• No se han encontrado resultados

Diseño de una instalación fotovoltaica para una empresa de gestión integral de residuos

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2023

Share "Diseño de una instalación fotovoltaica para una empresa de gestión integral de residuos"

Copied!
133
0
0

Texto completo

(1)

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE CARTAGENA

Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial

Diseño de una instalación

fotovoltaica para una empresa de gestión integral de residuos

TRABAJO FIN DE GRADO

GRADO EN INGENIERÍA ELÉCTRICA

Autor: Sergio Moreno Inglés

Director: Francisco Javier Cánovas Rodríguez

Cartagena, 23 de junio de 2022

(2)
(3)

Contenido

1. Introducción ... 5

1.1. Energías Renovables ... 5

1.1.1. Contexto internacional: Energía eléctrica y renovables de cara al futuro ... 5

1.1.2. Energías renovables en España... 9

1.2. La energía solar fotovoltaica ... 12

1.2.1. El recurso solar ... 12

1.2.2. El efecto fotovoltaico y caracterización de los módulos. ... 15

1.3. El autoconsumo ... 18

1.3.1. ¿Qué es el autoconsumo? ... 18

1.3.2. Modalidades del autoconsumo ... 18

1.3.3. Efectos del autoconsumo ... 20

1.3.4. Marco normativo ... 21

1.3.5. El autoconsumo en España ... 23

1.3.6. Estado del arte ... 28

2. Memoria del proyecto fotovoltaico ... 29

2.1. Planteamiento del proyecto ... 29

2.1.1. Objeto ... 29

2.1.2. Empresa y localización ... 30

2.1.3. Estudio solar de la zona ... 31

2.1.4. Proceso industrial, maquinaria y descripción del uso de las instalaciones ... 35

2.1.5. Consumos y tarifa eléctrica ... 37

2.2. Solución Técnica adoptada ... 39

2.2.1. Módulos fotovoltaicos ... 41

2.2.2. Inversor ... 42

2.2.3. Configuración de paneles ... 44

2.2.4. Estructura de sujeción y colocación de paneles ... 44

2.2.5. Interconexión de elementos y protecciones ... 45

2.2.6. Monitorización ... 49

2.2.7. Operación y mantenimiento ... 54

2.3. Análisis de producción ... 61

2.4. Estudio económico ... 68

3. Presupuesto y mediciones ... 71

4. Tramitación ... 73

4.1. Introducción ... 73

4.2. Tramitación de la instalación fotovoltaica dimensionada ... 78

(4)

5.1. Plano de Situación y Emplazamiento ... 86

5.2. Plano de colocación de paneles en las cubiertas ... 86

5.3. Plano de detalle de separación de filas y paneles ... 86

5.4. Plano colocación de paneles y conductores CA ... 86

5.5. Plano conexiones strings con inversor Nave A ... 86

5.6. Plano conexiones strings con inversores Nave B y C ... 86

5.7. Esquema Unifilar Instalación ... 86

5.8. Plano conexiones motorización ... 86

... 87

6. Pliego de Condiciones ... 96

6.1. Módulos fotovoltaicos ... 96

6.2. Estructura de soporte. ... 96

6.3. Inversores ... 97

6.4. Cableado ... 98

6.5. Medidas ... 99

6.6. Protecciones ... 99

6.7. Puesta a tierra de las instalaciones fotovoltaicas ... 100

7. Conclusión ... 101

8. Anexos del proyecto ... 102

8.1. Anexo de cálculos ... 102

8.1.1. Panel y potencia máxima obtenida ... 102

8.1.2. Selección de Inversor... 103

8.1.3. Configuración en serie-paralelo de los paneles ... 105

8.1.4. Cálculo de líneas de la instalación y protecciones ... 107

8.2. Fichas técnicas de los componentes utilizados ... 126

Bibliografía ... 127

(5)

1. Introducción

1.1. Energías Renovables

1.1.1. Contexto internacional: Energía eléctrica y renovables de cara al futuro

Como consecuencia del problema que afronta el mundo por la gran generación de gases contaminantes, causantes del efecto invernadero, entre otros efectos negativos, la agencia internacional de energía (IEA) ha desarrollado un objetivo denominado “Net Zero Emissions para el año 2050”, que marcará las pautas de una gran cantidad de países, para tratar de generar 0 emisiones netas de gases de efecto invernadero en relación con los niveles de 1990, y cumplir con los objetivos del acuerdo de Paris.

La llegada de nuevas tecnologías como el almacenamiento en pila de combustible de hidrógeno, el uso masivo del coche eléctrico en el transporte, una creciente electrificación de la industria…Hará que se espere una creciente demanda de energía eléctrica en el mundo, sobre todo por parte de los países y economías emergentes. Estamos hablando de que los países desarrollados podrían pasar de consumir 10 TWh a consumir casi 20 TWh en 2050 en energía eléctrica. La cifra de las economías emergentes es todavía mayor, pasando de consumir unos 8 TWh actuales a unos 40 TWh.

En la siguiente gráfica podemos ver estas estimaciones:

Figura: Previsión estimada de la evolución del consumo de energía eléctrica y a qué sectores irá asociado, según el objetivo NZE. (International Energy Agency)

Para lograr satisfacer esta demanda creciente y a su vez cumplir con los objetivos de NZE, será imprescindible el uso masivo de las energías renovables. Estamos hablando de que en la generación eléctrica se pretende que haya un 88% para 2050 de generación con fuentes de energía como la solar fotovoltaica, la eólica, la hidroeléctrica, y otras renovables como la biomasa o la geotérmica.

En la siguiente gráfica podemos ver el crecimeinto exponencial en la implicación en la generación

(6)

de la hidroeléctrica y la nuclear. Por otro lado, en la actualidad se debe estar reduciendo`progresivamente el uso de carbón sin tratar y el petróleo, y más adelante, antes de 2030 debe pasar lo mismo con el gas natural. La generación eléctrica con combustibles fósiles tratados con tecnologías CCUS (Carbon Capture, Use and Storage, por sus siglas en inglés) deberán crecer notoriamente hasta el año 2040, apartir del cual permanecerán estables.

Generación eléctrica global por recurso en el escenario NZE. (International Energy Agency)

A su vez, para otras aplicaciones como la producción de calor en edificios y en la industria, y el transporte por carretera se pretende reducir progresivamente el uso de combustibles fósiles sin tecnologías CCUS e incorporar las ya mencionadas energías renovables así como otras maneras de producción energética bajas en emisiones de carbono, como la nuclear, las centrales que si estén equipadas con CCUS y el uso de pilas de hidrógeno.

Cabe diferenciar los términos de: “Energía renovable indirecta” que se refiere a la energía eléctrica producida por una fuente renovable (Ejemplo: Solar FV, Eólica, etc) y que se ha usado en una aplicación especifica (Producción de calor, Carga de vehículos eléctricos, etc), y el término

“Energía renovable directa” en los que la energía producida por un recurso renovable se utiliza directamente en la aplicación, principalmente para generar calor (Hornos solares, calefacción geotérmica, molinos de agua o viento,etc).En la aplicación de generación eléctrica no existe este término puesto que todo el recurso renovable se utiliza de forma directa en esa misma aplicación, es decir, en producir electricidad.

En la figura de abajo podemos ver la evolución del uso de la energía que se tiene como objetivo y que hemos comentado, según diferentes aplicaciones.

(7)

Figura: Porcentaje de utilización de las fuentes de energía en diferentes aplicaciones en el escenario NZE. (International Energy Agency)

Ahora bien, transformar el sector eléctrico para seguir el camino marcado por el objetivo NZE implica agregar grandes capacidades de producción renovable, sobre todo de energía solar fotovoltaica y energía eólica. Esto significa que se tendrán que añadir entre 2030 y 2050 unos 600 GW de capacidad de producción fotovoltaica por año, y 340 GW de capacidad de producción eólica por año.

Figura: Capacidad instalada fotovoltaica y eólica en el escenario NZE. (International Energy

(8)

De esta manera la fotovoltaica será una de las tecnologías de más rápido crecimiento en cuanto a potencia instalada, superando la capacidad instalada de la eólica en los próximos años, a la hidroeléctrica dentro de 15 años y al carbón antes de 2040.

Uno de los motivos del rápido crecimiento de la energía solar fotovoltaica será su implantación en los tejados de diversas edificaciones, como viviendas o naves industriales. De 25 millones de tejados con placas solares en 2020, se pretende llegar a los 100 millones en 2030 y 240 millones en 2050.

A modo de resumen, podemos ver la tabla de abajo con los objetivos comentados, en la que cabe destacar lo siguiente:

o Se triplica la generación de energía eléctrica para el año 2050.

o El crecimiento de la capacidad instalada de energías renovables deberá ser muy grande, pasando de 2990 GW en 2020 a 26600 GW en 2050, debiendo suponer las renovables el 88 % de la generación eléctrica y dentro de estas un 68 % corresponderá al aporte de energía de la solar fotovoltaica y la eólica.

o Aún se deben implantar de forma masiva las tecnologías CCUS en las centrales de generación, para llegar al objetivo.

o El uso de carbón en las centrales convencionales deberá llegar al 0 % y el uso de gas al 0,4 o Las centrales nucleares son una buena forma de generación eléctrica con bajas cantidades %.

de contaminación y que dan estabilidad al sistema eléctrico. Deberán añadirse progresivamente mayores capacidades de producción eléctrica con esta fuente hasta el año 2050.

o Como consecuencia de los cambios en las infraestructuras que deben realizarse en un nuevo sistema eléctrico capaz de garantizar el éxito de la generación distribuida, incluyendo grandes centros de almacenamiento, el aumento de la capacidad de las subestaciones transformadoras y los puntos de carga de los vehículos eléctricos, se aumentarán las inversiones en este de 260 a 820 billones de dolares en el año 2030, y a partir de este año se mantendrán estables.

(9)

Figura: Tabla resumen con algunos objetivos relacionados con la generación eléctrica Fuente: International Energy Agency

1.1.2. Energías renovables en España

España es un país con grandes intereses en el desarrollo e implantación de las energías renovables.

España es uno de los países que está siguiendo la línea y objetivos establecidos por el plan NZE, por lo que se realizará una progresiva electrificación del país y se seguirá aumentando la participación de las renovables en el mix energético.

Gracias a las renovables se está consiguiendo reducir las emisiones de CO2, ya que están sustituyendo a combustibles fósiles como el carbón (de la cual se ha reducido su potencia instalada en más de 800 MW en 2021) y se tiene como objetivo reducir otras como el petróleo o el gas, que además provocan en nuestro país una gran dependencia energética del exterior y encarecen el precio de la energía.

(10)

Figura: Evolución de las emisiones de CO2 equivalentes asociadas a la generación eléctrica peninsular. (REE)

La mejora de la eficiencia energética también ha ayudado y ayudará a la reducción de las emisiones de CO2. Se quiere lograr aumentar la eficiencia energética un 32,5 % para 2030.

Hemos logrado obtener en 2021 un 48,4 % de cuota de renovables sobre la producción total, y tenemos como objetivo un 74 % para 2030 y un 100 % para 2050. Por lo que la implantación de renovables deberá ser aún mayor.

Figura: Evolución de la generación eléctrica peninsular renovable y no renovable. (REE)

De las fuentes de generación renovable destacan en España la solar y la eólica, por el gran potencial de desarrollo que tienen en nuestro país. La generación eólica ha liderado por primera vez desde 2013 el mix de generación nacional, cerrando el año con un 23,3 % del total de la producción. La

(11)

energía solar fotovoltaica es la tecnología que más ha incrementado su producción respecto a 2020, con un 37,7 % más, y consigue así su máximo histórico de producción y de participación en el mix de generación español con un 8,1 %.

Figura: Evolución de la generación eléctrica peninsular renovable. (REE)

Este gran avance en el mix de generación se ha conseguido gracias a la gran implantación de potencia verde que se ha tenido en los últimos años. Este 2021 se han sumado 2800 MW de potencia eólica y fotovoltaica, registrando así el conjunto de las renovables el 55,6 % de la potencia instalada total.

La energía solar fotovoltaica requiere de una mención especial, puesto que ha aumentado durante 2021 en un 19,8 % su potencia instalada (+2300 nuevos MW instalados), y la ha triplicado con respecto a 2018. La eólica ha conseguido un incremento del 1,9 % en 2021, es decir, de 500 nuevos MW instalados.

(12)

Figura: Potencia eléctrica instalada peninsular. Fecha 31 de diciembre de 2021. (REE)

1.2. La energía solar fotovoltaica 1.2.1. El recurso solar

El sol produce energía a través de las reacciones constantes de fusión solar, en la que átomos de hidrógeno se fusionan dando lugar a átomos de helio. Esta energía liberada se denomina radiación solar.

La Tierra recibe del sol unos 1,6 millones de kWh al año en radiación solar, y se estima que podría aprovecharse el 40 % de esta energía. La manera de aprovechar esta energía podría ser a través de la conversión fototérmica (aprovechamiento de la energía térmica) o a través de la conversión fotovoltaica (aprovechamiento de la energía lumínica).

Mucha de la radiación electromagnética que llega al planeta Tierra se pierde en la atmósfera o en el suelo, por eso podemos aprovechar menos de la mitad de esta radiación.

Existen varios tipos de radiación:

(13)

Figura: Tipos de radiación.

- Radiación directa: La radiación que llega de los rayos del sol que no se han desviado ni cambiado de dirección. Es la causante de las sombras. Predomina en los días soleados.

- Radiación difusa: Cuando la radiación solar incide en algún elemento de la atmósfera (nubes, polvo, contaminantes…) recibimos este tipo de radiación. Predomina en los días nublados.

- Radiación reflejada: La radiación que es reflejada en la superficie terrestre, ya sea en elementos como el agua, la nieve, etc.

La suma de todos estos tipos de radiaciones nos da como resultado la radiación global.

Es importante conocer los ángulos con los que podemos medir la posición del sol:

Figura: Parámetros que definen la posición del sol.

- Altura solar ϒs: Ángulo que forman los rayos solares con la horizontal.

(14)

- Distancia cenital θzs: Ángulo que forman los rayos solares con la vertical.

- Azimut ψs: Ángulo formado entre el meridiano del sol y el meridiano del lugar. Valores positivos de 0 a 180º hacia el Oeste y negativos de 0 a -180º hacia el Este.

Para cuantificar la radiación solar se utiliza la irradiancia y la irradiación.

- Irradiancia: Es la potencia o radiación incidente por unidad de superficie, es decir, la intensidad de la radiación solar. Su unidad es (W/m2). En unas buenas condiciones atmosféricas este valor suele ser de 1000 W/m2.

- Irradiación: Es la suma de las irradiancias en un periodo de tiempo determinado, es decir la cantidad de energía solar recibida en un periodo de tiempo. Se suele medir en (J/m2) y en (Wh/m2).

Existe un parámetro que mide la distancia de atmósfera que tiene que atravesar la radiación solar para llegar a la superficie terrestre, se conoce como “Air Mass” (AM).

Se calcula de la siguiente manera:

𝐴𝐴𝐴𝐴 = 1 cos 𝜃𝜃𝑧𝑧𝑧𝑧

Figura: Representación del parámetro AM, con diferentes valores.

Este parámetro es importante porque en las hojas de datos de los módulos fotovoltaicos se indica un valor de AM1,5, que corresponde a un ángulo cenital 𝜃𝜃𝑧𝑧𝑧𝑧= 48,2º

El valor nominal de los módulos fotovoltaicos se indica para AM1, en la que se ha normalizado una irradiancia de 1000 W/m2.

La forma de especificar la radiación global es la siguiente:

𝐺𝐺𝑑𝑑𝑑𝑑(∝, 𝛽𝛽)

- Si la G aparece sin subíndice nos referimos a la irradiancia global

(15)

- Cuando la G aparece con uno o dos subíndices nos referimos a la irradiación global. Con los subíndices nos referimos al periodo de tiempo de la medición (horaria, diaria, mensual, anual), y al valor medio de la irradiación (mensual o anual).

- ∝ es el azimut de la superficie sobre la que se ha medido

- 𝛽𝛽 es la inclinación sobre la horizontal de la superficie sobre la que se ha medido.

Una forma de saber/medir si la irradiancia que está recibiendo un determinado lugar es óptima o no es utilizando las horas solares pico HSP.

Este término se define como: “Número de horas de un día con una irradiancia ficticia de 1000 W/m2 que tendría la misma irradiación total que la real ese día”

Figura: Representación gráfica del concepto HSP.

Es decir, cuanto mayor sean las HSP mayor será la irradiancia que habrá recibido en el día, y cuanto menores HSP menores valores de irradiancia recibidos. Este valor es útil estudiarlo a la hora de instalar una instalación de producción fotovoltaica.

1.2.2. El efecto fotovoltaico y caracterización de los módulos.

Una vez hemos estudiado la energía solar y los diferentes parámetros que nos interesa conocer de cara a la producción fotovoltaica podemos pasar a explicar cómo esa energía en forma de radiación acaba convirtiéndose en energía eléctrica, o en otras palabras, ¿cómo se produce el efecto fotovoltaico?

Para que se produzca el efecto fotovoltaico en un módulo se deben cumplir varias condiciones:

I. Debemos tener un material semiconductor dopado, que sea capaz de ceder o aceptar electrones. Esto permite al módulo modificar el número de cargas positivas o negativas.

II. Se debe exponer al módulo a una radiación lumínica para que los fotones cedan energía a un electrón y este consiga pasar de la capa de valencia a la banda prohibida, dejando huecos.

III. Para que aparezca una diferencia de potencial se deben unir dos semiconductores con

(16)

La unión de estos semiconductores se llama célula. Entonces, cuando los fotones inciden sobre la célula solar se separan las cargas positivas y negativas, y al cerrar el circuito aparece corriente eléctrica.

Figura: Efecto fotovoltaico en circuito abierto y circuito cerrado. (SIV HELENE NORDAHL)

Una vez explicado el efecto fotovoltaico estamos en condiciones de definir algunos términos:

- Tensión de circuito abierto (Voc): Diferencia de potencial que se alcanza la célula fotovoltaica al recibir fotones, sin tener conexión entre los semiconductores.

- Corriente de cortocircuito (Isc): Cuando se reciben fotones en el módulo es la corriente eléctrica que aparece si se unen los semiconductores con una resistencia nula.

Entonces, el máximo voltaje que puede generar un panel fotovoltaico será el que marque la tensión de circuito abierto, para el cual la intensidad será nula, y por consiguiente también la potencia generada. El caso contrario se da con la intensidad de cortocircuito, que será la máxima intensidad del panel fotovoltaico, y la tensión y la potencia serán cero.

(17)

Figura: Curvas tensión-intensidad-potencia de un panel fotovoltaico.

Cuando conectamos una determinada carga al panel fotovoltaico obtenemos diferentes puntos de tensión y de intensidad que varían según el valor de esta carga. Para cada valor de tensión e intensidad existe un valor de potencia asociado, ya que 𝑃𝑃 = 𝑉𝑉 ∗ 𝐼𝐼, pues bien, existe un valor de potencia el cual es el máximo que el panel fotovoltaico puede entregar, para un determinado valor de irradiancia y temperatura, es lo que se conoce como el punto de máxima potencia o MPP. Los valores de tensión e intensidad en el MPP se denominan tensión de máxima potencia (Vmmp) e intensidad de máxima potencia (Immp).

La irradiancia y la temperatura afectan a las curvas V-I, y por tanto modifican el punto de máxima potencia, ya que.

I. La irradiancia afecta a la corriente del panel. Si la irradiancia aumenta, la intensidad generada también lo hace.

II. La temperatura afecta a la tensión del panel. Si la temperatura aumenta, la tensión disminuye.

Figura: Variación de las curvas tensión-intensidad de un panel con la variación de la irradiancia y la temperatura.

Para conseguir que el módulo fotovoltaico trabaje siempre en el punto de máxima potencia, se emplea lo que se conoce como Seguimiento del Punto de Máxima Potencia (MPPT), que utilizan los inversores y los optimizadores de potencia para conseguir mayores eficiencias del módulo.

En la hoja de características de los paneles fotovoltaicos aparece la potencia máxima o potencia pico que puede entregar el panel, que se da para unas condiciones estándar de medida conocidas por sus siglas en inglés STC. Estas condiciones se dan para una temperatura de la célula de 25 º, irradiancia 1000 W/m2 y masa de aire (AM) 1,5.

La temperatura que alcanzan los paneles fotovoltaicos está relacionada con la temperatura ambiente y con la irradiancia que esté recibiendo en ese momento la célula.

𝑇𝑇𝑐𝑐 = 𝑇𝑇𝑎𝑎+ 𝐺𝐺 ∗𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇𝑇 − 20 800

(18)

Donde el parámetro TONC es la temperatura de operación nominal de la célula y que suelen aportar los fabricantes en las hojas de características (≈45ºC) y que corresponde a unas condiciones del módulo de G=800 W/m2, temperatura ambiente de 20 ºC, velocidad del viento de 1 m/s y funcionamiento en circuito abierto.

Se puede entender ahora la importancia de algunos parámetros que aparecen en la hoja de datos técnicos, como puede ser el coeficiente de pérdida de potencia máxima, en %/ºC, que nos viene a decir cuanto porcentaje de la potencia máxima se pierde por cada grado arriba o abajo de los 25 ºC que alcance el panel.

1.3. El autoconsumo

Para entender en su totalidad el proyecto realizado no basta con entender los fundamentos de la producción fotovoltaica, si no que debemos enfocarnos en un término que ha cobrado una gran importancia y relevancia en los últimos años: El autoconsumo.

Tendremos que definirlo, explicar las modalidades que existen de este, el estado del arte, el marco legal, así como un análisis del impacto de este en nuestro país, poniendo especial atención en las expectativas y objetivos de este para el futuro próximo.

1.3.1. ¿Qué es el autoconsumo?

El autoconsumo, según queda definido en la Ley 24/2013 del sector eléctrico en su artículo 9 es

“el consumo por parte de uno o varios consumidores de energía eléctrica proveniente de instalaciones de generación próximas a las de consumo y asociadas a las mismas”.

Es decir, tendremos una generación de energía eléctrica que se consumirá por unos consumidores asociados a ella. Consumidores y generación se ubicarán próximas, y formarán una unidad administrativa identificada a través de un código de Autoconsumo (CAU).

Para la generación podemos tener diferentes tecnologías renovables, como pueden ser solar fotovoltaica, eólica, hidroeléctrica, cogeneración renovable o biomasa eléctrica.

En el autoconsumo podemos consumir instantáneamente la energía eléctrica generada, o bien podemos tener la opción de verter a la red la energía no autoconsumida, es lo que se conoce como

“excedentes”.

Los sectores que pueden disponer del autoconsumo son todos: Sector residencial, comercial, industrial…

1.3.2. Modalidades del autoconsumo Según los consumidores que estarán asociados:

o Autoconsumo individual (un consumidor).

o Autoconsumo colectivo o compartido (varios consumidores).

Según cómo se conecten los consumidores a la instalación generadora:

(19)

o Conexión en red interior: Permite que la instalación de generación se pueda conectar a la red interior del consumidor o consumidores. Puede pertenecer a cualquier modalidad de autoconsumo.

Figura: Esquema típico instalación interior con autoconsumo. (Guía profesional tramitación autoconsumo)

o Conexión a través de red: La instalación de generación se conecta a la red próxima del consumidor o consumidores asociados.

Figura: Esquema típico instalación con conexión a través de red con autoconsumo.

(Guía profesional tramitación autoconsumo)

Según si se generan o no excedentes:

o Autoconsumo sin excedentes: Instalaciones de autoconsumo conectadas a la red de distribución o transporte que disponen de un sistema anti vertido que impide la inyección de energía eléctrica sobrante a la red de transporte o distribución.

o Autoconsumo con excedentes: Además de suministrar energía eléctrica para el autoconsumo, pueden inyectar energía sobrante a las redes de transporte y distribución.

Dentro de esta modalidad existen dos formas de retribuir los excedentes:

(20)

Consumidor y productor optan por acogerse al sistema de compensación de excedentes.

Esto consiste en lo siguiente:

El consumidor utiliza la energía que procede de la instalación de autoconsumo cuando la necesita, pudiendo comprar energía eléctrica en los momentos en los que el autoconsumo no sea suficiente para satisfacer su consumo eléctrico. Cuando no se utiliza la totalidad de la energía procedente de la generación del autoconsumo esta puede inyectarse a la red, y en cada periodo de facturación, la factura emitida por la comercializadora compensará el coste de la energía comprada a la red con la energía excedentaria vertida a la red. Se puede compensar al precio medio de la red o a un precio que se acuerde con la comercializadora. Nunca se podrá tener un balance negativo, es decir, ganar dinero con esta modalidad.

Es importante conocer cuáles son los requisitos para poder acogerse a este tipo de autoconsumo, deben cumplirse todas las condiciones siguientes:

1) Que la fuente de energía primaria sea de origen renovable.

2) Que la potencia total de la instalación de producción eléctrica sea igual o menor a 100 kW.

3) Que el consumidor haya suscrito un único contrato de suministro para el consumo asociado y para los consumos auxiliares con una empresa comercializadora.

4) Que el consumidor y productor asociado hayan suscrito un contrato de compensación de excedentes de autoconsumo definido en el artículo 14 del Real Decreto 244/2019.

5) La instalación de producción no esté sujeta a la percepción de un régimen retributivo adicional o específico (régimen retributivo de la actividad de producción de energía eléctrica a partir de fuentes renovables, cogeneración y residuos, según RD 413/2014 de 6 de junio).

- Autoconsumo con excedentes NO acogido a compensación.

Cuando tengamos excedentes, y no cumplamos alguno de los requisitos descritos anteriormente, tendremos que acogernos a esta modalidad de autoconsumo.

En este caso los excedentes no suponen una compensación de la factura eléctrica, si no que se deben vender al mercado como cualquier otro productor de energía eléctrica. Es considerado una actividad económica.

1.3.3. Efectos del autoconsumo

El sistema eléctrico, el medioambiente, y los consumidores se ven ampliamente beneficiados por los efectos positivos del autoconsumo. Entre todos, destacan los siguientes:

• Al ser una actividad de generación distribuida que se realiza cerca de los consumidores se fomenta ampliamente la actividad económica y la generación de empleo en la zona.

(21)

• Se fomenta la electrificación de la economía y por tanto la electrificación de los consumos, lo que fomenta el avance hacia una economía libre de carbono. Ejemplo: Mayores capacidades de carga del vehículo eléctrico, más vehículos eléctricos, menos vehículos de combustible.

• En el sistema eléctrico se reduce el consumo de energía eléctrica que proviene de las redes de transporte y distribución, lo que provoca una disminución del precio de la energía, ya que la energía excedentaria inyectada aumenta la energía disponible para negociar en el mercado, así como la autoconsumida reduce la demanda neta a cubrir.

• Como consecuencia de tener un carácter distribuido, las pérdidas en las redes disminuyen, así como la necesidad de nuevas infraestructuras. Reducimos costes.

• Al ser en este caso el autoconsumo con energía renovable, su desarrollo contribuye a la sustitución de las fuentes de energía contaminantes.

• Como el autoconsumo se realiza en entornos antropizados su impacto ambiental es mínimo.

• El despliegue del autoconsumo puede involucrar una gran cantidad de actores, se moviliza la capacidad de inversión de hogares, PYMEs o administraciones, esto permite acelerar el ritmo de instalación de renovables.

• Para los consumidores, el uso del autoconsumo supone una ventaja económica puesto que disminuye el término variable de energía eléctrica consumida de la red.

• Con la monitorización del autoconsumo, los consumidores adquieren un mayor control de los gastos energéticos, al poder visualizar en todo momento su producción y consumo.

También le proporciona independencia respecto a la variabilidad de los precios de los combustibles fósiles que acaban repercutiendo en los precios del mercado eléctrico.

1.3.4. Marco normativo

Aunque el autoconsumo dispone de marco normativo desde el año 2015, ha sido desde 2018 que ha evolucionado hasta un marco normativo desarrollado que facilita el desarrollo de la actividad.

Este marco normativo se compone de varias piezas que lo regulan según las normas del sector eléctrico nacional, la comisión nacional de los mercados y la competencia, y las normas aplicables en ámbitos como el autonómico, local o sectorial.

Las empresas que contratan los consumidores deben contar con profesionales cualificados que además de dimensionar e instalar la instalación de autoconsumo, deberán asegurar el cumplimiento de la normativa vigente realizando los trámites adecuados.

Las principales normas que regulan el autoconsumo se explican a continuación:

o Real Decreto Ley 15/2018, de 5 de octubre, de medidas urgentes para la transición energética y la protección de consumidores.

(22)

Modifica la Ley 24/2013 del Sector eléctrico, introduce los tres principios que definen la actividad del autoconsumo:

- La energía autoconsumida de origen renovable, cogeneración o residuos estará exenta de todo tipo de cargos y peajes.

- Se permite la existencia de excedentes de energía para verter a la red y se contempla el uso de la red para conectar a los consumidores con la instalación de autoconsumo, apareciendo la figura de instalaciones próximas.

- Se introduce el principio de simplificación administrativa y técnica para instalaciones de pequeña potencia.

o Real Decreto 244/2019, de 5 de abril, por el que se regulan las condiciones administrativas, técnicas y económicas del autoconsumo de energía eléctrica.

Contiene el núcleo de la normativa sobre autoconsumo en España.

- Se recogen y definen las modalidades de autoconsumo: Con excedentes o sin excedentes.

- Se regula la conexión a la red interior del consumidor y la conexión a través de la red de distribución.

- Se regula el autoconsumo indivicudal o colectivo.

- Se simplifica la tramitación de las instalaciones, en particular en lo referido al trámite de acceso y conexión.

- Se simplifican los equipos de medida, necesarios para la correcta facturación de los precios, tarifas, cargos, peajes de acceso y otros costes que sean necesarios.

- Se crea el Registro administrativo de autoconsumo, el cual contiene los datos principales de las instalaciones de autoconsumo.

o Real Decreto-ley 23/2020, de 23 de junio, por el que se aprueban medidas en materia de energía y en otros ámbitos para la reactivación económica.

Se regulan aspectos relacionados con las solicitudes de acceso y conexión.

Se explica e impulsan la aparición de nuevos modelos de negocio, vinculados al autoconsumo y relevantes en su desarrollo:

 Agregadores independientes: Será el encargado de gestionar la demanda de varios consumidores y generadores para operar en los mercados de electricidad.

 Comunidades energéticas renovables: Son entidades jurídicas, formadas por personas físicas, pymes o autoridades locales, cuya creación permite aprovechar recursos renovables allí donde están y activar la participación ciudadana en la

(23)

producción de energía. Obtendrán beneficios medioambientales, económicos o sociales en los lugares donde operan.

 Titulares de energías de almacenamiento: Personas físicas o jurídicas que poseen instalaciones de almacenamiento, cualquiera que pueda reconvertirse a energía eléctrica.

o Real Decreto 647/2020, de 7 de julio, por el que se regulan aspectos necesarios para la implementación de los códigos de red de conexión de determinadas instalaciones eléctricas.

o Real Decreto 1183/2020, de 29 de diciembre, de acceso y conexión a las redes de transporte y distribución de energía eléctrica.

Las instalaciones con modalidad sin excedentes y las instalaciones con excedentes con potencia igual o menor a 15 kW, ubicadas en suelo urbanizado, están exentas de obtener permisos de acceso y conexión.

o Circular 1/2021, de la CNMC, por la que se establece la metodología y condiciones del acceso y de la conexión a las redes de transporte y distribución de las instalaciones de producción de energía eléctrica.

o Ley 49/1960, de 21 de julio, sobre propiedad horizontal.

1.3.5. El autoconsumo en España

Alcanzar la neutralidad climática en cumplimiento de los acuerdos de Paris para el año 2050 es uno de los objetivos clave de la Unión Europea. Para 2030 el Consejo Europeo elaboró un nuevo objetivo de emisiones de un 55 % respecto a los valores de 1990.

Para lograr esta descarbonización se considera fundamental el desarrollo e implantación de la generación distribuida y el autoconsumo, que serán herramientas para avanzar en el fin de la pobreza, proteger el planeta y mejorar las vidas de las personas de todo el mundo.

Tras la crisis producida por la COVID-19, España elabora el Plan de Recuperación, Transformación y Resiliencia que supone un impulso a la recuperación económica y acelera la transición energética a través de las renovables. El área Power Up de este plan contempla la aceleración del desarrollo renovable incluyendo al autoconsumo.

El marco estratégico de Energía y Clima trata de marcar las principales líneas de acción para alcanzar la neutralidad climática en el 2050. Cabe destacar los siguientes documentos:

Plan Nacional Integrado de Energía y Clima (PNIEC) 2021-2030: Plantea objetivo del 42 % renovable en el uso final de la energía para 2030 y 74 % para el sector eléctrico. Trata de reforzar el papel de la ciudadanía en la transición energética, garantizando el derecho de los consumidores a producir, consumir y vender su energía renovable. Aparecen medidas y aplicaciones sobre el autoconsumo colectivo y las comunidades energéticas, la

(24)

Estrategia de Descarbonización a Largo Plazo (ELP) 2050: Describe la ruta de transformación del sistema energético hacia un nuevo modelo más descentralizado, multidireccional y complejo para el periodo entre 2030 y 2050.

El autoconsumo industrial supondrá una ventaja competitiva para España por disponer de un mejor recurso renovable que otros países.

Ley 7/2021, de 20 de mayo, de cambio climático y transición energética: Instrumento que lleva al nivel legal los objetivos de energía y clima, fomentando un marco institucional estable, e incluyendo medidas incentivadoras del autoconsumo.

Estrategia de Transición justa: Mecanismos de acompañamiento urgente para las comarcas y regiones afectadas por el cierre de instalaciones térmicas.

Estrategia Nacional de Lucha contra la pobreza Energética: Desarrollo de un sistema energético competitivo y asequible que garantice la calidad y accesibilidad del sistema energético. Introducción del autoconsumo y almacenamiento en edificios vulnerables para enfrentar la pobreza energética.

Objetivos del autoconsumo para 2030

No hay duda de las cifras tan positivas de crecimiento del autoconsumo que está teniendo España año tras año. La tecnología fotovoltaica es la que más desarrollo está teniendo en las instalaciones de autoconsumo.

Según la Unión Española Fotovoltaica (UNEF) a lo largo de 2021 se instalaron 1203 MW de potencia fotovoltaica para autoconsumo, lo que supone un aumento del 102 % de estas instalacionesrespecto al año anterior y deja una potencia acumulada total de 2742 MW en autoconsumo fotovoltaico.

(25)

Figura: Evolución instalaciones autoconsumo fotovoltaico en los últimos años. (UNEF)

Según la Hoja de Ruta del Autoconsumo: “El objetivo principal en el horizonte 2030 es asegurar el despliegue efectivo del autoconsumo, eliminando las barreras existentes para su implantación y fomentando su desarrollo y aplicación en todos los sectores productivos, mejorando la competitividad industrial y aportando a la ciudadania independencia energética”

Actualmente tenemos instalados en España 63 GW de potencia renovable, el PNIEC fija un objetivo de más de 122 GW para 2030, de los que se prevé una potencia total instalada fotovoltaica de 39 GW, teniendo 16 GW en 2022. La involucración del autoconsumo para el cumplimiento de este objetivo es fundamental.

Para estimar el potencial del autoconsumo fotovoltaico entre 2021-2030 se tienen que describir los tres posibles escenarios que podriamos tener en nuestro país:

Escenario objetivo:

Es el más probable. En este escenario se ponen en marcha con éxito las principales medidas que aparecen en la Hoja de Ruta del Autoconsumo.

Objetivo para 2030 de 9 GW en autoconsumo fotovoltaico.

Figura: Evolución objetivo del autoconusmo en diferentes sectores. (UNEF)

Escenario de alta penetración:

Además de seguir con éxito las medidas recogidas en la Hoja de Ruta del Autoconsumo, se incluye un factor adicional de movilización del conjunto de la sociedad, un proceso de

“difusión tecnológica” que incluye los siguientes factores:

(26)

o Una gran implicación y concienciación en el autoconsumo de la sociedad. El mercado requiere un 63 % de concienciación y disposición de los consumidores a invertir en esta tecnología. Actualmente tenemos menos del 20 %.

o Un contexto comunicativo y comercial que ofrezca el autoconsumo como alternativa sencilla y viable.

o Mejoras en la cadena de valor que permitan reducir los costes de la instalación hasta un 40 % respecto a los de hoy en día.

o La instalación de autoconsumo en el 70% de viviendas alquiladas. Puede haber un deslineamiento de objetivos entre la propiedad y quien habita la vivienda o utiliza las instalaciones, lo que dificulta llegar a ese porcentaje.

Objetivo para 2030 de 14 GW en autoconsumo fotovoltaico.

Figura: Diferencia entre el escenario objetivo y el escenario de alta penetración en diferentes sectores. (Ministerio para la transición Ecológica y el Reto Demográfico)

Escenario de baja penetración:

Escenario en la que no se recogen medidas para el autoconsumo, equivalente a no haber implementado el RD 15/2018 y el RD 244/2019. Existen mayores barreras económicas, administrativas y técnicas y por lo tanto se comtemplan previsiones menores.

Se alcanzan los 4 GW en autoconsumo fotovoltaico.

Análisis del potencial del autoconsumo en España.

Para analizar el potencial de autoconsumo que hay en España, se sigue una metodología en cascada, tal y como se explica en la Hoja de Ruta del autoconsumo en España.

(27)

Figura: Metodología en cascada para determinar el potencial real de autoconsumo en España.

(Informe de potencial IDEA)

Si solo tenemos en cuanta la radiación solar bruta que recibe España en toda su superficie, hablamos de potencial físico, pero como no se pueden instalar tecnologías de generación fotovoltaica en cualquier lugar este potencial se ve reducido a un potencial geográfico. Se estima que este potencial es superior a 500 GW.

A estas limitaciones le sigue el potencial técnico, que incluye los siguientes factores:

En primer lugar, la demanda de los consumidores, ya que las instalaciones fotovoltaicas de autoconsumo irán destinadas en su mayoría al autoabastecimiento de la demanda eléctrica del consumidor, se ajustarán a su consumo, aunque una pequeña parte pueda verterse a la red. Por lo tanto, los datos de la demanda de los consumidores nos aportan una limitación bastante acertada sobre el potencial técnico del autoconsumo.

A su vez, algunas superficies tomadas como válidas en el estudio del potencial geográfico deben tenerse en cuenta como factor limitante. Si eliminamos superficies como patios, zonas con sombras, ventanas o áreas ya ocupadas por otras instalaciones, obtenemos una nueva “superficie efectiva”.

En la industria, el factor limitante es la disponibilidad de superficie efectiva, ya que el consumo suele ser elevado, sin embargo, en los comercios existe bastante superficie para instalación en comparación con su consumo por lo que el factor limitante es este último. También, las zonas residenciales más habitadas tienen mayores consumos y por tanto mayor potencial, teniendo este sector el 50% de todo el potencial técnico.

Se estima un potencial técnico de 169 GW.

Hasta el momento, no se ha tenido en cuenta ningún factor económico, y es que resulta imprescindible que las instalaciones fotovoltaicas se amorticen dentro de su vida útil. Así que, si tenemos en cuenta criterios económicos como retorno de la inversión, ahorro producido o el rendimiento de la instalación, nos queda un potencial económico de 15 GW.

(28)

En el sector industrial, al tener menores cargos y peajes el ahorro generado es menor, y por tanto tiene menor potencial económico que otros sectores como el comercial o el residencial plurifamiliar.

Por último, aparece la potencia real que podríamos instalar de autoconsumo en España. Esta potencia tiene en cuenta el hecho de que no todas las instalaciones rentables económicamente van a poder ser pagadas por los consumidores o que también pueden aparecer criterios no económicos hacia el autoconsumo por parte de los consumidores, por ejemplo, la falta de entendimiento para llegar a acuerdos en las comunidades de propietarios, falta de alineación entre los intereses del propietario y del inquilino y otros aspectos relacionados con el desconocimiento de la tecnología.

Por estas razones, se estima un potencial real de autoconsumo en España de 9 GW para el año 2030, como ya comentamos en el apartado anterior.

1.3.6. Estado del arte

Para las instalaciones de autoconsumo la tecnología solar fotovoltaica es la más utilizada por su sencillez de montaje y adaptabilidad a los emplazamientos.

Módulos fotovoltaicos

La tecnología predominante sigue siendo el silicio, con producciones de módulos de algunos fabricantes de hasta 500 W, e incorporando algunos avances en los últimos años como las células PERC (Passivated Emitter Rear Cell), células partidas (Half-cut), células MBB (Multi Bus Bar) y Tecnologías de heterounión (HJT).

Esta utilización de nuevos materiales y tecnologías ha aumentado el rendimiento de los módulos, así como la durabilidad, ya que muchos fabricantes garantizan producción superior al 80 % durante al menos 25 años y una vida útil de más de 30 años.

Los módulos bifaciales pueden producir energía por ambas caras, ya que cuenta con células en la parte trasera, aprovechando de esta manera la radiación solar reflejada, e incrementado la producción, siendo una buena idea para el instalar en el autoconsumo. Son más utilizados en superficies industriales planas o sobre suelo que en entornos residenciales, ya que son delicadas ante las sombras de su estructura y al albedo del suelo.

Existen también las instalaciones fotovoltaicas flotantes, que se colocan en estructuras que flotan en el agua, utilizadas en embalses o balsas de riego. La estructura debe ser capaz de adaptarse a las condiciones del nivel del agua y el diseño del sistema de anclajes y fondeo es fundamental, para soportar las variaciones en el nivel de agua. La estructura también debe tener buena resistencia a la fatiga.

La agrovoltaica permite combinar el uso agropecuario de algunas superficies con instalaciones de generación fotovoltaica. Es útil para aportar la energía necesaria para el funcionamiento de bombeos, carga de equipamiento eléctrico, climatización de invernaderos, etc.

Inversores

(29)

Son similares a los que se utilizan en las instalaciones fotovoltaicas convencionales, pero con una menor potencia. Algunas empresas fabricantes españolas son pioneras en el desarrollo de inversores, como es el caso de Ingeteam y Power Electronics.

En autoconsumo se suelen usar los inversores string por ser fáciles de mantener y tener un menor coste. Los inversores híbridos se utilizan en instalaciones con baterías, ya que permiten controlar la carga y descarga de estas.

Los micro inversores y optimizadores de potencia permiten gestionar individualmente cada módulo, de esta forma en zonas con sombras irregulares o diferentes orientaciones se puede maximizar la producción de cada módulo y facilitar el mantenimiento.

Además, los inversores modernos junto con otros equipos asociados son capaces de monitorizar y controlar la instalación fotovoltaica, en tiempo real, a través de aplicaciones digitales, permitiendo ver la producción, el consumo, los fallos del sistema, etc.

Estructuras

Las estructuras sobre cubierta plana o suelo son comunes en instalaciones fotovoltaicas tradicionales, existen diseños prefabricados o adaptados, minimizan el impacto visual. En las cubiertas inclinadas, se ha avanzado hasta sujeciones coplanares que son cada vez más funcionales, ligeras y fáciles de instalar.

Una nueva tendencia es la fotovoltaica integrada en la edificación o BIPV (Building Integrated Photovoltaics), que permite incorporar los paneles solares a la propia estructura del edificio para lograr que tengan un consumo de energía de la red lo más baja posible a la vez que forman parte de él.

En las estructuras de seguimiento solar, España es uno de los países con mejor desarrollo e investigación, ofreciendo gran rendimiento a un menor coste. Este tipo de estructura se asocia más a la venta de energía, aunque también se podrían utilizar en aplicaciones de gran potencia como las plantas de generación de hidrógeno verde, desaladoras, etc.

2. Memoria del proyecto fotovoltaico

2.1. Planteamiento del proyecto 2.1.1. Objeto

El objeto de esta parte del trabajo es la de dimensionar la instalación solar fotovoltaica que se situará en las cubiertas de las naves de la planta propiedad de la empresa Grupo Inglés, localizada en Alhama de Murcia.

La modalidad de la instalación será la de Autoconsumo fotovoltaico con excedentes, en la cual podremos inyectar la energía sobrante a la red. En este sentido, según el RD 244/2019, si nuestra instalación no supera los 100 KW tendremos derecho a una compensación de excedentes, es decir, un descuento reflejado en la factura eléctrica, mayor o menor según la energía eléctrica vertida.

Por el contrario, si superamos este valor tendremos que vender la electricidad sobrante a precio de

(30)

Dimensionaremos la instalación para que se adapte en gran medida a la curva de consumo de la empresa, por lo que se superarán los 100 kW de potencia nominal de la instalación, como veremos más adelante, y no tendremos derecho a compensación, si no que tendremos que vender la energía a precio de mercado.

2.1.2. Empresa y localización

Hermanos Inglés es una empresa dedicada a la recogida, transporte y gestión integral de residuos férricos, no férricos y materiales como plástico, papel o cartón.

Figura: Planta Hermanos Inglés en Alhama de Murcia. (Sitio web Grupo Inglés)

Información de emplazamiento:

• Lugar: 30849 Alhama de Murcia, Murcia

• Dirección: Av. Europa, 126

• Latitud: 37,82982

• Longitud: -1,384621

• Superficie ocupada: 44570,94 𝑚𝑚2

(31)

Figura: Localización dentro de la Región de Murcia.

Figura: Vista Aérea de la planta. (Google Maps)

2.1.3. Estudio solar de la zona

Es obvio que una de las variables más importantes en cuanto a la producción de energía que pueda tener una instalación fotovoltaica es la cantidad de energía que le llega desde el sol. Por ello, las instalaciones fotovoltaicas que más producen son las que más horas de sol reciben y con una mayor irradiancia. Estos parámetros los podemos comprobar estudiando la irradiación y la irradiancia de una determinada zona.

En la zona de la Región de Murcia tenemos una muy favorable irradiación, ya que es uno de los puntos de España donde más horas de sol se reciben al año y a su vez donde más energía solar se recibe por 𝑚𝑚2.

(32)

Figura: Datos de irradiación y horas de sol por año de las provincias de España.

Si comparamos los datos de energía solar en Alhama de Murcia con en el de otras ciudades de España (Madrid, Valencia y Sevilla), observamos que es un emplazamiento óptimo para la producción solar fotovoltaica, ya que en muchos de los meses del año supera a ciudades con datos también muy favorables de energía solar promedio como Sevilla.

(33)

Figura: Comparación de diferentes ciudades de España en cuanto a energía solar recibida. (Weather Spark)

La irradiación recibida variará con la inclinación del panel. En nuestro caso las placas solares irán en la superficie del tejado y este tendrá una inclinación de 13º.

Figura: Irradiación recibida en la localización de la instalación para diferentes inclinaciones.( Elaboración propia.)

Como podemos comprobar esta inclinación no será la óptima (La inclinación óptima sería de 34 º), pero nos ahorrará costes en cuanto a estructuras de paneles inclinadas y nos permitirá colocar más placas en la superficie de las naves.

Dependiendo de la época del año habrá más o menos irradiancia, lógicamente los meses de verano serán donde mayores potencias del sol recibiremos por unidad de superficie y por tanto donde más podremos generar. En esta gráfica se puede observar cómo varía esta irradiancia a lo largo del día en el lugar de instalación, según el mes del año.

1849.21

2139.75

2024.69

1700.00 1750.00 1800.00 1850.00 1900.00 1950.00 2000.00 2050.00 2100.00 2150.00 2200.00

Kwh/m2

Irradiación total anual

0 º 34 º 13º

(34)

Figura: Variación de la irradiancia media diaria en el emplazamiento de la instalación según el mes del año. (Elaboración propia)

Como mes más favorable podemos destacar julio, y como mes más desfavorable diciembre.

Hora sol pico o HSP

En el emplazamiento de la instalación tendremos la siguiente distribución de HSP promedio, según los meses del año:

0 200 400 600 800 1000 1200

0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00

W/m2

Irradiancia global promedio diaria

Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre Noviembre Diciembre

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00

Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

HSP promedio por mes

Inclinacion 0º Inclinacion óptima 34 º Inclinacion cubierta 13 º

(35)

Figura: HSP promedio según mes para diferentes inclinaciones en el emplazamiento de la instalación.(Elaboración propia)

Podemos interpretar de la gráfica como una inclinación óptima de los paneles nos permitiría recibir un aporte de energía promedio mayor durante todo el año, mientras que la inclinación de la cubierta tiene máximos más altos en los meses de verano y mínimos más bajos en los meses de invierno.

2.1.4. Proceso industrial, maquinaria y descripción del uso de las instalaciones El proceso industrial de la planta es el de ofrecer servicios de reciclaje de metales.

Las instalaciones están destinadas al almacenamiento y reciclaje de todo tipo de residuos metálicos, tales como:

• Materiales férricos: recorte, llantas, chatarra cizallada, chatarra estructural, chatarra fragmentada...

• Materiales no férricos: cable de cobre, latón, cable automoción, cobre, recorte de aluminio, bobinado de cobre, zorba inoxidable, placas electrónicas, motores eléctricos…

• Otros materiales: papel, cartón, plásticos y baterías.

Para realizar este proceso industrial se disponen de una gran cantidad de máquinas. Las más importantes en la empresa y que por tanto tienen un mayor consumo eléctrico, son:

• Cizalla

• Molino Enerfuel

• Planta Metales

• Molino

• Compresores

La industria desarrolla la actividad explicada en diferentes procesos, que tienen lugar en diferentes zonas y naves de la parcela. A continuación, se describen esos procesos y la zona donde se realizan:

(36)

Figura: Fotografía de la empresa en la que se nombran las naves. (Foto tomada por el autor en la empresa)

• Nave 1: Taller y gestión de residuos peligrosos. Edificio con estructura metálica, cubierta a dos aguas y cerramiento con paneles de hormigón prefabricado.

• Nave 2: Planta de clasificación de metales. Edificio con estructura metálica, cubierta a dos aguas y cerramiento parcial con paneles de hormigón prefabricado.

• Nave 3: Edificio de oficinas y administración. Estructura de hormigón y cerramientos con ladrillo enlucido.

• Nave 4: Molienda y triaje de de residuos no peligrosos (molino de basuras) Edificio de estructura metálica, cubierta a dos aguas y cerramiento parcial con paneles de hormigón prefabricado.

• Nave 5: Dispone de dos zonas distinguidas. La primera dispone de líneas de tratamiento similares a la nave 2 y en la segunda se realizarán las funciones para la gestión de VFU y de residuos de aparatos eléctricos y electrónicos.

El programa de trabajo que se suele emplear, aunque puede variar con la demanda y la gestión es el siguiente:

- Molino Basura: Lunes a Viernes, de 06:00 a 13:00 h y Sábados, de 08:00 a 12:00 h - Planta Metales: Durante todo el año, se alterna según épocas.

- Molino y Cizalla: Lunes a Viernes, de 00:00 a 08:00.

Los equipos más consumidores de la planta son la cizalla y el molino, que trabajan conjuntamente y en los horarios donde la electricidad es más barata, es decir, en el periodo P6.

Nave 1 Nave 3 Nave 2 Nave 4

Nave 5

(37)

Las oficinas tienen horarios independientes a los de producción, siendo su horario de lunes a viernes de 08:00 a 14:00 h por las mañanas y de 15:00 a 19:00 h por las tardes, y los sábados de 08:00 a 13:00 h. Se mantiene este programa de trabajo a lo largo de todo el año.

2.1.5. Consumos y tarifa eléctrica

En esta gráfica podemos ver el consumo típico de todo un año en la planta, según cada mes, siendo el total consumido por la empresa de 4.223.889 kWh.

Figura: Consumos mensuales empresa. (Elaboración propia)

Como podemos ver en la gráfica, se llega a la conclusión de que no se sigue un patrón claro en la demanda de energía eléctrica según el mes. Esto ha sido confirmado por el personal cualificado de la empresa, que explican que el consumo va a depender de cuanto material haya entrado a la planta, por el funcionamiento de las máquinas, y eso a su vez varía mucho por factores como puede ser el precio de los materiales.

En tiempos donde los materiales están caros, habrá mayor entrada de material que tiempos donde estén baratos, por lo que la demanda se ajustará a eso. No se pueden establecer por lo tanto meses de mayor o menor consumo.

Estos consumos se reparten de la siguiente manera en la planta:

0 50000 100000 150000 200000 250000 300000 350000 400000 450000

500000

Consumo (KWh)

(38)

Figura: Reparto de consumos según maquinaria. (Elaboración propia)

En cuanto a las compras de energía, hay un único suministro en la planta, cuya contratación se realiza a 6 periodos, correspondiendo a la nueva tarifa 6.1 TD. Esta tarifa se divide de la siguiente manera:

Figura: Distribución horaria de la tarifa 6.1 contratada por la empresa. (Energiaroams)

Alumbrado; 3% Compresores;

11%

Molino Enerfuel;

6%

Planta Metales;

8%

Molino; 34%

Cizalla; 13%

Otros; 25%

REPARTO DE CONSUMOS

(39)

Mientras que la empresa tiene contratadas las siguientes potencias para cada periodo:

Potencia contratada (kW)

Tarifa P1 P2 P3 P4 P5 P6

6.1A 600 600 600 600 600 2335

2.2. Solución Técnica adoptada

El esquema principal de funcionamiento de la instalación es el siguiente: El generador fotovoltaico formado por diferentes módulos del mismo modelo, se conectarán en serie y paralelo de forma que se garantice el correcto funcionamiento del inversor fotovoltaico. El inversor transformará la corriente continua producida por los módulos, la cual dependerá de la irradiancia recibida sobre las placas, y mediante electrónica de potencia obtendremos una señal en alterna, con una frecuencia de 50 Hz y una tensión trifásica de 400 V.

Cuando la demanda eléctrica de la industria sea inferior a la producción se inyectará el sobrante a la red eléctrica, y se podrán saber las cantidades de energía producida y consumida gracias a un contador bidireccional.

A su vez, se llevará a cabo una comunicación continua con el inversor, para poder monitorizar valores como la potencia y la energía proporcionada, y así controlar y determinar los mejores momentos para el consumo de energía, e incluso detectar cualquier defecto o disminución en la producción que pueda ser provocado por parámetros como la suciedad del panel.

Figura: Esquema básico de funcionamiento de la instalación fotovoltaica a dimensionar.

(ipdomotica)

(40)

Para realizar una instalación fotovoltaica económicamente rentable para el cliente, es importante llevar a cabo una adecuada selección de los componentes, con una orientación de paneles óptima y una producción lo más adaptada posible a la demanda de potencia.

Figura: Representación 3D de las naves (Elaboración propia)

En la alternativa seleccionada, cubriremos la mitad de la cubierta con la orientación más favorable de las naves A, B y C. En la imagen es la parte más clara de la cubierta.

El porqué de la elección de esta alternativa es sencillo: Utilizar la orientación más favorable de las naves industriales para intentar sacar la máxima potencia fotovoltaica con una mejor rentabilidad.

Sólo utilizamos la superficie que más cerca está de mirar al sur, la que tiene un azimut 43 º.

Tras realizar una serie de cálculos conseguimos dimensionar la instalación de esta alternativa y obtener así los elementos necesarios a instalar, así como sus características. Todo queda recogido en el “Anexo de cálculos”.

Principales parámetros de la instalación fotovoltaica.

Principales parámetros – 246,84 kWp

Potencia Total (AC) a 25ºC 260 kW

Potencia Total (DC) 246,84 kW

Módulo fotovoltaico Panel Solar 340 W 24 V Policristalino ERA

Nº de módulos 726

(41)

Inversores SUN2000-100KTL-M1/ SUN2000-60KTL- Nº de inversores 2x100 kWn / 1x60kWn M0

Tipo de Estructura Soporte coplanar para cubierta metálica 2.2.1. Módulos fotovoltaicos

En primer lugar, debemos seleccionar un modelo de panel fotovoltaico. En la web de Autosolar se ha seleccionado el panel fotovoltaico 340 W 24 V policristalino, del fabricante ERA SOLAR.

Los datos principales de este panel son los siguientes:

Características módulo policristalino ERA Características eléctricas

Potencia Nominal (Wp) 340 W

Eficiencia del módulo 17,5 %

Corriente de máxima potencia (Im) 8,84 A Tensión de máxima potencia (Vm) 38,5 V Corriente de cortocircuito (Isc) 9,45 A Tensión de circuito abierto (Voc) 46,4 V

Parámetros térmicos

Coeficiente de temperatura de Isc (alfa) +0,08558 %/ºC Coeficiente de temperatura de Voc (beta) -0,29506 %/ºC

Coeficiente de temperatura de Pmpp

(gamma) -0,38001 %/ºC

Características mecánicas

Célula (cantidad/material/dimensiones) 72/Silicio policristalino/156,75x156,75 mm Dimensiones (L / W / H) 1952x992x40 mm

Las razones por las que hemos escogido este panel son las siguientes:

• Elevado rendimiento: 17,5 %

• Bajo porcentaje de pérdidas por temperatura en comparación con otros modelos.

• Elevada potencia nominal del panel (340 W) por un precio muy reducido: 118,3 €

• Opiniones de otros compradores del panel muy favorables.

(42)

• El producto posee una garantía de 12 años. Además de garantizar un 90 % del rendimiento del panel tras su compra a los 10 años, y un 80 % a los 25 años.

• Aunque la tecnología policristalina tiene menor eficiencia que la monocristalina en nuestro caso es la ideal porque no disponemos de problemas de superficie. Nos supondrá un ahorro en comparación con la monocristalina.

2.2.2. Inversor

Los inversores seleccionados en esta propuesta son del fabricante HUAWEI, modelos SUN2000- 100KTL-M0 y SUN2000-60KTL-M1.

Las principales características y prestaciones de estos dispositivos son las siguientes:

Características y prestaciones

HUAWEI-SUN2000-100KTL-M1 / HUAWEI-SUN2000-60KTL-M0 Eficiencia

Eficiencia máxima 98,6 % / 98,7 %

Eficiencia europea 98,4 % / 98,5 %

Entrada Máx. tensión de entrada 1100 V Máx. intensidad por MPPT 26 A / 22 A Máx. intensidad de cortocircuito por MPPT 40 A / 30 A Rango de tensión de operación de MPPT 200 V – 1000 V Tensión nominal de entrada 600 V

(43)

Nº de entradas 20 / 12

Nº de MPPTs 10 / 6

Salida

Potencia nominal activa 100 Kw / 60 Kw

Tensión nominal de salida 400 V

Intensidad nominal salida 144,4 A / 86,7 A

Máx. Intensidad de salida 160,4 A / 95,3 A

Protecciones

Dispositivo de desconexión del lado CC SI Protección contra funcionamiento en isla SI Protección contra sobreintensidad de CA SI Protección contra sobreintensidad de CA SI Protección contra polaridad inversa de CC SI

Monitorización de fallas en strings de

sistemas fotovoltaicos SI

Protector contra sobretensiones de CC TIPO 2 Protector contra sobretensiones de CA TIPO 2

Detección de aislamiento de CC SI

Unidad de monitorización de la intensidad

residual SI

Comunicaciones

Monitor Indicadores LED, WLAN + APP

Las razones por las que hemos seleccionado este inversor son las siguientes:

• Potencia nominal del inversor es la apropiada para nuestra instalación.

• Las eficiencias de estos modelos de inversor son muy altas.

• Amplio rango de tensiones de entrada, así como un gran número de conectores de entradas con diferentes MPPTs, lo que nos permite tener mayores posibilidades de diseño en serie- paralelo que se adaptarán mejor al espacio del que disponemos.

• Gran capacidad de protección, tanto en el lado de CC como en el de CA.

• La marca Huawei goza de un reconocido prestigio en el mercado lo que nos aporta una gran confianza en el producto.

(44)

• La capacidad de comunicación del inversor nos permite monitorizar los datos de producción y consumo de forma fácil, a través de una aplicación compatible.

• Precio muy asequible por todas estas prestaciones en los dos modelos.

Los inversores irán colgados de la pared, debajo de las cubiertas de cada nave e irán conectados a los cuadros de baja tensión de estas, los cuales se encuentran resguardados de los agentes meteorológicos externos.

El número de inversores se encuentra reflejado en el resumen de parámetros, y justificado en el anexo de cálculos.

2.2.3. Configuración de paneles

Una vez se ha seleccionado el panel y el inversor, se puede diseñar y calcular una configuración óptima de los paneles en la superficie disponible del techo de la nave. Todo queda justificado en el anexo de cálculos.

Nave A

• Se instalarán en la cubierta 12 strings de paneles fotovoltaicos. Total 206 paneles.

o 10 strings tendrán 17 módulos en serie cada uno.

o 2 strings tendrán 18 módulos en serie cada uno.

Nave B y C (en cada una)

• Se instalarán en la cubierta 20 strings de paneles fotovoltaicos. Total 260 paneles.

o 20 strings tendrán 13 módulos en serie cada uno.

Estas configuraciones permiten la correcta separación de paneles para facilitar labores de mantenimiento, aprovechan la superficie de la cubierta y aseguran el correcto funcionamiento del inversor. Se pueden ver de forma gráfica en el documento Planos.

2.2.4. Estructura de sujeción y colocación de paneles

Una vez definidas las configuraciones de paneles y su colación en la cubierta, procedemos a elegir una estructura de sujeción. La estructura será de tipo coplanar plana de aluminio con tornillería de acero. Tendrá disposición vertical, aprovechando la inclinación de la cubierta. Esto permitirá ahorrar en estructuras orientadas, las cuales reducen la superficie disponible para instalación de paneles y suponen una mayor carga para la cubierta.

(45)

Figura: Vista orientativa de la estructura a colocar en la cubierta de la nave. (MibetEnergy)

La estructura de soporte con los módulos instalados debe garantizar las sobrecargas producidas por viento y nieve, tal y como indica el CTE. El diseño debe garantizar las posibles dilataciones térmicas sin transmitir cargas que afecten a la integridad de los módulos, así como permitir una correcta ventilación de estos que ayudará a controlar altas temperaturas. Por ello dejaremos una separación módulo-módulo de 20 mm, y 100 mm entre el módulo y la cubierta.

A su vez, con el fin de facilitar las maniobras de mantenimiento de los paneles se dejará una separación de 0,5 metros cada dos filas de paneles. Esto permite al personal cualificado moverse con gran seguridad por la cubierta accediendo a cualquier panel sin ponerse en riesgo.

Las estructuras serán del fabricante SUNFER, una empresa dedicada exclusivamente a la fabricación de estructuras fotovoltaicas. Se encargarán los siguientes modelos:

Nave A

10x Soporte coplanar plano para 17 paneles 2x Soporte coplanar plano para 18 paneles

Nave B

20x Soporte coplanar plano para 13 paneles Nave C

20x Soporte coplanar plano para 13 paneles

2.2.5. Interconexión de elementos y protecciones

Para conectar los elementos descritos hasta ahora se necesitarán una serie de conductores, así como una serie de protecciones tanto para resguardar los elementos de la instalación de posibles fallas, como para la protección de personas.

Referencias

Documento similar

(1886-1887) encajarían bien en una antología de textos históricos. Sólo que para él la literatura es la que debe influir en la historia y no a la inversa, pues la verdad litera- ria

dente: algunas decían que doña Leonor, "con muy grand rescelo e miedo que avía del rey don Pedro que nueva- mente regnaba, e de la reyna doña María, su madre del dicho rey,

Y tendiendo ellos la vista vieron cuanto en el mundo había y dieron las gracias al Criador diciendo: Repetidas gracias os damos porque nos habéis criado hombres, nos

Habiendo organizado un movimiento revolucionario en Valencia a principios de 1929 y persistido en las reuniones conspirativo-constitucionalistas desde entonces —cierto que a aquellas

La campaña ha consistido en la revisión del etiquetado e instrucciones de uso de todos los ter- mómetros digitales comunicados, así como de la documentación técnica adicional de

Products Management Services (PMS) - Implementation of International Organization for Standardization (ISO) standards for the identification of medicinal products (IDMP) in

This section provides guidance with examples on encoding medicinal product packaging information, together with the relationship between Pack Size, Package Item (container)

Las manifestaciones musicales y su organización institucional a lo largo de los siglos XVI al XVIII son aspectos poco conocidos de la cultura alicantina. Analizar el alcance y