Diseño de un sistema de abastecimiento eléctrico con energía renovable solar y eólica para disminuir la huella de carbono de una edificación, manteniendo el confort durante la operación de aires acondicionados

Abstract

La energía renovable se define como una fuente de energía basada en la utilización del sol, el viento, el agua, la biomasa vegetal o animal, biogás, biocombustibles y el calor de la corteza de la tierra. Estas fuentes de energía se caracterizan por no utilizar combustibles fósiles, sino recursos que son capaces de renovarse fácilmente. Según la Asociación Internacional de la Energía, la energía solar generó más de 994 TWh alrededor del mundo en el 2021, representando el 60% del crecimiento de las energías renovables, convirtiendo a la energía solar la más popular e importante entre todas las fuentes de generación de energía. Relacionado con esto, la energía solar fotovoltaica también es de las fuentes más desarrolladas en la actualidad. Según informes de la organización ecologista Greenpeace, esta fuente podría llegar a suministrar la demanda energética necesaria para abastecer a dos terceras partes de la población mundial para el año 2030. Este tipo de generación de energía solar se basa en la producción de energía mediante el uso de células fotovoltaicas, las cuales utilizan la radiación solar. Los paneles solares conforman una estructura rectangular con una unidad básica de transformación, las cuales van unidas al panel sobre una plancha recubierta de un plástico llamado EVA. Para poder convertir la energía obtenida por la radiación solar en energía eléctrica, estos paneles cuentan con inversores. Este tipo de instalaciones se puede utilizar en techos de edificaciones o espacios amplios, donde, según su tamaño y consumo energético, pueden llegar a abastecer una gran cantidad de la energía requerida por la edificación o establecimiento. Otra de las fuentes de energía renovable que puede proveer un gran beneficio a las edificaciones es la energía eólica, la cual se basa en la utilización del viento como su fuente principal de producción de energía. Esta fuente de energía utiliza generadores eléctricos, los cuales son capaces de generar energía eléctrica por medio del movimiento de las aspas. Tomando en cuenta estas dos fuentes de energía renovables, este trabajo busca desarrollar el diseño de un sistema híbrido, implementando los dos tipos de generación de energía renovable para poder abastecer la demanda energética de los sistemas de acondicionamiento de aire de una edificación, sin perder las condiciones de confort para los usuarios y poder disminuir la huella de carbono que ejerce la edificación. Para poder lograr este diseño, se debe calcular la demanda energética de los sistemas de climatización en base a la potencia que requieren en condensación para mantener una temperatura de confort dentro de los niveles. Así como también se debe realizar un estudio de las condiciones climáticas del sitio para poder determinar el sistema híbrido de generación de energía que se implementará, tomando en cuenta el área disponible, la vida útil y la eficiencia de los equipos que se utilizarán. Al concluir con el diseño, también se realizará una comparativa de la disminución de la huella de carbono que el edificio emitirá utilizando el sistema de generación de energía híbrido, así como el ahorro económico que se recibe en cuanto a la energía y el tiempo estimado de retorno de inversión

As energy consumption increases globally, the need to implement renewable energy sources to reduce greenhouse gas emissions increases as well. In the construction sector, the carbon footprint generated by the climate control system throughout the buildings’ lifetime can become one of the biggest consumers of electricity due to its high demand. Therefore, implementing a hybrid solar-wind energy system to power the buildings climate control system can help to significantly reduce its greenhouse gas emissions and help with its carbon footprint. This system gives the ability to take advantage of both the sun and the wind that is generated daily. This study aims to design a renewable energy system that can provide energy to the air conditioning system in a designated building, aiming to reduce the carbon footprint generated by the design without compromising the thermal comfort of its users. Also, this study aims to perform a comparative analysis of the achievement in terms of carbon footprint reduction as well as the potential return on investment that implementing this system can offer, providing a technical and responsible solution to the global energy consumption challenges.