Método experimental para la caracterización de las diferentes tecnologías de integración arquitectónica de la energía fotovoltaica en condiciones de funcionamiento real = Experimental method for characterization of several building integrated photovoltaic technologies under real working conditions

Hoy en día, el proceso de un proyecto sostenible persigue realizar edificios de elevadas prestaciones que son, energéticamente eficientes, saludables y económicamente viables utilizando sabiamente recursos renovables para minimizar el impacto sobre el medio ambiente reduciendo, en lo posible, la demanda de energía, lo que se ha convertido, en la última década, en una prioridad. La Directiva 2002/91/CE "Eficiencia Energética de los Edificios" (y actualizaciones posteriores) ha establecido el marco regulatorio general para el cálculo de los requerimientos energéticos mínimos. Desde esa fecha, el objetivo de cumplir con las nuevas directivas y protocolos ha conducido las políticas energéticas de los distintos países en la misma dirección, centrándose en la necesidad de aumentar la eficiencia energética en los edificios, la adopción de medidas para reducir el consumo, y el fomento de la generación de energía a través de fuentes renovables. Los edificios de energía nula o casi nula (ZEB, Zero Energy Buildings ó NZEB, Net Zero Energy Buildings) deberán convertirse en un estándar de la construcción en Europa y con el fin de equilibrar el consumo de energía, además de reducirlo al mínimo, los edificios necesariamente deberán ser autoproductores de energía. Por esta razón, la envolvente del edifico y en particular las fachadas son importantes para el logro de estos objetivos y la tecnología fotovoltaica puede tener un papel preponderante en este reto. Para promover el uso de la tecnología fotovoltaica, diferentes programas de investigación internacionales fomentan y apoyan soluciones para favorecer la integración completa de éstos sistemas como elementos arquitectónicos y constructivos, los sistemas BIPV (Building Integrated Photovoltaic), sobre todo considerando el próximo futuro hacia edificios NZEB. Se ha constatado en este estudio que todavía hay una falta de información útil disponible sobre los sistemas BIPV, a pesar de que el mercado ofrece una interesante gama de soluciones, en algunos aspectos comparables a los sistemas tradicionales de construcción. Pero por el momento, la falta estandarización y de una regulación armonizada, además de la falta de información en las hojas de datos técnicos (todavía no comparables con las mismas que están disponibles para los materiales de construcción), hacen difícil evaluar adecuadamente la conveniencia y factibilidad de utilizar los componentes BIPV como parte integrante de la envolvente del edificio. Organizaciones internacionales están trabajando para establecer las normas adecuadas y procedimientos de prueba y ensayo para comprobar la seguridad, viabilidad y fiabilidad estos sistemas. Sin embargo, hoy en día, no hay reglas específicas para la evaluación y caracterización completa de un componente fotovoltaico de integración arquitectónica de acuerdo con el Reglamento Europeo de Productos de la Construcción, CPR 305/2011. Los productos BIPV, como elementos de construcción, deben cumplir con diferentes aspectos prácticos como resistencia mecánica y la estabilidad; integridad estructural; seguridad de utilización; protección contra el clima (lluvia, nieve, viento, granizo), el fuego y el ruido, aspectos que se han convertido en requisitos esenciales, en la perspectiva de obtener productos ambientalmente sostenibles, saludables, eficientes energéticamente y económicamente asequibles. Por lo tanto, el módulo / sistema BIPV se convierte en una parte multifuncional del edificio no sólo para ser física y técnicamente "integrado", además de ser una oportunidad innovadora del diseño. Las normas IEC, de uso común en Europa para certificar módulos fotovoltaicos -IEC 61215 e IEC 61646 cualificación de diseño y homologación del tipo para módulos fotovoltaicos de uso terrestre, respectivamente para módulos fotovoltaicos de silicio cristalino y de lámina delgada- atestan únicamente la potencia del módulo fotovoltaico y dan fe de su fiabilidad por un período de tiempo definido, certificando una disminución de potencia dentro de unos límites. Existe también un estándar, en parte en desarrollo, el IEC 61853 (“Ensayos de rendimiento de módulos fotovoltaicos y evaluación energética") cuyo objetivo es la búsqueda de procedimientos y metodologías de prueba apropiados para calcular el rendimiento energético de los módulos fotovoltaicos en diferentes condiciones climáticas. Sin embargo, no existen ensayos normalizados en las condiciones específicas de la instalación (p. ej. sistemas BIPV de fachada). Eso significa que es imposible conocer las efectivas prestaciones de estos sistemas y las condiciones ambientales que se generan en el interior del edificio. La potencia nominal de pico Wp, de un módulo fotovoltaico identifica la máxima potencia eléctrica que éste puede generar bajo condiciones estándares de medida (STC: irradición 1000 W/m2, 25 °C de temperatura del módulo y distribución espectral, AM 1,5) caracterizando eléctricamente el módulo PV en condiciones específicas con el fin de poder comparar los diferentes módulos y tecnologías. El vatio pico (Wp por su abreviatura en inglés) es la medida de la potencia nominal del módulo PV y no es suficiente para evaluar el comportamiento y producción del panel en términos de vatios hora en las diferentes condiciones de operación, y tampoco permite predecir con convicción la eficiencia y el comportamiento energético de un determinado módulo en condiciones ambientales y de instalación reales. Un adecuado elemento de integración arquitectónica de fachada, por ejemplo, debería tener en cuenta propiedades térmicas y de aislamiento, factores como la transparencia para permitir ganancias solares o un buen control solar si es necesario, aspectos vinculados y dependientes en gran medida de las condiciones climáticas y del nivel de confort requerido en el edificio, lo que implica una necesidad de adaptación a cada contexto específico para obtener el mejor resultado. Sin embargo, la influencia en condiciones reales de operación de las diferentes soluciones fotovoltaicas de integración, en el consumo de energía del edificio no es fácil de evaluar. Los aspectos térmicos del interior del ambiente o de iluminación, al utilizar módulos BIPV semitransparentes por ejemplo, son aún desconocidos. Como se dijo antes, la utilización de componentes de integración arquitectónica fotovoltaicos y el uso de energía renovable ya es un hecho para producir energía limpia, pero también sería importante conocer su posible contribución para mejorar el confort y la salud de los ocupantes del edificio. Aspectos como el confort, la protección o transmisión de luz natural, el aislamiento térmico, el consumo energético o la generación de energía son aspectos que suelen considerarse independientemente, mientras que todos juntos contribuyen, sin embargo, al balance energético global del edificio. Además, la necesidad de dar prioridad a una orientación determinada del edificio, para alcanzar el mayor beneficio de la producción de energía eléctrica o térmica, en el caso de sistemas activos y pasivos, respectivamente, podría hacer estos últimos incompatibles, pero no necesariamente. Se necesita un enfoque holístico que permita arquitectos e ingenieros implementar sistemas tecnológicos que trabajen en sinergia. Se ha planteado por ello un nuevo concepto: "C-BIPV, elemento fotovoltaico consciente integrado", esto significa necesariamente conocer los efectos positivos o negativos (en términos de confort y de energía) en condiciones reales de funcionamiento e instalación. Propósito de la tesis, método y resultados Los sistemas fotovoltaicos integrados en fachada son a menudo soluciones de vidrio fácilmente integrables, ya que por lo general están hechos a medida. Estos componentes BIPV semitransparentes, integrados en el cerramiento proporcionan iluminación natural y también sombra, lo que evita el sobrecalentamiento en los momentos de excesivo calor, aunque como componente estático, asimismo evitan las posibles contribuciones pasivas de ganancias solares en los meses fríos. Además, la temperatura del módulo varía considerablemente en ciertas circunstancias influenciada por la tecnología fotovoltaica instalada, la radiación solar, el sistema de montaje, la tipología de instalación, falta de ventilación, etc. Este factor, puede suponer un aumento adicional de la carga térmica en el edificio, altamente variable y difícil de cuantificar. Se necesitan, en relación con esto, más conocimientos sobre el confort ambiental interior en los edificios que utilizan tecnologías fotovoltaicas integradas, para abrir de ese modo, una nueva perspectiva de la investigación. Con este fin, se ha diseñado, proyectado y construido una instalación de pruebas al aire libre, el BIPV Env-lab "BIPV Test Laboratory", para la caracterización integral de los diferentes módulos semitransparentes BIPV. Se han definido también el método y el protocolo de ensayos de caracterización en el contexto de un edificio y en condiciones climáticas y de funcionamiento reales. Esto ha sido posible una vez evaluado el estado de la técnica y la investigación, los aspectos que influyen en la integración arquitectónica y los diferentes tipos de integración, después de haber examinado los métodos de ensayo para los componentes de construcción y fotovoltaicos, en condiciones de operación utilizadas hasta ahora. El laboratorio de pruebas experimentales, que consiste en dos habitaciones idénticas a escala real, 1:1, ha sido equipado con sensores y todos los sistemas de monitorización gracias a los cuales es posible obtener datos fiables para evaluar las prestaciones térmicas, de iluminación y el rendimiento eléctrico de los módulos fotovoltaicos. Este laboratorio permite el estudio de tres diferentes aspectos que influencian el confort y consumo de energía del edificio: el confort térmico, lumínico, y el rendimiento energético global (demanda/producción de energía) de los módulos BIPV. Conociendo el balance de energía para cada tecnología solar fotovoltaica experimentada, es posible determinar cuál funciona mejor en cada caso específico. Se ha propuesto una metodología teórica para la evaluación de estos parámetros, definidos en esta tesis como índices o indicadores que consideran cuestiones relacionados con el bienestar, la energía y el rendimiento energético global de los componentes BIPV. Esta metodología considera y tiene en cuenta las normas reglamentarias y estándares existentes para cada aspecto, relacionándolos entre sí. Diferentes módulos BIPV de doble vidrio aislante, semitransparentes, representativos de diferentes tecnologías fotovoltaicas (tecnología de silicio monocristalino, m-Si; de capa fina en silicio amorfo unión simple, a-Si y de capa fina en diseleniuro de cobre e indio, CIS) fueron seleccionados para llevar a cabo una serie de pruebas experimentales al objeto de demostrar la validez del método de caracterización propuesto. Como resultado final, se ha desarrollado y generado el Diagrama Caracterización Integral DCI, un sistema gráfico y visual para representar los resultados y gestionar la información, una herramienta operativa útil para la toma de decisiones con respecto a las instalaciones fotovoltaicas. Este diagrama muestra todos los conceptos y parámetros estudiados en relación con los demás y ofrece visualmente toda la información cualitativa y cuantitativa sobre la eficiencia energética de los componentes BIPV, por caracterizarlos de manera integral. ABSTRACT A sustainable design process today is intended to produce high-performance buildings that are energy-efficient, healthy and economically feasible, by wisely using renewable resources to minimize the impact on the environment and to reduce, as much as possible, the energy demand. In the last decade, the reduction of energy needs in buildings has become a top priority. The Directive 2002/91/EC “Energy Performance of Buildings” (and its subsequent updates) established a general regulatory framework’s methodology for calculation of minimum energy requirements. Since then, the aim of fulfilling new directives and protocols has led the energy policies in several countries in a similar direction that is, focusing on the need of increasing energy efficiency in buildings, taking measures to reduce energy consumption, and fostering the use of renewable sources. Zero Energy Buildings or Net Zero Energy Buildings will become a standard in the European building industry and in order to balance energy consumption, buildings, in addition to reduce the end-use consumption should necessarily become selfenergy producers. For this reason, the façade system plays an important role for achieving these energy and environmental goals and Photovoltaic can play a leading role in this challenge. To promote the use of photovoltaic technology in buildings, international research programs encourage and support solutions, which favors the complete integration of photovoltaic devices as an architectural element, the so-called BIPV (Building Integrated Photovoltaic), furthermore facing to next future towards net-zero energy buildings. Therefore, the BIPV module/system becomes a multifunctional building layer, not only physically and functionally “integrated” in the building, but also used as an innovative chance for the building envelope design. It has been found in this study that there is still a lack of useful information about BIPV for architects and designers even though the market is providing more and more interesting solutions, sometimes comparable to the existing traditional building systems. However at the moment, the lack of an harmonized regulation and standardization besides to the non-accuracy in the technical BIPV datasheets (not yet comparable with the same ones available for building materials), makes difficult for a designer to properly evaluate the fesibility of this BIPV components when used as a technological system of the building skin. International organizations are working to establish the most suitable standards and test procedures to check the safety, feasibility and reliability of BIPV systems. Anyway, nowadays, there are no specific rules for a complete characterization and evaluation of a BIPV component according to the European Construction Product Regulation, CPR 305/2011. BIPV products, as building components, must comply with different practical aspects such as mechanical resistance and stability; structural integrity; safety in use; protection against weather (rain, snow, wind, hail); fire and noise: aspects that have become essential requirements in the perspective of more and more environmentally sustainable, healthy, energy efficient and economically affordable products. IEC standards, commonly used in Europe to certify PV modules (IEC 61215 and IEC 61646 respectively crystalline and thin-film ‘Terrestrial PV Modules-Design Qualification and Type Approval’), attest the feasibility and reliability of PV modules for a defined period of time with a limited power decrease. There is also a standard (IEC 61853, ‘Performance Testing and Energy Rating of Terrestrial PV Modules’) still under preparation, whose aim is finding appropriate test procedures and methodologies to calculate the energy yield of PV modules under different climate conditions. Furthermore, the lack of tests in specific conditions of installation (e.g. façade BIPV devices) means that it is difficult knowing the exact effective performance of these systems and the environmental conditions in which the building will operate. The nominal PV power at Standard Test Conditions, STC (1.000 W/m2, 25 °C temperature and AM 1.5) is usually measured in indoor laboratories, and it characterizes the PV module at specific conditions in order to be able to compare different modules and technologies on a first step. The “Watt-peak” is not enough to evaluate the panel performance in terms of Watt-hours of various modules under different operating conditions, and it gives no assurance of being able to predict the energy performance of a certain module at given environmental conditions. A proper BIPV element for façade should take into account thermal and insulation properties, factors as transparency to allow solar gains if possible or a good solar control if necessary, aspects that are linked and high dependent on climate conditions and on the level of comfort to be reached. However, the influence of different façade integrated photovoltaic solutions on the building energy consumption is not easy to assess under real operating conditions. Thermal aspects, indoor temperatures or luminance level that can be expected using building integrated PV (BIPV) modules are not well known. As said before, integrated photovoltaic BIPV components and the use of renewable energy is already a standard for green energy production, but would also be important to know the possible contribution to improve the comfort and health of building occupants. Comfort, light transmission or protection, thermal insulation or thermal/electricity power production are aspects that are usually considered alone, while all together contribute to the building global energy balance. Besides, the need to prioritize a particular building envelope orientation to harvest the most benefit from the electrical or thermal energy production, in the case of active and passive systems respectively might be not compatible, but also not necessary. A holistic approach is needed to enable architects and engineers implementing technological systems working in synergy. A new concept have been suggested: “C-BIPV, conscious integrated BIPV”. BIPV systems have to be “consciously integrated” which means that it is essential to know the positive and negative effects in terms of comfort and energy under real operating conditions. Purpose of the work, method and results The façade-integrated photovoltaic systems are often glass solutions easily integrable, as they usually are custommade. These BIPV semi-transparent components integrated as a window element provides natural lighting and shade that prevents overheating at times of excessive heat, but as static component, likewise avoid the possible solar gains contributions in the cold months. In addition, the temperature of the module varies considerably in certain circumstances influenced by the PV technology installed, solar radiation, mounting system, lack of ventilation, etc. This factor may result in additional heat input in the building highly variable and difficult to quantify. In addition, further insights into the indoor environmental comfort in buildings using integrated photovoltaic technologies are needed to open up thereby, a new research perspective. This research aims to study their behaviour through a series of experiments in order to define the real influence on comfort aspects and on global energy building consumption, as well as, electrical and thermal characteristics of these devices. The final objective was to analyze a whole set of issues that influence the global energy consumption/production in a building using BIPV modules by quantifying the global energy balance and the BIPV system real performances. Other qualitative issues to be studied were comfort aspect (thermal and lighting aspects) and the electrical behaviour of different BIPV technologies for vertical integration, aspects that influence both energy consumption and electricity production. Thus, it will be possible to obtain a comprehensive global characterization of BIPV systems. A specific design of an outdoor test facility, the BIPV Env-lab “BIPV Test Laboratory”, for the integral characterization of different BIPV semi-transparent modules was developed and built. The method and test protocol for the BIPV characterization was also defined in a real building context and weather conditions. This has been possible once assessed the state of the art and research, the aspects that influence the architectural integration and the different possibilities and types of integration for PV and after having examined the test methods for building and photovoltaic components, under operation conditions heretofore used. The test laboratory that consists in two equivalent test rooms (1:1) has a monitoring system in which reliable data of thermal, daylighting and electrical performances can be obtained for the evaluation of PV modules. The experimental set-up facility (testing room) allows studying three different aspects that affect building energy consumption and comfort issues: the thermal indoor comfort, the lighting comfort and the energy performance of BIPV modules tested under real environmental conditions. Knowing the energy balance for each experimented solar technology, it is possible to determine which one performs best. A theoretical methodology has been proposed for evaluating these parameters, as defined in this thesis as indices or indicators, which regard comfort issues, energy and the overall performance of BIPV components. This methodology considers the existing regulatory standards for each aspect, relating them to one another. A set of insulated glass BIPV modules see-through and light-through, representative of different PV technologies (mono-crystalline silicon technology, mc-Si, amorphous silicon thin film single junction, a-Si and copper indium selenide thin film technology CIS) were selected for a series of experimental tests in order to demonstrate the validity of the proposed characterization method. As result, it has been developed and generated the ICD Integral Characterization Diagram, a graphic and visual system to represent the results and manage information, a useful operational tool for decision-making regarding to photovoltaic installations. This diagram shows all concepts and parameters studied in relation to each other and visually provides access to all the results obtained during the experimental phase to make available all the qualitative and quantitative information on the energy performance of the BIPV components by characterizing them in a comprehensive way.

Integración de sistemas fotovoltaicos en edificios de oficinas en bajas latitudes: estudio del balance energético aplicado a Brasil

La hipótesis que inspiró esta tesis sostiene que la integración de componentes fotovoltaicos en los cerramientos opacos y sombreamientos de huecos acristalados de edificios de oficinas en sitios ubicados en bajas latitudes, tomando como el ejemplo el caso concreto de Brasil, podría incrementar su eficiencia energética. Esta posibilidad se basa en el bloqueo de una parte significativa de la irradiación solar incidente en estos edificios, reduciendo así las cargas térmicas para la climatización y a la vez transformándola en energía eléctrica, a tal punto que se amortizan los costes de inversión en plazos aceptables a través de los ahorros en la demanda de energía. Para verificar esta hipótesis de partida se ha propuesto como objetivo general analizar la integración de elementos fotovoltaicos en cubiertas, muros opacos y sombreamiento de huecos acristalados desde la óptica del balance energético térmico y eléctrico. Inicialmente se presenta y analiza el estado del arte en los temas estudiados y la metodología de investigación, de carácter teórico basada en cálculos y simulaciones. A partir de un modelo tipo de edificio de oficinas situado en Brasil, se definen cuatro casos de estudio y una serie de parámetros, los cuales se analizan para siete latitudes ubicadas entre -1,4° y -30°, separadas las unas de las otras por aproximadamente 5°. Se presentan y discuten los resultados de más de 500 simulaciones para los siguientes conceptos: - recurso solar, desde la perspectiva de la disponibilidad de irradiación solar en distintas superficies de captación apropiadas para la integración de sistemas solares fotovoltaicos en edificaciones en bajas latitudes; - análisis de sombras, con objetivo de identificar los ángulos de sombras vertical (AVS) para protección de huecos acristalados en edificios de oficinas; - balance energético térmico, para identificar el efecto térmico del apantallamiento provocado por componentes fotovoltaicos en cubiertas, muros opacos y parasoles en ventanas en las cargas de refrigeración y consecuentemente en las demandas de energía eléctrica; - balance energético eléctrico, contrastando los resultados del balance térmico con la energía potencialmente generada en las envolventes arquitectónicas bajo estudio; - análisis económico, basado en un escenario de precios de la tecnología fotovoltaica de un mercado maduro y en la política de inyección a la red marcada por la actual normativa brasileña. Se han verificado los potenciales de ahorro económico que los sistemas activos fotovoltaicos podrían aportar, y asimismo se calculan diversos indicadores de rentabilidad financiera. En suma, esta investigación ha permitido extraer conclusiones que contribuyen al avance de la investigación y entender las condiciones que propician la viabilidad de la aplicación de componentes fotovoltaicas en las envolventes de edificios en Brasil, y hasta un cierto punto en otros países en latitudes equivalentes. ABSTRACT The hypothesis that inspired this thesis sustains that integration of photovoltaic components in the opaque envelope and shading elements of office buildings placed at low-latitude countries, using the specific case of Brazil, could increase its energy efficiency. This is possible because those components block a significant part of the incident solar irradiation, reducing its heating effect on the building and transforming its energy into electricity in such a way that the extra investments needed can be paid back in acceptable periods given the electricity bill savings they produce. In order to check this hypothesis, the main goal was to analyze the thermal and electrical performance of photovoltaic components integrated into roofs, opaque façades and window shadings. The first step is an introduction and discussion of the state of the art in the studied subjects, as well as the chosen methodology (which is theoretical), based on calculations and simulations. Starting from an office building located in Brazil, four case studies and their parameters are defined, and then analyzed, for seven cities located between latitudes -1.4° and -30°, with an approximate distance of 5° separating each one. Results of more than 500 simulations are presented and discussed for the following concepts: - Solar resource, from the perspective of irradiation availability on different surfaces for the integration of photovoltaic systems in buildings located at low latitudes; - Shading analysis, in order to determine the vertical shading angles (VSA) for protection of the glazed surfaces on office buildings; - Thermal energy balance, to identify the screening effect caused by photovoltaic components on roofs, opaque façades and window shadings on the cooling loads, and hence electricity demands; - Electric energy balance, comparing thermal energy balance with the energy potentially generated using the active skin of the buildings; - Economic analysis, based on a mature-market scenario and the current net metering rules established by the Brazilian government, to identify the potential savings these photovoltaic systems could deliver, as well as several indicators related to the return on the investment. In short, this research has led to conclusions that contribute to the further development of knowledge in this area and understanding of the conditions that favor the application of photovoltaic components in the envelope of office buildings in Brazil and, to a certain extent, in other countries at similar latitudes.

Medida del consumo de energía en la descodificación de vídeos

Este proyecto se encuentra adscrito a la línea de investigación de optimización de consumo en terminales multimedia móviles que el Grupo de Diseño Electrónico y Microelectrónico (GDEM) de la UPM (Universidad Politécnica de Madrid) está llevando a cabo. Los sistemas empotrados móviles (Smartphone, Tablet,...) están alimentados con baterías. En este tipo de sistemas, una de las aplicaciones que más rápidamente consume energía es la descodificación de secuencias de vídeo. En este trabajo, queremos medir el consumo de energía de distintos descodificadores de vídeo para distintas secuencias, con el objetivo de entender mejor cómo se consume esta energía y poder encontrar diferentes métodos que lo reduzcan. Para ello comenzaremos describiendo nuestro entorno de trabajo, tanto el hardware como el software utilizado. Respeto al hardware cabe destacar el uso de una PandaBoard y un Smart Power de Odroid, entre otros muchos elementos utilizados, los cuales serán debidamente explicados en las siguientes páginas de este proyecto. Mientras que para el software destaca el uso de dos tipos de descodificadores uno CBP y otro PHP, los cuales serán descritos en profundidad en los siguientes capítulos de este documento. Este entorno de trabajo nos servirá para el estudio de las diferentes secuencias de vídeo, cuya codificación ha sido llevada en paralelo con otro proyecto que se está realizando en el grupo de GDEM de la UPM, y cuyo objetivo es el estudio de la calidad subjetiva durante la descodificación del mismo conjunto de secuencias de vídeo. Todas estas secuencias de vídeo han sido codificadas con diferentes parámetros de calidad y diversas estructuras de imágenes, para obtener así un banco de pruebas lo más amplio posible. Gracias a la obtención de estas secuencias de vídeo y utilizando nuestro entorno de trabajo, pasaremos a estudiar el consumo de energía que se produce al descodificar una a una todas las posibles secuencias de vídeo, dependiendo todo esto de su estructura de imágenes, su calidad y por supuesto, el descodificador utilizado en cada caso. Para terminar, se mostrará una comparativa entre los diferentes resultados obtenidos y se hará una discusión de estos, obteniendo en este caso, un resumen de los datos más significativos, así como las conclusiones más importantes obtenidas durante todo este trabajo. Al término de este proyecto y en unión con el estudio que se está llevando a cabo en paralelo sobre la calidad subjetiva, queda como línea futura de investigación encontrar el compromiso entre el consumo de energía de diferentes secuencias de vídeo y la calidad subjetiva de dichas secuencias. ABSTRACT. This project is assigned to the research line on consumption optimization in mobile multimedia terminals carried out by the Group of Electronic Design and Microelectronics (GDEM) of the Polytechnic University of Madrid (UPM). Embedded mobile systems (smartphones, tablets...) are powered by batteries. In such systems, one of the applications that more rapidly consumes power is the decoding of video streams. In this work, we measure the power consumption of different video decoders for different streams, in order to better understand how this energy is consumed and to find different methods to reduce it. To this end, we start by describing our working environment, both hardware and software used. As for the hardware, it is worth mentioning the use of PandaBoard and Smart Power Odroid, among many other elements, which will be duly explained in the following pages of this project. As for the software, we highlight the use of two types of decoders, CBP and PHP, which will be described in detail in the following chapters of this document. This working environment will help us to study different video streams, whose coding has been perfor-med in parallel under another project that is being carried out in the GDEM group of the UPM, and whose objective is the study of subjective quality for decoding the same set of video streams. All these video streams have been encoded with different quality parameters and image structures in order to obtain the widest set of samples. Thanks to the production of these video streams and the use of our working environment, we study the power consumption that occurs when decoding one by one all possible video streams, depending on the image structure, their quality and, of course, the decoder used in each case. Finally, we show a comparison between the different results and a discussion of these, obtaining a sum-mary of the most significant data and the main conclusions obtained during this project. Upon completion of this project and in conjunction with the project on the study of subjective quality that is being carried out in parallel, a future line of research could consist in finding the compromise between power consumption of different video streams and the subjective quality of these.

Diseño y análisis de viabilidad de un sistema de desalación mediante compresión mecánica de vapor accionado por energía eólica

El presente estudio se enmarca en el proyecto GreenMVC en el que colabora el CIEMAT (Centro de Investigaciones Energéticas Medioambientales y Tecnológicas). Este proyecto tiene como objetivo el análisis y optimización de la tecnología de desalación de compresión mecánica de vapor (MVC), para ser alimentado mediante fuentes de energía renovables. El empleo de fuentes de energía renovables para la alimentación de procesos de desalación es una opción prometedora especialmente en áreas remotas y regiones áridas donde las fuentes de energía convencionales son excesivamente caras o no están disponibles. En este proyecto se analiza la viabilidad tanto técnica como económica de un sistema de desalación de agua mediante compresión mecánica de vapor (MVC) activado por energía eólica, como una alternativa para el abastecimiento de agua limpia respetuosa con el medioambiente. Una de las principales dificultades del accionamiento de la desaladora MVC mediante energía eólica, y en lo que principalmente se centra este proyecto, es la caracterización de su funcionamiento ante las variaciones de potencia subministrada debido a la naturaleza variable del recurso eólico. Generalmente, estos sistemas de desalación están conectados a la red, trabajando constantemente en su punto de funcionamiento nominal. Para poder obtener la relación entre la potencia suministrada y el caudal obtenido para una desaladora, previamente, se ha realizado un modelo termodinámico de la desaladora y, a partir de éste, se han analizado los principios de funcionamiento de este proceso de desalación. Modelando también la energía eólica, finalmente se crea un modelo único del conjunto conformado por la desaladora MVC y el aerogenerador capaz de caracterizar el funcionamiento a régimen variable y predecir la producción, de modo que se pueda determinar la viabilidad técnica del proyecto. Otro de los objetivos principales, era analizar la viabilidad económica. Para ello, también empleando el modelo realizado, se ha estudiado el coste de la desalación MVC yde la generación de energía eléctrica mediante energía eólica. Consiguiendo, finalmente,estimar el coste de desalación en función de el diseño de la desaladora empleada, el tamaño del aerogenerador, y del recurso eólico del emplazamiento.

Optimización de los componentes de un sistema de bombeo para comunidades rurales impulsado con energía solar

Los sistemas de generación de energía eléctrica a partir de paneles fotovoltaicos son una alternativa para zonas rurales aisladas. Se analizaron los elementos y variables que componen un sistema de bombeo impulsado por energía solar en base a las características técnicas y especificaciones de los diferentes componentes y su interacción, para determinar y poder proponer, asociando esta información a características de costos, robustez y disponibilidad, las mejores opciones el bombeo de agua desde un punto de vista de costo/eficiencia. La solución óptima es la conversión directa a 110 voltios en corriente alterna a partir de la corriente directa almacenada en el mínimo de baterías, con un banco de paneles que corresponda al amperaje a ser consumido por el motor. La bomba periférica tiene un consumo menor de energía por litro bombeado, mientras la altura total de bombeo no rebase los 20 m. Se diseñó y probó un sistema de bombeo abastecido por paneles solares, con un costo de inversión de 2330 US, que bombea entre 6 y 10 m 3 de agua al día. Palabras clave: Bombeo con energía solar, desarrollo participativo, DEPARTIR.

Plan de orientación de gestión integral de energía en el sector industrial metalmecánico en empresas medianas

Tesis (Ingeniero(a) Eléctrico).--Universidad de La Salle. Facultad de Ingeniería. Programa de Ingeniería Eléctrica, 2015

Análisis comparativo de metodologías aplicadas en la confiabilidad de sistemas de distribución utilizando el análisis de tasa de fallas

Tesis (Ingeniero (a) Eléctrico).--Universidad de La Salle. Facultad de Ingeniería. Programa de Ingeniería Eléctrica, 2014

Propuesta metodológica para la renovación de los sistemas y procesos de administración de los mercados eléctricos: el caso colombiano

El mercado eléctrico ha evolucionado en Colombia desde 1995, fortaleciéndose institucionalmente, dinamizando su desarrollo, y enfrentando grandes desafíos. Los sistemas de administración, que soportan el funcionamiento del mercado, han evolucionado a la par, aunque algunos se encuentran aislados entre sí o han sido desarrollados en plataformas diferentes, lo que dificulta la sostenibilidad y el mantenimiento, y reducen la facilidad de incorporar cambios. Al referenciarse con otros mercados en el mundo, se observa gran dinámica en la incorporación de tecnologías en información y comunicaciones, avances regulatorios o requerimientos de clientes. Se requiere una renovación tecnológica que conserve el conocimiento adquirido, y permita incorporar fácilmente las tendencias del mercado. Este artículo presenta los resultados de la propuesta metodológica para la renovación tecnológica enmarcada en el proyecto Colciencias CNBT 833559938649 de investigación tecnológica, Sistema para la administración del mercado de energía eléctrica en Colombia, Fase I.

Estudio de protección integral en redes de distribución eléctrica de media tensión enmallados

Bogotá (Colombia): Universidad de La Salle. Facultad de Ingeniería. Programa de Ingeniería Eléctrica

Viabilidad financiera de proyectos de inversión en energía solar fotovoltaica con conexión a la red comercial en El Salvador.

El presente trabajo de investigación tiene por finalidad contribuir al conocimiento sobre la viabilidad financiera de proyectos de inversión en energía solar fotovoltaica, específicamente los conectados a la red comercial. El desarrollo considera la opinión de expertos relacionados con el tema, aunque el universo de estudio realmente es reducido, se logró obtener el apoyo de un representante de la Corporación Alemana GTZ, dos representantes de una empresa distribuidora de energía y un Director de empresa consultora El Salvador Sostenible. Para dar a conocer al lector un esbozo general sobre la evolución del presente estudio, la parte que se refiere a los antecedentes incluyen datos históricos que revela la situación de las inversiones en sistemas fotovoltaicos desde los años 2005 a la fecha, como puede apreciarse no solo ésta nación está interesada en la búsqueda por sustituir el uso del combustible por fuentes renovables (específicamente solar), para la generación de energía eléctrica. A nivel regional e internacional el sector energético avanza a la implementación del uso de tecnologías que arrojan energía limpia proveniente de un recurso que está disponible en forma gratuita como lo es el Sol. Se mencionó al principio se pretende dar a conocer la viabilidad financiera de proyectos FV, y como se verá más adelante este factor depende de muchos otros recursos que no solo podrían encarecer o favorecer el desarrollo de este tipo de proyectos en el país, por ello el aporte que se pretende entregar con éste análisis es de carácter informativo para tomar decisiones de inversión.

Servicios públicos y sistemas de información geográfica. (Agosto-Diciembre 2010 a Agosto-Diciembre 2012)

El objetivo de esta investigación es analizar la influencia de los Servicios Urbanos Públicos como condicional a la vida urbana en los municipios: Gral. Zuazua, El Carmen y Ciénega de Flores, según datos del INEGI 2010. Objetivos particulares: Identificar los niveles actuales de cobertura de los servicios urbanos públicos que proporcionan estos municipios. Analizar si la cobertura de los Servicios públicos básicos: agua potable, electricidad y drenaje sanitario, satisfacen las necesidades, para vivir en los municipios de El Carmen, Ciénega de Flores y Gral. Zuazua Analizar si el factor espacial tiene influencia en la eficacia de los servicios urbanos. El análisis está centrado en los municipios del Carmen, Gral. Zuazua y Ciénega de Flores, por ser los municipios que presentaron mayor incremento en su población según los datos del INEGI 2010. El crecimiento repentino en población, de los municipios de El Carmen, Ciénega de Flores y Gral. Zuazua requiere de un análisis desde los enfoques de Planeación, Crecimiento Urbano, Economía y Administración. Este crecimiento ha generado graves problemas no sólo para la población que habitaba en esos municipios, sino también para toda esta nueva población; para las cuales sus administraciones no cuentan con los recursos de otorgar una serie de servicios públicos básicos para el desarrollo social y económico de todas estas familias. La fuente de la información se enfoca en lo que ofrece cada municipio de manera general, tomando como base de datos los servicios básicos en las viviendas como son: Piso diferente de tierra, energía eléctrica, agua entubada, drenaje y transporte. La observación Particular se hace a través de los mapas que presenta el INEGI en su sección de Inventario de Vivienda. Se enfatiza el hecho de que el crecimiento se ha dado geográficamente desordenado, ya que la creación de nuevos fraccionamientos, se están dando en las periferias de estos municipios, alejados de sus cabeceras municipales y al mismo tiempo alejados de la ZMM (Zona Metropolitana de Monterrey), donde las distancias a recorrer para tener acceso a una serie de servicios públicos, tanto de infraestructura como asistenciales, son grandes. Provocando esto un empobrecimiento en la población. Con este estudio se pretende demostrar la influencia que tiene la posición geográfica en el acceso a los Servicios públicos. Por último se enfatiza la necesidad de prevenir en un futuro a corto plazo que los municipios cuenten con instrumentos de Administración, Planeación y Evaluación de los Servicios Públicos que pueden proporcionar a su población. Ya que como dice Montalvo “las obras públicas después de su ejecución, se convierten en servicios públicos al recibir mantenimiento y dotación continua en los centros de población”. (Montalvo 2007:128) La incorporación de métodos y técnicas de administración moderna representada por los Sistemas de Información Geográfica (SIG) son importantes en este proceso. “Son necesarias las tecnologías para gobernar racionalmente” (Montalvo 2007:128). Sería presuntuoso otorgar a los SIG la capacidad para dar soluciones definitivas a los proyectos en los que tienen cabida; sin embargo, podemos estar seguros de que desde la implementación del primer SIG, el Sistema de Información Geográfica de Canadá (CGIS, por sus siglas en inglés), el proceso de toma de decisiones apoyado por estos sistemas ha resultado mucho más eficiente y rápido (Sitjar, 2009, págs. 2-8)

Modelo de competencias en TIC para el personal de una organización del sector eléctrico

La presente investigación pretendió incorporar el uso intensivo de TIC en los procedimientos establecidos y necesarios en los procesos de generación, distribución y control de la energía, lo que se expresa en un manual para el sistema de gestión humana de la organización analizada. La investigación partió de un levantamiento de un estado del arte, continuó con la realización de un análisis de actitudes y aptitudes de los colaboradores, basado en propuestas teóricas y mejores prácticas existentes del medio, y, por último, concluyó con un manual de gestión humana en el que se indican las competencias en los diferentes perfiles de la organización para el uso de TIC y su aplicación, con el propósito de alinearse con las perspectivas y objetivos de la organización analizada al tener como base la perdurabilidad y la competitividad de la misma.

Energía Eólica en Argentina: una cuestión estratégica hacia la Economía del Hidrógeno. Wind Energy in Argentina: a strategic subject towards the Hydrogen Economy.

Identificación/caracterización del problema: El abastecimiento energético en base a fuentes no tradicionales o recursos no renovables es un tema altamente estratégico en las agendas de los Estados. El petróleo se está agotando y las existencias no alcanzarán para abastecer el consumo mundial.Esto ha llevado a Gobiernos a implementar alternativas de producción energética basadas en fuentes no tradicionales, tales como el Hidrógeno (H2), lo cual creará una Economía basada en el Hidrógeno.Argentina cuenta con una matriz energética dependiente en un 90 por ciento del petróleo y con reservas certificadas de petróleo y gas natural para 8,6 y 9,4 años respectivamente. Sin duda, los desafíos próximos serán: a) crear las herramientas necesarias para minimizar una potencial crisis energética en el corto plazo, y b) desarrollar políticas energéticas que articulen su autoabastecimiento e inserción en la Economía del Hidrógeno. Dado que Argentina cuenta con uno de los recursos renovables más importantes del mundo, "el viento", tiene condiciones inmejorables para obtener Hidrógeno (H2) por electrólisis del agua, utilizando energía eléctrica proveniente de fuentes renovables como la eólica (EE). Es por ello que apostar al desarrollo local del H2 basado en la EE nos ofrecerá como país, un rol estratégico en la futura Economía del Hidrógeno.Objetivo General: Identificar la actual Matriz Energética Argentina y reconocer los factores limitantes y oportunidades para la diversificación de la misma, utilizando la Energía Eólica (EE) como pilar hacia la Economía del Hidrógeno (Econo-H2). El fin último será esbozar herramientas de política energética e instrumentos regulatorios pertinentes, que sirvan de base para la formulación de una macro política energética.Metodología de Investigación: Se utilizarán técnicas de análisis de la siguiente información:a) Documental (textos, artículos, información periodística)b) Técnica, Legal y administrativa) Oral (Declaraciones oficiales-privadas y entrevistas)d) Visual (imágenes, gráficos y mapas)e) Datos (cronológicos, estadísticos y geográficos)Resultados esperados: La formulación de herramientas de política energética y de instrumentos regulatorios pertinentes, que sirvan de base para la formulación de una macro política energética que considere la Energía Eólica (EE) como un pilar fundamental para la diversificación de la matriz energética actual. Asimismo se reflexionará sobre la importancia de asociar la EE a la producción masiva del hidrógeno (H2) para la inserción y proyección futura de la Argentina hacia la Economía del Hidrógeno.Importancia del Proyecto: Argentina ha ratificado el protocolo de Kioto y forma parte de la Johannesburg Renewable Energy Coalition (JREC), por la cual ha asumido compromisos para fijar políticas nacionales de incentivo para el desarrollo de uso de energías renovables.Sin embargo, y a pesar de una serie de iniciativas y leyes promulgadas relacionadas a uso de energías renovables, hasta la fecha, no se ha logrado cumplir con metas concretas.Consideramos que uno de los factores fundamentales que ha dificultado esto, se basa en la ausencia de una política de Estado de mediano y largo plazo que incluya a las energías renovables como un objetivo concreto y un sistema de instrumentos y planes complementarios que acompañen dicha política.

Disseny i aplicació del protocol d'instal·lació d'energia fotovoltaica en edificis aïllats de la xarxa elèctrica al PNAP

En el perímetre del parc es troben gran nombre d’edificacions amb mancances de subministrament elèctric per la gran dispersió de la població de la comarca. L’objectiu d’aquest estudi és desenvolupar un protocol per determinar la viabilitat de l’energia fotovoltaica en edificis aïllats i aplicar-la de forma pilot a dos edificis gestionats pels responsables del Parc Natural de l’Alt Pirineu: el Centre de Logística i Manteniment (CLM) i el Refugi del Fornet. Aquests han estat escollits per la seva representativitat com a edificis aïllats de la xarxa elèctrica convencional. S’ha elaborat una metodologia pròpia, el Protocol d’instal·lació d’energia fotovoltaica en edificis aïllats de la xarxa elèctrica. S’ha realitzat una anàlisi de sensibilitats del dimensionat fotovoltaic davant la modificació de diversos paràmetres rellevants. Això ha permès determinar les característiques òptimes de viabilitat per als dos edificis en estudi i el cost de la instal·lació fotovoltaica (17.183€ el CLM i 164.815 € el Refugi del Fornet). Els resultats obtinguts en els dos edificis pilot han mostrat el gran cost relatiu entre l’energia fotovoltaica i l’energia elèctrica produïda a partir de combustibles fòssils.