Desarrollo de un modelo de optimización para la configuración óptima de sistemas de captación de energía solar para uso habitacional

Abstract

Various alternative forms of energy that can be sustainable have been recently investigated. In this context, in Mexico the energy consumption for heating water in homes represents a high percentage of the global energy consumed. Traditionally, households in Mexico have implemented a system that includes a boiler where it burns LP gas with its consequential emissions and economic impacts. Recently, several homes have implemented systems for water heating using solar energy; however, this implementation has not considered the optimal design of the system and they are based on standards suitable for info:eu-repo/semantics/other countries and places. Therefore, important variables such as the availability of solar radiation throughout the year, as well as restrictions on the size of the solar heater and the temperatures of the streams in the water distribution system have not been considered during the selection. Therefore, this work presents an optimization model that considers the efficient use of energy in houses, using energy efficiently is possible to reduce costs and get environmental benefits by reducing the impact of energy production towards the environment. The model considers the availability of sunlight throughout the year, in addition to optimize the hot water distribution, as well as the optimization of the size of the solar collector and its storage tank taking into account the minimization of the total cost and the reduction of greenhouse gas emissions, such as economic and environmental objective functions, respectively.

Recientemente se han investigado diversas formas alternas de energía que puedan ser sustentables. En este contexto, en México el consumo de energía para calentar agua en los hogares, representa un alto porcentaje del consumo global de energía. Tradicionalmente, los hogares en México tienen implementado un sistema que incluye un boiler donde es quemado gas LP, con sus consecuentes emisiones e impactos económicos. Recientemente, varios hogares, han implementado sistemas de calefacción de agua utilizando energía solar; sin embargo, esta implementación no ha considerado el diseño óptimo del sistema; además, están basados en estándares adecuados para otros países y lugares. Por lo tanto, variables importantes como la disponibilidad de radiación a lo largo del año, así como restricciones respecto del tamaño del calentador solar y las temperaturas de las corrientes en el sistema de distribución de agua no han sido consideradas en su selección. Este trabajo presenta un modelo de optimización que considera el uso eficiente de energía en casas habitación, ya que, al usar eficientemente la energía, es posible, disminuir costos y obtener beneficios ambientales, disminuyendo el impacto que la producción de energía tiene hacia el ambiente. El modelo considera la disponibilidad de la radiación solar a lo largo del año, además de la optimización del sistema de distribución horaria del agua caliente, así como la optimización del tamaño del colector solar y su tanque de almacenamiento, tomando en cuenta la minimización del costo total y la disminución de los gases de efecto invernadero, como funciones objetivo económica y ambiental, respectivamente.