Contribución a integración de sistemas fotovoltaicos conectados a la red: recurso solar y predicción de la generación

En los últimos años se ha producido un aumento constante en la potencia fotovoltaica instalada a nivel mundial. Este crecimiento, acompañado de crecimientos similares en el resto de energías renovables, está motivado por la necesidad de dar respuesta a varios de los retos que planteados al sector energético: creciente preocupación por los efectos en el medioambiente de las emisiones de gases de efecto invernadero, entre los que cabe destacar el cambio climático (IPCC 2011); el inevitable agotamiento de algunas fuentes tradicionales de energía eléctrica, basadas en combustibles fósiles, que llevara aparejado en las próximas décadas un aumento en el coste asociado a producir energía eléctrica mediante estas fuentes como indican Bentley (2002), Gori (2007), Kjastard (2009), Owen (2010) y Hughes (2011), y la necesidad para algunos países de asegurar su independencia energética, factor especialmente crítico para los países europeos debido a su escasez en reservas naturales de combustibles fósiles. La energía solar fotovoltaica, al igual que el resto de energías renovables, proporciona energía eléctrica de manera limpia y segura y plantea soluciones a los problemas mencionados. Asimismo, las energías renovables también presentan beneficios sociales como la creación de empleo cualificado en actividades de ingeniería, fabricación, instalación y mantenimiento, así como en la investigación, desarrollo e innovación. Es por estos motivos que las energías renovables se han visto beneficiadas a lo largo de las últimas décadas de mecanismos favorables, subvenciones y primas a la producción, conducentes a su implantación y desarrollo. La Figura 1.1 muestra la evolución de la potencia total instalada a nivel mundial y su tasa de crecimiento del 2000 al 2012, de acuerdo con datos proporcionados por la Agencia Internacional de la Energía: IEA (2012a, 2013). Los datos incluidos en la Figura 1.1 solo incluyen a los países que pertenecen a la Agencia Internacional de la Energía: Alemania, Australia, Austria, Bélgica, Canadá, China, Corea, Dinamarca, España, Estados Unidos, Finlandia, Francia, Holanda, Israel, Italia, Japón, Malasia, México, Noruega, Portugal, Reino Unido, Suecia, Suiza y Turquía. La potencia instalada muestra un crecimiento de tipo exponencial, incrementándose cada año un 41,6% de media. A los 88,5 GWP de potencia fotovoltaica instalada en todos los países miembros de la IEA a finales de 2012 habría que añadir, siempre según la IEA (2013), 7 GWP adicionales repartidos en seis países que no pertenecen a este organismo: Republica Checa, Grecia, Bulgaria, Eslovaquia, Ucrania y Tailandia. Esta tendencia en la tasa de crecimiento se mantiene incluso en los últimos años del periodo cuando varios países han reducido los incentivos a las energías renovables. Como consecuencia de este crecimiento en algunos países la proporción de energía eléctrica total de origen fotovoltaico empieza a ser apreciable. Para los casos de España, Alemania e Italia, el porcentaje de energía eléctrica final producida sistemas fotovoltaicos conectados a la red (SFCR) fue, respectivamente, de 3,1% y 4,7% en 2012 y de 3,1% en 2011 en Italia. La potencia instalada, la energía producida y la demanda total en estos países desde el año 2006 al 2012, de acuerdo con REE (2012, 2012, 2013), BMU (2013) y TERNA (2013), se recoge en la Tabla 1.1. Para el caso de Italia se incluyen únicamente datos hasta el año 2011 por no encontrarse disponibles datos para 2012. A medida que el nivel de penetración de la energía solar fotovoltaica en los sistemas eléctricos aumenta la necesidad de que este tipo de energía se integre de manera efectiva en dichos sistemas aumenta. La integración efectiva de un generador en el sistema eléctrico requiere que su producción sea conocida de antemano para poder incluirlo en la planificación del sistema eléctrico con el objetivo de que la producción programada para los distintos generadores iguale a la demanda esperada. Esta planificación del sistema eléctrico se suele hacer a escala diaria. Asimismo, además de equilibrar la generación con la demanda esperada un generador eléctrico debe ser capaz de proporcionar servicios auxiliares al sistema eléctrico como compensación de desequilibrios entre generación y consumo, regulación de tensión o inyección de potencia reactiva, entre otros. Por ejemplo, los sistemas fotovoltaicos cuya potencia sea superior a 2 MWP deben contribuir en España desde el 2010 a garantizar la continuidad del suministro eléctrico frente a huecos de tensión (España, 2010), aplicándose a estos sistemas fotovoltaicos el mismo procedimiento de operación – PO 12.3, REE(2006) – que ya se aplicó en su día a los generadores eólicos (España, 2007). La energía fotovoltaica, junto a otras energías renovables como la eólica, ha sido considerada tradicionalmente una fuente de energía no regulable. En consecuencia, no ha sido tenida en cuenta por los operadores de los sistemas eléctricos como una fuente de energía fiable. Esta consideración de la fotovoltaica como fuente de energía no fiable se debe a su dependencia de las condiciones meteorológicas, radiación y temperatura, para producir energía. Si la producción de un sistema fotovoltaico pudiese conocerse con exactitud y con la suficiente antelación se facilitaría su integración en los sistemas eléctricos. Sin embargo, la mera predicción de cuanta energía producirá un sistema fotovoltaico, aun cuando esta predicción se haga sin error, puede no ser suficiente; la energía producida por el sistema fotovoltaico sigue estando limitada por las condiciones meteorológicas y no es posible regular esta producción de energía. Como ya se ha comentado, la capacidad por parte de un generador eléctrico de regular su potencia de salida, tanto anticipadamente como en tiempo real, es crucial a la hora de su integración en el sistema eléctrico.

Electrificación rural fotovoltaica "Solar Home Systems". Fiabilidad y costes de mantenimiento

La electrificación rural fotovoltaica ha experimentado últimamente un salto de escala tanto en la dimensión de sus programas como en sus sistemas de gestión. Garantizar la calidad técnica ya no se reduce solamente a la fase de dise~o e instalación, sino también a la de operación y mantenimiento. El estudio del Instituto de Energfa Solar de la Universidad Politécnica de Madrid trata de caracterizar la fase de ope ración del programa de electrificación rural fotovoltaico de Marruecos sobre el cual se ha llevado a cabo un exhaustivo estudio de fiabilidad de los distintos componentes que integran los denominados Solar Heme 5ysrems (SHS). Ase como una evaluación de los costes unitarios ligados al mantenimiento, analizando su impacto en la estructura general de costes del programa. Los resultados van dirigidos hacia la caracterización de un modelo de la estructura de mantenimiento que logre asegurar la sostenibilidad de este tipo de programas energéticos.

Perspectivas de la energía solar fotovoltaica en la edificación

El presente proyecto tiene la finalidad de elaborar las perspectivas de futuro de la energía solar fotovoltaica, especialmente en España. Para ello se analiza en profundidad la tecnología fotovoltaica y su industria a nivel mundial para conocer en qué punto de desarrollo se encuentra. También se detalla la evolución del mercado fotovoltaico a nivel mundial, realzando los factores más importantes que lo han hecho posible. Para ir aproximándose al mercado fotovoltaico en España, se estudia más en profundidad el mercado fotovoltaico europeo. No sería suficiente analizar la tecnología y la evolución del mercado para realizar perspectivas probables, por lo que se realiza un estudio del coste de la tecnología con todos los factores asociados. Destaca el estudio de coste de la instalación fotovoltaica, formada por el módulo y el BoS, y el coste de generación mediante instalaciones fotovoltaicas. Siendo la energía solar fotovoltaica una tecnología muy ligada a la política, se estudia el marco regulatorio en Europa y un concepto que se está desarrollando cada vez más, el autoconsumo. También es importante, pese a que no haya tenido demasiada relevancia en el pasado, analizar la posibilidad del almacenamiento energético. En especial el uso de las baterías, su tecnología, mercado y cómo influirá al desarrollo de la energía solar fotovoltaica en la edificación. Con todos los factores nombrados anteriormente analizados, se podrá realizar las perspectivas del mercado fotovoltaico mundial y europeo para finalmente centrarse en el caso de España. En vistas a darle mayor importancia al desarrollo de la energía solar fotovoltaica en España, se realiza un estudio detallado del marco político, autoconsumo, potencia instalada y perspectivas del propio país, los cuales se resumirán en las conclusiones finales.

Adaptabilidad de la energía solar fotovoltaica sobre fachadas urbanas

La integración de energía solar fotovoltaica en edificios es una estrategia energética y medioambiental acreditada con un futuro muy prometedor. Para su promoción, tan importantes son los incentivos económicos, el desarrollo legislativo y las mejoras tecnológicas, como la investigación en nuevas herramientas de simulación y análisis que sirvan de apoyo en el diseño de nuevas estrategias energéticas y medioambientales. La tesis pretende contribuir en esta labor de difusión, planteándose cómo incide la radiación solar sobre los entornos urbanos, con la finalidad de generar un procedimiento que obtenga el potencial de integración de energía solar fotovoltaica en fachadas. Se trabajará para lograr un método simplificado de simulación y cálculo de la energía producida en base a sistema de información geográfica (SIG), con la capacidad de generar mapas solares que muestren el potencial de integración arquitectónica fotovoltaica sobre fachadas a partir de la cartografía catastral. El nombre asignado para este método es AdaptaSolar. Con este objetivo se ha desarrollado la presente tesis que se estructura en seis capítulos, más las conclusiones y anexos, con los que se pretende definir y desarrollar el tema de tesis planteado. El primer capítulo, realiza una visión general sobre la integración arquitectónica de los sistemas fotovoltaicos, junto con el planteamiento y objetivos de la tesis. El segundo capítulo, plasma una revisión profunda sobre del estado actual de los temas relacionados con el planteamiento y objeto de esta tesis: estimación de la radiación solar, estimación de la radiación solar sobre fachadas y estudio del potencial de integración arquitectónica fotovoltaica en fachadas. El capítulo tres, de carácter teórico, recoge un análisis general sobre la energía solar fotovoltaica, desde el efecto fotovoltaico hasta las aplicaciones e instalación, sin perder de vista los objetivos generales marcados en la tesis. Destaca, sobre todo, la catalogación de las tecnologías fotovoltaicas más prometedoras, además, de la recopilación y análisis de los factores más importantes que influyen en la captación fotovoltaica. El capítulo cuatro, también de carácter teórico, profundiza en el modo en el que la radiación solar incide sobre la superficie terrestre, analizando la naturaleza de la radiación solar y la geometría del sistema solar. Destaca el exhaustivo análisis de los principales métodos de cálculo para la estimación de la radiación solar sobre superficies horizontales e inclinadas, especialmente, la recopilación de modelos numéricos para la estimación de la irradiación difusa. El capítulo cinco, desarrolla el concepto de integración fotovoltaica en edificios, sus principales características y las ventajas que reporta. Además, realiza un análisis muy interesante sobre la situación actual de la integración fotovoltaica en edificios en España. Por último, incluye una selección de los proyectos más relevantes de integración arquitectónica. El capítulo seis, desarrolla el método planteado para la evaluación de la adaptabilidad de energía solar fotovoltaica en entonos urbanos, objeto de la tesis. Siendo éste, por tanto, el capítulo más experimental y significativo de la misma. Este capítulo está dividido en seis subapartados, siendo los dos primeros la introducción y el modelo geométrico planteado para el desarrollo del método. Los tres siguientes apartados, muestra el desarrollo del método en tres fases consecutivas: estimación de la insolación, la radiación y el potencial de integración de sistemas fotovoltaicos sobre fachada. En cada uno de estos apartados, se realiza la correspondiente validación y análisis de resultados, mediante la generación de una serie de gráficas que muestran el comportamiento anual del sol sobre las fachadas y el efecto adverso del sombreado entre edificios. El sexto apartado de este capítulo, detalla los pasos seguidos para efectuar la implementación del método experimental en el SIG, desde la preparación y obtención de los datos cartográficos de partida, hasta el desarrollo y ejecución del algoritmo principal. Además se muestran los resultados obtenidos para un área urbana concreta de la ciudad de Madrid. Por último, el capítulo siete recoge las conclusiones más importantes del trabajo y propone una serie de líneas de investigación futuras que se consideran relevantes para la continuidad del método planteado en la tesis.

Avaliação do desempenho do sistema de mini-geração fotovoltaico na Faculdade de Ciências

Tese de mestrado integrado, Engenharia da Energia e do Ambiente, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2016

Estudio del potencial fotovoltaico en Miraflores de la Sierra mediante TIG: análisis y publicación de resultados

El objetivo de este trabajo es ejecutar un modelo basado en herramientas SIG, LIDAR y datos de posición solar anual para el estudio del potencial fotovoltaico en el Municipio de Miraflores de la Sierra. Una vez se obtengan los resultados se realiza un análisis y una publicación de los mismos. El análisis consta de dos fases: Una primera en la que se estudian los distintos elementos resultantes por separado (Irradiación solar anual, Energía generada y Potencia instalada) y otra en la que se comparan la distribución de los resultados y las distintas tecnologías para módulos fotovoltaicos que se han estudiado. Los resultados se publican mediante una serie cartográfica de once mapas temáticos, en función de los elementos. También se crea un visor cartográfico online con parte de la información obtenida, donde se incluyen herramientas y funciones para mejorar la experiencia del usuario final del producto.

Evaluación de la instalación de un campo generador fotovoltaico para suministro de energía eléctrica del sistema de reinyección por bombeo en la Central Geotérmica de Berlín

La presente investigación plantea la determinación de la factibilidad técnica, económica y ambiental de la instalación de un generador fotovoltaico de 1.5 MW de potencia para suministro de energía eléctrica de un sistema de reinyección por bombeo ubicado en Central Geotérmica de Berlín, con la finalidad de disminuir el consumo y facturación eléctrica del sistema. El trabajo de grado estuvo enmarcado en el tipo de investigación denominado proyecto factible, ya que se elaboró y desarrolló una propuesta de generador fotovoltaico destinado a atender las necesidades de consumo eléctrico del sistema de reinyección por bombeo en LaGeo. El proyecto tuvo el apoyo de una investigación de tipo documental y de campo. Las componentes que conforman el campo fotovoltaico fueron seleccionadas cuidadosamente tomando en cuenta datos técnicos del equipo y la valoración económica de los mismos. El análisis técnico del campo fotovoltaico arrojó que éste sólo cubre el 42.76% de la demanda eléctrica del sistema de reinyección por bombeo, por lo que se concluye que el campo solar no satisface la necesidad de consumo eléctrico del sistema de bombeo. Es decir, no es factible conectarse de manera aislada al sistema de reinyección por lo que debe proyectarse el generador como un sistema de respaldo conectado a red. Para el estudio de factibilidad económica se realizaron dos escenarios de precio de venta de energía. La VAN y TIR resultante en el escenario 1 (precio de venta de $235.00) fue de $5,386.70 y 8.82% respectivamente. Con este análisis el precio de venta sería atractivo para el ejecutor ya que obtendría una rentabilidad por encima de la exigida percibiendo ingresos pero no podría competir con los precios de mercado de otras fuentes de energía. Mientras que los valores obtenidos en el análisis de escenario 2 (precio de venta MRS del mercado) la VAN resultante fue de $ -933,001.245 y una TIR de 0.20%; de éstos se determinó que el proyecto no es rentable, ya que no se podría autosostener el financiamiento causando más egresos que ingresos. Y finalmente, en cuanto a su factibilidad ambiental, el proyecto se categorizó como perteneciente al Grupo B, categoría 1, que corresponde a las actividades, obras o proyectos con potencial impacto ambiental leve, en cuyo caso no se requirió hacer un estudio de impacto ambiental sino la realización de un formulario ambiental para proyectos de generación de energía eléctrica mediante tecnología fotovoltaica emitido por el Ministerio de Medio Ambiente y Recursos Naturales.

Sintesi e caratterizzazione di materiali polimerici water-soluble per applicazioni nel campo del fotovoltaico organico

The need to use renewable energy sources, due to the massive production of pollution for the energy production, has led to the development of new technologies for the use of solar energy. The purpose of this thesis project is to synthesize and characterize new thiophene-based polymeric materials processable in water, a green solvent, for the construction of organic solar cells, promising and versatile devices used for the production of electric energy. For this, a highly regioregular polymer was synthesized through GRIM polymerization (Grignard Metathesis Polymerization) on which a study was performed to identify the optimal reaction time.

Remediation Of 17-α-ethinylestradiol Aqueous Solution By Photocatalysis And Electrochemically-assisted Photocatalysis Using Tio2 And Tio2/wo3 Electrodes Irradiated By A Solar Simulator.

TiO2 and TiO2/WO3 electrodes, irradiated by a solar simulator in configurations for heterogeneous photocatalysis (HP) and electrochemically-assisted HP (EHP), were used to remediate aqueous solutions containing 10 mg L(-1) (34 μmol L(-1)) of 17-α-ethinylestradiol (EE2), active component of most oral contraceptives. The photocatalysts consisted of 4.5 μm thick porous films of TiO2 and TiO2/WO3 (molar ratio W/Ti of 12%) deposited on transparent electrodes from aqueous suspensions of TiO2 particles and WO3 precursors, followed by thermal treatment at 450 (°)C. First, an energy diagram was organized with photoelectrochemical and UV-Vis absorption spectroscopy data and revealed that EE2 could be directly oxidized by the photogenerated holes at the semiconductor surfaces, considering the relative HOMO level for EE2 and the semiconductor valence band edges. Also, for the irradiated hybrid photocatalyst, electrons in TiO2 should be transferred to WO3 conduction band, while holes move toward TiO2 valence band, improving charge separation. The remediated EE2 solutions were analyzed by fluorescence, HPLC and total organic carbon measurements. As expected from the energy diagram, both photocatalysts promoted the EE2 oxidation in HP configuration; after 4 h, the EE2 concentration decayed to 6.2 mg L(-1) (35% of EE2 removal) with irradiated TiO2 while TiO2/WO3 electrode resulted in 45% EE2 removal. A higher performance was achieved in EHP systems, when a Pt wire was introduced as a counter-electrode and the photoelectrodes were biased at +0.7 V; then, the EE2 removal corresponded to 48 and 54% for the TiO2 and TiO2/WO3, respectively. The hybrid TiO2/WO3, when compared to TiO2 electrode, exhibited enhanced sunlight harvesting and improved separation of photogenerated charge carriers, resulting in higher performance for removing this contaminant of emerging concern from aqueous solution.

Sistematização do dimensionamento técnico e econômico de sistemas fotovoltaicos isolados por meio de programa computacional

One of the main referring subjects to the solar energy is how to compare it economically with other sources of energy, as much alternatives as with conventionals (like the electric grid). The purpose of this work was to develop a software which congregates the technical and economic main data to identify, through methods of microeconomic analysis, the commercial viability in the sizing of photovoltaic systems, besides considering the benefits proceeding from the proper energy generation. Considering the period of useful life of the components of the generation system of photovoltaic electricity, the costs of the energy proceeding from the conventional grid had been identified. For the comparison of the conventional sources, electric grid and diesel generation, three scenes of costs of photovoltaic panels and two for the factor of availability of diesel generation had been used. The results have shown that if the cost of the panels is low and the place of installation is more distant of the electric grid, the photovoltaic system becomes the best option.

Dosimetria esporular: Bacillus subtilis TKJ6312 como biossensor de radiação solar biologicamente ativa

Since 2000, spore dosimetry and spectral photometry have been performed in parallel at the Southern Space Observatory, São Martinho da Serra (Southern Brazil). A comparative study involving data from Punta Arenas - Chile (53.2º S), São Martinho da Serra (29.5º S), Padang - Indonesia (0.9ºS), Brussels - Belgium (50.9º N) and Kiyotake - Japan (31.9º N) from 2000 to 2006 is presented. The Spore Inactivation Doses presented the higher values in summer (973 ± 73 for Punta Arenas and 4,369 ± 202 for São Martinho da Serra, as well 1,402 ± 170 and 3,400 ± 1,674 for Brussels and Kiyotake, respectively). The simplicity, robustness and high resistance of bacterial spores makes the biosensor an potential biological tool for UV-B monitoring.

Turbulent magnetic pumping in a Babcock-Leighton solar dynamo model

Context. The turbulent pumping effect corresponds to the transport of magnetic flux due to the presence of density and turbulence gradients in convectively unstable layers. In the induction equation it appears as an advective term and for this reason it is expected to be important in the solar and stellar dynamo processes. Aims. We explore the effects of turbulent pumping in a flux-dominated Babcock-Leighton solar dynamo model with a solar-like rotation law. Methods. As a first step, only vertical pumping has been considered through the inclusion of a radial diamagnetic term in the induction equation. In the second step, a latitudinal pumping term was included and then, a near-surface shear was included. Results. The results reveal the importance of the pumping mechanism in solving current limitations in mean field dynamo modeling, such as the storage of the magnetic flux and the latitudinal distribution of the sunspots. If a meridional flow is assumed to be present only in the upper part of the convective zone, it is the full turbulent pumping that regulates both the period of the solar cycle and the latitudinal distribution of the sunspot activity. In models that consider shear near the surface, a second shell of toroidal field is generated above r = 0.95 R(circle dot) at all latitudes. If the full pumping is also included, the polar toroidal fields are efficiently advected inwards, and the toroidal magnetic activity survives only at the observed latitudes near the equator. With regard to the parity of the magnetic field, only models that combine turbulent pumping with near-surface shear always converge to the dipolar parity. Conclusions. This result suggests that, under the Babcock-Leighton approach, the equartorward motion of the observed magnetic activity is governed by the latitudinal pumping of the toroidal magnetic field rather than by a large scale coherent meridional flow. Our results support the idea that the parity problem is related to the quadrupolar imprint of the meridional flow on the poloidal component of the magnetic field and the turbulent pumping positively contributes to wash out this imprint.

New constraints on the chemical evolution of the solar neighbourhood and Galactic disc(s) Improved astrophysical parameters for the Geneva-Copenhagen Survey

We present a re-analysis of the Geneva-Copenhagen survey, which benefits from the infrared flux method to improve the accuracy of the derived stellar effective temperatures and uses the latter to build a consistent and improved metallicity scale. Metallicities are calibrated on high-resolution spectroscopy and checked against four open clusters and a moving group, showing excellent consistency. The new temperature and metallicity scales provide a better match to theoretical isochrones, which are used for a Bayesian analysis of stellar ages. With respect to previous analyses, our stars are on average 100 K hotter and 0.1 dex more metal rich, which shift the peak of the metallicity distribution function around the solar value. From Stromgren photometry we are able to derive for the first time a proxy for [alpha/Fe] abundances, which enables us to perform a tentative dissection of the chemical thin and thick disc. We find evidence for the latter being composed of an old, mildly but systematically alpha-enhanced population that extends to super solar metallicities, in agreement with spectroscopic studies. Our revision offers the largest existing kinematically unbiased sample of the solar neighbourhood that contains full information on kinematics, metallicities, and ages and thus provides better constraints on the physical processes relevant in the build-up of the Milky Way disc, enabling a better understanding of the Sun in a Galactic context.

The radius and mass of the close solar twin 18 Scorpii derived from asteroseismology and interferometry

The growing interest in solar twins is motivated by the possibility of comparing them directly to the Sun. To carry on this kind of analysis, we need to know their physical characteristics with precision. Our first objective is to use asteroseismology and interferometry on the brightest of them: 18 Sco. We observed the star during 12 nights with HARPS for seismology and used the PAVO beam-combiner at CHARA for interferometry. An average large frequency separation 134.4+/-0.3 mu Hz and angular and linear radiuses of 0.6759 +/- 0.0062 mas and 1.010 +/- 0.009 R(circle dot) were estimated. We used these values to derive the mass of the star, 1.02 +/- 0.03 M(circle dot).

Solar twins in M 67: evolutionary status and lithium abundance

Aims. We determine the age and mass of the three best solar twin candidates in open cluster M 67 through lithium evolutionary models. Methods. We computed a grid of evolutionary models with non-standard mixing at metallicity [Fe/H] = 0.01 with the Toulouse-Geneva evolution code for a range of stellar masses. We estimated the mass and age of 10 solar analogs belonging to the open cluster M 67. We made a detailed study of the three solar twins of the sample, YPB637, YPB1194, and YPB1787. Results. We obtained a very accurate estimation of the mass of our solar analogs in M 67 by interpolating in the grid of evolutionary models. The three solar twins allowed us to estimate the age of the open cluster, which is 3.87(-0.66)(+0.55) Gyr, which is better constrained than former estimates. Conclusions. Our results show that the 3 solar twin candidates have one solar mass within the errors and that M 67 has a solar age within the errors, validating its use as a solar proxy. M 67 is an important cluster when searching for solar twins.