, algo inaudito 30 años antes. Los métodos de película fina barata han obtenido eficiencias de laboratorio tan altas como de un 20%, casi el doble de la mayoría de los sistemas solares en desarrollo instalados hoy en día.
5. METODOLOGIA.
La investigación es de alcance descriptivo, de acuerdo al uso que se da a los datos recolectados y analizados, es una investigación aplicada, porque después de adquirir los conocimientos se generara un diseño real de un sistema fotovoltaico; recurre en sus primeras fases a fuentes documentales en diferentes tipos como: la legal, técnica, académica entre otras. Es de tipo tecnológica porque desde la ingeniería se quiere promover la innovación haciendo uso de las tecnologías existentes para optimizar el uso de recursos. El objeto de estudio es el Edificio Arhuaco, del cual se analizaran sus dimensiones, la geolocalización, irradiación solar en la zona que ocupa el edificio de la universidad de Santander y por tanto todas las variables que inciden en el diseño del panel solar y su despliegue.
Para la recolección de datos se han realizado entrevistas con expertos, se han usado herramientas web de uso libre que proporcionas información relevante para esta investigación.
6. RESULTADOS.
A partir de la recolección de datos se ha obtenido información de los tipos de celdas usadas actualmente en el mercado, sus características y eficiencia, se determina cuál de estas es la más apropiada para el proyecto, siendo esta la celda de tipo monocristalino debido a su relación costo/producción, se determinó el NO uso de baterías, ya que estas perjudican al medio ambiente enormemente y además pueden incrementar el costo del sistema en hasta un 40%, se obtuvo el valor del consumo eléctrico promedio de la institución, irradiación solar promedio mensual en el punto específico de la posible ubicación del sistema fotovoltaico, dimensiones del espacio disponible para la instalación del sistema, la elaboración de un diseño prototipo para el montaje de los paneles solares que cumpla con los objetivos propuestos para el proyecto, re realizó un cálculo aproximado de la producción generada por el sistema en condiciones óptimas.
A partir de la consulta de legislación relacionada con la producción y uso de energías renovables se encuentra que actualmente la ley permite el uso y explotación de estas energías, pero que aún no hay una norma que fije los parámetros que se deben seguir para esto; dejando definidos los entes gubernamentales encargados de realizar dichas regulaciones.
7. CONCLUSIONES.
• El uso de baterías en un sistema solar fotovoltaico además de no ser amigable con el medio ambiente, incrementa el costo hasta de un 40%.
• Se determinó que la celda solar más apropiada para implementar en los paneles solares es la monocristalina por sus características.
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• La ubicación del edificio Arhuaco presenta condiciones favorables para la implementación de un sistema solar fotovoltaico.
• La universidad cuenta con espacios aptos para la adecuación de paneles solares.
• La legislación en Colombia actualmente reconoce la integración de las energías renovables no convencionales al Sistema Energético Nacional.
• Los costos de los sistemas fotovoltaicos pueden ser reducidos dependiendo de la fabricación y materiales de los paneles solares.
8. BIBLIOGRAFIA.
Leyes de 2014. Consultado el 22 de septiembre 2015, a partir de http://wp.presidencia.gov.co/sitios/normativa/leyes/paginas/leyes-2014.aspx , LEY 1715 DEL 13 DE MAYO DE 2014 por medio de la cual se regula la integración de las energías renovables no convencionales al sistema energético nacional.
Solar Energy International (2007).Fotovoltaica manual de diseño, energía renovable para un futuro sostenible - Traducido por Bruno Henríquez Pérez, revisado por Claudia Cancino. Gabriola Island, BC, VOR IXO, Canadá.
El proyecto ZERO-HYTECHPARK, perteneciente al programa europeo LIFE+ (2010-2013).Guía de implementación de las energías renovables en entornos de parques ecológicos.
Fondo Multilateral de Inversiones y Bloomberg New Energy Finance (2012). Climascopio 2012 pequeñas y medianas iniciativas de gran impacto.
José A. Alonso Lorenzo. Boletín Solar Fotovoltaica Autónoma SunFields Europe, C/Lope Gómez de Marzoa - FEUGA 1215705 Santiago de Compostela, A Coruña (España).
Haya Comunicación - Energías Renovables, Energías Renovables para todos, Fundación de la energía de la comunidad de Madrid.
Naam, R. (2011). Smaller, cheaper, faster: Does Moore's law apply to solar cells? [online] Blogs.scientificamerican.com. disponible en: http://blogs.scientificamerican.com/guest-blog/smaller-cheaper-faster-does-moores-law-apply-to-solar-cells/ [Acceso 22 Sep. 2015].
