ENERGIA SOLAR EN EL DEPARTAMENTO DE CUNDINAMARCA DIRECTOR
ING. PABLO EMILIO ROZO GARCIA
DIEGO ALEXANDER RODRIGUEZ ZAMORA
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS INGENIERIA ELECTRONICA
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CAPITULO 1: ESTADO DEL ARTE ... 7
1 UBICACIÓN:... 7
1.2 ENERGIA SOLAR EN EL MUNDO ... 7
1.3 ENERGIA SOLAR EN LATINOAMERICA ... 9
1.4 ENERGIA SOLAR EN COLOMBIA ... 10
1.5 INSTRUMENTOS DE MEDICION DE RADIACION ... 15
CAPITULO 2: INSTRUMENTO MEDIDOR DE RADIACION ... 19
2.1 UBICACIÓN:... 19
2.2 FUNCIONAMIENTO: ... 23
2.2.1 ESTIMACION DE LA RADIACION SOLAR ... 23
2.2.2 DESCRIPCIÓN DEL SOLARIMETRO ... 24
3.2 OBTENCION DE LOS DATOS DE RADIACION ... 56
3.3 IRRADIACION SOLAR DIARIA... 58
3.3.1 HSS ... 58
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3.4 ANALISIS CONSUMO ENERGETICO ... 61
3.4.1 ANÁLISIS EN EL MUNICIPIO DE NARIÑO ... 61
3.4.2 ANÁLISIS EN LA REGIÓN DEL ALTO MAGDALENA ... 62
3.4.3 PROYECTOS DESTACADOS ... 65
3.5 CONCLUCIONES: ... 66
3.6 TRABAJOS FUTUROS ... 67
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PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA:
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JUSTIFICACIÓN:
El interés científico de la presente monografía se basa en la importancia del aprovechamiento de fuentes de energía renovables, para nuestro caso específico de energía solar debido a diversidad climática que posee Colombia y posiblemente su optimización, es por ello que a través de este estudio se pretende dar soluciones mediante el uso de energía solar en diferentes regiones del país, además de consolidar futuros estudios sobre esta problemática, se busca que permita extenderse a todas aquellas instituciones que realizan investigación de energías renovables y el cuidado del medio ambiente. Inicialmente se empezara con la provincia del alto magdalena debido a su mayor promedio de temperatura en Cundinamarca.; y determinar las zonas con mayor aprovechamiento de la radiación solar.
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OBJETIVO GENERAL:
Generar una base de datos sobre la radiación en las provincias del Alto Magdalena ubicadas en Cundinamarca-Colombia, para determinar la viabilidad del uso de energía solar con el desarrollo de un sensor de radiación implementado en diferentes puntos.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
Investigar estudio realizados sobre energía solar en Colombia y en el departamento de Cundinamarca, para poder ampliar el conocimiento ya existente.
Realizar un instrumento de radiación el cual nos permita generar una base de datos de la radicación en diferentes puntos del de la provincia del alto Magdalena.
Analizar la base de datos recopilada por el sensor para determinar en qué zona de la región se optimizaría la energía solar.
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CAPITULO 1: ESTADO DEL ARTE
1 UBICACIÓN:
El uso de energía solar, se potencializa a nivel mundial, debido al daño ambiental y costos elevados que han generados las fuentes convencionales como lo es el petróleo o el carbón. En Colombia aún no se ha implementado el uso de esta energía, las investigaciones realizadas son muy generales y con muestras dispersas.
1.2 ENERGIA SOLAR EN EL MUNDO
Según el artículo publicado a mediados del 2011 por el portal español Suelo solar “Situación actual de la energía solar fotovoltaica en el mundo según el Plan de Energías Renovables PER 2011-2020”. La Energía solar fotovoltaica ha experimentado un crecimiento exponencial en los últimos años, impulsada por la necesidad que conlleva el uso energético a nivel mundial.
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Figura 1 Producción de energía solar tomado de European Photovoltaic Industry Association
A corto plazo es previsible que esta distribución del mercado se mantenga, si bien hay países que empiezan a despuntar, lo cual hace suponer también que en el futuro el peso relativo de los países con más potencia no será tan preponderante como en la actualidad. Así países como Italia, que se convierte en el año 2009 en el segundo mercado mundial, con 711 MW instalados, y en el año 2010 se estiman unos 2.321 MW más. En Europa la República Checa que instaló en 2009 411 MW y en 2010 aproximadamente unos 1.490 MW, y Bélgica 210 MW en 2010. Japón y Estados Unidos siguen manteniéndose en sus posiciones con 990 MW y980 MW instalados respectivamente. [8]
9 1.3 ENERGIA SOLAR EN LATINOAMERICA
América Latina será uno de los grandes líderes del desarrollo fotovoltaico de la próxima década, con una previsión de desarrollo de 3.500 MW para 2016, según datos de la Asociación Europea de la Industria Fotovoltaica (EPIA). Sudamérica tiene un doble desafío: Mejorar el suministro de energía a la población y empresas u al mismo tiempo, reducir el consumo de energía necesario.
Chile, Brasil, México y Perú se están convirtiendo en líderes del mercado en Sudamérica y el Caribe para energía fotovoltaica gracias su impulso mediante normas y políticas que facilitan su uso.. Consecuentemente, casi el 70 por ciento de la demanda fotovoltaica regional se concentraría en esas naciones para 2017 según comenta el analista de NPD Solarbuz, Chis Sunsong. [9]
El norte de Chile es la región con la mayor radiación solar del mundo. El proyecto Calama Solar 3 es una cooperación entre la empresa española Solarpack y la mina de cobre estatal CODELCO. Se espera que la instalación produzca en total 2,69 GW anuales para suministrar electricidad para la minería de cobre. En Brasil dentro del marco del acuerdo bilateral con EE UU, firmado por los presidentes Calderón y Obama en 2009 se prevee el desarrollo de redes eléctricas transfronterizas que incluye la producción basada en energía solar.
En México, inauguraron la primera planta solar-térmica en Sonora, el proyecto propuso una inversión de 252 millones de dólares a cargo de empresas privadas y tendrá una capacidad de 650 MW.
En el Alto de la Alianza, región de Tacna (PERU) el desarrollo de un parque fotovoltaico de 20 MW por la constructora Sanjosé se convirtirá en el primero del país que inyectará a la red. La planta comenzará a generar energía a finales de este año, produciendo 45 GW/año.La radiación Solar que recibe la tierra en 10 días supera la cantidad de energía acumulada de las reservas de combustibles fósiles estimadas en todo nuestro planeta
10 1.4 ENERGIA SOLAR EN COLOMBIA
Un estudio realizado en el 2010 sobre el recurso Solar en la Ciudad de Bogotá-Cundinamarca para el diseño de sistemas fotovoltaicos Interconectados residenciales por el grupo de investigación de energía renovables LIFAE, Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Bogotá, Colombia. Y el Departamento de Química, Universidad Nacional, Bogotá, Colombia. Encabezada por J. Hernández, E. Sáenz, W. A. Vallejo. En este estudio se pretende establecer las principales características del recurso solar (radiación promedio y variabilidad) en la ciudad de Bogotá, sin el empleo de estimaciones, centrándose principalmente en las aplicaciones fotovoltaicas. [4]
En esta investigación se tomaron mediciones de tres estaciones meteorológicas de la zona urbana, estas se encuentran en Aeropuerto El Dorado, Escuela de Ingeniería y Departamento de Física de la Universidad Nacional, la cuales cumplían con las características adecuadas para tomar muestras precisas de radiación solar. Posteriormente se realizó un análisis estadístico para obtener la radiación mensual de la ciudad, partiendo de ese resultado se propone un criterio de diseño para sistemas fotovoltaicos interconectados.
La investigación se planteó inicialmente con 8 estaciones meteorológicas, pero finalmente solo se tuvieron en cuenta muestras de 3, debido a que no todas cumplían con la tecnología y precisión requerida para el análisis estadístico. Teniendo en cuenta que Bogotá D.C posee una superficie de 1.587 Km2 tres puntos
de muestras no permiten un análisis estadístico adecuado. A su vez la nula colaboración de los entes gubernamentales, complicaría la implantación inicial de sistemas fotovoltaicos.
Según la investigación “Bogotá no posee un recurso solar abundante, pero sí dispone de un promedio de radiación solar anual superior al existente en Alemania y otros países europeos donde la energía proveniente del sol se aprovecha en gran escala y en donde las variaciones de radiación mensual, debido a la presencia de estaciones climáticas, son mucho más acentuadas.
Lo anterior nos indica que la ciudad cumple los requerimientos para implementar sistemas fotovoltaicos interconectados, pero nada de esto es posible sin los adecuados incentivos por parte del gobierno y/o las empresas del sector eléctrico”. [4]
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Tabla 1:Características del recurso solar de Bogotá. Imagen del documento Revista Colombiana de Física, Vol. 42, No. 2 de 2010.
1.4.1 ATLAS RADIACION SOLAR EN COLOMBIA
El Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales, IDEAM, y la Unidad de Planeación Minero Energética, UPME, que aportan sus recursos técnicos y administrativos dentro de un convenio marco, firmado en diciembre del año 2002, para desarrollar actividades conjuntas a fin de favorecer el desarrollo y aprovechamiento de las fuentes de energía alternativas y renovables en Colombia. A finales del 2015 generan una investigación formal sobre la radiación solar mensual del país.
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calentamiento de agua o aire en secadores de productos agrícolas, entre otras aplicaciones. Igualmente, los mapas son importantes para el diseño de edificaciones confortables y energéticamente eficientes. Se aporta por primera vez información solar de Colombia en la banda espectral ultravioleta (UV), radiación electromagnética de alta frecuencia y peligrosidad, como una importante referencia para quienes trabajan en la salud (comunidades médicas), el medio ambiente, el nivel técnico y científico dadas sus repercusiones sobre la vida humana, los ecosistemas y los materiales, aportando elementos para prevenir sobre los efectos nocivos de esta radiación en las diferentes zonas del país.” [3]
El atlas de radiación solar se realizó mediante la recolección de la información medida por el IDEAM como institución encargada de la medición de estas variables y de la vigilancia del medio ambiente en el orden nacional. Igualmente, el IDEAM recopiló información proveniente de instituciones de carácter privado como CENICAFÉ y CENICAÑA, que disponen de redes meteorológicas propias para sus investigaciones en café y caña de azúcar, respectivamente. La radiación solar global se realizó la digitalización y evaluación de las gráficas de actinógrafos, obteniendo los valores de radiación, que se almacenaron mediante hojas de cálculo para su modelación matemática.
Una limitación de la recopilación de los datos es que para todo el territorio nacional se realizó mediante el uso 71 estaciones radiométricas lo cual es insuficiente para establecer un análisis preciso, por la cual se recurrió al modelo de Ångström modificado, que permite estimar la radiación solar a partir de valores de brillo solar, donde la red de estaciones es más numerosa (cerca de 383 estaciones). Adicionalmente, sobre la base de adecuados resultados de correlación mediante un modelo multivariado, se obtuvieron estimaciones de brillo solar a partir de valores medidos de la humedad relativa y la diferencia de temperaturas (cerca de 96 estaciones). Esto nos muestra que los resultados poseen un alto porcentaje de imprecisiones, debido al bajo número de estaciones meteorológicas y la heterogeneidad que presenta el territorio Colombiano.
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Tabla 2 Tomado de Atlas de radiación solar- Radiación anual por departamentos
1.4.2 MAPAS RADIACION SOLAR EN COLOMBIA:
En el 2015 los mapas de radiación actualizados los cuales fueron generados por el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales, IDEAM, y la Unidad de Planeación Minero Energética, UPME. Muestran un total de 14 mapas –uno para cada mes del año, uno promedio anual y uno donde se muestran la ubicación de las estaciones meteorológicas en donde se tomaron las muestras.
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Figura 4 Mapa de radiación solar Tomado de Documento UPME "atlas de radiación solar 2015"
1.5 INSTRUMENTOS DE MEDICION DE RADIACION
16 1.5.1 MEDICION SOLAR
La radiación solar posee un amplio espectro que se puede clasificar en tres rangos ultravioleta para longitudes de onda desde (0,3 a 0,4) μm, visible desde (0,4 a 0,7) μm e infrarrojo en el intervalo de (0,7 a 5) μm. Los instrumentos de radiación solar miden la potencia incidente por unidad de superficie, integrando la energía de las diferentes longitudes de la onda.
A continuación se muestra una tabla con los instrumentos empleados por la organización mundial de meteorología OMM. Donde se destaca de tipo de instrumento, parámetro de medida, empleo principal y el ángulo de visión.
Tabla 3. Instrumento empleado en la actualidad tomado de APENDICE C IDEAM. Atlas de Radiación Solar de Colombia, 2015
1.5.2 MEDIDA DE RADIACION DIRECTA
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Hay varios tipos de instrumentos que la OMM clasifica como patrones primarios y secundarios. A continuación se describen los dos tipos de pirheliómetros.
Pirheliómetro de cavidad absoluta:
El instrumento posee dos cavidades cónicas idénticas: una externa, que se calienta al estar expuesta a la radiación solar, mientras la otra cavidad, oculta en el interior del instrumento, se calienta utilizando energía eléctrica hasta obtener una temperatura igual a la cavidad externa, asignándose el valor de la energía eléctrica consumida como el valor de la radiación solar incidente.
Figura 5 Pirheliómetro de cavidad Absoluta, serie PMO-6. Tomado de Radiación solar. IDEAM. Consultado el 24 de Octubre de 2007.
Pirheliómetro Eppley de incidencia normal (montado sobre un seguidor del Sol es un instrumento que requiere de un dispositivo que le permita seguir el movimiento del Sol durante su tránsito diurno por el cielo. Este pirheliómetro es muy estable y puede emplearse como patrón secundario para calibrar otros instrumentos.
En Colombia se emplea, aunque no es de uso generalizado ni permanente.
18 1.5.3 MEDIDA DE RADIACION SOLAR DIFUSA
Las mediciones de la radiación difusa se realizan con piranómetros cuyo sensor es sombreado por una banda o disco, de manera que no deja pasar radiación solar directa. El más tradicional utiliza la banda de sombra en forma de aro, puesto de acuerdo con la declinación del Sol y la latitud del lugar. De esta manera, el sensor se protegerá de la radiación directa durante el día. [6]
Figura 7 Piranómetro con banda de sombra para la medición radiación difusa tomado de atlas de radiacion solar apendice C
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CAPITULO 2: INSTRUMENTO MEDIDOR DE RADIACION
Teniendo en cuenta las investigaciones previas, mencionadas en el capítulo 1, se tiene indicios positivos sobre el aprovechamiento de la energía solar en todo el territorio nacional, esto debido al alto promedio anual que se tiene comparado con otros países del mundo donde el promedio anual se reduce debido a que poseen estaciones del año. En el presente capítulo se detallara la ubicación, funcionamiento y ensamblaje del instrumento de radiación.
2.1 UBICACIÓN:
Inicialmente se determina un lugar donde podemos instalar nuestro instrumento de radiación, para ello se investigó en mapas e información del departamento de Cundinamarca. La región seleccionada para llevar a cabo las pruebas, será el departamento de Cundinamarca en la región del alto Magdalena la cual, tiene el promedio más alto de temperatura en este departamento. Esta región está constituida por seis provincias Agua de Dios, Girardot, Guataqui, Jerusalén, Nariño y Nilo donde su temperatura promedio es de 28°C.
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Figura 8 Imagen mapa del alto Magdalena- Cundinamarca tomado de wikipedia.com
Teniendo en cuenta la información anterior se decide ubicar el instrumento en la provincia de Nariño con una temperatura promedio de 27°C, en el cual se encontró un lugar óptimo para instalar todos los equipos, donde se destaca la ausencia de obstáculos (arboles, construcciones montañas, entre otros) que puedan alterar las mediciones y a su vez todos los elementos tengan seguridad. A continuación se muestra una imagen del lugar propuesto.
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Este lugar queda ubicado en el centro del pueblo de Nariño, la imagen es de un predio el cual posee un patio trasero de aprox. 200 𝑚2. La propietaria del lugar autorizo el uso de este lugar para poder realizar las diferentes pruebas.
Posteriormente se realiza una investigación de la época del año en la que se realizara las pruebas iniciales. Como se muestra en la siguiente figura, la distancia del sol con respecto a la tierra varía según el mes del año esto debido a la órbita elíptica de la tierra. [10] A la vista está, la distancia entre el sol y la tierra oscila entre los 1.017 AU el 4 de Julio (Afelio) y unos 0,983 AU el 3 de Enero (Perifelio). Las unidades AU son “Unidades Astronómicas” y es la distancia promedio entre el Sol y la Tierra (150 millones de Kilómetros).
Figura 10 Distancia entre sol y la tierra tomado de: Sun fields
El sol produce una cantidad de energía constante que, en el momento de incidir sobre la superficie terrestre pierde parte de su potencia debido a distintos fenómenos ambientales.
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nos muestra la variación de la constante de radiación dependiendo el mes del año. [10]
Figura 11 Variación de la radiación solar fuera de la atmosfera terrestre. Tomado de Apéndice B mapa radiación solar
Las pruebas iniciales se realizaron en los días 16 de Junio del 2017 hasta el 16 de Julio del 2017. Por lo que la radiación máxima alcanzada es de 1310 𝑊 𝑚⁄ 2
aproximadamente, es decir se escoge la distancia más grande entre el sol y la tierra, para poder establecer la radiación solar en el peor de los casos.
10La atmósfera atenúa la radiación solar debido a los fenómenos de reflexión,
absorción y difusión que los componentes atmosféricos (moléculas de aire, ozono, vapor de agua, CO2, aerosoles, etc.) producen sobre ésta. [10]
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La difusión que se produce debida a la presencia de polvo y a la contaminación del aire depende, en gran medida, del lugar donde se mida, siendo mayor en los lugares industriales y en los lugares más poblados. Los efectos meteorológicos locales tales como nubosidad, lluvia o nieve afectan también a la irradiación solar que llega a un determinado lugar.
Además de la radiación directa, difusa y de albedo, hay que tener en cuenta que cuando los rayos solares no inciden perpendicularmente sobre unas celdas fotovoltaicas, se producen pérdidas por reflexión y absorción en las capas anteriores a la célula, como el vidrio, encapsulante y capa anti reflexiva. También es necesario tener en cuenta las pérdidas por suciedad y los efectos espectrales, ya que las células solares responden selectivamente a los fotones de la luz incidente, es decir, que para cada longitud de onda de la radiación solar incidente, generan una corriente determinada. [10]
2.2 FUNCIONAMIENTO:
2.2.1 ESTIMACION DE LA RADIACION SOLAR
A fin de contribuir a realizar una buena estimación de la radiación solar en un área de interés de una manera sencilla y económica, es que el CEPIS/OPS ha desarrollado un solarímetro casero. De esta manera, a través del solarímetro casero es posible estimar datos sobre radiación solar para una zona en particular. En este Informe Técnico, realizado con el apoyo de la Agencia Suiza para el Desarrollo y la Cooperación (COSUDE), se exponen los aspectos de su construcción y operación del solarímetro casero. [7]
24 2.2.2 DESCRIPCIÓN DEL SOLARIMETRO
Este solarímetro casero determina la radiación solar instantánea. Está construido con materiales sencillos y de fácil adquisición, compuesto básicamente por un cuerpo opaco hueco, lleno de agua destilada. En uno de sus extremos cuenta con un termómetro. A manera de protección para eliminar la influencia del viento, el cuerpo opaco es sostenido en el interior de una cápsula transparente.
Figura 13 Componentes del solarimetro casero tomado del documento Estimación de radiación solar
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Figura 14 Medición solar en plano perpendicular tomado del documento Estimación de radiación solar
2.2.3 ECUACIÓN DEL SOLARIMETRO
La operación del equipo consiste en medir el tiempo que demanda un incremento determinado de temperatura. Estos datos se ingresan en la “ecuación del solarímetro”, para obtener finalmente el valor de la radiación solar instantánea. A partir de este valor, se determina la cantidad de energía solar diaria mediante la integración de valores hallados cada hora en el transcurso del día.
La ecuación considera una constante, la cual es propia del solarímetro casero en cuestión. Esta constante fue determinada a partir de la calibración con un solarímetro de referencia. La ecuación del solarímetro casero es la siguiente: Donde:
𝑅[𝑤 𝑚
⁄
2] =
𝐽 ∗ ∆𝑇[℃]
𝑡[𝑠]
Ecuación 2.1. Ecuación del solarimetro
R: Radiación solar instantánea (W/m2) J: Constante del solarímetro
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-Radiación solar instantánea:
Se quiere determinar la radiación instantánea de la ciudad de Bogotá D.C empleado el solarimetro. Siendo las 4pm la temperatura ambiente es de 22.1°C y se expone el solarimetro el cual toma un tiempo de 260 segundos para alcanzar la temperatura de 24.1°C.La constante empleada para este caso es de 64500.
Reemplazando todos los valores en la ecuación del solarimetro (Ecuación 2.1) se obtiene que:
𝑅 =
64500 ∗ 2[℃]
260[𝑠]
= 496.15 [𝑤 𝑚
⁄
2]
2.2.4 CALIBRACIÓN DEL SISTEMA:
Para realizar una calibración apropiada y teniendo en cuenta que en el exterior la variación de la radiación es muy alta , se decide realizar una calibración mediante focos de halógenos (Figura 14) la cual proporciona una radiación constante dependiendo la cantidad y la distancia con la cual se interactúa.
Figura 15. Focos halógenos tomado de ferreteriayhosteleria.com
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infrarrojo, aunque son similares en la banda del ultravioleta la cual es fundamental en el efecto fotovoltaico. Teniendo en cuenta estas consideración se procede a realizar un proceso de comparación entre el solarimetro planteado con uno de referencia.
Figura 16 Espectro de radiación del sol (Arriba) Espectro de la lámpara halógena (Abajo) tomado de – http://fc.uni.edu.pewww.scielo.org.m
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Figura 17 Piranometro ES-2000
Pantalla 3 - 1/2 dígitos LCD con lectura máxima 1999
Resolución 0,1 W / m 2 , 0.1 BTU / (m 2 * h)
Rango 1.999 W / m 2 , 634 BTU / (ft 2 * h)
Precisión Normalmente dentro de A± 10 W / m 2 [A± 3 BTU
/ (ft 2 * h)] o A± 5% lo que sea mayor a la luz solar.
Tiempo de muestreo aprox. 0,25 segundos
Tabla 6 Especificaciones Pirómetro ES-2000 [21]
-Curva de calibración:
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tendencia de las líneas es similar con un bajo error de angularidad. Los focos de halógeno únicamente permiten alcanzar radiación máxima de 1000 𝑊 𝑚⁄ 2.
Grafica 1Calibración del instrumento de medición.
2.2.5 SISTEMA EMBEBIDO
Un sistema embebido o empotrado (integrado, incrustado) es un sistema de computación diseñado para realizar una o algunas pocas funciones dedicadas, frecuentemente en un sistema de computación en tiempo real. [22] Este sistema nos permite el desarrollo y control de todos los dispositivo necesarios para el funcionamiento completo del instrumento de radiación.
-PSoC 5LP
Para ellos se empleara el Kit de prototipos PSoC 5LP CY8CKIT-059 cuenta con el dispositivo CY8C5888LTI-LP097 de la familia PSoC 5LP. PSoC 5LP es SoC programable más integrado de la industria, que combina periféricos programables análogos y digitales de alta precisión con una CPU ARM® Cortex®-M3 en un solo chip. El kit proporciona acceso a todo el dispositivo PSoC 5LP en un formato compatible con protoboard. Cuenta con conector micro-USB para la
0
0 200 400 600 800 1000 1200
30
creación de prototipos con conectividad Full Speed USB 2.0. El kit también está diseñado con un factor de forma divisible conveniente, permitiendo a los usuarios separar el conector USB con el programador KitProg y depurador de la placa destino para utilizarlos de forma independiente. [23]
Fabricante Cypress Semiconductor
RoHS Cumple RoHS
Núcleo ARM Cortex M3
Tipo de interfaz USB
Voltaje operativo 3.3 V a 5.5 V
Marca Cypress Semiconductor
Software compatible PSoC Creator
Descripción/Función CY8CKIT-059 PSoC 5LP prototyping kit
Interfaz I2C, UART, USB
Tabla 7 Especificaciones Psoc 5 LP [23]
31 -Diagrama de flujo:
A continuación se muestra un diagrama general de los procesos realizados en el Psoc 5 LP empleado para en los procesos requeridos en la medición del instrumento de radiación.
Figura 19 Diagrama de flujo programa
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El real time clock o reloj de tiempo real es un circuito integrado que mantiene la hora actual. A su vez, este módulo incorpora una batería para alimentar el dispositivo de forma independiente, es decir que se puede desconectar la fuente de alimentación principal y el dispositivo seguirá funcionado sin perder el conteo, además incorpora un oscilador interno el cual hace que la precisión no se vea afectada a largo plazo, por lo cual puede mantener segundos, minutos, hora, día, mes y año con una muy buena precisión. [24]
Figura 20 Modulo RTC tomado de mactronica.com
Voltaje de entrada 3.3V-5V
Chip DS3231
Onda de salida Cuadrada programable
Soporte calendario Hasta el año 2100
Precisión del sensor de temperatura
± 3 grados
Chip de memoria AT24C32
Capacidad chip de memoria 32K
Tabla 8 Especificaciones Modulo RTC [24]
2.2.6 SENSORES DE TEMPERATURA:
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Debido a que cada DS18B20 contiene un número de serie único de silicio, pueden existir múltiples DS18B20s en el mismo bus 1-Wire. Esto permite la colocación de sensores de temperatura en muchos lugares diferentes. Las aplicaciones donde esta característica es útil incluyen HVAC controles ambientales, temperaturas de detección dentro de los edificios, equipos o maquinaria, y el seguimiento y control de procesos. [11]
interfaz 1-Wire requiere sólo un pin digital para la comunicación
Tiempo de respuesta inferior a 750 ms
Cable rojo VCC
Figura 21 Sensor de temperatura Ds18b20 tomado de mactronica.com
34 2.2.7 SISTEMA DE REFRIGERACION
Para poder realizar múltiples pruebas con el diseño del solarimetro casero, es necesario bajar la temperatura del cuerpo opaco, ya que de lo contrario este tomaría datos erróneos. Teniendo en cuenta que la referencia del dispositivo es la temperatura ambiente, lo ideal es que el sensor que está midiendo la temperatura interna del cuerpo opaco este por debajo de la temperatura ambiente antes de iniciar cada medición.
Para ello se establece que después de cada medida, el sensor se oculta de la radiación solar y posteriormente se refrigera. Para ello se emplea el uso de celdas de Peltier.
-Celdas de Peltier
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Figura 22 Celda de Peltier tomado de mactronica.com
Especificaciones
Modelo: TEC1-12706.
Dimensiones 40mm x 40mm x 3.6mm.
Corriente de trabajo 4.3-4.6 A (rated 12 v); Imax: 6A.
Voltaje DC12V (Vmax: 15 v corriente de inicio 5.8 A).
Opera a temperaturas 30°C to 70.°C-
Poder de refrigeración Qc max 50-60 w
Tabla 10 Especificaciones celda del Peltier [15]
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Figura 23 Disipadores tomado de CFD_Free_Convection_Peltier_Cooler
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Figura 24 Sistema de refrigeración
2.2.8 SEGUIDOR DE SOL:
Para que se emplee la ecuación (EC. 2.1) del solarimetro es necesario que este se encuentre en un plano perpendicular a los rayos del sol como se muestra en la figura 24, por tal motivo es necesario incorporar un seguidor de sol el cual asegure la perpendicularidad del sensor. A su vez, si se implanta el uso de paneles solares, el seguidor de sol optimizaría el recurso solar y posteriormente se usarían paneles solares de menos potencia. Lo cual garantiza un instrumento más pequeño y versátil.
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Figura 25 Trayectoria del sol tomado de Sun fields
39
Figura 26 Irradiacion Anual Recibida tomado de Sun Fields
40
desviaciones de hasta 45º no afectan demasiado a la producción. En nuestro ejemplo, hablaríamos de, en torno, a un 90% de radiación recibida durante el año. Este tipo de gráficos deben estar adaptados a cada latitud, pues en función de esa latitud hay variaciones importantes. [10]
-Hora solar:
La hora solar o solar verdadera es el intervalo entre dos pasos sucesivos del Sol por el meridiano. Puede ser medido con un reloj de sol, y se corresponde con el amanecer, el mediodía o el anochecer: se basa en lo que es posible observar de manera directa. [12] Esta hora solar es diferente a la hora oficial, es decir, no en todos los casos cuando son las 12 del mediodía en nuestra hora oficial, el Sol está en el cénit (lo más alto); esto debido a la órbita elíptica de la tierra y su inclinación.
Figura 27 Analema en el hemisferio norte tomador de wikepedia.com
En la figura 26 anterior se observa la curva que describe la posición del son en el cielo si todos los días del año se lo observara a la misma hora del día y desde el mismo lugar de observación
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𝜔 = 15 ∗ (𝑇𝑂 − 𝐴𝑂 − 12) + ∆𝜆 +
𝐸𝑜𝑇
4
Ecuación 2.2. Hora solar real
ω: hora solar real [º] TO: hora oficial [h]
AO: adelanto oficial por horario de verano [h]
∆corrección por huso horario [º]
EoT: Ecuación del tiempo (día solar real y día solar medio) (min)13
-Ecuación del tiempo
Se define como la diferencia entre el tiempo solar medio y el tiempo solar aparente. Esta diferencia varia a lo largo del año. A continuación se presenta la ecuación empírica que la describe en función del día del año.
𝐸𝑜𝑇 = 229.18 ∗ (−0.0334 ∗ sin(𝑀) + 0.04184 ∗ sin (2 ∗ 𝑀 + 3.5884))
Ecuación 2.3. Ecuación del tiempo
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Teniendo la hora solar podemos determinar el ángulo exacto del sol en diferente hora, lugar y dial del año. En la figura 27 se muestra un estimado ideal del desplazamiento del sol dependiendo de la hora año; en este él se ve una variación aproximada de 15° por cada hora.
Figura 28 Desplazamiento del sol en el transcurso de un día tomado de http//ingenieria.anahuac.mxboletinimages201004
2.2.9 DISEÑO DE ESTRUCTURA
-Solidworks:
Teniendo en cuenta las necesidades del instrumento de medición, se emplea el uso de un software CAD (diseño asistido por computadora) para un modelamiento mecánico en 3D. Este programa denominado Solid Works permite el modelamiento de piezas y conjuntos y extraer de ellos planos técnicos como otro tipo de información necesaria para la producción. [14]
43
Figura 29 Solid Works. Tomado de dailymotion.com
Figura 30 Solid Works, sistema de refrigeración
-Materiales a usar
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resistente al agua e insectos, por tal motivo se diseñó en madera impermeable la cual se le inyecta una bacteria la cual evita que se dañe con la humedad del ambiente.
Figura 31 Estructura principal
En cuanto a los tornillos y uniones empleadas se usó una campa de antioxidante, para que estos no se dañen a causa de la oxidación del medio ambiente.
-Motores pasó a paso:
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Los motores paso a paso (Figura 31) permiten el movimiento preciso del ángulo del seguidor del sol, adicionalmente expone u oculta el sensor de radiación. Para poder controlarlos se requiero el uso de un driver, para esta situación se usó el driver A4988. El driver permite emplear motores con tensiones de 8 a 32 voltios a su vez se emplea únicamente tres señales provenientes del Psoc:
STEP: Se le envía una señal cuadrada con la cantidad de pasos.
DIR: Si es un uno lógico gira a la derecha, si es cero hacia la izquierda
ENABLE: Permite que el driver pueda enviar corriente al motor
Figura 33 Driver A4988 tomado de electronilab.com
2.2.10 ALIMENTACION DEL SISTEMA
La alimentación de todos los sistemas antes funcionados, se conforma por un sistema fotovoltaico y con una fuente de respaldo, por si existe épocas prolongadas de inverno.
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mediante el uso de un inversor, es transformada a corriente alterna (AC), la cual puede ser utilizada en hogares e industrias. La generación de energía eléctrica dependerá de las horas que el sol brille sobre el panel solar y del tipo y cantidad de módulos instalados, orientación, inclinación, radiación solar que les llegue, calidad de la instalación y la potencia nominal. [17]
Los componentes más simples para un sistema fotovoltaico lo constituyen tres elementos:
Panel solar
Controlador o regulador
Batería DC
Para poder dimensionar la capacidad necesaria de un sistema fotovoltaico, debemos tener en cuenta la cantidad de energía y tiempo que va a emplear el sistema, para nuestro caso son todos los componentes del instrumento de radiación. En la tabla 11 Se muestra el consumo detallado de cada dispositivo empleado en el instrumento de medición de radiación. A su vez, se logra calcular la energía necesaria para dimensionar los paneles solares y las baterías.
Calculo de los paneles solares
Item Voltaje(V) corriente(mA) Potencia(mW) Tiempo(h) Energia(Wh)
Psoc 5 50 250 24 6
Tabla 11 Cálculo del sistema fotovoltaico
Teniendo en cuenta la energía empleada por cada carga y su tiempo de uso se concluye el consumo por día es de 69.89 Wh y se requiere:
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Batería(s) con una Capacidad de: 10 Ah a 12 Voltios (V)
Un Controlador Solar con mínimo: 2 Amperios (A)
-Panel solar
Es un elemento que utiliza la energía proveniente del sol para transformarla en energía eléctrica. Estos dispositivos están compuestos por celdas solares hechas de silicio cristalino, el cual tiene la propiedad de convertir la radiación solar en electricidad. Cuanto mayor sea el panel, mayor será la energía que recibe del sol y por ende mayor será la generación de electricidad.
Existen varios tipos de paneles solares, pero en este documento solo nos encargaremos en los fotovoltaicos los cuales son los descritos con anterioridad.
Para cubrir la demanda del sistema se requiere módulos solares con una potencia de 20 W; para ello se decide usar dos paneles de 10W en paralelo con las siguientes características:
Potencia (W en prueba+-10%) 10W
Corriente Punto de máxima potencia(Imp): 0.61A
Tensión Punto de Máxima potencia(Vmp): 16.3V
Corriente corto Circuito(Isc): 0.68A
Tensión en Circuito abierto(Voc): 20.7V
Máxima tensión del sistema: 600V
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Figura 34 Panel solar 10W a 12 V
-Controlador:
Un regulador solar (o de carga) es un dispositivo encargado de controlar constantemente el estado de carga de las baterías así como de regular la intensidad de carga con el fin de alargar la vida útil de las baterías. Controla la entrada de corriente proveniente del panel solar y evita que se produzcan sobrecargas y descargas profundas en la batería. [18]
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Corriente de carga máxima: 10A
Modo de Carga: PWM
Carga flotante: 13.7V/27.4V
Carga de alta intensidad: 14.5V/29V
Funciones adicionales: Temporizador
Tabla 13 Especificaciones controlador de carga [18]
-Batería:
La energía recolectada por los módulos fotovoltaicos, se almacena en la batería DC (corriente directa) Figura 35. Para los sistemas fotovoltaicos es recomendable usar baterías de descargas profunda, las cuales permiten bajar su tensión nominal más allá del 80% sin que tengan daños irreversibles. En nuestro caso se hace uso de una batería de 12V-10Ah pero de plomo, esto implica que la tensión no debe bajar más de 9.7 voltios para evitar daños. Para proteger esta batería, el Psoc mediante el conversor ADC , monitorea la tensión de la batería y si esta es inferior a 11.70V , conmuta un relé el cual pone a funcionar la fuente de respaldo , la cual es una fuente conectada a una fuente AC (corriente alterna).
Figura 36 Batería DC 12V-10Ah
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Al tomar medidas en medio de un lugar despejado, y en altas temperaturas, permite la posibilidad de que existan fuertes lluvias e insectos, que puedan alterar o dañar el funcionamiento del instrumento de medición. Para ello se decide realizar un aislamiento y un sistema que detecte las lluvias para evitar algún percance en sus largos tiempos de medición.
2.3.1 SENSOR DE LLUVIA:
Este Sensor (Figura 36) permite detectar gotas de lluvia, como un sensor de lluvia, y seguimiento de humedad y se puede utilizar para una variedad de condiciones climáticas. Convierte en números la señal de referencia de salida output AO. La salida analógica puede ser conectada al puerto AD de un microcontrolador para detectar la intensidad de la humedad y la precipitación.
Este módulo consiste en una serie de pistas conductoras impresas sobre una placa de baquelita. La separación entre las pistas es muy pequeña. Lo que este módulo hace es crear un corto circuito cada vez que las pistas se mojan. El agua hace que se cree un camino de baja resistencia entre las pistas con polaridad positiva y las pistas conectadas al GND. [19]
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Figura 37 Detector de lluvias tomado de electronilab.com
2.3.2 ASILAMIENTO CONTRA LLUVIA
En la 2.2.9 (Materiales a usar) se vio algunos materiales empleados para evitar daños contra humedad e insectos en la estructura principal. En esta sección se detalla los elementos utilizados para proteger los elementos electrónicos como son motores, sensores, Sistema embebido entre otros.
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Figura 38 Caja de protección
La recubierta empleada para asilar el sensor de radiación con el viento es recubierta con empaque de caucho y silicona líquida para evitar filtraciones internas dentro de la recamara de refrigeración. En el caso de los motores paso a paso, se realizó una recubierta de plástico (Figura 37).
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CAPITULO 3 RESULTADOS:
En el presente capitulo se evidencia los resultados obtenidos con respecto a lo planteada en el capítulo 2, se llevara a cabo un análisis de estos y se determinara si la energía solar en el departamento de Cundinamarca, específicamente en el alto magdalena, es viable.
Inicialmente se mostrara el instrumento de medición de radiación, luego los resultados obtenidos por este y finalmente un análisis detallado de la irradiación solar diaria, la cual será efectuada mediante la integración de la curva de radiación por el método del trapecio.
3.1 INSTRUMENTO DE MEDICION:
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55
Figura 41 Instrumento de medición de radiación a) Frontal abierto b) Lateral c) Frontal cerrado
Especificaciones
Tiempo de muestreo aprox. 15 minutos
Fuente Batería de 12VDC/10Ahconectado a panel solare
Modulos Detector de lluvia, RTC, controlador fotovoltaico
Tabla 14 Especificaciones Instrumento de medición de radiación fuente propia
3.1.1 REGISTRO DE RADIACION
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Grafica 3 Curva de radiación 20 de Junio
MED 220 330 560 1001 930 1202 940 1300 1204 1158 980 460 153 REF 202 350 572 1102 892 1262 952 1281 1121 1150 928 462 220
%ERR 8,91 5,7 2,1 9,17 4,26 4,754 1,26 1,48 7,4 0,7 5,6 0,4 30
Tabla 15 Datos de radiación 20 de Junio
En la tabla 15 se observamos los datos empleados para generar la curva de radiación del día 20 de junio en la cual el porcentaje de error promedio de todas las mediciones es del 6.32%, lo cual es un valor tolerable teniendo en cuenta que en este mes se presentan días nublados y afectan la medición del piranometro de referencia.
3.2 OBTENCION DE LOS DATOS DE RADIACION
Los datos recolectados por el instrumento de medición de radiación mostrado en la tabla 16 tomados durante un mes, desde el 16 de junio al 16 de julio del 2017 donde nos muestra el dato de radiación tomado durante cada hora del día (desde las 6:00 am hasta las 6:00pm hora local). En estos datos medidos en 𝑊⁄𝑚2 , con un valor
máximo 1304 𝑊 𝑚⁄ 2 y uno inferior de 107 𝑊 𝑚⁄ 2 el cuál corresponde cuando pasan
más de 20 minutos y la temperatura interna del cuerpo opaco no genera un diferencia igual a 2.0°C . En el caso de los valores que están en “0” nos indica que
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a esa hora del día había una lluvia intensa, por lo que el instrumento apagaba todos sus sistemas para evitar daños por corto circuito o lluvias eléctricas.
Radiación en Nariño- Cundinamarca medición en W/m2
58 3.3 IRRADIACION SOLAR DIARIA
3.3.1 HSS
La hora solar estándar es equivalente a la energía generada con una radiación solar de un kilovatio sobre una superficie de un metro cuadrado durante una hora. Dado que en los procedimientos de diseño de sistemas fotovoltaicos se parte siempre de los datos de radiación promedio mensuales, [4] se requiere tomar todos los valores de irradiación instantánea generados por el instrumento de medición y expresarlo en HSS.
1𝐻𝑆𝑆 = 1𝐾𝑊ℎ 𝑚⁄ 2
Ecuación 3.1: Hora de sol estándar
Teniendo en cuenta los datos recolectados de irradiación de solar diaria en un plano perpendicular de la tabla 16 se determina la cantidad de radiación diaria mediante la integración de la curva por el método del trapecio empleando la siguiente ecuación;
𝐻𝑑 = ∑ ⌊(𝑅𝑛 + 𝑅𝑛+1) ∗ (𝑡𝑛+1− 𝑡𝑛)
2 ⌋
𝑛−1
1
Ecuación 3.2: Integración por método del trapecio
Donde:
Hd : Radiación solar diaria (Wh/m2)
Rn : Radiación instantánea (Wh/m2)
tn: tiempo (horas ) para la medición “n”
n : Numero de medidas de radiación obtenidas
Tomando los datos tomados de día 20 de junio generamos la curva de radiación correspondiente. Para el presente caso n=13, entonces:
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60 3.3.2 VARIABILIDAD
El recurso solar se define a partir de los promedios mensuales de la radiación solar (H expresada en HSS) y de la respectiva desviación estándar asociada (σ expresada en HSS). Estas variables indican la disponibilidad y la variabilidad del recurso solar en cada estación o punto de medida respectivamente[25]. La variabilidad (V) se define como:
𝑉 = 2𝜎 𝐻⁄
Ecuación 3.3: Variabilidad
Comparando los resultados obtenidos en la tabla 17 de los niveles de variabilidad del recurso solar en Nariño- Cundinamarca respecto a los presentes en otros sitios ubicados en diferentes puntos del globo terráqueo con condiciones climáticas totalmente diferentes entre sí. En la tabla 18 se listan los promedios anuales de los parámetros de radiación para estos punto a analizar. [26-29]
Lugar HSS
Tabla 18 Características del recurso solar de estaciones meteorológicas utilizadas como parámetro de comparación.
61 3.4 ANALISIS CONSUMO ENERGETICO
3.4.1 ANÁLISIS EN EL MUNICIPIO DE NARIÑO
Se desea realizar un análisis del consumo energético en el municipio evaluado, en este caso el municipio de Nariño-Cundinamarca. Para ello, se mostraran algunos informes dispuestos por la empresa de Energía de Cundinamarca del año 2011-2012 en la cual detalla el consumo promedio anual y suscripciones (No. De clientes). En la tabla 19 se detalla el consumo total de energía eléctrica incluyendo clientes residenciales, comerciales, industriales, oficial y alumbrado público. Teniendo en cuenta que la información más reciente es del año 2012 se realizó una estimación para el año vigente (2017) empleando proyecciones de la demanda de energía eléctrica en Colombia [31]realizada en marzo del 2013 por la unidad de planeación minero energética con el aval del ministerio de minas y energía. En aquel texto podemos establecer dos parámetros fundamentales, el primero es el crecimiento de la población, para nuestro caso, la cantidad de suscripciones la cual se aproxima al 9% en 5 años. El segundo es el consumo energético promedio de cada región, para este caso se proyectó un aumento del 2,5%(Figura41).
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Tabla 19 : a) Suscriptores y consumo de energía eléctrica Nariño b) Análisis de un sistema fotovoltaico
Analizando los datos obtenidos del año 2012, y la proyección hacia el año 2017 establecemos que el gasto energético promedio del presente año en el municipio de Nariño es de 5524.5 KWh por día. Proponiendo la instalación de una planta fotovoltaica con una eficiencia del 60% y con un potencial energético solar (HSS) cercano al 5,5 KWh/m2, sería necesario una planta con una potencia nominal de
2 MW con un producción media anual de 4 GWh.
3.4.2 ANÁLISIS EN LA REGIÓN DEL ALTO MAGDALENA
Municipio Suscripciones
Consumo Anual (KWh)
Consumo Diario (KWh)
Girardot 33472 102.928.215 281.995,1
Agua de Dios 4295 9.552.405 26.171,0
Guataqui 74 70.155 192,2
Jerusalen 577 746.733 2.045,8
Nariño 1065 1.902.288 5.211,7
Nilo 1448 3.953.478 10.831,4
Tocaima 5256 10.973.106 30.063,3
Ricaurte 4729 16.183.755 44.339,1
Total 50916 146.310.135 400.849,7
Tabla 20 Suscriptores y consumo de energía eléctrica Alto magdalena 2012
63
de los 8 municipios de esta región el consumo total es de 424.9 MWh. Para este caso se necesitaría una planta fotovoltaica con una potencia nominal 130MW con una producción media anual de 260 GWh. (Tabla 21)
Municipio Suscripciones
Consumo Anual (KWh)
Consumo Diario (KWh)
Girardot 36484 109.103.908 298914,8
Agua de Dios 4682 10.125.549 27.741,2
Guataqui 81 74.364 203,7
Jerusalen 629 791.537 2.168,6
Nariño 1161 2.016.425 5.524,5
Nilo 1578 4.190.687 11.481,3
Tocaima 5729 11.631.492 31.867,1
Ricaurte 5155 17.154.780 46.999,4
Total 55498 155.088.743,1 424.900,7
Total 424.901 KWh Diarios
Eficiencia 0,6 708.168 KWh Diarios
horas de sol 5,5 128.758 KWh Diaria
Tabla 21 a) Suscriptores y consumo de energía eléctrica Alto magdalena 2017 b) Análisis de un sistema fotovoltaico
Los costos de los paneles solares de silicio cristalino se han reducido de forma constante en el transcurso de los años, iniciando su comercialización de 1977 con un valor estimado de 76,67$/Wp hasta llegar al valor de 0,30 $/Wp en el 2015. Esta
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Grafica 4 Precio de las celulas fotovoltaicas de silicio cristalino en ($/Wp) Tomado de Bloomberg New Energy Finance & PV Energy Trend
Actualmente la construcción de una planta solar fotovoltaica de gran capacidad a partir de 1 MW con el propósito de venta al distribuidor eléctrico con un contrato a largo plazo. La tarifa de venta en este caso seria 0,05 - 0,07 Eur por kilovatio por hora (175.6$ COP), el costo promedio actual en Colombia es de 446.74$ COP. El coste de la construcción de la planta varía entre 1 y 1,2 Eur por 1W de capacidad, una planta solar de 1MW tendría un coste de construcción de 1 000 000 - 1 200 000 Eur. La ganancia adquirida de tal inversión en plazo anual estaría entre 125 000 y 160 000 Eur al año. Teniendo en cuenta que la demanda es garantizada. [32]
Planta Capacidad(MW) Costo
(Mill.Eur) Predios(Mill.Eur) TOTAL(Mill.Eur)
Nariño 2 2,4 1,091 3,491
Alto
magdalena 130 156 79,158 235,158
Tabla 22 Inversión aproximada para plantas fotovoltaicas
65
requiere una inversión de 235,158 millones de euros. Se debe tener en cuenta que esto es una aproximación la cual está sujeta al terreno, permisos y accesos donde se desee establecer una planta fotovoltaica.
3.4.3 PROYECTOS DESTACADOS
Un proyecto destacado es la planta fotovoltaica “EL ROMERO SOLAR” ubicada en desierto de Atacama (Chile) con un tiempo de construcción de 13 meses. Con una capacidad de 246 MWp de potencia pico equivalente a 240 000 hogares chileno y 80 MW de su capacidad destinada a suministrar al centro de datos de Google en el país. Es capaz de generar anualmente unos 493 GWh de energía limpia, evitando la emisión a la atmósfera de unas 474.000 toneladas de CO2 en centrales de carbón. En su conjunto, la planta cuenta con 776.000 módulos fotovoltaicos de silicio policristalino que totalizan una superficie de captación solar de más de 1,5 millones de m2, equivalente a 211 campos de fútbol profesionales. Los paneles van instalados sobre estructuras metálicas estáticas que, alineadas, sumarían 196 km. (Figura 42).
66 3.5 CONCLUSIONES:
A nivel mundial el uso de energías limpias, renovables y alternativas se ha convertido en una necesidad a causa del impacto ambiental que las fuentes convencionales han generado. Aunque en Colombia el 67% de la capacidad energética proviene de las hidroeléctricas, un 29% proviene del uso del gas, carbón, ACPM, entre otros. Los cuales generan un gran daño ambiental a nuestros ecosistemas. En cuanto a la energía solar en Colombia los estudios se han limitado al desarrollo de mapas de radiación para todo el territorio nacional, donde no se encaminan a cada zona geográfica, donde se pueda emplear este recurso.
El desarrollo de un instrumento de medición de radiación, permite realizar un estudio más profundo del recurso solar presente en determinada zona geográfica. El instrumento realizado en el presente documento genera la posibilidad de captar información de radiación de manera autónoma en un periodo de tiempo largo, lo que permite generar una base de datos precisa, esencial en el planteamiento de un sistema de fotovoltaico.
Analizando la base de datos recopilada por el instrumento de radiación, se determina que en las provincias del alto magdalena ubicadas en Cundinamarca-Colombia, es viable el uso de sistemas fotovoltaicos debido a un buen potencial energético solar en todo el territorio, con un promedio diario cercano a 5,8 KWh/m2 propicio para un adecuado aprovechamiento.
Teniendo en cuenta ese potencial energético solar y el consumo energético de la región, se puede dimensionar una planta fotovoltaica de 2MW con un costo aproximado de 3,491 millones de euros para el municipio de Nariño o una planta de 130MW con un costo aproximado de 235,158 millones de euros para toda la región del alto magdalena. La inversión de estas plantas fotovoltaicas permitiría bajar el aporte de las fuentes convencionales y reducir el impacto ambiental que estas generan, como un ejemplo destacado, vemos los beneficios de la planta fotovoltaica realizada en el desierto de Atacama (Chile).
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el recurso solar promedio anual, y con esto dimensionar de mejor forma los sistemas fotovoltaicos a emplear.
3.6 TRABAJOS FUTUROS
El desarrollo descrito en este proyecto es un prototipo inicial, el cual busca poner bases en el desarrollo y aplicación de la energía solar en el territorio Colombiano. La base de las ingenierías es solucionar los problemas de la sociedad aplicando conocimientos científicos, por ello el mejorar y optimizar lo trabajado en este documento es esencial para el desarrollo social en nuestro país. Las cosas a mejorar se basan principalmente en el instrumento de radiación:
Reducir el porcentaje de error el cual sea inferior al 3%.
Poder ver las medidas en tiempo real desde un dispositivo móvil o una computadora.
Reducir las dimensiones del instrumento de medición
68 REFERENCIAS:
1. Sector eléctrico en Colombia. Wikipedia enciclopedia libre 2016
2. http://www.eltiempo.com/archivo/documento/CMS-13721035. 25 de marzo del 2014 3. Atlas de Radiación Solar de Colombia, 2015
4. Estudio del Recurso Solar en la Ciudad de Bogotá para el Diseño de Sistemas Fotovoltaicos Interconectados Residenciales, J. Hernández* a, E. Sáenza, W. A. Vallejob LIFAE, Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Bogotá, Colombia. Departamento de Química, Universidad Nacional, Bogotá, Colombia., 2010
5. Mapas de radiación solar Colombia, 2015
6. APENDICE C IDEAM. Atlas de Radiación Solar de Colombia, 2015
7. Estimación de radiación solar, Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente Área de Desarrollo Sostenible y Salud Ambiental. Organización Panamericana de la Salud. Oficina Sanitaria Panamericana – Oficina Regional de la Organización Mundial de la Salud Auspiciado por la Agencia Suiza para el Desarrollo y la Cooperación, Lima 2003
8. Portal español Suelo solar, http://www.suelosolar.com/newsolares/newsol.asp?id=6209 año 2011. 9. Portal Ayudas energías, http://www.ayudasenergia.com/guias-energia/america-latina-sera-un-nuevo-lider-en-energia-solar.html, 2013
10. https://www.sfe-solar.com/noticias/articulos/energia-fotovoltaica-radiacion-geometria-recorrido-optico-irradiancia-y-hsp/
11. Sonda Sensor De Temperatura Ds18b20-Mactronica Disponible en http://www.mactronica.com.co/sonda-sensor-de-temperatura-ds18b20-43990925xJM
12. Tiempo solar-Wikipedia Disponible en https://es.wikipedia.org/wiki/Tiempo_solar
13. Geometría Solar Energía Solar Fotovoltaica Autor Oscar Perpiñán Lamigueiro Disponible en http://oscarperpinan.github.io/esf/GeometriaSolar.pdf
14. Solid Works- Wikipedia. Disponible en :https://es.wikipedia.org/wiki/SolidWorks
15. Celdas del Peltier- Mactronica Disponible en: http://www.mactronica.com.co/celda-peltier-tec112706-80572231xJM
16. Driver pasó a paso A4988-Electronilab Disponible en:https://electronilab.co/tienda/driver-motor-paso-a-paso-1a-a4988-pololu/
17. ¿Qué es un sistema fotovoltaico? Fecha: 16-Nov-2011 Fuente: QuimiNet Disponible en: https://www.quiminet.com/articulos/que-es-un-sistema-fotovoltaico-2638847.htm
69
19. Sensor de lluvia-Electronilab Disponible enhttps://electronilab.co/tienda/sensor-detector-de-lluvia-o-gotas-de-agua-humedad/
20. Ingenier. mecáni. tecnolog. desarroll vol.3 no.3 México sep. 2009 Identificación de radicales y obtención de temperatura en calentadores de agua domésticos. Cielo Disponible
en:http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1665-73812009000200005
21. TPM equipos S.A de C.V Medidor de energía solar (Piranometro). Disponible en: http://tpmequipos.com/medidor-de-luz-solar-btu-ft2-h-tm-206-tenmars.html
22. Sistema embebido Disponible en: https://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_embebido
23. Psoc 5LP- Electronilab Disponible en https://electronilab.co/tienda/psoc-5lp-prototyping-kit-cy8ckit-059/
24. Modulo RTC-Mactronica. Disponible en:http://www.mactronica.com.co/reloj-de-tiempo-real-ds3231-rtc-de-precision-43758633xJM
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26. Morrison, G. Solar radiation data for Indonesia. En: Solar Energy. Vol 49, Iss, 1 (Jul., 1992). pp. 65 76(NTC 4490).
27. Mernild, S. et all. Meteorological observations 2006 and ground temperature variations over 12-year at the Sermilik Station, Ammassalik Island, Southeast Greenland. En: Geografisk Tidsskrift : Danish Journal of Geography. Vol. 108, No. 1 (2008). pp. 153 – 161.
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29. Los Andes [en línea]. Disponible
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31. Proyección de Demanda de Energía Eléctrica en Colombia .Revisión Marzo de 2013Unidad de Planeación Minero Energética, UPME. www.upme.gov.co Elaboró: Subdirección de Planeación Energética - Grupo de Demanda Energética
