Taller: Mapa solar Concepción

21 Julho 2015 Guimarães, Portugal Lorena Troncoso Rodrigo García

RADIACION

SOLAR

AHORRO

ECONOMICO Y

ECOLOGICO

$

SISTEMAS DE

GENERACIÓN

ENERGÉTICA SOLAR

Y TÉRMICA

¿QUE ES UN MAPA SOLAR?

3

Alemania: Emden, Paderborn, Allgaeu, Bremen, Gelsenkirchen, Braunschweig

, Osnabrück, Wolfsburg, Gallen, Solingen, Butrop y Bochum/ Estados Unidos: Anaheim, Berkeley, Boston, Denver, Los Angeles, Madison, New York, Portland, Salt Lake, San Diego, San Francisco, New Orleans, Cambridge Massachuse España : Almería, Barcelona, Granada, Madrid, Malaga, Murcia, Oviedo, Sevilla, Valencia, Valladolid y Zaragoza India: Nueva Delhi, Guajarat y Chardigart Chile : Calama, Vitacura ,Lo Barnechea,

Concepción.

L.E

Fig: Mapa de irradiación solar (SOLAR-GIS)

CATASTRO DE MAPAS

4

Osnabrück

Wolfburg

Solingen

Bochum

Boston

La County

Madison

Cambridge

Calama

5

Variables Items/Mapas Osnabrück Wolfburg Solingen Bochums Boston La County Madison Cambridge Calama

Entorno

Gráfico

Paleta de información x . . . . x . x x Paleta de búsqueda x . . . x x x x x Muestra varios tipos de mapas base . . . . x x x . . Separa potencial térmico y eléctrico x x x x . x . . x Área delimitada de catastro . x . . x x x . x

Uso

Se busca la edificación según dirección x . x . x x . x x Se busca la edificación con cursor x x x x x x x x x Para obtener datos se debe pinchar sobre cubierta x x x . x x . x x

Para obtener datos se debe dibujar el área . . . . x . x . . Se deben ingresar datos de ángulo y orientación . . . . . . x . .

Apoyo

visual

Indica gráficamente si es adecuado integrar SS x x x x x x . x . Indica simbología x x x x x x . x . Indica sombras sobre cubierta . . . . . x x x x Indica cubierta como polígono plano x x x . . . . . x

Resultados

Indica superficie total cubierta . x . . x x . x . Indica superficie útil de cubierta x . . . x x . x x Energía generada x x x . x x x x x Ahorros monetarios . x . . x x x x . Potencial solar x x x . x x x x . Ahorro CO2 x x x . x x . x x Costo del sistema . . . . . . x x . Enlaza a calculadora solar x . . . . x . . .

Educación

Información sobre energía solar . . . . . x . . . Información sobre sistemas de E. renovable . . . . . x . . . Informa bases de cálculo . . . . x x x . x Enlazada a municipio x x . . x x . . . Enlazada a empresas . . . x . . . . . Muestra instalaciones existentes . . . . x x x . .

Método de

cálculo

Sun-area Desc. Desc. Desc. Esri

analisys

solar

Esri

analisys

solar Desc.

Radiance

Daysim Sun-area

Variables

6

• Mapdwell Solar System: usa datos de escáner laser de alta resolución para crear modelos de elevación digital en tres dimensiones (DEM).

• - Contempla Inclinación y orientación de los tejados, infraestructura existente y follaje de los árboles.

• La simulación solar se realiza con Daysim y Radiance, determinando la radiación incidente sobre los edificios que cae por unidad de superficies, simulada para cada hora de un año típico, luego determinar la disponibilidad solar de generación eléctrica utilizando paneles fotovoltaicos. (Mapdwell, 2014).

• SIMUSOLAR: usa información espacial 3D o escaneo laser de alta, para la simulación solar de la toda la ciudad se toma en cuenta la orientación, inclinación, tamaño del techo, radiación anual, CO 2 anual e ingresos anuales(“Simusolar,” n.d.).

• SUN AREA recoge los datos físicos con escáner laser,

• -Toma en cuenta la inclinación, exposición, sombreado y tamaño de la superficie de cada techo. Sobre estos datos generados, se calcula la superficie de techos que tienen mayor captación

• ArcGIS Spatial Analyst permite analizar los efectos del sol sobre un área geográfica durante períodos diarios y estacionales, tomando en cuenta los cambios del ángulo del sol, variaciones en la elevación, orientación (pendiente y orientación) y las sombras proyectadas por las características topográficas que afectan la cantidad de radiación solar entrante (“ESRI solar analisys,” n.d.).

• -Algunos de los mapas simplificados no contemplan obstrucciones topográficas y físicas locales asociados a la inclinación u orientación de la azotea. El usuario es el responsable de definir el área del techo, la inclinación, el ángulo del azimut y un factor de reducción de potencia adecuada para dar cuenta de los impactos de las obstrucciones de sombreado.

Metodologías

7

Figura : Visualización de mapas solares. A: Mapa Calama, B: Mapa Osnabrück, C: Mapa Los Ángeles, D: Mapa de Cambridge, E: Mapa de Madison, F: Mapa de Minnesota.

Visualización

8

Figura 2: Visualización de mapas solares. A: Mapa Calama, B: Mapa Osnabrück, C: Mapa Los Ángeles, D: Mapa de Cambridge, E: Mapa de Madison.

Resultados a residentes

9

• Metodologías varias

• Formas de expresión para el usuario

• Información complementaria

NUEVOS MAPAS:

• Eduquen, Informen y orienten.

• Identificar variables factibles para mapas de zonas con menores recursos.

• Tener en cuenta que las metodologías de cálculo de potencial solar dependerá de la disponibilidad de datos, tiempo de procesamiento de datos, complejidad del área, equipo de trabajo.

• Uso de plataforma amable.

• Información clara y eficiente al usuario.

Conclusiones

10

11

Introducción / Área de Estudio

• Demanda energética .

• Implementación de sistemas de captación solar.

• Catastros de generación energética urbana/ Mapas solares

• En países desarrollados la predicciones de generación energética solar a nivel urbano.

• Caso estudio Concepción, Chile.

Concepción

Santiago

12

Metodología

Objetivo Generar un Mapa solar en Concepción para mostrar a los residentes las

capacidad energéticas que tiene en su tejado al instalar algún tipo de sistema fotovoltaico, térmico o hibrido.

13

Materiales TECHOS LOTES

14

POTENCIAL FISICO / Identificación tipologías residenciales

TI

PO

LO

GÍ

AS

SU

B-

T

IP

OL

OG

ÍA

S

TIP

O 1

-1

TIP

O 1

-2

TIP

O 2

-1

TIP

O 2

-2

TIP

O 3

-1

TIP

O 3

-2

TIP

O 4

-1

TIP

O 4

-2

15

Área útil Sub-tipo

Área útil

techumbre

[%]

Área útil

fachada [%]

T1-1 30 0

T1-2 25 0

T2-1 20 0

T2-2 20 0

T3-1 40 20

T3-2 30 20

T4-1 50 20

T4-2 50 20

Indicador Consumo total Consumo Calefacción Consumo Electricidad Consumo ACS

Residencial (kWh/m2) 190,19 141,76 26,7 21,73

% 74,5 14,0 11,4

Servicios (kWh/m2) 132,23 91,18 35,38 5,67

% 69,0 26,8 4,3

Hospitales (kWh/m2) 617,37 346,11 234,36 36,9

% 56,1 38,0 6,0

Consumo energético

TIPOLO TIPOLOGIAS

POTENCIAL FISICO / Georreferenciación de tipologías

SUBTIPOLOGIAS

17

Consumo anual / ciudad

63%

6%

2%

9%

0%

1% 6%

3%

1%

0%

5%

1% 0%

3%

HABITACIONAL

SALUD

ALMACENAJE

COMERCIO

CULTO

DEPORTE

EDUCACIÓN

ESTACIONAMIENTO

HOTELERIA

INDUSTRIAL

OFICINA

PUBLICO

TRANSPORTE

VARIOS

• SUPUESTOS

• Sector residencial : 190 kWh/m2

• Servicios : 132 kWh/m2

• Hospitales : 617Kw

18

Consumo diferenciado

Consumo ACS Consumo ELÉCTRICO Consumo CALEFACCIÓN

Las distribuciones por tipo de gasto son similares, exceptuando el ACS de menor concentración (pero

mayor disparidad).

19

0

50

100

150

200

250

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

Irra

dia

ció

n m

en

sual

(kW

h/m

2)

Radiación promedio mensual en plano horizontal para

Concepción.

RADIACIÓN

SOLAR

PROMEDIO

OBSTRUCCIÓN POR

TOPOGRAFÍA

OBSTRUCCIÓN POR

EDIFICACIONES

VECINAS =

RADIACION

SOLAR

URBANA

POTENCIAL SOLAR/ Obstrucciones urbanas y topográficas

21 POTENCIAL SOLAR/ Obstrucciones urbanas y topográficas

Manzana A

Manzana B

Manzana C

Manzana D

Manzana E

Manzana F Fuente: L, MERINO 2013

“Código de simulación urbana

URBES”

Fuente: Elaboración propia L, TRONCOSO

Manzana

representativa

Tipologías en

manzana

representativa

Radiación [KWh/m2

año]

Porcentaje de

radiación

Potencial en

mapa solar

Radiación

[KWh/m2 año]

Porcentaje de

radiación

A T1-2 1638 100%

alto 99% B T2-1 1638 100% 1617

C T2-2 1574 96%

D T3-2 1637 100%

medio 97% E

T1-1

1587 97%

1587

T2-2

T3-1

F

T4-1

1451 89% bajo 89% T4-2

T3-1 1451

T1-1

23

Panel Térmico

(energía térmica)

Panel Fotovoltaico

(energía eléctrica)

Panel hibrido

(energía térmica y eléctrica) Fuente: P, Campos

POTENCIAL TECNICO / Laboratorio técnico

24

Formulas • Nomenclatura

• A : Área de

apertura

• Ah : Ahorro

• C : Consumo

• E : Energía

• F : Factor

• G : Radiación

• h : Altura

• N : Número

• S : Superficie

construida

• U : Unidades

• η : Eficiencia

• f : Porcentaje de

aporte

• min : Mínimo

• P : Precio

• Red : Redondear

•

• Subíndice

• ACS : Agua caliente

sanitaria

• calef : Calefacción

• e : Edificación

• elec : Eléctrico

• fach : Fachada

• form : forma

• gas : Gas Natural

• hab : habitantes

• m : Media

• n : Niveles de

piso

• p : panel

• pa : Por unidad de

área

• pp : Por persona

• PV : Fotovoltaico

• PVT : Híbrido

• t : Total

• tech : Techumbre

• th : Térmico(a)

• util : Útil

• v : Vivienda

Características tipología

• Superficie de techumbre útil en vivienda

• Superficie fachada útil

• Superficie total por unidad (Área total de la casa, para el cálculo del consumo por m2), los cálculos de consumo se hace para unidad residencial. Se saca con una columna distinta si es casa o edificación

• Consumo total

• De agua caliente sanitaria

• De electricidad

• Dónde: El consumo total anual de electricidad (

) es igual

a 0, 5 por el consumo de electricidad por persona (

) mas

0,5 por el consumo de electricidad por área de la vivienda (

).

25

Fórmulas

• De calefacción

•

• Consumo por persona

• Se calcula el número de personas de acuerdo a la superficie de la vivienda, de acuerdo a la ecuación del Manual de calificación energética- Chile.

•

Si

Si

• De acuerdo al número de persona, se calcula el consumo basado en distintos modelos.

• Consumo de agua caliente sanitaria por persona. La demanda se basa en estimaciones del consumo, asumiendo un consumo diario de 72 L/pp.

• Consumo de energía eléctrica por persona.

• Consumo de calefacción por persona.

• Dónde: El consumo de agua caliente sanitaria por persona ( ) es igual a 1595 por el número de habitantes (

).

• Consumo por metro cuadrado

• Consumo total energético de una casa por metro cuadrado

• Consumo por metro cuadrado de ACS

• Consumo por metro cuadrado de electricidad

• Consumo por metro cuadrado de calefacción

26

Fórmulas

• Radiación solar

• Potencial solar, se calcula como el producto de la radiación incidente (viene por unidad de área) por el área útil de techumbre. El G depende de la inclinación del panel (entre horizontal, la inclinación óptima o vertical para el caso de la fachada)

•

• Dónde: Radiación útil (

) es igual a la radiación (

) por la superficie de techo útil (

)

• Panel térmico

• Número de paneles. Se calcula para producir un porcentaje dado de aporte al consumo, en este caso, 65%. Para el caso de departamentos y viviendas el número de paneles se debe redondear. No es así para el caso de las torres, pues se puede hacer un sistema común.

•

• Energía generada por el panel. Consiste en la radiación útil por el área bruta del panel, multiplicado por el número de paneles y por la eficiencia supuesta. El número de paneles se supusieron de acuerdo al tamaño de la vivienda y número de habitantes. Se debe recalcular debido al redondeo que existe en el cálculo de número de paneles para las viviendas.

•

• Porcentaje de aporte. Consiste en el mínimo entre la razón de la energía generada y la demanda, y un mínimo de aporte realista que contemple perdidas de energía si el sistema está sobredimensionado, equivalente a 65%. Se debe recalcular debido al redondeo que existe en el cálculo de número de paneles para las viviendas.

•

• El ahorro anual se estima comparando con el sistema tradicional de calentamiento de agua: un calefón con una eficiencia de 79% con gas natural a 79 [clp/kWh] según la ecuación

•

•

27

Fórmulas

• Fotovoltaico

• Número de paneles. Se calcula como el mínimo necesario para suplir el consumo eléctrico de la vivienda y el máximo posible de acuerdo a la superficie de techo disponible una vez instalados los paneles térmicos.

•

• Energía aportada por el sistema fotovoltaico

•

• Porcentaje de aporte. Consiste en el mínimo entre la razón de la energía generada y la demanda, y el aporte del 100% de la energía demandada. Se recalcula considerando el 100% por los errores de aproximación que pudiesen existir.

•

• El ahorro anual se estima comparando con el precio de energía eléctrica domiciliaria a 100 [clp/kWh]

•

• Híbrido - Térmico

• Número de paneles. Se calcula como el mínimo entre el número de paneles que cabe en la superficie de techo disponible y el número de paneles para un aporte máximo a la demanda de ACS de un 65%. Para el caso de

departamentos y viviendas el número de paneles se debe redondear. No es así para el caso de las torres, pues se puede hacer un sistema común.

•

• Energía térmica aportada por el sistema híbrido

•

• Porcentaje de aporte. Consiste en el mínimo entre la razón de la energía generada y la demanda, y el aporte del 65% como tope de la energía térmica demandada para ACS. Se recalcula existir un redondeo en la ecuación que estima el número de paneles.

•

• Ahorro anual se estima comparando con el sistema tradicional de calentamiento de agua: un calefón con una eficiencia de 79% con gas natural a 79 [clp/kWh]], según la ecuación

•

•

28

Fórmulas

• Híbrido - Eléctrico

• Energía eléctrica aportada por el sistema híbrido

•

• Porcentaje de aporte. Consiste en la razón de la energía generada y la demanda.

•

• El ahorro anual se estima comparando con el precio de energía eléctrica domiciliaria a 100 [clp/kWh]

•

1°

30

2°

31

Repaso/Pasos para mapa solar

• Datos físicos /geometría/ área útil techo, fachada

• Consumo estimado por edificio

• Analizar la radiación incidente /obstrucciones solares

• Capacidad tecnología/Energía generada/ahorro

Agradecimientos

Lorena Troncoso V. lorena618@gmail.com | Rodrigo García A. rgarcia@ubiobio.cl | Paulina Wegertseder M. pwegertseder@ubiobio.cl

Ubiobio.cl/confin/