curso de análisis de proyectos de energía limpia © minister of natural resources canada 2001 –...

Curso de Análisis de Proyectos de Energía LimpiaCurso de Análisis de Proyectos de Energía Limpia

© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2006.

Crédito Fotográfico: NRCan

Análisis de Proyectos de Análisis de Proyectos de Calentamiento Solar de AguaCalentamiento Solar de Agua

Colectores de Placas Vidriadas Planas, Ontario, Canadá


ObjetivosObjetivos

• Revisar los fundamentos de los sistemasRevisar los fundamentos de los sistemasde Calentamiento Solar de Aguade Calentamiento Solar de Agua

• Ilustrar las consideraciones claveIlustrar las consideraciones clavepara el análisis de proyectos de para el análisis de proyectos de Calentamiento Solar de AguaCalentamiento Solar de Agua

• Introducir el Modelo de Proyecto de Introducir el Modelo de Proyecto de Calentamiento Solar de Agua RETScreenCalentamiento Solar de Agua RETScreen®®


• Agua Caliente Agua Caliente DomésticaDoméstica

• Calor para ProcesosCalor para Procesos

• Calentamiento para Calentamiento para Piscinas de NataciónPiscinas de Natación

…pero también…

Incrementa el almacenamiento de agua caliente

Extiende la temporada de natación (calentamiento de piscinas)

¿Qué ofrecen los sistemas de ¿Qué ofrecen los sistemas de Calentamiento Solar de Agua?Calentamiento Solar de Agua?

Crédito Fotográfico: Vadim Belotserkovsky

Centro de Conferencias, Bethel, Lesotho

Unidad Vecinal, Kungsbacka, Suecia

Crédito Fotográfico: Alpo Winberg/ Solar Energy Association of Sweden


Componentes de los Sistemas Componentes de los Sistemas de Calentamiento Solar de de Calentamiento Solar de AguaAgua


Intercambiador

de Calor

PanelFotovoltaicoColectores Solares

Circuito de Calentamientode Agua de Sifón Térmico

Agua Caliente ala Casa

Suminsitrode Agua Fría

Suministro y Retornode Tuberías de Glicol

Caja deEmpalme

Drenaje de Sedimento

Ag

ua C

ale

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da p

or

el

SolBomba de Glicol

Tanque PrecalentadoAlmacena el

AguaCalentada por

el Sol

TanqueEstándar

Esquema de Sistema deCalentamiento Solar de Agua


Colectores Solares No Colectores Solares No VidriadosVidriados

• Bajo CostoBajo Costo

• Baja TemperaturaBaja Temperatura

• RobustoRobusto

• LivianoLiviano

• Calentamiento Calentamiento estacional de estacional de piscinaspiscinas• Baja presiónBaja presión

• Pobre desempeño en climas fríos o con vientoPobre desempeño en climas fríos o con vientoCrédito Fotográfico: NRCan

Ranuras de Medición de Flujo

Los Canales de Flujo Originan Flujos Uniformesa Través de los Tubos

2º Tubo Colector

Canal de Ingreso

Flujo Desdela Piscina

Colector Solar No Vidriado


Colectores Solares de Placas Colectores Solares de Placas Vidriadas PlanasVidriadas Planas

• Costos moderadosCostos moderados

• Operación a más Operación a más alta temperaturaalta temperatura

• Puede operar a la Puede operar a la presión de agua del presión de agua del suministro principal suministro principal de aguade agua

• Más pesado y más Más pesado y más frágilfrágil


Vidriado

Recipiente

Placa Absorbente

Tubos Elevadores

Colectores

Asilamiento


Colectores de Tubo EvacuadoColectores de Tubo Evacuado

• Costos más altosCostos más altos

• Sin pérdidas deSin pérdidas deconvecciónconvección

• Alta temperaturaAlta temperatura

• Climas cálidosClimas cálidos

• FrágilFrágil

• La instalaciónLa instalaciónpuede ser máspuede ser máscomplicadacomplicada

• La nieve ya no esLa nieve ya no esproblemaproblema

Crédito Fotográfico : NRCan

Crédito Fotográfico: Nautilus

Tubo Desarrollado y Fabricado en China

Vapor y LíquidoCondensado dentrodel Tubo de Calor

PlacaAbsorbenteTubo de

Calor

Tubo Evacuado


Calentamiento Solar de Agua Calentamiento Solar de Agua en Diferentes Climasen Diferentes Climas

• Para cada sistema de calentamiento solar de agua con Para cada sistema de calentamiento solar de agua con 6 m6 m22 de de colector vidriadocolector vidriado, una demanda de , una demanda de 300 l/día300 l/día de agua caliente a de agua caliente a 60ºC60ºC y y 300 l de almacenamiento300 l de almacenamiento, la , la fracción solar fracción solar es:es:

21% en Tromsø, Noruega (70ºN)

40% en Yellowknife, Canadá (62ºN)

32% en Varsovia, Polonia (52ºN)

51% en Harbin, China (46ºN)

67% en Sacramento, USA (39ºN)

39% en Tokio, Japón (36ºN)

78% en Marrakech, Marruecos(32ºN)

75% en Be’er-Sheva, Israel (31ºN)

81% en Matam, Senegal (16ºN)

59% en Puerto Limón, Costa Rica (10ºN)

59% en Yakarta, Indonesia (6ºS)

86% en Huancayo, Perú (12ºS)

69% en Harare, Zimbabwe (18ºS)

65% en Sydney, Australia (34ºS)

39% en Punta Arenas, Chile (53ºS)


Ejemplos de Sistemas de Ejemplos de Sistemas de Calentamiento Solar de Agua - Calentamiento Solar de Agua - Costos y BeneficiosCostos y Beneficios

Sistema vidriado para Sistema vidriado para todo el año (con todo el año (con almacenamiento)almacenamiento)

La Paz, BoliviaLa Paz, Bolivia2,2 GJ/m2,2 GJ/m22

400 $/m400 $/m22

Sistema de tubo evacuado Sistema de tubo evacuado para todo el añopara todo el año(con almacenamiento)(con almacenamiento)

Copenhague, DinamarcaCopenhague, Dinamarca1,8 GJ/m1,8 GJ/m22

1.000 $/m1.000 $/m22

0102030405060708090100

5 15 25 35 45

Cost of energy ($/GJ)

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$/m

2 )

Gas

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$/m

3

Gas

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$/m

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0.0

5 $

/kW

h

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0.1

5 $

/kW

h

Sistema No Vidriado para Piscina de Sistema No Vidriado para Piscina de natación solo para veranonatación solo para verano

Montreal, CanadáMontreal, Canadá1,5 GJ/m1,5 GJ/m2 2

150 $/m150 $/m22

Costo de la Energía ($/GJ)

Ah

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os A

nu

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($/m

2)


Consideraciones para un Consideraciones para un Proyecto de Calentamiento Proyecto de Calentamiento Solar de AguaSolar de Agua• Factores para proyectos exitosos:Factores para proyectos exitosos:

Gran demanda de agua caliente para reducir la importancia de los costos fijos

Altos costos de energía (como en lugares donde no se dispone de gas natural)

Suministro de energía convencional no confiable

Fuerte Interés en el medio ambiente del propietario / operadorde la edificación

• Cargas diurnas de agua caliente requieren menos Cargas diurnas de agua caliente requieren menos almacenamientoalmacenamiento

• Sistemas estacionales de bajo costo pueden ser financieramente Sistemas estacionales de bajo costo pueden ser financieramente preferibles a sistemas de mayor costo para todo el añopreferibles a sistemas de mayor costo para todo el año

• El mantenimiento es similar al de cualquier sistema de cañerías, El mantenimiento es similar al de cualquier sistema de cañerías, pero el operador debe estar comprometido a realizar a tiempo las pero el operador debe estar comprometido a realizar a tiempo las reparaciones y los mantenimientosreparaciones y los mantenimientos


Ejemplos: Australia, Botswana y SueciaEjemplos: Australia, Botswana y Suecia

Sistemas Domésticos de Agua Sistemas Domésticos de Agua CalienteCaliente

• Conectado a la red, requiere un propietario Conectado a la red, requiere un propietario que se encuentre comprometidoque se encuentre comprometido Puede tener largos períodos de retorno de la

inversión cuando los precios de la energía son bajos El sistema provee el 20 al 80% de agua caliente

• Sin conexión a la red donde el suministro de Sin conexión a la red donde el suministro de energía sea poco confiableenergía sea poco confiable

Crédito Fotográfico: Marie Andrén, Solar Energy Association of Sweden Crédito Fotográfico: Vadim Belotserkovsky

Crédito Fotográfico: The AustralianGreenhouse Office

Sistema de Sifón Térmico, Australia

Casa para el Personal Médico en Área Rural, BotswanaCasas, Malmö, Suecia


Ejemplo: Estados Unidos y CanadáEjemplo: Estados Unidos y Canadá

Sistemas de Piscinas de Sistemas de Piscinas de NataciónNatación• Colectores No Vidriados de bajo costoColectores No Vidriados de bajo costo

Piscinas para verano en climas fríos Extiende la temporada en climas cálidos Para uso en verano en piscinas para todo el

año en climas fríos Puede tener períodos de retorno de la

inversión de 1 a 5 años

• Colectores vidriados para calor Colectores vidriados para calor durante todo el añodurante todo el año

• Los sistemas de filtración sirven como Los sistemas de filtración sirven como bombabomba


Crédito Fotográfico: Aquatherm Industries/ NREL Pix

Sistema para Piscina, USA

Sistema para Piscina Comunal, Ontario, Canadá


Ejemplos: Grecia y CanadáEjemplos: Grecia y Canadá

Sistemas Sistemas Comerciales/Industriales de Agua Comerciales/Industriales de Agua CalienteCaliente• Hoteles/moteles, departamentos y edificios de oficinasHoteles/moteles, departamentos y edificios de oficinas

• Centros de salud y hospitalesCentros de salud y hospitales

• Lavado de carros, lavanderías, restaurantesLavado de carros, lavanderías, restaurantes

• Instalaciones deportivas, escuelas, instalaciones de duchasInstalaciones deportivas, escuelas, instalaciones de duchas

• Acuacultura, otras pequeñas industriasAcuacultura, otras pequeñas industrias

Crédito Fotográfico: NRCanCrédito Fotográfico: Regional Energy Agency of Crete/ISES

Hotel, Agio Nikolaos, Creta Operación de Acuacultura, Columbia Británica, Canadá


Modelo de Proyecto de Modelo de Proyecto de Calentamiento Solar de Agua Calentamiento Solar de Agua RETScreenRETScreen®®

• Análisis de producción de energía de todo el mundo, de Análisis de producción de energía de todo el mundo, de costos de ciclo de vida y de reducciones de emisiones de costos de ciclo de vida y de reducciones de emisiones de gases de efecto invernaderogases de efecto invernadero

Vidriados, no vidriados, y tubo evacuado Piscinas de natación en interiores o

exteriores (con o sin cubierta) Sistemas de agua caliente de servicio

(con o sin almacenamiento)

• Solo 12 puntos de datos paraSolo 12 puntos de datos paraRETScreenRETScreen®® vs. 8.760 para vs. 8.760 paramodelos de simulación horariamodelos de simulación horaria

• Actualmente no cubiertos:Actualmente no cubiertos:

Cambios en cargas diarias de aguacaliente de servicio

Agua caliente de servicio autónomos Sistemas sin almacenamiento tienen

altas fracciones solares Concentrador y Colectores solares integrados con rastreo del sol


RETScreenRETScreen®® Cálculo de Energía de Cálculo de Energía de Calentamiento Solar de AguaCalentamiento Solar de Agua Calcula las

variables ambientales,incluyendo radiación

solar en el planodel colector

Método deUtilizabilidad

Método “F-Chart”

Otros cálculos:área de colector

sugerida, requerimientos de

bombeo, etc.

Evaluar requerimientos de energía de la

piscina

Calcular la energía

renovable entregada y

requerimientos de

calentamiento auxiliar

Agua caliente de Serviciosin almacenamiento

Piscinas de Natación

Ver el e-Libro

Análisis de Proyectos de Energía Limpia: RETScreen®

Ingeniería y Casos

Capítulo de Análisis de Proyectos de calentamiento Solar de Agua

Calcula la energía solar que puede

ser colectada

Agua caliente de Serviciocon almacenamiento


Ejemplo de Validación del Modelo de Ejemplo de Validación del Modelo de Proyecto de Calentamiento Solar de Proyecto de Calentamiento Solar de Agua RETScreenAgua RETScreen®®

RETScreenRETScreen®® comparado comparado con:con:

• WATSUN para sistemasWATSUN para sistemasdomésticos de agua caliente en domésticos de agua caliente en Toronto, Canadá:Toronto, Canadá:

500

1000

1500

2000

2500

3000

500 1000 1500 2000 2500 3000

Measured annual solar energy delivered (kWh)

RE

TS

cree

n p

red

icte

d a

nn

ual

so

lar

ener

gy

del

iver

ed

(kW

h)

• ENERPOOL para piscina de ENERPOOL para piscina de verano de 48 mverano de 48 m22 in Montreal, in Montreal, CanadáCanadá Energía requerida dentro del

2%

• Datos monitoreados de una Datos monitoreados de una piscina de verano de 1.200 mpiscina de verano de 1.200 m22 en en Möhringen, AlemaniaMöhringen, Alemania Energía requerida dentro del

3% y producción de energía solar dentro del 14%

RETScreen vs. Datos monitoreados de 10 sistemas domésticos de agua caliente en Guelph, Canadá

4,1%1.8001,874Tiempo de operación de la bomba (h)

0,1%8,018,02Energía Entregada (GJ)

-0,5%19,7319,64Carga (GJ)

-1,8%24,7924,34Radiación incidente (GJ)

Dif.WATSUNRETScreen


ConclusionesConclusiones

• Colectores no vidriados, vidriados y de tubo evacuado provén Colectores no vidriados, vidriados y de tubo evacuado provén agua caliente para muchos usos y cualquier climaagua caliente para muchos usos y cualquier clima

• La demanda significativa de agua caliente, altos costos de La demanda significativa de agua caliente, altos costos de energía, y un fuerte compromiso de parte del energía, y un fuerte compromiso de parte del propietario/operador son factores importantes de éxitopropietario/operador son factores importantes de éxito

• RETScreenRETScreen®® calcula: calcula: La carga de agua caliente de servicio y la carga de piscina de natación

El Desempeño de los sistemas solares de piscina de natación y agua caliente de servicio con y sin almacenamiento

• RETScreenRETScreen®® es un análisis anual con cálculo de recursos es un análisis anual con cálculo de recursos mensuales que pueden lograr precisión comparable a modelos mensuales que pueden lograr precisión comparable a modelos de simulación horariade simulación horaria

• RETScreenRETScreen®® puede brindar significativos ahorros de costos en puede brindar significativos ahorros de costos en estudios de factibilidad preliminaresestudios de factibilidad preliminares


¿Preguntas?¿Preguntas?

Módulo de Análisis de Proyectos de Calentamiento Solar de AguaRETScreen® International Curso de Análisis de Proyectos de Energía

Limpia

www.retscreen.netwww.retscreen.netPara mayor información por favor visite el sitio web RETScreen® en

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