Instalaciones Solares y Microrredes Energéticas: Fundamentos, Diseño y Cálculo

General

Program Description

  • Periodo: del 6 al 31 de julio de 2020
  • Número de horas lectivas: 80
  • Coordinador: Dr. Manuel Pérez García; Universidad de Almería CIESOL - Centro de Investigaciones en Energía Solar
  • Área de conocimiento: Física Aplicada
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Introducción

Iberoamérica alberga algunas de las regiones con mayor potencial solar a nivel mundial y muchas de ellas son ya focos de proyectos específicos muy activos y relevantes. En estos focos se están abordando tanto aplicaciones relacionadas con la generación de calor y electricidad para entornos aislados como otras aplicaciones emergentes como la integración de plantas termosolares y fotovoltaicas en las redes de distribución nacionales y regionales, el tratamiento de aguas o la alimentación de procesos industriales y productivos. A lo anterior hay que sumar la demostrada implicación de instituciones y gobiernos en la lucha contra el cambio climático tal y como queda reflejado por la adhesión de la práctica totalidad de los estados latinoamericanos a los acuerdos de las derivados de las diferentes cumbres de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático y la creciente adopción de iniciativas de promoción y financiación de este tipo de fuentes en sus legislaciones nacionales.

Se trata pues de un proceso imparable y puede resultar de interés el ofrecer a los futuros ingenieros y profesionales latinoamericanos la oportunidad de aprovechar la experiencia en este ámbito de los centros de investigación y las universidades españolas. Esta interacción tiene además la ventaja de su bidireccionalidad ya que, este tipo de procesos sirven para que los centros españoles mejoren sus capacidades a través de los requerimientos y experiencias provenientes de los proyectos desarrollados en América Latina.

El CIESOL (www.ciesol.es ), Centro de Investigación en Energía Solar, es un centro mixto de la Universidad de Almería y la Plataforma Solar de Almería (www.psa.es ). Fundado a partir de un convenio firmado en el año 2006, recoge más de 25 años de experiencia en proyectos colaborativos entre ambas instituciones. Aunque el centro se dedica primordialmente a actividades de investigación aplicada en campo de la energía solar, las infraestructuras disponibles y la experiencia acumulada por su personal permite abordar, suplementariamente, actividades de formación específica en 3 modalidades: 1) formación de estudiantes de doctorado que inician su carrera investigadora, 2) apoyo a actividades académicas regladas en estudios de grado y máster de la Universidad de Almería y 3) la realización de cursos especializados a demanda de empresas o instituciones. Relacionados con los contenidos del curso el centro cuenta con especialistas en modelización, control avanzado y monitorización de instalaciones solares térmicas y fotovoltaicas para aplicaciones en edificios y en la industria, incluyendo entre otros procesos los de desalación y tratamiento de aguas. Entre las infraestructuras a disposición para actividades demostrativas el centro cuenta una instalación solar de gran formato de 80 módulos de placa plana (160 m2), una instalación fotovoltaica de 9 kWp, un sistema de almacenamiento térmico constituido por dos tanques de 5000 l y un sistema de refrigeración por absorción de 70 kW conectado al campo solar. Diferentes lazos térmicos y eléctricos interconectados al sistema proveen energía térmica a distintas aplicaciones en el edificio. A las mismas, y en una escala mayor, se puede añadir también una planta de un 1 MW de potencia fotovoltaica que aporta más de la cuarta parte de la electricidad consumida por la propia Universidad de Almería. Adicionalmente, el centro cuenta con una amplia red de contactos con empresas y profesionales del sector que colaboran en actividades de formación y divulgativas.

Objetivos

El curso tiene como principal objetivo el proveer a sus estudiantes de un conjunto de conocimientos y competencias en herramientas de cálculo que les permitan realizar diseños y dimensionados básicos de instalaciones solares térmicas y fotovoltaicas para aplicaciones en su entorno de trabajo habitual. Para la obtención de este objetivo general, se abordarán los siguientes objetivos particulares:

  • Aportar a los asistentes al curso los fundamentos necesarios para la comprensión y modelización en los sistemas solares térmicos y fotovoltaicos
  • Comprender del movimiento aparente del sol con relación a su aprovechamiento como fuente energética en dispositivos de captación solar
  • Establecer y explotar los métodos de obtención de valores de radiación disponible a efectos de diseño de instalaciones
  • Conocer la estructura y fundamentos de funcionamiento de los captadores solares planos para aplicaciones en baja temperatura
  • Conocer la estructura y fundamentos de funcionamiento de los captadores solares concentradores para aplicaciones en media y alta temperatura
  • Identificar y conocer el funcionamiento de los elementos que constituyen una instalación solar completa para instalaciones de baja temperatura (captadores, intercambiadores de calor, sistema de almacenamiento, dispositivos de interconexionado y distribución térmica)
  • Conocer la estructura y fundamentos de funcionamiento de los módulos solares fotovoltaicos
  • Identificar y conocer el funcionamiento de los elementos que constituyen una instalación solar fotovoltaica (generadores, sistema de almacenamiento, dispositivos de interconexionado y adaptación eléctrica)
  • Alcanzar capacidades de uso de herramientas informáticas para abordar diseño básico de instalaciones solares con aplicaciones específicas (SAM, F-chart, TRNSYS, PVWatts)

Contenidos

Módulos

Módulo 1: Evaluación de Recursos Solares

  • Naturaleza energética y componentes de la radiación solar
  • Movimiento aparente del sol: aplicaciones al diseño de instalaciones solares
  • Estimación de valores de radiación disponible
  • Fuentes y manejo de datos de radiación solar para proyectos de instalaciones
  • Otros datos climáticos con aplicación al modelado y diseño de instalaciones solares

Módulo 2: Energía Solar Térmica

  • Fundamentos de la conversión termosolar de baja temperatura. El colector plano
  • Fundamentos de la conversión termosolar de media y alta temperatura. Sistemas de concentración solar
  • Elementos y sistemas de aprovechamiento térmico de la radiación solar (tanques de almacenamiento térmico, conducciones y elementos de control, intercambiadores y otros elementos propios). Normalización y ensayo en energía solar térmica
  • Diseño y optimización de instalaciones solares térmicas. Control y modelado de instalaciones solares térmicas. Caracterización de demandas de calor orientada a la integración solar. Métodos dinámicos de dimensionado de instalaciones solares térmicas. Optimización funcional, económica y medioambiental de instalaciones térmicas

Módulo 3: Energía Solar Fotovoltaica

  • Fundamentos de la conversión fotovoltaica: semiconductores y unión p-n. Caracterización y operación de células solares. Fabricación. Nuevos materiales fotovoltaicos
  • Elementos y componentes en sistemas fotovoltaicos. Módulos y arrays fotovoltaicos. Sistemas de conversión de potencia. Sistemas de almacenamiento eléctrico. Caracterización funcional y estructural de instalaciones fotovoltaicas
  • Aplicaciones fotovoltaicas . Instalaciones autónomas, plantas de potencia, agricultura y edificios. Nuevas aplicaciones fotovoltaicas
  • Diseño y optimización de instalaciones fotovoltaicas. Caracterización de demandas eléctricas orientada a la integración fotovoltaica. Métodos dinámicos de dimensionado de instalaciones fotovoltaicas autónomas y conectadas a red. Optimización funcional, económica y medioambiental de sistemas fotovoltaicos

Módulo 4: Laboratorio de Aplicaciones Solares

  • Estudio de las componentes de radiación disponible. Estimación de inclinación óptima de los sistemas de captación solar
  • Estudio de bases de datos de radiación solar. Aplicación a proyectos específicos
  • Cálculo experimental del rendimiento de un colector solar en banco de ensayos de captadores solares. Instrumentación y medida
  • Caracterización eléctrica de módulos fotovoltaicos
  • Análisis de parámetros de de funcionamiento de una instalación fotovoltaica real

Metodología

La metodología a aplicar comprende tanto clases de tipo teórico, que ocuparán un 40% de la dedicación docente como actividades prácticas, que supondrán el 60% de la dedicación del estudiante y que serán de 3 tipos: resolución de problemas y casos de aplicación, uso de herramientas informáticas y visitas guiadas a instalaciones. Las actividades prácticas incluyen las pruebas y evaluaciones de los alumnos. La distribución de las clases y su formato serán:

  • Clases magistrales sobre los contenidos teóricos (40 %, 32 horas). Usando como referencia los tratados indicados en la bibliografía así como material propio de la UAL se impartirán las correspondientes clases de teoría usando los medios clásicos (transparencias y explicaciones en pizarra)
  • Clase de problemas y cálculos para casos de aplicación (25%, 20 horas). Se realizarán en el aula, promoviendo tanto el trabajo autónomo como el trabajo colaborativo del alumnado, sobre la base de relaciones de problemas y casos prácticos elaboradas ad hoc para el curso, incluyendo la consideración de la localización de instalaciones en distintos emplazamientos en América Latina.
  • Uso de herramientas informáticas de modelado y dimensionado (20%, 16 horas). Se impartirán en un aula de Informática de la UAL en la que se proveerá el acceso a los softwares específicos propuestos en el curso (SAM, TRNSYS, F-chart). Se aportará un tutorial básico en cada uno de ellos y un caso de aplicación.
  • Programa de visitas técnicas guiadas a instalaciones solares (10%, 8 horas). Se dedicarán dos días completos del curso a realizar visitas a instalaciones guiadas por técnicos especialistas responsables de las mismas.
  • Pruebas y evaluaciones (5%, 4 horas)

Visitas Profesionales y Actividades Académicas Complementarias

  • Visita 1: Instalaciones del centro CIESOL (instalación solar, sistemas de almacenamiento y distribución e instalación frigorífica por absorción para condicionamiento climático del edificio)
  • Visita 2: Instalación solar fotovoltaica en el parking norte de la Universidad de Almería.
  • Visita 3: Visita a instalación solar en vivienda unifamiliar ejecutada por ACE Servicios Energéticos S.L. y presentación de su sistema de monitorización
  • Visita 4: Visita a instalaciones solares de media y alta temperatura en la Plataforma Solar de Almería
  • Visita 5: Visita a Instalación híbrida solar-biomasa para aplicaciones en invernadero en el centro IFAPA de la Mojonera (Almería)

Evaluación

La evaluación se corresponderá con la metodología docente y consistirá en las siguientes pruebas y porcentaje: 1) Examen de tipo test sobre contenidos teóricos: 40% de la nota, 2) Entrega de casos prácticos, ficheros y desarrollos de la aplicación de herramientas informáticas: 50 % y 3) Entrega de informes de visitas técnicas: 10%

Last updated Jan 2020

About the School

The University of Almería, Spain, organizes summer courses each July since 2013. They are designed by the most prestigious experts of the leading-edge fields of our University and are taught by Doctor ... Read More

The University of Almería, Spain, organizes summer courses each July since 2013. They are designed by the most prestigious experts of the leading-edge fields of our University and are taught by Doctors and Full Professors of proven expertise and experience in their respective areas of knowledge. All courses have an eminently practical focus and include visits to industries and companies of the field. Read less