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.

Tesis para optar al título de Arquitecto

Ingeniera Civil Eléctrica / La introducción de energía renovable (ER) a gran escala es un fenómeno mundial producto del cambio climático y la necesidad de los países de independizar sus matrices energéticas. Específicamente en Chile la política energética proyecta una matriz que se componga de un 60% de ER al año 2035. En particular, la generación de energía solar se caracteriza por su variabilidad e incertidumbre, lo que sumado a la inminente instalación de este tipo de energía de manera concentrada en el Sistema Interconectado del Norte Grande de Chile (SING), podría provocar serios problemas de estabilidad en el sistema. En términos de variabilidad del recurso solar se destaca el efecto nube, que deriva en cambios bruscos de generación fotovoltaica (PV) y, en definitiva, afecta a la estabilidad de frecuencia del sistema. Frente a lo anterior, se han realizado estudios que muestran que mantener reservas fotovoltaicas, operando en deload, es una estrategia eficaz de regulación de frecuencia. Sin embargo, dichos estudios utilizan reservas PV constantes lo que representa una pérdida significativa de generación. El presente trabajo busca aportar a la línea de investigación mencionada e introducir reservas calculadas dinámicamente para hacer un uso eficiente de la generación PV y simultáneamente contribuir a mantener la estabilidad de frecuencia. El método de cuantificación de reservas se basa en un modelo de pronóstico de generación solar. La estrategia busca reservar la potencia necesaria para enfrentar una caída de generación pronosticada considerando un margen de error de pronóstico con un nivel de confianza dado. El error de pronóstico se determina mediante un estudio estadístico del modelo de predicción, considerando conjuntos de datos representativos de una escala anual, estacional y mensual, con el fin de establecer comparaciones entre cada caso. Además, el problema se aborda de manera local, donde cada planta PV determina sus reservas de manera independiente, y a nivel centralizado, donde el operador del sistema cuantifica la reserva total considerando todas las plantas PV existentes y la distribuye entre ellas. La metodología propuesta se aplica en el modelo del SING proyectado al año 2020, al considerar un día con alta variación de irradiación solar según las condiciones locales. La proyección del sistema considera una penetración PV equivalente a un 25% de la capacidad total instalada. Se realizan simulaciones dinámicas en el software PowerFactory DigSILENT para observar el desempeño de las reservas determinadas dinámicamente en comparación con reservas constantes y el caso base sin reservas. Los resultados obtenidos muestran que la metodología propuesta de reservas dinámicas presenta una satisfactoria regulación de frecuencia ya que logra mantenerse dentro de los límites permitidos por la normativa chilena. Al mismo tiempo significa una considerable disminución de pérdidas asociadas a reservas sobredimensionadas respecto a trabajar con reservas constantes de 15%. Además, se obtiene que abordar el problema de manera centralizada significa menores montos de reservas que a nivel local.

Ingeniero Civil Mecánico / En la actualidad, los combustibles fósiles y el exceso de CO2 que se produce por la gran combustión de estos es un tema que está presente en todos los países, por lo que en el último tiempo han ido ganando fuerza las energías renovables como una opción real para cubrir las demandas energéticas. A esto se le agrega la escasez de recursos hídricos en varios sectores del mundo, donde este recurso se hace cada vez más limitado debido al clima y aumento de población. Una de las principales soluciones que se tienen son la desalinización de agua o el tratamiento de aguas dulces no potables. Estas dos problemáticas se presentan en varias comunas del Norte de Chile, donde existen comunas enteras sin un suministro constante de electricidad o agua potable. Uno de los principales problemas del agua del Norte de Chile son los niveles de arsénico presentes en ella, que sobrepasan la norma. Una opción que podrían tener estas comunas es ocupar los distintos recursos cercanos a ella para proveer de manera independiente la energía y agua necesaria utilizando distintos tipos de energías renovables, además de una desalinizadora o planta de tratamiento de agua. Es por esto que el objetivo general es realizar un estudio técnico-económico de una comuna sustentable para proveer energía eléctrica y agua potable. Se consideró una localidad ubicada en el Norte de Chile con población menor a 5.000 habitantes. Para cumplir este objetivo, lo primero que se hizo fue la recopilación de antecedentes, para luego hacer un listado de las comunas dentro de las primeras 4 regiones de Chile y se estimó para cada una de ellas la poblaciones para el 2016, sus consumos en electricidad-agua y se realizó un mapeo solar-eólico. Con esta información, se preseleccionaron 5 comunas (Putre, Camarones, Pica, Camiña y Colchane) y se investigó la situación en la que se encontraban en electricidad, agua y condiciones geográficas, para así llegar a seleccionar a Colchane como la comuna única para realizar el estudio técnico-económico. Dentro de la comuna de Colchane, se seleccionaron Colchane, Cariquima e Isluga para la instalación de las plantas, ya que son los lugares donde se concentran la población. Las plantas hídricas dimensionadas ocuparan la tecnología de coagulación-floculación para tratar un flujo de 2,7 L/s en cada uno de los poblados, variando sus horas de funcionamiento para cumplir con la demanda. El precio mínimo al cual se podría vender el m3 de agua potable es entre $938 y $939 pesos dependiendo de la localidad. Las plantas fotovoltaicas dimensionadas tendrán una capacidad de 306 kW, 288 kW y 270 kW para los poblados de Colchane, Cariquima e Isluga, cada una equipada con un banco de baterías de 1,76 MWh para el ciclo diario. El precio mínimo del kWh venido podrá ser de $88, $92 y $98 pesos respectivamente.

En esta tesis se ha desarrollado una metodología para el análisis energético de diferentes configuraciones de integración de sistemas térmicos de refrigeración solar en redes urbanas de distrito de frío y calor. Para ello, en primer lugar se ha desarrollado un método relativamente simple capaz de estimar las demandas de frío y calor de los edificios a partir de sus datos constructivos básicos y los datos meteorológicos. También se han comparado y desarrollado modelos para la predicción del comportamiento térmico de las enfriadoras térmicas. Seguidamente se han identificado las diferentes configuraciones de integración de sistemas de refrigeración solar en sistemas provistos con sólo redes de calor y en sistemas con redes de frío y calor. Por último, se han comparado desde el punto vista energético las diferentes opciones de integración para el caso específico de la futura instalación en el parque tecnológico de Cerdanyola del Vallès, utilizando para ello los modelos de enfriadoras térmicas y captadores solares validados con los datos experimentales de la instalación de refrigeración solar de la empresa FESTO en Alemania. / In this thesis we have developed a methodology for the energy analysis of different integration configurations of thermal solar thermal cooling systems in district heating and cooling networks. To do this, first we have developed a relatively simple method able to estimate the heating and cooling demands of buildings from their basic design data and the meteorological data. We have also compared and developed some models to predict the thermal performance of thermal chillers and identified the different integration configurations of solar cooling systems in heating and cooling networks. Finally, we have compared, from the energy point of view, the different integration options for the specific case of the future solar cooling system at Cerdanyola del Vallès chiller, using the thermal chiller and solar collector models validated with experimental data of the solar cooling system of the company FESTO in Germany.

Tesis para optar al grado de Magíster en Administración / Fuentes, Pamela, 1984- [Parte I], Valenzuela, Marcela, 1975- [Parte II] / No trae autorizaciones, para el acceso a texto completo de su documento / “Green Power”, es una compañía que entrega una solución integral a la exigencia de poder suministrar energía de bajo costo, y amigable con el medio ambiente a los hogares del norte de Chile. Esto responde a la necesidad de poder ahorrar dinero en los consumos cotidianos del hogar, sin tener que cambiar las rutinas de la familia. Además, hoy en día se ha masificado el movimiento ambientalista, y la comunidad ha tomado conciencia de lo importante que es convivir de manera amigable con el medio ambiente. Para esto se ofrece el servicio de asesoría, instalación y mantención de equipos solares en los hogares en la XV, I, II y III regiones del país. Las regiones del norte del país cuentan con las condiciones climáticas idóneas para la obtención de energía solar, considerando días despejados prácticamente todo el año, y los niveles más altos de radiación del planeta. La diferenciación de esta compañía respecto a otras está en la fuerza de ventas, que considera orientación inicial para identificar las reales necesidades del cliente y luego el servicio post venta. En Chile se están evaluando nuevas alternativas energéticas, y se están promoviendo en particular las energías renovables, que sean limpias y amigables con el entorno, esto debido al gran crecimiento que ha experimentado el país, y hace urgente la búsqueda de nuevas alternativas para poder proveer a los hogares e industrias de los recursos necesarios como energía eléctrica o agua caliente. Los competidores directos de la empresa son solo seis, y en su mayoría se enfocan a vender un producto y no a vender la solución asesorando al cliente. Por lo cual la diferenciación se convierte en un factor crítico de éxito. Un factor fundamental de éxito es el dar a conocer la empresa, lo cual se relaciona directamente con el crecimiento de esta, la cual inicialmente estará enfocada a los hogares del norte del país, para luego poder satisfacer las necesidades de locales comerciales o industrias de la zona, sin descartar la expansión geográfica a otras regiones del país o del continente.

Este trabajo provee herramientas de diseño para instalaciones solares térmicas de baja temperatura que aseguran desempeños mínimos y que son de fácil uso para instaladores. Con estas herramientas, el proyectista y el usuario serán además capaces de estimar con mayor precisión del aporte energético que la instalación proveerá, con lo cual disminuye el riesgo de la inversión del comprador. Esto favorecerá la tecnología ya que el usuario obtendrá un producto más competitivo y seguro a la hora de evaluar alternativas, lo que se traducirá en una mayor penetración en el mercado chileno.

Ingeniero Civil Mecánico / El origen y continuación de la humanidad se ha basado en el agua. A pesar de ser el agua uno de los recursos más abundantes en el mundo cubriendo tres cuartos de la superficie del planeta, solo alrededor de un 3% es agua dulce, el otro 97% corresponde a agua salada de los océanos. Buscando aprovechar este recurso es que se ha desarrollado el proceso de desalinización por osmosis inversa incorporando variantes en las energías que alimentan el proceso con el objetivo que económico y medio ambientalmente sean atractivos. El objetivo general del trabajo de título es realizar un estudio de factibilidad técnico-económico del proceso de osmosis inversa con apoyo de energía renovables eólica y solar fotovoltaica con el fin de establecer la vialidad de un proyecto de este tipo en una localidad del norte de Chile. Debido a que la osmosis inversa no es un proceso térmico, lo cual implica que no existen mayores transientes, se propone la estrategia de desalinizar agua de mar con apoyo de energías no térmicas como las renovables eólica y solar fotovoltaica en los periodos en los cuales estén disponibles con el fin de disminuir los altos costos asociados a la energía necesaria en la producción. Estos costos equivalen a un tercio del total en una planta normal sin energías renovables de apoyo por concepto del consumo energético. Por las razones antes mencionadas, se propone una metodología de incorporar energías renovables en configuración On Grid de modo que la eólica sea el pilar principal, siendo la solar fotovoltaica un complemento sin sobrepasar la potencia requerida por la osmosis inversa para que finalmente la red eléctrica solo aporte la energía faltante al sistema, logrando reducir en algunos casos como los estudiados hasta un 40% de la energía consumida si solo estuviese conectada a la red eléctrica. De cinco localidades estudiadas en el norte de Chile, Mejillones presenta las mejores oportunidades de generar energía a partir de energía eólica y solar fotovoltaica, y más aún para un proceso que hace más factible la realización de un proyecto como es la desalinización debido a la necesidad de acceso al agua que presenta la zona norte de Chile. La inversión para la planta con el menor consumo específico de energía de 2,77 [kWh/m3] se estima en US$ 5.733.935, para un consumo específico de 2,89 [kWh/m3] es de US$ 5.760.341 y finalmente para un consumo específico de 3,06 [kWh/m3] es de US$ 5.800.925. En todos los casos el aerogenerador utilizado fue el Aeronautica 29-225, ya que, su evaluación económica fue mayor sobre otros aerogeneradores siendo los VAN de US$ $ 2.446.639, US$ $ 2.366.207 y US$ 2.263.281 para los distintos consumos específicos respectivamente.

Ingeniero Civil Eléctrico / El presente trabajo de memoria aborda el análisis de riesgo de distintas alternativas de contratación de energía para generadores renovables eólicos y solares, considerando una proyección de las condiciones del sistema eléctrico SIC (Sistema Interconectado Central) y del mercado eléctrico futuro (e.g. 2025) mediante el uso de modelos matemáticos de despacho de carga. Lo anterior se logra a través de tres etapas claramente diferenciadas; generación de escenarios de trabajo (precios de combustibles, disponibilidad de recursos renovables y capacidad instalada de generación), simulaciones sistémicas (para obtener proyecciones del precio spot a futuro) y finalmente evaluación de riesgo (para identificar las mejores alternativas de contratación). En la primera etapa se construyen escenarios proyectados de diversas matrices energéticas al año 2025 (considerando varias proyecciones desde una participación importante de centrales eólicas hasta con un intensivo desarrollo en base a combustibles fósiles), combinadas con hidrologías probabilísticas asociadas a afluentes a embalses y centrales de pasada, proyecciones de precios de combustibles y estimaciones de perfiles de disponibilidad de Recursos Energéticos Renovables no Convencionales (ERNC), realizadas mediante representaciones en series de tiempo obtenidas a partir de perfiles reales históricos. En una segunda etapa y con el objetivo de capturar de la mejor forma posible la estocasticidad asociada a la operación futura del sistema eléctrico SIC, se realizan 81.000 simulaciones sistémicas sobre las diversas combinaciones de los escenarios de operación definidos previamente, siendo el enfoque la obtención de despachos de carga y precios spot horarios. Finalmente, se calculan los márgenes mensuales para diversas estructuras contractuales que cubren de diferentes maneras el riesgo asociado a la interacción con el mercado spot por parte de un generador renovable. Para hacer esto se consideran dos esquemas de contratación de energía (mediante bloques horarios diferenciados y bloque único), además de dos niveles de contratación. Finalmente se realiza una evaluación de riesgo utilizando la métrica Conditional Value at Risk (CVaR), aplicada sobre diferentes histogramas que representan márgenes mensuales de un generador en función de su probabilidad de ocurrencia asociada. Este trabajo muestra que los niveles eficientes de contratación ERNC (solar y viento) deben considerar un volumen de energía menor que la energía generable (esperada) para evitar compras en el mercado spot en el caso que el recurso no esté disponible. También se muestra que si bien la contratación de largo plazo puede ser efectiva en disminuir los niveles de riesgo de nuevos proyectos ERNC, también puede elevar significativamente los niveles de exposición al riesgo dependiendo de la estrategia de contratación (cantidad y tipo de contrato), sobre todo en el caso de proyectos solares, donde los niveles de exposición al riesgo pueden variar de manera importante en función del volumen de contratación (lo que también ocurre en menor medida para proyectos eólicos).

El ahorro energético cada día cobra más importancia en el mundo. Los países desarrollados han aplicado normas técnicas hace ya bastante tiempo y en Chile, el tema ha empezado a masificarse hace algunos años a través de profesionales especializados y encargados de implementar esta materia en la edificación. El tema de este trabajo fue propuesto y apoyado por la CDT (Corporación de Desarrollo Tecnológico), corporación que contactó a la empresa AXISDC, dueña de las viviendas analizadas, ubicadas en la Región de los Lagos. El objetivo principal es unirse al desarrollo de la construcción sustentable en el país, logrando unir dos factores importantes de este concepto: el aspecto ecológico y el aspecto económico. Para esto se modelaron tres viviendas ya construidas, con el fin de estimar su demanda energética de calefacción, luego se utilizaron distintas alternativas de aislación térmica para la envolvente con el fin de comparar valores en ahorro energético de las viviendas. Al mismo tiempo que se analizaron alternativas de aislamiento térmico para las envolventes de las viviendas, se estudiaron posibles instalaciones de tecnologías eficientes energéticamente para el calentamiento de aguas sanitarias. Luego, se desarrollaron las respectivas evaluaciones económicas bajo diferentes escenarios para observar la factibilidad económica de la ejecución de los cambios propuestos. Para complementar el trabajo se llevaron a cabo experimentos de permeabilidad al vapor de agua de algunos materiales usados frecuentemente en la construcción. De acuerdo a los resultados obtenidos, es posible técnica y económicamente implementar mejoras de resistencia térmica en la envolvente de las viviendas, además de aplicar tecnologías de ahorro energético para el calentamiento de aguas, consiguiendo con esto un ahorro económico importante. El combustible que puede ahorrar mensualmente una familia es significativo y es por eso que poco a poco ha ido expandiéndose este concepto en el país, ya que es un factor imprescindible para el futuro de la construcción en general.