Sistema de iluminación para el interior de edificios y casas utilizando luz solar reflejada hacia el interior

por medio de un arreglo de espejosSantiago Vásquez #1

#1 Profesional en formación, Universidad Técnica Particular de Loja

Loja, Ecuador

1sdvasquez@utpl.edu.ec

Resumen—Se describe en este trabajo una alternativa para la iluminación en el interior de edificios y casas desarrollada en la Universidad de British Columbia, el cual consiste en aprovechar la luz natural del día reflejándola hacia el interior de edificios, se presentan las características principales de este sistema y se plantea este sistema como una alternativa a futuro de iluminación de bajo coste y ahorro de energía eléctrica.

Palabras claves— energía, luz natural, iluminación, eficiencia, espejos.

I. INTRODUCCIÓN

A través de este sistema de iluminación solar se brindaría iluminación en un edificio o casa en el día en regiones en el interior que no consten con ventanas y necesiten estar iluminadas durante el día, con el fin de reducir sustancialmente la necesidad de iluminación eléctrica. En los edificios de oficinas la energía requerida para la iluminación eléctrica es más del 30% del consumo total eléctrico del edificio [2]. Por lo que este proyecto tiene como objetivo demostrar el desarrollo de un sistema de iluminación natural básica que conlleve un ahorro de energía y en consecuencia, la aplicación de esta tecnología se traducirá en una reducción significativa de las emisiones de gases de efecto invernadero.

Este sistema se lo podría utilizar en cualquier edificio estándar. Cabe recalcar que esta investigación se la empezó a desarrollar en la Universidad de British Columbia por varios investigadores [2], y lo que se pretende es mostrar una alternativa en los sistemas de iluminación y para su futura implementación y consideración ya que es un sistema beneficioso y de bajo coste comparado con el ahorro de energía eléctrica que proporcionaría en el edificio donde se instale.

II. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

A. Diseño del Sistema

El sistema de iluminación solar aquí descrito incluye una estructura para recoger la luz solar y un sistema de distribución para dentro del edificio. El elemento de recolección de la luz solar, se ilustra en la Fig. 1, es montado encima de las ventanas a lo largo de la pared del edificio, este se encuentra recubierto por una cubierta transparente. La cubierta protege los elementos ópticos de

las inclemencias del tiempo, estos componentes se pueden hacer con materiales relativamente baratos y ligeros.

Fig. 1. Diseño del colector de luz solar [2].

La luz del sol concentrada es dirigida hacia las estructuras de distribución de la luz dentro de la cavidad del techo en cada planta. Esta distribución se la hace por medio de guías de luz de doble función que sirven como transporte y distribución de la luz del sol, y al mismo tiempo operan como ducto de instalaciones eléctricas para complementar la iluminación cuando sea necesario [2].

B. Materiales que componen el colector de luz solar

- Arreglo de espejos: El arreglo de espejos con el que se ha probado hasta ahora tiene elementos dispuestos en forma de mariposa es decir tiene un eje vertical que permite una rotación con la ayuda de dos pequeños motores controlados a través de una PC, esto con el fin de lograr una máxima eficiencia, y así cada espejo sea orientado de acuerdo a la posición del sol.Cada módulo que recolecta la luz solar está compuesto por dos arreglos de espejos, cada uno formado por 35 espejos, como se muestra en la Fig. 2.

Fig. 2. Módulo que consiste en dos arreglos de espejos [2]

El sistema de movimiento de los espejos puede ser alimentado por un panel fotovoltaico 10 cm x 10 cm, debido a que los motores utilizados no requieren de potencia mayores. Por lo que este sistema puede ser autosuficiente.Estos espejos también tendrán una estructura especial polarizada que reflejen en la menor cantidad posible ondas de calos hacia adentro y se eviten problemas con la temperatura

- Espejos concentradores parabólicos: La luz solar que es redirigida por la matriz de espejos es entonces enfocada hacia la apertura de la guía de luz por dos espejos con forma de paraboloide. Aunque la estructura de la forma apropiada, paraboloide se puede lograr utilizando una serie de técnicas de fabricación estándar.

- Protección del módulo: El recubrimiento del módulo de recolección de luz solar protege los componentes del viento, las precipitaciones y la suciedad, permitiendo el uso de materiales relativamente barato y ligero y eliminando la necesidad de un mantenimiento regular del módulo [2].La protección, se muestra en la Fig. 3, mide 80 cm de ancho en la parte superior, 100 cm de ancho en la parte inferior y 130 cm de alto. Se utiliza láminas de acrílico con un componente de filtrado de rayos UV, se utiliza para la ventana frontal transparente, mientras que los lados, de atrás y de arriba se hacen con material de aluminio ligero y rígido.Además esta protección debe estar herméticamente sellada para mantener los componentes ópticos limpios, pero, ya que experimentarán cambios de temperatura, es necesario despejar la cámara a través de un filtro HEPA para que pueda adaptarse rápidamente a cambios de presión [2].

Fig. 3. Protección del módulo de recolección de luz solar.

C. Guías de Onda de luz

El módulo de recolección de luz solar concentra y redirige la luz del sol en la apertura de la guía de luz que es de 60 cm de ancho y 25 cm de alto de alto. Y esta a su vez la dirige hacia dentro del edificio. Además se la puede utilizar para distribuir la iluminación dentro del edificio [2].

D. Implementación dentro del edificio o casa

La integración de este sistema en la construcción es un componente sumamente importante de este proyecto. Por ejemplo, es necesario garantizar que las aperturas a través por la cual la luz del sol se transmite no comprometa la

fachada del edificio, pero esto se puede lograr utilizando los mismos enfoques de sellado que se utilizan actualmente cuando se instalan nuevas ventanas [2].

En la Fig. 4 se muestra el sistema completo instalado en un edificio en el cual constan los elementos descritos y su ubicación tanto en el interior como en el exterior de los edificios.

Fig. 4. Sistema de Iluminación Solar [1]

III. VENTAJAS DEL SISTEMA

Entre la principales ventajas con las que cuenta este sistema es su ahorro de energía en las horas del día que se necesita iluminación especialmente en los espacios donde no llega la luz natural ya sea porque no existan ventanas cerca o se requiera una iluminación adecuada. Por lo que se reduce la carga de iluminación artificial y además provee una mejor calidad de iluminación en los interiores de los edificios, casas o en donde se requiera iluminación durante el día y se reciba directamente la luz del sol.

Así mismo aumentar la cantidad de luz natural en los edificios ha sido durante mucho tiempo un objetivo en el diseño arquitectónico. Diferentes estudios han demostrado que con la iluminación natural aumenta el bienestar de las personas; mejora su salud, son más felices y más productivos. Se ha comprobado que los diseños que utilizan más luz natural además tienen otros efectos positivos [3]:

- Aumenta la productividad- Aumenta la capacidad de aprendizaje (20 – 26%)

- Disminuye el absentismo

- Ambiente laboral o educativo más confortable

- Mejor calidad y comodidad visual

- Aumenta la permanencia dentro del centro comercial por parte de los clientes.

IV. VISIÓN A FUTURO

La proyección de este trabajo sería implementarlo y medir su funcionamiento a través del tiempo y su real eficiencia. Este proyecto es de interés general ya que no muestra una alternativa a problemas de iluminación y además provee un ahorro energético que hoy en día es buscado en todo sistema energético.

V. CONCLUSIONES

- Es posible tener un sistema de iluminación basado en una matriz de espejos, aprovechando las excelentes propiedades de reflexión de luz de los espejos, y así poder aprovechar este sistema no sólo por el ahorro energético si no por la calidad de iluminación que proveería dentro de cualquier construcción.

- Para obtener una mayor eficiencia del sistema se debe reorientar los espejos que constituyen la matriz de este sistema, conforme vaya cambiando de posición el sol, con esto se aprovecha de mejor manera la luz que proviene del sol y que es mucho mayor en determinados periodos de tiempo.

- Se puede llegar a reemplazar un 75% de la iluminación eléctrica durante el día, en concreto en las horas en las que hay más luz solar esto es durante el lapso de seis horas, 3 horas después del medio día y 3 horas antes del medio día, y así reducir el pico de electricidad en estas horas.

VI. REFERENCIAS

[1] Espejos para iluminar el interior de edificios o el interior de tu casa [en línea]. <http://sharpiton.blogspot.com/2009/12/espejos-para-iluminar-el-interior-de.html> [Consulta: 27 mayo 2010].

[2] Lorne Whitehead, Allen Upward, Peter Friedel, Michele Mossman; Department of Physics and Astronomy, University of British Columbia, Vancouver, Canada; Donald Yen and Dan Sundvick; School of Construction and the Environment, British Columbia Institute of Technology, Burnaby, Canada. DEMONSTRATING A COST-EFFECTIVE APPROACH TO CORE DAYLIGHTING. [en línea]. <http://www.physics.ubc.ca/ssp/solar-canopy-illumination-system/publications/Canadian%20Solar%20Buildings%20Conference%20paper%20Aug%202008.pdf> [Consulta: 15 junio 2010].

[3] Polarizado como protección térmica, [en línea]. <http://www.polarizados.cl/instaladores.php> [Consulta: 22 junio 2010].

[4] Ventajas del uso de la luz natural [en línea]. <http://arquitecturaresopal.wordpress.com/2008/07/21/ventajas-del-uso-de-la-luz-natural/> [Consulta: 22 junio 2010].