UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA CARRERA PROFESIONAL DE ARQUITECTURA
TITULO DEL PROYECTO: “UTILIZACION DE PANELES SOLARES COMO UNA NUEVA FORMA DE PAVIMENTACION PARA EL BENEFICIO DEL EFECTO FOTOVOLTAICO EN LA CIUDAD DE HUANCAYO” PRESENTADO POR:
VARGAS RAMOS ROSANGEL MARISE
HUANCAYO – PERU 2014
INDICE RESUMEN INTRODUCCION
CAPITULO I EL PROBLEMA DE INVESTIGACION 1.1 Formulación y limitación del problema 1.2 Justificación 1.3. Objetivos de la Investigación 1.3.1 Objetivo General 1.3.2 Objetivos Específicos 1.4 Identificación del Problema 1.2.1 Problema General 1.2.2 Problemas Específicos CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO 2.1 Antecedentes de la investigación 2.1 Conceptualización
INTRODUCCION
De todos es conocida la estrecha relación que existe entre la temperatura y cualquier sistema basado en la electricidad; pero, ¿realmente le damos la importancia que tiene? Si nos ponemos a observar en el medio en donde nos encontramos, nos daremos cuenta que con el transcurso del tiempo nuestro medio ambiente ha sufrido cambios y una de las principales es el cambio climático. Siendo aún más específicos con el tema de investigación nos basaremos principalmente en la radiación solar, que en estos últimos años ha aumentado significativamente a nivel mundial. El incremento de la temperatura puede ser un factor muy importante para generar energía eléctrica en nuestra ciudad. La perdida de potencia de un sistema eléctrico es algo considerable, pero si adoptamos una visión más amplia y lo vemos a nivel global, podremos intuir la perdida de millones de megavatios por efectos de la temperatura. Lo mencionado anteriormente, es algo que la física conoce, pero en tiempos de abundancia energética, se desprecia. Entramos en nuevos tiempos en los cuales el problema energético se agudizará. Si somos responsables, si nos preocupa el futuro del planeta, de nuestros hijos y sus descendientes; deberíamos empezar a pensar en cómo exprimir cada vatio de potencia en cualquier sistema productor o consumidor de energía, mejorando la eficiencia de los mismos y tomando una actitud responsable de su consumo. La mayor parte de estos problemas se solventaran cuando lleguen los superconductores a temperatura ambiente, pero mientras esto no acontezca pensemos…
RESUMEN El presente proyecto de investigación tiene como finalidad aprovechar la eficiencia energética en la utilización de los paneles solares como una nueva forma de pavimentación para el beneficio del efecto fotovoltaico en la ciudad de Huancayo. La energía solar como fuente importante de generar energía eléctrica mediante paneles solares los cuales pueden ser utilizados como una nueva forma de pavimentación, ya que en la ciudad de Huancayo el sol cae casi perpendicularmente (de forma directa) a los pavimentos. Entonces tenemos una gran fuente generadora de energía eléctrica, si esta es utilizada adecuadamente. Para ello es necesario realizar estudios para mejorar nuestras fuentes generadoras de energía en este caso la utilización adecuado de estos paneles solares y encontrar la mejor manera de captar la energía sin perjudicar nuestro medio ambiente.
Palabras claves: Paneles solares, energía fotovoltaica, pavimentos.
CAPITULO I ASPECTOS GENERALES DE LA INVESTIGACION
1.1.
TITULO DE LA TESIS UTILIZACION DE PANELES SOLARES COMO UNA NUEVA FORMA DE PAVIMENTACION PARA EL BENEFICIO DEL EFECTO FOTOVOLTAICO EN LA CIUDAD DE HUANCAYO
1.2.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA El incremento de la energía solar, sobre todo en nuestra ciudad en donde la radiación es más directa y aun si observamos en horas determinadas del día a partir de las 11.00 am hasta aproximadamente 4.00 pm los rayos del sol son más intensos ya que las calzadas y pavimentos se calientan en gran manera. Toda esta esta concentración de calor que se pierde durante el día bien puede ser utilizado para la generación de electricidad. En nuestra ciudad hacemos uso al 100% de la energía eléctrica es un uso que es necesario en todas nuestras labores cotidianas ya sean habitacional o urbanísticas. Ahorro de Energía calcula que por cada vivienda (cuatro personas, 100 m2) hacen falta uno o dos metros cuadrados de paneles. El impacto medioambiental y visual, aunque pequeño, también es un dato a tener en cuenta, ya que si vemos una instalación aislada, no es significativo, pero si lo vemos desde un punto de vista más generalizado, podría recordarnos los bosques de antenas que veíamos en los tejados no hace mucho tiempo, hasta la entrada en vigor de la ley sobre las Infraestructuras Comunes de Telecomunicaciones. El presente proyecto pretende aportar alguna solución viable a los problemas planteados.
1.3 FORMULACION DEL PROBLEMA 1.3.1 PROBLEMA GENERAL ¿De qué manera la utilización de paneles solares como una nueva forma de pavimentación beneficiaria al efecto fotovoltaico en la ciudad de Huancayo? 1.3.2 PROBLEMAS ESPECIFICOS
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¿En qué medida es beneficiaria la utilización de los paneles solares en nuestra ciudad de Huancayo?
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¿De qué manera se insertarían los paneles solares en los pavimentos de nuestra ciudad?
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¿Cuáles serían los beneficios de acondicionar los paneles solares en los pavimentos?
1.4 OBJETIVOS
1.4.1. OBJETIVO GENERAL Indagar la utilización de paneles solares como una nueva forma de pavimentación para el beneficio fotovoltaico en la ciudad de Huancayo.
1.4.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS -
Demostrar los beneficios de la utilización de los paneles solares.
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Investigar de manera más especifica la utilización de los paneles solares, y como estos pueden ser implantados a la pavimentación en nuestra ciudad.
1.5 JUSTIFICACIÓN En la actualidad hacemos uso al 100% de la energía eléctrica, ya que estamos condicionados a ella, tanto así que si no tendríamos energía eléctrica nos limitaríamos a hacer muchas cosas, principalmente en el trabajo, existen lugares alejados de nuestra ciudad y aun de nuestro país donde la energía no llega aun. Es por ello que el presente trabajo de investigación tiene como finalidad investigar acerca de los paneles solares y su uso como pavimentos, ya que la mayor parte del día el sol llega directamente sobre ellas,. Por lo cual contribuiría al desarrollo de nuestra ciudad y porque no decirlo de nuestro país. Ya otra investigaciones de otros países están tras este proyecto el generaría energía para toda su ciudad, no ajenos a esto pienso que nosotros estamos en la capacidad de lograr que esto pueda suceder.
CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO 2.1 ANTECEDENTES 2.1.1. Antecedentes Nacionales Ministerio de Energía y Minas estima que paneles solares beneficiarán a dos millones de peruanos. “Estamos rompiendo con 130 años de aislamiento de los más pobres que no tenían acceso a luz”, refirió el ministro Jorge Merino Tafur. El ministerio de Energía y Minas convocará próximamente la licitación para el primer concurso público para la construcción y posterior instalación de 250 mil paneles solares que – en un largo plazo – podría beneficiar a más de dos millones de peruanos. Así lo dio a conocer hoy el jefe de dicha entidad, Jorge Merino Tafur. “Este programa es importante porque permitirá el acceso a energía a miles de peruanos pobres y que viven en las zonas más aisladas de la sierra, costa y selva del país”, refirió. El proyecto total estima que se instalen medio millón de paneles solares. La gran meta del MEM es lograr que por lo menos el 96% del país cuente con servicio de electrificación para el año 2016. “Con el programa de paneles solares estamos rompiendo con 130 años de aislamiento de los más pobres que no tenían acceso a luz y ahora podremos llegar a los hogares más inaccesibles y vamos a generar recursos”, agregó Merino Tafur. En diálogo con la Agencia Andina, el titular del MEM señaló que este programa cuenta con un financiamiento inicial de US$400 millones hasta el año 2016.
INTERNACIONAL Scott Brusaw es un ingeniero eléctrico estadounidense preocupado por el medioambiente y con alma de inventor. Cuando hace unos años su mujer Julie salió deprimida del cine tras ver el documental “Una verdad inconveniente” realizado por el ex vicepresidente de los EEUU, Al Gore, Scott decidió que podía aplicar sus conocimientos para combatir el calentamiento global. Hoy, tras haber fundado la empresa Solar Roadways que fabrica pavimentos energéticos con paneles solares hexagonales sobre los cuales se puede circular, y tras convertir su idea en un fenómeno viral gracias al apoyo de las redes sociales y de algunos famosos, su sueño de reformar las autopistas para que generen energía está un poquito más cerca. Scott, que ya tiene prototipos instalados a pequeña escala, defiende la utilidad de sus paneles, que pueden soportar el trajín de vehículos grandes y pequeños, y también las inclemencias del tiempo, mientras generan electricidad.
Brusaw ve múltiples ventajas a la idea de sustituir el asfalto por paneles solares, ya no solo por la generación limpia de energía, sino porque podrían jubilar a las quitanieves (las carreteras podrían aprovechar parte de la energía generada para calentarse y derretir el hielo). En su opinión, incluso harían más sencilla y clara la señalización vial (si se las dota de leds luminosos) ya que la información podría mostrase en tiempo real, adaptada a las condiciones de tráfico y clima del momento concreto.
“UTILIZACION DE PANELES SOLARES COMO UNA NUEVA FORMA DE PAVIMENTACION PARA EL BENEFICIO DEL EFECTO FOTOVOLTAICO EN LA CIUDAD DE HUANCAYO”
Las próximas carreteras podrían abandonar el asfalto en favor de paneles que captarán la energía del Sol. Primeramente comenzaríamos a enfocarnos en los paneles solares y su definición. PANELES SOLARES: Un panel solar (o módulo solar) es un dispositivo que aprovecha la energía de la radiación solar. El término comprende a los colectores utilizados para producir agua caliente (usualmente doméstica) mediante energía solar térmica y a los paneles utilizados para generar electricidad mediante energía solar fotovoltaica. ESTRUCTURA: Las estructuras para
anclar
los
paneles
solares
son
generalmente
de aluminio con tornillería de acero inoxidable para asegurar una máxima ligereza y una mayor durabilidad en el tiempo. Las estructuras pueden ser estándares
para
las
medidas
más
habituales
(superficie, orientación e inclinación -tanto en horizontal, como en vertical-). La estructura suele estar compuesta de ángulos de aluminio, carril de fijación, triángulo, tornillos de anclaje (triángulo-ángulo), tornillo Allen (generalmente de tuerca cuadrada, para la fijación del módulo) y pinza zeta (para la fijación del módulo y cuyas dimensiones dependen del espesor del módulo1 ). DESCRIPCION DE UN PANEL SOLAR: Los paneles fotovoltaicos: están formados por numerosas celdas que convierten la luz en electricidad. Las celdas a veces son llamadas células fotovoltaicas, del griego "fotos", luz. Estas celdas dependen del efecto fotovoltaico por el que la energía lumínica produce cargas positiva y negativa
en dos semiconductores próximos de diferente tipo, produciendo así un campo eléctrico capaz de generar una corriente. Los materiales para celdas solares suelen ser silicio cristalino o arseniuro de galio. Los cristales de arseniuro de galio se fabrican especialmente para uso fotovoltaico, mientras que los cristales de silicio están disponibles en lingotes normalizados, más baratos, producidos principalmente para el consumo de la industria microelectrónica. El silicio poli cristalino tiene una menor eficacia de conversión, pero también menor coste. Cuando se expone a luz solar directa, una celda de silicio de 6 cm de diámetro puede producir una corriente de alrededor 0,5amperios a 0,5 voltios (equivalente a un promedio de 90 W/m², en un campo de normalmente 50-150 W/m², dependiendo del brillo solar y la eficencia de la celda). El arseniuro de galio es más eficaz que el silicio, pero también más costoso. Las células de silicio más empleadas en los paneles fotovoltaicos se puede dividir en tres subcategorías: •
Las células de silicio mono cristalino están constituidas por un único cristal de silicio. Este tipo de células presenta un color azul oscuro uniforme.
•
Las células de silicio poli cristalino (también llamado multicristalino) están constituidas por un conjunto de cristales de silicio, lo que explica que su rendimiento sea algo inferior al de las células mono cristalinas. Se caracterizan por un color azul más intenso.
•
Las células de silicio amorfo. Son menos eficientes que las células de silicio cristalino pero también más barato. Este tipo de células es, por ejemplo, el que se emplea en aplicaciones solares como relojes o calculadoras.
Los lingotes cristalinos se cortan en discos finos como una oblea, pulidos para eliminar posibles daños causados por el corte. Se introducen dopantes (impurezas añadidas para modificar las propiedades conductoras) en las obleas, y se depositan conductores metálicos en cada superficie: una fina rejilla en el lado donde da la luz solar y usualmente una hoja plana en el otro. Los paneles solares se construyen con estas celdas agrupadas en forma apropiada. Para protegerlos de daños, causados por radiación o por el manejo de éstos, en la superficie frontal se los cubre con una cubierta de vidrio y se pegan sobre un sustrato (el cual puede ser un panel rígido o una manta blanda). Se hacen conexiones eléctricas en serie-paralelo para fijar el voltaje total de salida. El pegamento y el sustrato deben ser conductores térmicos, ya
que las celdas se calientan al absorber la energía infrarroja que no se convierte en electricidad. Debido a que el calentamiento de las celdas reduce la eficacia de operación es deseable minimizarlo. Los ensamblajes resultantes se llaman paneles solares o grupos solares.
Las posibilidades de ahorro que ofrece una correcta gestión de la energía. Los paneles solares de tipo fotovoltaicos son capaces de aprovechar la energía emanada por el Sol, más comúnmente conocida como radiación solar. Se encuentran compuestos por celdas que se encargan de convertir la luz en electricidad; estas celdas, muchas veces son denominadas celdas fotovoltaicas, que tiene como significado “luz-electricidad”. Dichas celdas dependen del efecto fotovoltaico para poder transformar la energía del sol y hacer que una corriente se traslade entre dos placas con opuestas cargas eléctricas.
Pavimento solar: energía “a pie de calle”
Un pavimentado solar podría autofinanciarse a través de la generación de electricidad, que podría alimentar los hogares y las empresas conectados, por ejemplo, a las calzadas y estacionamientos. Instalándose a escala nacional podría producir más energía renovable y limpia que la que el país utiliza actualmente en su conjunto CALZADA CON MÚLPITLES APLICACIONES Añaden que este sistema tendría muchas otras características provechosas para el medioambiente, la economía y la seguridad vial, como sus elementos de calefacción destinados a mantener la carretera libre de nieve y hielo, la iluminación LED aplicada a las líneas de tráfico y la señalización, y un "corredor cableado" destinado a almacenar y tratar el agua de lluvia y también a alojar los cables de alimentación eléctrica y de trasmisión de datos. La calzada solar incluso permitirá recargar más energía mientras son conducidos, cuando esta tecnología esté instalada de manera amplia en la red de carreteras y además incorpore un sistema de recarga mediante inducción eléctrica mutua
NUESTRA URBANIZACION Y LOS PANELES SOLARES "A largo plazo, un camino fotovoltaico permitiría a los vehículos eléctricos recargar
en
cualquier
lugar,
como
las
áreas
de
descanso
o
los
estacionamientos al aire libre, alcanzando el mismo rango que los vehículos con motor de combustión interna que consumen gasolina y reduciendo la dependencia del petróleo". Roadways.
Las calzadas solares van más allá de la cuestión energética ya que, según sus creadores, también podrían ayudar "a reducir la contaminación de los ríos, arroyos y otros cursos acuáticos, causada por la lluvia, al incorporar una sección para la recogida, almacenamiento y movimiento de las aguas pluviales", en sus denominados corredores cableados.
El proyecto Solar Roadways ya ha recibido dos fases de la financiación de la Administración Federal de Carreteras de EE.UU. (FHWA-US, por sus siglas en inglés) para investigar y desarrollar "un sistema de pavimentación que se pagará a sí mismo durante toda su vida útil", la primera de ellas en 2009, para construir el primer prototipo de panel solar, y la segunda en 2011, "que se está utilizando para construir un estacionamiento fotovoltaico prototipo y probarlo bajo todas las condiciones climáticas y de luz solar", señalan los Brusaw. "Nuestra superficie de vidrio ha sido sometida a pruebas de tracción, carga y resistencia al impacto, en laboratorios de ingeniería civil en todo el país y ha superado todos los requisitos", señalan orgullosos Scott y Julie. Cada panel solar, de 30 centímetros de lado, se compone de tres capas: una superficial, fabricada con un material resistente, rugoso y translucido que dejar pasar la luz del sol e incluye la iluminación LED y los elementos calefactores; una segunda capa que contiene las células fotovoltaicas propiamente dichas; y una capa base que distribuye la energía acumulada a la red eléctrica, además de encender los LEDs y los elementos calefactores. QUE OCURRE EN OTROS PAISES El gobierno del Norte de Holanda acaba de presentar un plan para instalar paneles solares en carriles de bicicletas que rodean la ciudad de Krommenie (cerca de amsterdam) en 2012. Detrás del Proyecto, llamado Solaroad, están el instituto de investigación TNO, Ooms Anenhorn Group e Imtech. Estos organismos están desarrollando un sistema de Bloques de cementos cubiertos con una capa de celdas de silicona que atraen la energía solar, protegidos por un cristal resistente, que generarán unos 50 kwh por metro cuadrado al año.
Esta energía se utilizará para el alumbrado público de las calles, las señales de tránsito, y el abastecimiento de los hogares.
CONCLUSIONES Un estudio realizado por el Instituto Politécnico de Worcester concluyó en el gran potencial del asfalto como colector solar, y se están realizando experimentos para convertir el propio asfalto en recolector de sol y usar tuberías subterráneas para generar vapor y energía. No lejanos a esta realidad es hora de nosotros mismo tomar conciencia del estado de nuestro medio ambiente y empezar a hacer uso de estas tecnología, el poder conocer e informarnos de lo acontece y sería beneficioso a nuestro medio ya es un gran logro para poder contribuir con un granito de arena para el bienestar común y futuro. Estamos al alcance de todas las herramientas necesarias para poder lograrlo y aplicarlo lo único que nos faltaría es el interés.