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Taller: Mapa solar Concepción
Lorena Troncoso Rodrigo García 21 Julho 2015 Guimarães, Portugal
¿QUE ES UN MAPA SOLAR?
RADIACION
SOLAR
$
SISTEMAS DE
GENERACIÓN
ENERGÉTICA SOLAR
Y TÉRMICA
AHORRO
ECONOMICO Y
ECOLOGICO
3
CATASTRO DE MAPAS
L.E
Fig: Mapa de irradiación solar (SOLAR-GIS)
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.
4
Madison
Solingen
Osnabrück
Wolfburg
Cambridge
Boston
La County
Bochum
Calama
5
Variables
Osnabrück Wolfburg Solingen Bochums Boston La County Madison Cambridge Calama
x
.
.
.
.
x
.
x
x
Paleta de búsqueda
x
.
.
.
x
x
x
x
x
Entorno
Muestra varios tipos de mapas base
.
.
.
.
x
x
x
.
.
Gráfico
Separa potencial térmico y eléctrico
x
x
x
x
.
x
.
.
x
Área delimitada de catastro
.
x
.
.
x
x
x
.
x
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
Uso
Para obtener datos se debe dibujar el área
.
.
.
.
x
.
x
.
.
Se deben ingresar datos de ángulo y orientación
.
.
.
.
.
.
x
.
.
Indica gráficamente si es adecuado integrar SS
x
x
x
x
x
x
.
x
.
Apoyo Indica simbología
x
x
x
x
x
x
.
x
.
visual Indica sombras sobre cubierta
.
.
.
.
.
x
x
x
x
Indica cubierta como polígono plano
x
x
x
.
.
.
.
.
x
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
.
Resultados
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
.
.
.
Información sobre energía solar
.
.
.
.
.
x
.
.
.
Información sobre sistemas de E. renovable
.
.
.
.
.
x
.
.
.
Informa bases de cálculo
.
.
.
.
x
x
x
.
x
Educación
Enlazada a municipio
x
x
.
.
x
x
.
.
.
Enlazada a empresas
.
.
.
x
.
.
.
.
.
Muestra instalaciones existentes
.
.
.
.
x
x
x
.
.
Variables
Método de
cálculo
Items/Mapas
Paleta de información
Sun-area
Desc.
Desc.
Desc.
Esri
analisys
solar
Esri
analisys
solar
Desc.
Radiance
Daysim
Sun-area
6
Metodologías
•
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.
7
Visualización
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.
8
Resultados a residentes
Figura 2: Visualización de mapas solares. A: Mapa Calama, B: Mapa Osnabrück, C: Mapa Los Ángeles, D: Mapa de Cambridge, E: Mapa de Madison.
9
Conclusiones
•
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.
10
11
Introducción / Área de Estudio
Santiago
Concepción
•
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.
12
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.
Metodología
13
Materiales
TECHOS
LOTES
TIPO 3-2
TIPO 4-2
TIPO 1-2
TIPO 2-2
TIPOLOGÍAS
TIPO 1-1
TIPO 2-1
POTENCIAL FISICO / Identificación tipologías residenciales
SUB- TIPOLOGÍAS
TIPO 3-1
TIPO 4-1
14
15
Área útil
T1-1
Área útil
techumbre
[%]
30
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
Sub-tipo
Área útil
fachada [%]
0
Consumo energético
Residencial
Servicios
Hospitales
Indicador
Consumo total
Consumo Calefacción
Consumo Electricidad
Consumo ACS
(kWh/m2)
190,19
141,76
26,7
21,73
74,5
14,0
11,4
91,18
35,38
5,67
69,0
26,8
4,3
346,11
234,36
36,9
56,1
38,0
6,0
%
(kWh/m2)
132,23
%
(kWh/m2)
%
617,37
POTENCIAL FISICO / Georreferenciación de tipologías
TIPOLOGIAS
TIPOLO
SUBTIPOLOGIAS
17
Consumo anual / ciudad
HABITACIONAL
SALUD
ALMACENAJE
COMERCIO
CULTO
DEPORTE
EDUCACIÓN
ESTACIONAMIENTO
HOTELERIA
INDUSTRIAL
OFICINA
PUBLICO
TRANSPORTE
VARIOS
1%
0%
1%
1%
3%
5%
0%
3%
6%
0%
9%
2%
63%
6%
•
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
POTENCIAL SOLAR/ Obstrucciones urbanas y topográficas
OBSTRUCCIÓN POR
EDIFICACIONES
VECINAS
OBSTRUCCIÓN POR
TOPOGRAFÍA
250
Irradiación mensual (kWh/m2)
RADIACIÓN
SOLAR
PROMEDIO
200
150
100
50
0
Ene Feb Mar Abr May Jun
Jul
Ago Sep
Oct Nov
Dic
Radiación promedio mensual en plano horizontal para
Concepción.
=
RADIACION
SOLAR
URBANA
POTENCIAL SOLAR/ Obstrucciones urbanas y topográficas
21
Manzana A
Manzana B
Manzana C
Manzana D
Manzana E
Manzana F
Fuente: Elaboración propia L, TRONCOSO
Fuente: L, MERINO 2013
“Código de simulación urbana
Manzana
representativa
Tipologías en
manzana
representativa
Radiación [KWh/m2
año]
Porcentaje de
radiación
A
T1-2
1638
100%
B
T2-1
1638
100%
C
D
T2-2
1574
1637
96%
100%
T3-2
T1-1
E
T2-2
1587
97%
1451
89%
Potencial en
mapa solar
Radiación
[KWh/m2 año]
Porcentaje de
radiación
alto
1617
99%
medio
1587
97%
T3-1
T4-1
F
T4-2
T3-1
T1-1
bajo
1451
89%
23
POTENCIAL TECNICO / Laboratorio técnico
Panel Térmico
(energía térmica)
Panel Fotovoltaico
(energía eléctrica)
Panel hibrido
(energía térmica y eléctrica)
Fuente: P, Campos
24
Formulas
•
Nomenclatura
•
A
:
apertura
Área de
•
Ah
:
Ahorro
•
C
:
Consumo
•
E
:
Energía
•
F
:
Factor
•
G
:
Radiación
•
h
:
Altura
•
N
:
•
Características tipología
•
e
:
Edificación
•
elec
:
Eléctrico
•
fach
:
Fachada
•
form
:
forma
•
gas
:
Gas Natural
•
hab
:
habitantes
•
m
:
Media
•
n
piso
:
Niveles de
Número
•
p
:
panel
S
:
construida
Superficie
•
pa
área
:
Por unidad de
•
U
:
Unidades
•
pp
:
Por persona
•
η
:
Eficiencia
•
PV
:
Fotovoltaico
•
f
:
aporte
Porcentaje de
•
PVT
:
Híbrido
min
:
Mínimo
•
t
:
Total
•
:
Precio
tech
:
Techumbre
•
P
•
Red
:
Redondear
•
th
:
Térmico(a)
•
•
util
:
Útil
•
v
:
Vivienda
•
•
Subíndice
•
ACS
:
sanitaria
Agua caliente
•
calef
Calefacción
:
•
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.
•
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
•
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 (
).
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.
•
•
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.
•
•
•
•
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.
•
•
•
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.
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
•
•
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
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°
2°
30
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
Ubiobio.cl/confin/
Lorena Troncoso V. [email protected] | Rodrigo García A. [email protected] | Paulina Wegertseder M.
[email protected]