Análisis de viabilidad de un sistema de cogeneración FV/Termosolar

Abstract

A Photovoltaic/Thermal (PV/T) hybrid system is able to simultaneously produce electricity and heat from solar radiation. The feasibility of implementing these systems depends primarily on climatic and economic characteristics of the location where it will be placed. Currently there have been a few studies in which the feasibility of using such systems in Mexico is evaluated. Therefore in this work the development of a techno-economic study is presented to predict the performance of a system of this type, and determine the feasibility of implementing it. For this purpose, first a PV/T hybrid system designed to partially cover the needs of electricity and domestic water heating in the domestic sector was proposed. Subsequently, a heat transfer model for the system was developed in order to obtain expressions with which it is possible to quantify its performance taking into account from design features, to weather conditions. Then, using the TRNSYS software, system operation was simulated over a full year using data from typical meteorological year of the city of Morelia, Michoacan. Afterwards, an economic analysis was conducted, in wich the inherent cash flows in the use of the system were calculated, later, some economic indicators were computed to determine the feasibility of implementing the system. Finally a prototype of a hybrid collector PV / T is constructed. The prototype was put into operation and both thermal and electrical measurements were taken. The results of the analysis show that the proposed system produces effectively and in simultaneous way, electricity and thermal energy, proving the feasibility.

Un sistema híbrido Fotovoltaico/Térmico (FV/T) es capaz de producir simultáneamente electricidad y calor a partir de la radiación solar. La viabilidad de implementar estos sistemas depende principalmente de las características climáticas y económicas del lugar donde se vaya a situar. Actualmente se han llevado a cabo pocos estudios en donde se evalúe la factibilidad de utilizarlos dentro de México, por tal motivo en este trabajo se presenta el desarrollo de un estudio técnico-económico para predecir el desempeño de un sistema de este tipo, y determinar la viabilidad de implementarlo. Para esto, primeramente se propuso la configuración de un sistema híbrido FV/T destinado a cubrir parcialmente las necesidades de electricidad y calentamiento de agua sanitaria en el sector doméstico. Posteriormente, se desarrolló un modelo de transferencia de calor del sistema, para así obtener expresiones con las cuales es posible cuantificar su desempeño, tomando en cuenta desde características de diseño hasta condiciones climáticas. Posteriormente mediante el software TRNSYS, se simuló el funcionamiento del sistema a lo largo de un año completo, utilizando datos del año meteorológico típico de la ciudad de Morelia, Michoacán. Después se realizó un análisis económico en el cual se calcularon los flujos de efectivo inherentes al uso del sistema, y con estos se computaron algunos indicadores económicos para así determinar la viabilidad de implementarlo. Finalmente se construyó un prototipo de un colector híbrido FV/T. El prototipo se puso a funcionar y se le tomaron mediciones de algunas variables térmica y eléctricas. Los resultados del análisis muestran que el sistema propuesto produce de manera simultánea y efectiva, energía eléctrica y térmica, siendo viable desde el punto de vista técnico y económico.