Tesis para optar al grado de Magíster en Políticas Públicas / los últimos años, Chile ha impulsado la diversificación de su matriz energética con el fin de reducir su dependencia a los combustibles fósiles, proceso en el que una de las líneas de acción más relevante ha sido la promoción de la generación a partir de energías renovables no convencionales. Dentro de las fuentes de energías renovables no convencionales, la energía solar tiene un potencial innegable en el norte de nuestro país. Sin embargo, la preeminencia del estatuto constitucional que resguarda la actividad minera podría atentar contra el desarrollo de este tipo de energía. Las causas son básicamente dos: tanto la solicitud y posterior otorgamiento de concesiones mineras, ya sea de exploración o explotación, así como el régimen de servidumbres mineras asociadas a ellas incorporan un elemento de incertidumbre difícil de dimensionar para el inversionista energético, toda vez que se desconoce el real interés del concesionario minero para ejercer sus derechos reales y, en consecuencia, el acaecimiento de una posible negociación para asegurar el no entorpecimiento de la ejecución del proyecto energético. La incertidumbre antes descrita impacta directamente en el financiamiento del proyecto y atenúa el efecto positivo que la disminución de los costos de estas energías está experimentando, retardando, en consecuencia, su progreso. En definitiva, la inestabilidad que detenta el desarrollador energético en el ejercicio de sus derechos respecto del lugar de emplazamiento de la planta solar podría constituir un elemento que aumente los costos totales de los proyectos de inversión como consecuencia de su dificultad de financiamiento, desincentivado, en definitiva, su consolidación. Dado lo anterior, la presente tesis analiza y explica el régimen jurídico que engloba la actividad minera, para luego exponer las dificultades que dicho entramado implica en el avance de la energía solar, proponiendo, finalmente, soluciones de política pública para armonizar el desarrollo de ambas actividades económicas. La presente investigación se enmarcar dentro del proyecto Fondap "Solar Energy Research Center (SERC-Chile)" Nº15110019, Resolución Nº5899 de fecha 07-12-2012.

Ingeniero Civil Mecánico / En el transcurso de los últimos años, la generación de energía renovable, ha sido promovida por distintas naciones. En este contexto, encontramos las celdas fotovoltaicas como una de las formas de producción de energía renovable más usadas en el mundo debido a que pueden transformar directamente la radiación solar en electricidad y a la vez, pueden ser usadas en aplicaciones domésticas e industriales. Sin embargo, en su operación, solamente se puede aprovechar alrededor de un 20% de la radiación incidente, el resto se convierte en calor, por otra parte, esta eficiencia se ve disminuida cuando las temperaturas de operación aumentan. Por las razones indicadas anteriormente, la dependencia del rendimiento con la temperatura de la celda, convierte a este parámetro en uno de los más relevantes a la hora de diseñar mejoras en el desempeño de un panel fotovoltaico. El objetivo de la presente memoria es elaborar un modelo unidimensional térmico que pueda simular el comportamiento transiente de la temperatura de la celda a lo largo del día. Para el desarrollo del tema referido, se realiza un análisis teórico de la temperatura al interior de un panel fotovoltaico mediante un balance energético, es decir, definir el comportamiento de la temperatura al interior de la celda en función de la radiación incidente, pérdidas por radiación, convección y conducción. A continuación, se procede a ensamblar el modelo planteado en un software numérico con las condiciones de borde adecuadas, para posteriormente realizar el análisis térmico transiente del panel fotovoltaico. Finalmente se verificará si el modelo planteado sirve para modelar el panel fotovoltaico, para esto se compara el comportamiento térmico con modelos reportados en la literatura y mediante a datos obtenidos de una central fotovoltaica instalada en el norte de Chile. La metodología ocupada para el desarrollo de los temas indicados en el párrafo anterior son las siguientes: a) se realizan simulaciones para distintos casos hipotéticos de funcionamiento aumentando de complejidad el modelo; b) se aplica el modelo para comparar los resultados con otros modelos de la literatura y para estimar la corriente generada en un día y se verifica que predice con suficiente precisión lo observado en la realidad; c) se estudia el efecto de las variables climáticas en la temperatura de la celda y se deduce una ecuación que describe el efecto de la temperatura ambiente, velocidad de viento y la radiación sobre la temperatura de la celda; y d) se estudia el efecto de la localización del panel en distintas zonas de Chile en la temperatura de la celda.

Ingeniera Civil Eléctrica / La Ley N° 20.571, aprobada en Abril de 2012, permite a los clientes de Empresas Distribuidoras disponer de generadores eléctricos propios, para consumos y/o venta de una parte o el total de la energía generada a la Distribuidora. Estos sistemas de generación deben emplear Energías Renovables No Convencionales (ERNC) y la potencia instalada no debe superar los 100 kW. En Octubre de 2014 se publicó el Reglamento de dicha Ley, lo que sentó las bases legales para que los clientes de las Distribuidoras puedan contratar tarifas como Generadores Residenciales". Así, se podría esperar que un alto porcentaje de los clientes instalen paneles fotovoltaicos (FV) en sus inmuebles, como ha ocurrido en otros países con leyes similares. En este contexto, se analiza en qué condiciones los proyectos FV residenciales son rentables, desarrollando y aplicando metodologías confiables para centrales FV de baja potencia, en viviendas típicas ubicadas en diversas ciudades del país; y en base a los resultados obtenidos, se entregan las recomendaciones para optimizar económicamente estas soluciones. Posteriormente se realizan análisis de sensibilidad respecto al precio de los paneles FV, al precio del kWh comprado por la Distribuidora y al efecto de eventuales subsidios estatales y/o rebajas de impuestos en la inversión. La finalidad de estos análisis es determinar en qué escenarios son más rentables los proyectos FV para los clientes de la red de distribución eléctrica. Los resultados del estudio permiten concluir que el Reglamento actual de la Ley no incentiva la instalación de centrales generadoras residenciales por parte de los usuarios de las Distribuidoras, debido a sus elevados costos de inversión y lento retorno; sin embargo, en el escenario de una disminución del precio de los paneles solares, los proyectos mejoran su rentabilidad, en particular en la zona sur, donde se necesitan más paneles. Aún más, si la Distribuidora paga al cliente por la energía inyectada un precio igual al que éste le compra a la Distribuidora, mejora significativamente la rentabilidad, sobre todo en los sectores donde el kWh sea más costoso. En el caso de subvenciones del gobierno para la inversión, la generación es más rentable en cualquier zona. Por lo anterior, se considera que la Ley y/o el Reglamento deben ser replanteada para lograr un crecimiento en la generación distribuida.

Ingeniero Civil Mecánico / Para la producción de agua caliente y calefacción es común utilizar energía eléctrica o combustibles fósiles, tanto para consumo domiciliario como comercial. Sin embargo, esas tecnologías poseen una amplia huella de carbono. Para reducir la contaminación de carbono se han desarrollado tecnologías que aprovechan la energía del sol, tanto para calefacción como para agua caliente, aquí es donde destacan los Paneles Solares Termodinámicos (PST); que funcionan bajo el principio de bomba de calor con expansión súbita y asistencia solar. Este proyecto busca contribuir a introducir esta tecnología en Chile. El objetivo general del proyecto es evaluar la introducción de Paneles Solares Termodinámicos (PST) en Sistemas Solares Térmicos (SST) para Agua Caliente Sanitaria (ACS), Calefacción Central (CC) y otras aplicaciones como Climatización de Piscinas (CP); generando un manual elemental de proyectos típicos. Los objetivos específicos son evaluar el estado del arte de la tecnología de PST, sus posibilidades, aplicaciones y potencial introducción en Chile; desarrollar una metodología de cálculo, con proyectos típicos para segmentos domiciliarios y comerciales, desarrollar ingenierías conceptuales, con P&IDs, lay-out y los principales detalles sistémicos; y efectuar evaluaciones de pre-factibilidad de las configuraciones previamente ingeniadas. La metodología para desarrollar los objetivos específicos del proyecto se basa en 3 pilares: Evaluar el estado del arte de los PST; desarrollar una metodología de cálculo; y diseñar proyectos típicos incluyendo P&ID, lay-out y evaluación económica. Los principales resultados del proyecto se centran en 4 aplicaciones típicas y sus combinaciones: ACS domiciliario, ACS comercial, CC+CP domiciliario y ACS+CC domiciliario. El análisis comparativo de los proyectos muestra los siguientes parámetros y resultados: Criterio ACS domiciliaria ACS comercial CC+CP domiciliaria ACS+CC domiciliaria Tamaño 190[l] 1.280 [l] CC:86[m^2] CP: 18[m^2] CC:86[m^2] ACS: 190[l] Consumo típico 3.194 [kWh] 21.801 [kWh] 50.935 [kWh] 17.550 [kWh] N° PST 1 7 6 7 Inversión ($) 1.552.063 6.139.182 4.206.703 4.689.823 VAN ($) 390.719 6.606.542 27.813.534 2.847.354 TIR (%) 14% 24% 89% 18% PRI (años) 7 5 2 6 Valor actual neto (VAN), Tasa interna de retorno (TIR), Periodo interno de retorno (PRI) La principal conclusión es que las aplicaciones a nivel domiciliario requieren relativamente altos niveles de inversión y están dirigidas a un estrato socioeconómico alto, incluso para instalaciones de carácter mixto. Las aplicaciones comerciales son completamente factibles ya que los ahorros energéticos son importantes y permiten recuperaciones de la inversión en 5 años o menos.

Ingeniero Civil Mecánico / Los constantes episodios críticos de contaminación atmosférica en Santiago en los últimos años plantean la duda de qué tanto afecta la alta carga de aerosoles en la ciudad en las distintas componentes de la radiación incidente y qué efectos podrían generar en distintos sistemas de generación eléctrica solar. El presente trabajo busca cuanti car el efecto de los aerosoles en las distintas componentes de la radiación solar en la ciudad de Santiago, junto con determinar el efecto generado por los aerosoles en distintos módulos fotovoltaicos. Para esto se analizaron mediciones de las distintas componentes de la radiación solar incidente (global horizontal, directa normal y difusa horizontal), junto con mediciones de espesor óptico de aerosoles y vapor de agua obtenidos de un fotómetro automático perteneciente a la red AERONET, ubicado en el Campus Beauchef de la Universidad de Chile. Esto con el objetivo de determinar el rol que tienen los aerosoles en la dispersión y atenuación de la radiación solar en Santiago. Posteriormente, se cuanti có el efecto que tienen los aerosoles en distintas tecnologías fotovoltaicas (m-Si, p-Si y a-Si), tanto en la potencia de salida como en la generación anual. Esto se realizó mediante un análisis de las mediciones de potencia y producción PV obtenidas del Campus San Joaquín de la Ponti cia Universidad Católica de Chile. Sumado a esto, se simuló la potencia y la producción de un módulo de concentración fotovoltaica, mediante el uso de un modelo y la data adquirida. Debido a la distancia entre las estaciones de medición, este estudio considera en un principio solo los periodos comprendidos entre las 11AM y las 3PM hora local entre los años 2014 y 2015, para luego extrapolar los resultados en un rango horario comprendido entre las 10AM y las 4PM hora local. Ademas, el presente estudio solo considera periodos bajo un criterio cielo despejado. Los resultados indican que los aerosoles en Santiago producen un efecto no menor en las distintas componentes de la radiación solar, con diferencias de -5.4% para la GHI, -13.6% para la DNI y un aumento de 212% para la DHI al comparar el caso habitual con aerosoles y un caso estimado sin aerosoles. Por otro lado, se determinó que la contaminación atmosférica en Santiago tiene un efecto negativo en la potencia de salida y en la producción PV en las distinta tecnologías, con diferencias porcentuales para la producción PV anual al comparar entre un caso con aerosoles y sin aerosoles de -4.5% para tecnologías PV convencionales y de -13.2% para tecnologías CPV.

Tesis para optar al grado de Magíster en Administración / EcoDesalación SpA es una empresa que nace para ayudar a solucionar el problema de la escasez hídrica en el norte de Chile, problema que pone en peligro el desarrollo y sustentabilidad de la minería del cobre. Nuestra propuesta es la desalinización del agua de mar como alternativa para el abastecimiento de agua dulce a los proyectos mineros que iniciarán actividades en el mediano plazo. Dado la tendencia mundial hacia el cuidado del medio ambiente, hoy en día las empresas mineras están dispuestas a pagar por la diferenciación ecológica, debido a que esto mejora su reputación ambiental y su relación con las comunidades locales. Es por ello que nuestra apuesta es por la alimentación de la planta de desalinización con energía solar limpia y sustentable, aprovechando el potencial de generación de energía solar del desierto del norte de Chile. Nuestra misión entonces es proveer de agua dulce a las empresas mineras en el altiplano, usando para esto energías renovables y tecnologías de última generación que minimizan los posibles impactos ambientales, cuidando así el medio ambiente en donde se emplazan sus faenas. En el largo plazo, nuestra visión es aportar al desarrollo de actividades económicas que consideren los aspectos medioambientales para lograr un crecimiento sustentable del país. Nuestra propuesta de negocio corresponde a la construcción y operación de una planta de desalinización de agua de mar alimentada con energía solar en la región de Antofagasta. Nuestra estrategia competitiva será la diferenciación ecológica, por ser una empresa sustentable que cuida del medio ambiente a través de la entrega de agua desalinizada con energías renovables, minimizando de esta manera los posibles impactos ambientales indirectos de nuestros clientes, cuidando así su reputación ambiental y su relación con las comunidades locales. Nuestra estrategia de entrada será participar en las licitaciones de los proyectos El Abra Mill Project de Freeport-McMoRan, Chuquicamata Subterránea de Codelco Norte y Radomiro Tomic Súlfuros de Codelco Norte. Se estima que estos proyectos demandarán cerca de 1.000 l/s de agua desalinizada, correspondiente al 33% del aumento esperado en la demanda de agua en la región de Antofagasta para el 2021. Como estrategia de ventas se considera obtener los permisos ambientales antes de que se abran las licitaciones de estos proyectos, de modo de garantizar la factibilidad de ejecución de los mismos y tener ventaja respecto del resto de los competidores. El resumen asociado a la evaluación financiera del proyecto se presenta en la Tabla 1.1. Como se observa, el proyecto es económicamente viable cuando se evalúa en su estado puro, sin considerar deuda. Tomando un precio de venta de 6 US$/m3 y una tasa de descuento del 15%, se obtuvo que para 20 años de operación el VAN del proyecto es MMUS$282 y la TIR es de 21%. Es así como este proyecto debería ejecutarse, dado que genera ganancias por sobre la rentabilidad exigida.

Ingeniero Civil Electricista / En búsqueda de aplicaciones vehiculares más eficientes que además estén en la línea de incorporar energías limpias y renovables, la Universidad de Chile ha sido pionera a nivel nacional con dos ediciones de Eolian, proyecto basado en el desarrollo de autos eléctricos usando energía solar fotovoltaica como principal fuente energética. En este contexto, el objetivo de esta memoria de título es contribuir a optimizar el desempeño solar-eléctrico del vehículo Eolian conociendo el rendimiento de las celdas fotovoltaicas seleccionadas, estudiando el efecto de la disposición de los arreglos de celdas, optimizando la operación en paralelo de múltiples adaptadores de impedancia y manejando las situaciones de sombreado. Dentro de la revisión bibliográfica destaca la forma constructiva de las celdas solares, los modelos usados para los análisis y la incorporación del estándar IEC 60904 para mediciones en celdas fotovoltaicas. El material recopilado es una guía para la tarea de medición y ayuda a precisar el enfoque de las propuestas, pero también es un punto de partida para fijar conceptos necesarios en cualquier labor sobre energía fotovoltaica. Por otro lado, el uso del estándar permite validar la metodología de trabajo y los resultados posteriores frente a la comunidad, como asimismo la comparación con otros estudios que se relacionan con esta tecnología. En una primera etapa se desarrolla la evaluación detallada de un módulo encapsulado compuesto por 16 celdas C-60 Sunpower y la obtención de su curva V-I y eficiencia. Se continúa con la recopilación de datos para una disposición de 6 módulos usando cargas resistivas y adaptadores de impedancia, en un diseño experimental propuesto en el marco del proyecto. Estos módulos se someten a diferentes configuraciones de sombra, para proporcionar una variedad de puntos de operación, útiles para la evaluación y entrega de propuestas. Con esta información se puede inferir las condiciones en que operan normalmente las celdas solares, la potencia alcanzada por el sistema y la influencia de sombras en él. Con los datos recopilados, la labor se enfoca en determinar los factores que impiden la obtención del desempeño esperado para las celdas en condiciones normales de operación y posibles mejoras. En primer lugar, el efecto de conectar celdas de distintas curvas características disminuye la eficiencia conjunta porque cada una de ellas no proporciona la potencia máxima posible, siendo aún peor cuando la calidad del encapsulado se ve reducida por efecto de manchas sobre él. A esto se suma los efectos que genera la influencia de sombra sobre el panel. A partir de estos resultados se logra diagnosticar el fenómeno de avalancha en el semiconductor gracias a la mejora del modelo convencional utilizado. Con esto se cuantifica el efecto de la sombra y de cómo ésta modifica el punto de máxima potencia. En segundo lugar, se demuestra que los diodos de bypass no operan cuando la sombra corresponde al área de una sola celda, perdiendo un 18 [%] de la potencia máxima en las pruebas realizadas. Se propone la instalación de un actuador, que permita la anulación del módulo sombreado vía interruptores. Por último, se verifica que no hay interferencia entre los adaptadores de impedancia cuando operan en paralelo. La principal deficiencia es que operan en una zona estrecha de la curva V-I, alejándose de los puntos de máxima potencia durante las horas de menor radiación; y el efecto Doorsill producido por el aumento gradual de la sombra sobre el panel, no ubicándose en el máximo global posible. Como trabajo futuro se proponen distintas mejoras en el diseño del panel entre las que destaca la cuantificación detallada de los distintos factores que disminuyen la eficiencia de las celdas en el vehículo solar y optimizar la estrategia de bypass.

Ingeniero Civil Mecánico / Chile tiene uno de los recursos solares de mayor calidad en el mundo, el cual no está siendo aprovechado mayormente. Una forma en que se puede utilizar este recurso es captándolo como energía solar térmica. El ciclo Kalina, inventado a principios de la década de 1980, es un ciclo de potencia cuya principal característica es el fluido de trabajo que utiliza, que es una mezcla binaria, típicamente amoníaco agua. En este trabajo se encuentran rangos favorables de condiciones de operación del ciclo Kalina, para generación eléctrica de 0,5 a 4 [MW], a partir de energía solar térmica de baja temperatura (80 200 [°C]). Se desarrollan y validan modelos termodinámicos por la primera y segunda leyes de la termodinámica de los ciclos Kalina y Rankine Orgánico, este último con los fluidos de trabajo R123, R134a y R152a. Los modelos son validados reproduciendo resultados de la literatura encontrándose una buena concordancia. Se realiza un análisis paramétrico a los ciclos Kalina y Rankine Orgánico, investigando la sensibilidad de los rendimientos térmico y exergético al variar la presión en el evaporador solar, la concentración de amoníaco, la temperatura de la fuente de calor, el pinchpoint y la potencia neta. Se encuentra en el ciclo Kalina que se debe evitar un título de vapor excesivamente bajo a la salida del evaporador solar, porque esto tiene un efecto negativo sobre los rendimientos térmico y exergético. Los componentes con la mayor destrucción de exergía son el condensador, la turbina, el evaporador solar y el regenerador. Al variar la potencia neta las variables extensivas crecen linealmente con ésta. Por último, se encuentran las condiciones de operación más favorables del ciclo Kalina en función de la temperatura de la fuente de calor, para alcanzar el máximo rendimiento exergético. En el ciclo Rankine Orgánico se encuentra que el máximo rendimiento exergético se alcanza a la máxima presión admisible en el evaporador solar, y con R152a como fluido de trabajo. Al comparar los ciclos Kalina y Rankine Orgánico se encuentra que el primero alcanza un mayor rendimiento térmico y exergético que el segundo, sin embargo, requiere de una presión en el evaporador solar de un 40% mayor. A bajas presiones en el evaporador solar la diferencia entre ambos ciclos, a favor del ciclo Kalina, es significativamente mayor que a altas presiones. El mayor rendimiento del ciclo Kalina significa que requiere de una menor área de colectores solares, lo cual generalmente resulta crítico en aplicaciones de energía solar.

Los diversos acontecimientos a nivel mundial, tales como el calentamiento global, la contaminación, escasez de recursos no renovables, la gran demanda energética, o simplemente aquellos lugares que no poseen suministro eléctrico, ya sea por razones geográficas o por elevados costos de instalación, motivan a miles de personas y entidades empresariales por la búsqueda de alternativas energéticas limpias y eficientes tales como la energía solar. El Perú, gracias a su situación geográfica, es uno de los países con mayor capacidad de aprovechamiento de este tipo de energía. Para captar la radiación solar se utilizan concentradores solares, pero la potencia y orientación de esta varía según el día del año, la hora, las condiciones atmosféricas y la latitud del lugar de posición del concentrador solar. Por estos cambios en la orientación, la energía solar obtenida por concentradores con seguidores solares es superior a la obtenida por concentradores fijos. Esta tesis tiene como objetivo principal diseñar e implementar un seguidor solar para el control electrónico de un reflector parabólico tipo Scheffler. Este reflector solar, construido por el GRUPO PUCP, tiene como fin cocinar con la energía del Sol en zonas rurales de la manera más cómoda, barata y eficiente posible. El estudio se estructuró en cuatro capítulos. En el capítulo I se hace una introducción a los conceptos básicos sobre energía solar, además de la descripción y necesidad del tema en estudio. En el capítulo II se estudia el estado del arte, los antecedentes, y todo lo existente en materia de seguidores solares, también se plantean los Objetivos generales y específicos. En el capítulo III se realiza la selección del método de seguimiento y la implementación del seguidor solar, gobernado por un microcontrolador PIC sobre un actuador hecho con un motor CC que posiciona el concentrador solar realizando un seguimiento de la trayectoria del sol, con respecto al plano terrestre. Por último en el capítulo IV se efectúa un análisis final de los resultados, asimismo se presentan las conclusiones y sugerencias del estudio realizado para trabajos futuros en esta materia. / Tesis

Este trabajo de tesis se realiza con el objetivo de impulsar el desarrollo de la electrónica de control para una pequeña embarcación alimentada por energía solar; con el fin de utilizarla en expediciones científicas y reducir el costo de itinerario en cada expedición realizada. Para ello se enfocará en el diseño de circuitos eléctricos que permitirán el movimiento de una pequeña embarcación; la cual, presentará cierta autonomía tanto en su locomoción como energéticamente; para esto se diseñarán circuitos de potencia, los cuales van a proporcionar energía eléctrica a las máquinas capaces de transformar energía eléctrica en energía mecánica (motores DC). Todos estos circuitos de potencia van a ser controlados a través de un microcontrolador (Atmega8L); el cual va a ser la parte central y de mando de todo el sistema a diseñar. El diseño también se enfoca en la implementación de un circuito capaz de controlar el movimiento de una cámara de video y en acoplar ciertos elementos de medición como termómetros, barómetros, entre otros instrumentos de acuerdo con las limitaciones impuestas por el microcontrolador a utilizar y por la capacidad de instalación de tarjetas en la nave. La nave tendrá autonomía energética por lo que se instalará un circuito conmutador para recargar la batería de la nave a través de un panel solar. Este trabajo de tesis se realiza con el objetivo de impulsar el desarrollo de la electrónica de control para una pequeña embarcación alimentada por energía solar; con el fin de utilizarla en expediciones científicas y reducir el costo de itinerario en cada expedición realizada. Para ello se enfocará en el diseño de circuitos eléctricos que permitirán el movimiento de una pequeña embarcación; la cual, presentará cierta autonomía tanto en su locomoción como energéticamente; para esto se diseñarán circuitos de potencia, los cuales van a proporcionar energía eléctrica a las máquinas capaces de transformar energía eléctrica en energía mecánica (motores DC). Todos estos circuitos de potencia van a ser controlados a través de un microcontrolador (Atmega8L); el cual va a ser la parte central y de mando de todo el sistema a diseñar. El diseño también se enfoca en la implementación de un circuito capaz de controlar el movimiento de una cámara de video y en acoplar ciertos elementos de medición como termómetros, barómetros, entre otros instrumentos de acuerdo con las limitaciones impuestas por el microcontrolador a utilizar y por la capacidad de instalación de tarjetas en la nave. La nave tendrá autonomía energética por lo que se instalará un circuito conmutador para recargar la batería de la nave a través de un panel solar. / Tesis