CIENCIA Y SOCIEDAD VolumenXXVil. NúmeroI Enero - Marzo 2002
PROYECTODE ENERGIASOLARPARAI-INEDIFICIO JoséScott* Máximo Campusano* RESUMEN
Hoy día,en los comienzosdel sigloXXI, másde 3,000millonesde sin accepersonasviven en las zonasruralesde paísessubdesarrollados de cambiarestarealidad so a las redeseléctricasy con pocasesperanzas debidoa lascarenciasen que viven. El desarrollode nuevastecnologíasbasadasen fuentesrenovables de energíacomo: las energíassolar, eólica y de biomasa auguranun cambio en la situacióneléctricade las zonasruralesen los paísesterceraisenergéticos sistemas mundistasen vistade quesepuedendesarrollar con diferentes nacional que la red eléctrica no estánconectadosa lados tales como:iluminación,bombeode agua,cocciónde aliaplicaciones industrialesquepermitiránun desarrollosostementosy procesamientos nible a estasregionesdeprimidasdel planeta. en la electrificaRepúblicaDominicanaya acumulaunaexperiencia ción rural por medio de panelesfotovoltaicos que transformanla energía de la radiaciónsolar en energíaeléctrica.En la actualidadse han electrificadomás de 1,500viviendasr,unas60 clínicas2 y más de 25 escuelasruralesI con panelesfotovoltaicos,lo que da una idea de la de la energíasolaren paísesen vías de importanciadel aprovechamiento desarrollo. PALABRAS CI,AVES
Energía Solar Fotovoltaicas, Renovable, Electricidad, Celdas Eneregia -*;-
( ' ) A r e a d e C i e n c i a sB á s i c a sy A m b i e n t a l e s- I N T E C I P r o y e c t oP R O L I N O e n l a L i n e aN o r o e s t eR , e p ú b l i c aD o m t n t c a n a . r ProyectoPRISA en el surestede la RepúblicaDominicana. ' P r o y e c t oP R I D E P d e l a C o m u n i d a dE u r o p e a ,
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I. OBJETIVOSDEL PROYECTO Los objetivosdel proyectoque nos ocupason la alimentación eléctricaparafinesesencialmente demostrativos y de estudio del edificioPedroBonó del InstitutoTecnológicode Santo Domingoutilizandoun arreglode panelesfotovoltaicoscon los correspondientes dispositivosque completanel sistemaeléctrico comobaterías,inversory reguladores. La ideaes la de satisfacer todaslas necesidades energéticas del edificio,en dondehay 4 oficinasy 5 aulasexceptuandoel enfriamientodel aire. A continuacióndescribimosy desarrollamoscadauno de los pasosdel diseñode un sistemaeléctricofotovoltaicoparael edificioya citado. II. METODOLOGÍA UTILIZADA Soncinco los pasosbásicosa desarrollarcon la finalidadde diseñarun sistemafotovoltaicoindependientecomo el que nos ocupa: l. Necesidadesenergétícas. En estepasose determinala cargaa suplir y durantecuántotiempo al día. A partir de estainformaciónse calculala energíaque debe producir el arreglosolarparasatisfacerla cargade interés. 2. Consideraciónes de las pérdidasenergéticas.En este segundopasose cuantificanlas pérdidasenergéticasy así obteneruna cargaenergéticamás real. 3. Radiaciónmediadiaria sobrela región de interés. Se recopilainformaciónsuficientepor un períodode tiempo considerablesobrelos nivelesde radiaciónen la zonaen dondese ub'icaráel arreglosolar,con la finalidad de definir la potenciade radiaciónde diseño. 4. Dimensíonamiento del arreglo solar. Se determinael númerode panelessolaresa ttllizar y su distribución.
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del bancode baterías.Se calculael 5. Dimensionamiento númerode bateríasautilizar y su distribución. ENERGÉTICAS III. NECESIDADES
Tabla para el Cálculo del Consumode Energía
Gantidad Dispositivo
PotencialW)
Lámparas fluorescentes
40
,10
BombillasPLC
22
Computadoras
11
lmpresoras
103
Consumo Horas total en de Consumo/día KWh/día '10
41.2
¿U
7
¿.oo
156
7
¿1.U2
12
7
0.924 68.80
Total
La energíatotal consumidaduranteun mes(20 días)es igual ai 20 días x consumodiario (en wh) 20 x 68,800
: ConsumoTotal por mes = 1,376,000wh
dividiendoel Se convierteesteconsumoen amperes-hora consumototal entre48 cuandose utilizan bateríasa 48 V: P=VI I = P/V' + 48 1,376,000
:28,666.7 amperes-hora.
Esto implica que el arreglosolar debe producir 28,666.7 cadames,lo que equivalea 1,433.3amperes-hora amperes-hora por día.
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IV. CONSIDERACION DE LAS PERDIDAS ENERGÉTICAS Debido a las pérdidas energéticasen el cableadoe interconexiones,así como en los procesosde cargay descargade las baterías,se consideraun factor de 1.5 para obteneruna carga energéticamás real: Consumodiario del sistema: KWh pordía 68.80KWh x 1.5: 103.20 : 103,200 Wh pordía V. RADIACIÓN MEDIA DIARIA SOBRELA REPÚBLICA DOMINICANA A continuaciónse muestrala radiaciónmedia diaria, tanto sobreun plano horizontal,como sobreun plano inclinado a 25o que se recibesobrela RepúblicaDominicana:
RadiaciónDiaria Media Mensual en la,República Dominicana (KWh/m'z)a lncl
Ene Feb Mar Abr May Jun
Jul
Ago Sep Oct
Nov Dic
0" 4.45 4.97 5.58 6.17 6.00 6.17 6.10 6.00 5.64 5.03 4.50 4.10 25' 5.59 5.77 5.87 5.84 5.27 5.20 5.24 5.49 5.68 5.61 5.51 5.26
A partir de estosresultados,asumimosel menor promedio mensual: 5.20KWh/m'?ldía lasnececomoradiaciónsolarde diseíioquepermitirásatisfacer inclusoduranteel mesmáscrítico. sidadesenergéticas
o Solar Radiation Data lVfanualfor Flat-Plateand ConcentrationCollectors.NREL/ TP-4635607
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VI. DIMENSIONAMIENTO DEL ARREGLO SOLAR Las dimensionesdel arreglosolarse obtienendividiendo los requerimientosdiarios de energíaentrela radiaciónsolar diaria del lugar en dondese instalaráel arreglo. Paranuestrocasolos cálculosson los siguientes: W = 19.846kW 103,200 I 5.20= 19,846 VII. ARREGLO DE PANELES SOLARES Es recomendabledesanollaresteproyectoen cuatro etapas, cada una de 5 Kw. Para cadauna de estasetapasde 5 Kw se utilizanpanelessolaresde 100W cadauno a l?Y y con corriente promediode 5.6A. En vista de que se utiliza un inversorcon voltaje de entradade 48 Y se obtienela corrientetotal del arreglo dividiendo la potencia requeridade 5,000W entreel voltaje de trabajo(48 V) 5 , 0 0 0 W 4 8 V = 1 0 4 j 7A Estaintensidadde corrientea 48V se obtienecon l9 líneas de panelessolaresconectadasen paralelo,cadauna de 4 paneles.En vistade que cadapaneltiene 1.498m de largoy 0.594m de ancho,estearreglosolarocupaun áreade: A = 6 m x 1 5 m= 9 0 m 2 VIII. DIMENSIONAMIENTO DEL BANCO DE BATERIAS Las bateríasde un arreglosolartienenuna largavida si son total , en lugarde un hastaun20oAde su capacidad descargadas profundas.Esto implica que 80o/ocomo ocuffe en las descargas la capacidaddel bancode bateríases 5 vecesmayor que la capacidadde todo el sistema.Los cálculosson los siguientes:
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Wh de consumodiarioMultiplicado 103,200 por5=516,000Wh Estaes la capacidaddel bancode bateríaspara el proyecto completo.Si se consideraun sistemamodular constituidopor 4 módulos:uno paracadaoficina del edificioPedroBonó resulta quela capacidaddel bancode bateríasparacadamódulo es igual = 129,000 Wh 516,000/4 diEstacapacidadseexpresanormalmenteen amperes-hora, vidiendoesteúltimo resultadoentreel voltaie del bancode baterías que se asumeigual a 48 V: I 48 = 2,687.5amperes- hora 129,000 IX. ARREGLO DE BATERIAS Parael arreglo de bateríasse utilizan bateríasde ciclo profundo de 395 A a 6 V. En vista de que el voltaje del banco de bateríasalimentaun inversorde 48 V seorganizan7 filas conectadasen paralelode baterías,en dondecadafila contiene8 baterías. Estearregloocupaun áreaigual de: A = 1 . 3 m x 2 . 3 6 m= 3 . 0 6 8 m 2 X. COMPARACIÓNCON EL SISTEMA TRADICIONAL5 del sistemaa alimentareléctricamenteson Las necesidades de: por día 103.20kwh
5 "Annual EnergyReview" 1996(Washington, July 1997)' D.C.: DOE/E|A-0384(96),
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En la primera etapadel proyecto sólo se cubrirá una cuarta parte de estanecesidad. 103.20kwh por dial4 = 25.8kwh por día Al cabode 25 añosnuestrosistemafotovoltaicoaportaráuna energíade: 25.8kwh x 312díasx 25 años = 201,240kwh Al dividir el costototal de la lera partedel proyecto,considerando2 cambiosde bateríasde RD$ 329,616.00pesos, entre la energíatotal producidase obtieneel costoreal por cadakwh del sistemafotovoltaico: RD$1,865,179.14 1201,240 kwh = RD$9.27/ kwh Al compararestecostopor cadakwh de energíafotovoltaica con el costomáximo que se pagapor la energíaeléctricade origen fósil que es de: RD$ 2.56/kwh se puedeapreciarque todavía la energíasolar fotovoltaicaes mucho más cara que la de origen fosil. Ahora bien, en vista de que no hay ningunacontaminación provocadapor la energíasolar y en cambio, la producciónde energíaeléctrica equivalentede origen fósil emitirá a la atmósfera,al cabo de esos25 años de utilidad que hemos considerado,los siguientescontaminantes: Petróleo: = 394,430.40lb 1.961b/kwh x201,240 de GO, 0.01231b/kwh x201,240 = 2,475.25 lb de SO, =724.46lbde NO, 0.00361b/kwhx2O'1,240 se observaque es saludableparala especiehumanay paranuestro planeta,en general,que se siganestudiandoy promoviendo las fuentesde energíaslimpiasy renovablestalescomo la solary la fotovoltaica,'noobstanteestaren desventaja,desdeel punto
6 RenewableEnerg,, Technologt Characterizations. U. S. Depafment of Energy and the Electnc Power Researchlnstitue,December,1997.
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a lasfuentesdeenergíadeoriconrespecto devistaeconómico, ó genfosil XIV. BIBLIOGRAFÍA 1.
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