Vol. 21 Núm. 2 (2022): Revista UIS Ingenierías
Artículos

Diseño de un árbol solar para la seccional del Bajo Cauca de la Universidad de Antioquia

Juan Pablo Castaño-Serna
Universidad de Antioquia
Valentina Bolaños-Ibáñez
Universidad de Antioquia
Luis Miguel Garnica-Zuñiga
Universidad de Antioquia
Leidy Bibiana De La Ossa-Villadiego
Universidad de Antioquia
Sergio Agudelo-Flórez
Universidad de Antioquia
Edwin Lenin Chica-Arrieta
Universidad de Antioquia

Publicado 2022-03-30

Palabras clave

  • energía solar,
  • árbol solar,
  • horas solar pico,
  • estructura del árbol solar,
  • diseño de un sistema fotovoltaico

Cómo citar

Castaño-Serna, J. P., Bolaños-Ibáñez , V. ., Garnica-Zuñiga , L. M., De La Ossa-Villadiego, L. B., Agudelo-Flórez , S. ., & Chica-Arrieta, E. L. (2022). Diseño de un árbol solar para la seccional del Bajo Cauca de la Universidad de Antioquia . Revista UIS Ingenierías, 21(2), 71–86. https://doi.org/10.18273/revuin.v21n2-2022007

Resumen

En este trabajo se presenta el diseño conceptual y de detalle de una estructura de metal que asemeja un árbol real con ramas, en cuya parte superior se ubican paneles solares fotovoltaicos. La energía generada será usada para cargar baterías de móviles, tabletas y computadoras portátiles de la comunidad universitaria de la seccional del Bajo Cauca de la Universidad de Antioquia, localizada en las coordenadas de latitud 7,990584° y longitud −75,193100°. Para el diseño del árbol, inicialmente, se realizó una estimación del recurso solar en la seccional, por lo que se estableció que el promedio anual de las horas solar pico fue equivalente a 18,74 MJ/m2. Con base en un requerimiento energético diario de 1400 Wh/día, se determinó que el número de paneles a instalarse de 180 Wp es de 2. La estructura del árbol fue analizada numéricamente utilizando un software de elementos finitos con el fin de determinar las tensiones y deformaciones debidas a las cargas externas y a su propio peso para garantizar su integridad estructural. El diseño presentado constituye una estructura portátil que puede producir energía verde y proporcionar un lugar de encuentro en la seccional del Bajo Cauca.

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.

Referencias

  1. J. Ajayan, D. Nirmal, P. Mohankumar, M. Saravanan, M. Jagadesh, L Arivazhagan, “A review of photovoltaic performance of organic/inorganic solar cells for future renewable and sustainable energy technologies”, Superlattices and Microstructures, 106549, 2020, doi: https://doi.org/10.1016/j.spmi.2020.106549
  2. l. Hernández-Callejo, S. Gallardo-Saavedra, V. Alonso-Gómez, “A review of photovoltaic systems: Design, operation and maintenance”, Solar Energy, vol. 188, pp. 426-440, 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.solener.2019.06.017
  3. B.N. Stram, “Key challenges to expanding renewable energy”, Energy Policy, vol. 96, pp. 728-734, 2016, doi: https://doi.org/10.1016/j.enpol.2016.05.034
  4. P. A. Owusu, S. Asumadu-Sarkodie, “A review of renewable energy sources, sustainability issues and climate change mitigation”, Cogent Engineering, vol. 3, no. 1, pp. 1167990, 2016, doi: https://doi.org/10.1080/23311916.2016.1167990
  5. N. Kannan, D.Vakeesan, “Solar energy for future world:-A review”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 62, pp.1092-1105, 2016, doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.05.022
  6. F. Henao, I. Dyner, “Renewables in the optimal expansion of colombian power considering the Hidroituango crisis”, Renewable Energy, vol. 158, pp. pp. 612-627, 2020, doi: https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.05.055
  7. O. Pupo-Roncallo, J. Campillo, D. Ingham, K. Hughes, M. Pourkashanian, “Renewable energy production and demand dataset for the energy system of Colombia”, Data in Brief, vol. 28, 105084, 2020, doi: https://doi.org/10.1016/j.dib.2019.105084
  8. J. Arias-Gaviria, S. X. Carvajal-Quintero, S. Arango-Aramburo, “Understanding dynamics and policy for renewable energy diffusion in Colombia”, Renewable Energy, vol. 139, pp. 1111-1119, 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.02.138
  9. D. Rodríguez-Urrego, L. Rodríguez-Urrego, “Photovoltaic energy in Colombia: current status, inventory, policies and future prospects”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 92, pp. 160-170, 2018, doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.04.065
  10. T. Gómez-Navarro, D. Ribó-Pérez, “Assessing the obstacles to the participation of renewable energy sources in the electricity market of Colombia”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 90, pp. 131-141, 2018, doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.03.015
  11. T. Schunder, D. Yin, S. Bagchi-Sen, K. Rajan, “A spatial analysis of the development potential of rooftop and community solar energy”, Remote Sensing Applications: Society and Environment, vol. 19, pp. 100355, 2020, https://doi.org/10.1016/j.rsase.2020.100355
  12. F. Hyder, P. Baredar, K. Sudhakar, R. Mamat, “Performance and land footprint analysis of a solar photovoltaic tree”, Journal of Cleaner Production, vol. 187, pp. 432-448, 2018, doi: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.03.249
  13. S. Dey, B. Pesala, “Solar tree design framework for maximized power generation with minimized structural cost”, Renewable Energy, vol. 162, pp. 1747-1762, 2020, doi: https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.07.035
  14. S. Dey, M. Lakshmanan, B. Pesala, “Optimal solar tree design for increased flexibility in seasonal energy extraction”, Renewable Energy, vol 125, pp. 1038-1048, 2018, doi: https://doi.org/10.1016/j.renene.2018.02.017
  15. F. Hyder, K. Sudhakar, R. Mamat, “Solar PV tree design: A review”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 82, pp. 1079-1096, 2018, doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.09.025
  16. Global Photovoltaic Power Potential by Country, Global Solar Atlas, 2020. [En línea]. Disponible en: https://globalsolaratlas.info/global-pv-potential-study
  17. S. A. Kalogirou, “Environmental Characteristics”, en Solar Energy Engineering. USA: Academic Press, 2013, pp. 49-762, doi: https://doi.org/10.1016/C2011-0-07038-2
  18. C. Stanciu, D. Stanciu, “Optimum tilt angle for flat plate collectors all over the World–A declination dependence formula and comparisons of three solar radiation models”, Energy Conversion and Management, vol. 81, pp. 133-143, 2014, doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2014.02.016
  19. A. Rubio-Clemente, E. Chica, G. A. Penuela, “Photovoltaic array for powering advanced oxidation processes: Sizing, application and investment costs for the degradation of a mixture of anthracene and benzo [a] pyrene in natural water by the UV/H2O2 system”, Journal of Environmental Chemical Engineering, vol. 6, no. 2, pp. 2751-2761, 2018, doi: https://doi.org/10.1016/j.jece.2018.03.046
  20. A. Z. Hafez, A. Soliman, K. A. El-Metwally, I. M. Ismail, “Tilt and azimuth angles in solar energy applications–A review”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 77, pp. 147-168, 2017, doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.03.131
  21. C. Nicolás-Martín, D. Santos-Martín, M. Chinchilla-Sánchez, S. Lemon, “A global annual optimum tilt angle model for photovoltaic generation to use in the absence of local meteorological data”, Renewable Energy, vol. 161, pp. 722-735, 2020, doi: https://doi.org/10.1016/j.renene.2020.07.098
  22. T. Khatib, A. Ibrahim, M Azah, “A review on sizing methodologies of photovoltaic array and storage battery in a standalone photovoltaic system”, Energy Conversion and Management, vol. 120, pp. 430-448, 2016, doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2016.05.011
  23. Khan, Faizan A., Nitai Pal, and Syed H. Saeed, “Review of solar photovoltaic and wind hybrid energy systems for sizing strategies optimization techniques and cost analysis methodologies”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 92, pp. 937-947, 2018, doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.04.107
  24. D. M. Patil, S. R. Madiwal, “Design and development of solar tree for domestic applications”, International Journal of Engineering Sciences & Research Technology, vol. 5, no. 8, pp. 102-111, 2016, doi: https://doi.org/10.5281/zenodo.59963
  25. P. G. Nikhil, D. Subhakar, “An improved algorithm for photovoltaic system sizing”, Energy Procedia, vol. 14, pp. 1134-1142, 2012, doi: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2011.12.1066
  26. S. S. Awaze, K. N. Bhamburkar, A. P. Babare, A. R. Asode, S. P. Bargat, “Design and Fabrication of Solar Tree”, International Journal of Latest Engineering Research and Applications (IJLERA), vol. 03, no. 05, pp. 24-29, 2016.
  27. A. Awasthi, A. Kumar Shukla, M. Manohar S.R., C. Dondariya, K. N. Shukla, D. Porwal, G. Richhariya, “Review on sun tracking technology in solar PV system”, Energy Reports, vol. 6, pp. 392-405, 2020, doi: https://doi.org/10.1016/j.egyr.2020.02.004
  28. Y. E. Abu Eldahab, N. H. Saad, A. Zekry, “Enhancing the design of battery charging controllers for photovoltaic systems”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 58, pp. 646-655, 2016, doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.12.061
  29. S. Qazi, “Fundamentals of Standalone Photovoltaic Systems”, Standalone Photovoltaic (PV) Systems for Disaster Relief and Remote Areas. Editorial: Elsevier, pp. 31-82, 2017.
  30. S. Sirnivas, W. Musial, B. Bailey, M. Filippelli, “Assessment of offshore wind system design, safety, and operation standards”, National Renewable Energy Laboratory, United States, NREL/TP-5000-60573, 2014.
  31. S.l Roach, S. Myung Park, E.Gaertner, J. Manwell, M. Lackner, “Application of the New IEC International Design Standard for Offshore Wind Turbines to a Reference Site in the Massachusetts Offshore Wind Energy Area”, In Journal of Physics: Conference Series, vol. 1452, pp. 012038, 2020, doi: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1452/1/012038