4 A NÁLISIS DE LOS RESULTADOS
4.2 Elementos principales
4.2.1 Módulo fotovoltaico
Para la elección del módulo fotovoltaico se atenderá a diversos factores como: • Las dimensiones del módulo. Para que se pueda optimizar el espacio
sobre el seguidor.
• El tipo de célula y rendimiento. Las células monocristalinas presentan mejor eficiencia, por lo que sobre seguidores serán las que se instalen. Ya que con menor superficie se consigue la misma potencia y por tanto será necesario invertir en un menor número de seguidores.
• Garantía. Dada la degradación continúa que sufren los paneles a lo largo del tiempo, es conveniente que el fabricante se comprometa a ofrecer unos niveles de productividad.
• Tolerancia de potencia. Como se comento en el apartado referente a las perdidas del rendimiento del panel, éste no siempre presenta la potencia nominal descrita. Se buscarán los valores más bajos de oscilación, indicadores de que la potencia que dicen tener se aproxima más a la que realmente tendrán.
• Tensión de funcionamiento. Dependiendo de la tensión de funcionamiento de los paneles, así como del número de paneles que se pongan en serie o paralelo, se tendrá que instalar un inversor u otro. • Disponibilidad y precio. En la práctica y debido a las circunstancias
actuales del sector, muchos proveedores no disponen de suficientes paneles como para hacer frente a un pedido. También debido a la especulación no suministran los paneles hasta que no se haya realizado su pago.
Para la simulación de la rentabilidad del parque se escogerán paneles Suntech 180S, ya que según la revista Photon son los que presentan una mejor relación calidad precio. También presenta una oscilación de la potencia que presta menor a la habitual, ± 3%, lo que lo hace más fiable. En la tabla siguiente se muestran las
características principales de los paneles con los que se hará el modelado y en base a ellos la elección de inversores y cables.
Tabla 7. Características principales de la serie de paneles Suntech STP.
4.2.1.1 Conexión de los paneles.
Como ya se ha comentado según el conexionado que tengan los paneles se conseguirá una determinada intensidad y tensión. Los valores obtenidos son importantes para adecuarse a unos tipos de inversores u otros. En el apartado siguiente se estudiará cual es la opción óptima si inversor de 5 kW o de 100 kW. Por tanto la conexión de paneles debe de ser diferente.
En el caso de la configuración de 5 kW, con un inversor por seguidor, el inversor requiere una corriente de entrada de entre 125 y 450V para el correcto seguimiento del PMP. Y permite una intensidad máxima de 33 A. Ya que se utilizaran paneles Suntech 180 que dan una tensión de 36 V y 5 A de intensidad. La colocación posible es de 6 paneles en serie formando 5 ramas en paralelo. Llegando por tanto al inversor una tensión dentro del margen de 216 V y 25 A de intensidad. Aprovechando la máxima potencia que permite el inversor de 5,4 kW.
En el caso de optar por un inversor de 100 kW que será para la totalidad de la instalación, el rango de seguimiento del PMP requiere entre 450 y 900V y la máxima corriente admisible son 235 A. En este caso por tanto se optará por poner 15 paneles en serie y por tanto habría dos ramas en paralelo por seguidor, haciendo un total de 40 ramas. Por lo que se consigue una tensión de 540 V y una intensidad de 200 A, lo que supone una potencia de 108 kW, por debajo de los 110 kW permitidos.
4.2.2 Inversor.
Para la elección del inversor hay que considerar que potencia se desea instalar. Ya que según el RD 1663/2000 la potencia de la instalación se define como la potencia nominal del inversor en corriente alterna. Es importante señalar que los inversores pueden trabajar con una potencia pico superior a la nominal y es interesante que esta diferencia sea la mayor posible para poder aprovechar las primas a las instalaciones menores de 100 kW, si la instalación va a ser menor, no supondrá un problema.
Para este estudio se han contemplado dos opciones. Trabajar con inversores pequeños de 5 kW monofásicos o con un solo inversor trifásico de 100 kW. En este caso y dado que finalmente se debe modelar el estudio con algún inversor del mercado, se realiza el estudio con el inversor Ingecon Sun 5 de 5 kW y el Sunny Central de 100 kW para exteriores. Las características de cada uno de ellos se pueden obtener en los Apéndices. Para hacer la valoración de cual de las dos opciones es preferible se debe de tener en cuenta distintos factores:
• Rendimiento del inversor. Es usual que los inversores de menor potencia presenten un rendimiento menor, el de 5 kW presenta un rendimiento del 94%, mientras que el mayor presenta un rendimiento europeo del 96,2%.
• Cableado. Las configuraciones de cable no pueden ser las mismas. El paso de la corriente no será igual y por tanto las secciones de los cables serán distintas, al igual que las distancias de corriente CC o CA, por lo que la instalación necesitará una inversión diferente y las pérdidas resultantes por cableado también variarán. Se respetará en todo momento la normativa del REBT, así como las recomendaciones propuestas en el apartado de pérdidas de cableado, 3.3.2.4.
Tabla 8. Configuración de cableado para inversor Ingecon Sun 5.
En la tabla 8 y 9 se pueden apreciar como las necesidades de cable no son las mismas. En el segundo caso los cables de CC recorren mayor longitud y el cable de salida del inversor es de mayor sección, ya que transporta mayor intensidad. En las tablas se muestran los distintos tramos, con las intensidades que los recorren, así como las pérdidas que se generan por seguidor (Pot.seg) y las totales de la instalación (Pot.tot.). También se muestran que porcentaje representan estas sobre el total.
Cabe señalar que la caída de tensión total, solo muestra la caída de tensión máxima, que se produce para el seguidor más alejado del transformador.
Tramo panel-inversor (CC) Cableado configuración Inversores 5Kw
L(m) In Pot.seg.
Pot.tot.
[kW] % Precio inst. C.tensión Flexextreme 4 mm 60*18 5 3.322,68 59,80 0,03% 7992 0,22%
Tramo inversor-CGP (CA)
L (m) Tramos In
Pot.tot.
[kW] % Precio inst. C.tensión 25 mm RV 12,5 6 21,74 562.764,51 0,24% 8.935,89 1,05% 35 mm RV 37,5 6 21,74 472.119,66 0,20% 15.022,89 0,88% 35 mm RV 62,5 6 21,74 538.615,39 0,23% 17.138,79 1,00% 16 mm (neutro) RV 112,5 1 1.586,71 Tramo hasta CGP: 140 1.573.499,56 0,66% 41.097,57 Tramo CGP-CT L(m) Tramos In Pot.tot.
[kW] % Precio inst. C.tensión 185 mm RV 5 3 131 45.662,49 0,02% 1065,96 0,03%
• Fases. Una de las principales desventajas de los inversores de pequeño tamaño es su naturaleza monofásica. Al ser así, no se puede instalar más de un número múltiplo de 3 de inversores. Por tanto, atendiendo al límite de 100 kW, no se podrían instalar más de 18 inversores, dando una potencia nominal de 90 kW y 97,2 kWp. Mientras que los grandes al ser de salida trifásica no tienen esta limitación y se puede llegar a los 100 kW nominales y en el presente caso a los 108 kWp.
• Precio. Usualmente el precio por kW instalado de un inversor mayor resulta más económico que uno menor. Si bien es cierto que los menores presentan la ventaja de que su sustitución será más barata. Atendiendo a estos factores se presentan los resultados del estudio. Si bien puede parecer ante la configuración del cableado una mejor opción la elección de un inversor más pequeño, ya que requiere una menor inversión y supone
Tramo panel-inversor (CC) Cableado configuración Inversores 100Kw
L(m) In Pot.seg Pot.tot. [kW] % Precio inst. C. tensión Flextreme 4 mm 17*2*20 5 3.765,70 75,31 0,03% 5.032,00 0,08% 6 mm RV 55 10 121.290,14 121,29 0,05% 578,16 0,16% 6 mm RV 51 10 112.469,04 112,47 0,05% 536,11 6 mm RV 34 10 74.979,36 74,98 0,03% 357,41 6 mm RV 26 10 57.337,16 57,34 0,02% 273,31 6 mm RV 22,5 10 24.809,35 24,81 0,01% 118,26 6 mm RV 7,5 10 8.269,78 8,27 0,00% 39,42 0,20% 6.934,67
Tramo inversor-CGP (CA)
L (m) Tramos In Pot.tot. [kW] % Precio inst. C. tensión 185 mm RV 140 3 145 3.132.860,52 1,32% 59.693,76 1,01% 95 mm (neutro) RV 140 1 10.092,88 Tramo hasta CGP: 140 Tramo CGP-CT L(m) Tramos In Pot.tot. [kW] % Precio inst. C. tensión 185 mm RV 5 3 145 55.943,94 0,02% 1.065,96 0,02% Total 1,55% 77.787,27 1,26%
menores pérdidas. El precio del inversor es mayor y representa mayores pérdidas que no compensan las menores pérdidas de los cables, como se muestra en la tabla 10.
Estudio comparativo de la rentabilidad de los modelos Pot. inyectada Ing./kW Coste cable C. inversor Pot.inst. €/kW
5 KW 173.987,00 814,98 51.742,24 55.309,14 97,20 1.101 100 KW 196.248,00 827,33 77.787,27 51.227,00 108,00 1.195
Tabla 10. Comparación de rentabilidad de los modelos.
Por tanto, teniendo en consideración la degradación de los paneles a lo largo del tiempo y el aumento de la tarifa en función de la normativa, a partir del séptimo año resulta más rentable la instalación de 100 kW debido a los mayores ingresos que genera. Por kW la diferencia llega a los 318, 86 € y por tanto sobre la instalación de 100 kW supone más de 30000 € considerando la inversión inicial. Por lo que considerados los elementos ya mencionados se recomienda la instalación de un inversor de 100 kW, por ser más rentable.
4.3
Pérdidas del sistema
Como se comentó en el aparatado 3.3.2 referente a las pérdidas, el sistema no inyectará a la red toda la energía generada, como ya se ha dispuesto habrá pérdidas por temperatura, pero también debido a otros factores.
En el apartado anterior se han determinado las pérdidas por cableado, ya que se ha escogido la configuración de 100 kW, estas pérdidas suponen el 1,55%. Este valor es probable, ya que el informe ASIF de 2006 establece unas pérdidas para los cables de corriente continua del 0,8% y para alterna del 0,7%, aunque los valores que respectan a cada corriente no son los mismos, la suma de 1,5% nos ratifica que el valor obtenido del cálculo puede ser aceptado como probable.
Al escoger un inversor específico, se aceptan las pérdidas que supone el fabricante y por tanto unas pérdidas de inversor del 3,8% teniendo el cuenta el rendimiento europeo, para los posibles umbrales de arranque. Si bien el valor determinado para rendimiento europeo esta dado para 500 V de CC y se trabajará con 540 V, se acepta el valor como válido.
4.3.1 Pérdidas por temperatura.
Como se comentó en el apartado 3.3.2 correspondiente a las pérdidas de estas características, se seguirá la formulación propuesta.
En base a esta formulación se aplicarán los valores específicos dados por el fabricante Suntech para el módulo seleccionado, que pueden ser observados en los apéndices. Por tanto el valor de TONC será de 45º C, y coeficiente de pérdida con la temperatura será -0,48% por grado Celsius de diferencia.
Otro dato necesario para el cálculo es la temperatura ambiente de la localidad donde se realiza el estudio, Córdoba. La información esta suministrada por el Instituto Nacional de Meteorología.
Tª (INM) Tª (PVGIS) T (Panel) Pérdidas Met 1 Pérdidas Met 2 Perd Met.Exacto Meses Tª Media Tª Media Tª por encima Por temperatura Por temperatura Por temperatura 24h (ºC) diurna(ºC) de 25º [ºC] de la célula (%) de la célula (%) de la célula (%) Enero 9,2 10,9 16,69 7,42 0,00% 6,42 Febrero 10,9 13,1 21,48 8,23 0,00% 8,60 Marzo 13,5 16,7 29,32 9,48 1,73% 11,65 Abril 15,4 18,2 32,38 10,39 2,95% 12,44 Mayo 19,0 22,1 37,84 12,12 5,14% 14,03 Junio 23,5 27,1 45,62 14,28 8,25% 16,25 Julio 27,2 29,5 50,65 16,06 10,26% 17,45 Agosto 27,2 29,6 49,63 16,06 9,85% 17,55 Septiembre 24,0 25,4 42,80 14,52 7,12% 15,29 Octubre 18,5 20,8 31,93 11,88 2,77% 12,33 Noviembre 13,2 14,9 22,58 9,34 0,00% 8,29 Diciembre 10,2 11,7 17,64 7,90 0,00% 6,01 11,47 4,01% 12,19
Tabla 11. Cálculo de las pérdidas de temperatura por distintos métodos.
En la tabla anterior aparece el cálculo de la temperatura por distintos métodos. El método 1 sigue la formulación ya mencionada en anteriores aparatados y que será por la que se regirá el modelo. El método 2 presenta un modelo distinto, utilizado por algunos huertos solares que se basan en la temperatura diurna, ya que será durante las horas de incidencia solar cuando funcionen los paneles. Esta información se obtenido de la página datos de PVGIS, perteneciente al instituto para el medioambiente y sostenibilidad de la UE. La formulación que sigue es la que se muestra a continuación.
(
)
diurnapanel