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TFM Ingrid Cruxent Carmany
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PROYECTO DE IMPLANTACIÓN DE UNA INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA EN UNA NAVE INDUSTRIAL DESTINADA AL AUTOCONSUMO Autora: Ingrid Cruxent Carmany Tutor: Daniel García-Almiñana Titulación: Máster en Enginyería Industrial Año: 2022-2023 1 Ingrid Cruxent Carmany Titulación: Máster en Enginyeria industrial Alumno (Nombre y Apellidos): Ingrid Cruxent Carmany Enunciado TFM: Proyecto de implantación de una instalación fotovoltaica en una nave industrial destinada al autoconsumo Director del TFM: Daniel García-Almiñana Convocatoria de entrega del TFM: Curso 2022-2023 2 Ingrid Cruxent Carmany RESUMEN Actualmente vivimos en una problemática climática, donde el uso de las energías renovables está aumentando para conseguir los objetivos de reducción del CO2 del año 2030. Una de las energías más utilizada, es el uso de paneles fotovoltaicos, tanto para generar electricidad que irá directamente a la red como para generar electricidad de autoconsumo en viviendas o edificios. Este tipo de energía está generando un cambio en el sector energético. Así que la idea de este trabajo es realizar el proyecto para implementar la instalación fotovoltaica de una nave industrial ubicada en Montcada i Reixac, y así poder saber con más exactitud de que se compone este tipo de instalaciones y cuales son sus cálculos necesarios para poder dimensionarla. ABSTRACT We currently live in a climate problem, where the use of renewable energies is increasing to achieve the CO2 reduction objectives of the year 2030. One of the most widely used energies is the use of photovoltaic panels, both to generate electricity that will go directly to the grid and to generate electricity for self-consumption in homes or buildings. This type of energy is generating a change in the energy sector. So the idea of this work is to carry out the project to implement the photovoltaic installation of an industrial warehouse located in Montcada i Reixac, and thus be able to know more exactly what this type of installation is made up of and what are the necessary calculations to be able to size it. 3 Ingrid Cruxent Carmany Prefacio La motivación principal de este proyecto ha sido la posibilidad de realizar de inicio a fin el estudio de un proyecto de instalación fotovoltaica, pudiendo así aprender los elementos que la forman y los cálculos necesarios para dimensionarla. Además, al estar ubicada en la nave industrial en la que trabajo aún motiva más, ya que puedes imaginarte como sería realmente, y si en un futuro se realiza la instalación, será un proyecto real. Durante el máster de energías renovables se ha aprendido sobre instalaciones solares, pero a gran escala, para campos de placas, así que realizarlo de autoconsumo me ayuda a conocer más este tipo de instalaciones, ya que en un futuro me gustaría poder participar en proyectos de forma laboral. 4 Ingrid Cruxent Carmany Tabla de contenido 1. Introducción ........................................................................... 7 1.1. Definición de objetivos ...................................................................................... 7 1.2. Alcance ............................................................................................................. 7 1.3. Requerimientos ................................................................................................. 7 1.4. Justificación ...................................................................................................... 7 2. Antecedentes .......................................................................... 8 2.1. Energía solar fotovoltaica ................................................................................. 8 2.2. Origen de la energía fotovoltaica ...................................................................... 9 2.3. Principios de la energía solar fotovoltaica en España ...................................... 9 3. Estado del arte ..................................................................... 11 3.1. Componentes de una instalación ................................................................... 11 4. Diseño de la instalación fotovoltaica ................................. 18 4.1. Situación y emplazamiento de la instalación .................................................. 18 4.2. Descripción de la actividad del edificio y cargas eléctricas ............................ 20 4.3. Solución adoptada. Diseño de la instalación .................................................. 21 5. Estudio económico .............................................................. 32 5.1. Presupuesto .................................................................................................... 32 5.2. Viabilidad del proyecto .................................................................................... 34 6. Aspectos Jurídicos .............................................................. 36 7. Impacto medioambiental ..................................................... 37 8. Conclusiones ........................................................................ 38 9. Bibliografía ........................................................................... 40 10. Anexo .................................................................................... 41 10.1. Cálculos ...................................................................................................... 41 10.2. Planos ......................................................................................................... 44 10.3. Fichas técnicas ........................................................................................... 50 5 Ingrid Cruxent Carmany Índice de ilustraciones Ilustración 1 Elementos de la célula solar ....................................................................... 8 Ilustración 2 Gráfico con la potencia fotovoltaica instalada en España ........................ 10 Ilustración 3 Ejemplo de placas como elemento de construcción ................................. 11 Ilustración 4 Esquema de una instalación fotovoltaica en de autoconsumo ................. 12 Ilustración 5 Esquema unifilar de una instalación fotovoltaica de autoconsumo .......... 12 Ilustración 6 Elementos de un panel solar .................................................................... 13 Ilustración 7 Conexionado de un inversor ..................................................................... 14 Ilustración 8 Ubicación de la nave industrial donde se realizará la instalación ............. 18 Ilustración 9 Vista en google maps de la nave industrial .............................................. 19 Ilustración 10 Gráfico irradiación solar mensual según el PVGIS ................................. 22 Ilustración 11 Datos introducidos en la base de datos PVGIS ...................................... 24 Ilustración 12 Producción de energía mensual del sistema calculado proporcionado por la base de datos PVGIS con 68 placas ......................................................................... 24 Ilustración 13 Producción de energía mensual del sistema calculado proporcionado por la base de datos PVGIS con 60 placas ......................................................................... 25 Ilustración 14 Simulación de la instalación fotovoltaica ................................................ 27 Ilustración 15 Conexionado de las palcas por String .................................................... 28 Ilustración 16 Fusible 15A 1000VDC ............................................................................ 29 Ilustración 17 Magnetotérmico Acti9 iC60L, 4P, 32A, C curva - Schneider .................. 29 Ilustración 18 Diferencial ilD 4P 40A 30mA A-SI – Schneider ...................................... 30 Ilustración 19 Tubo PVC gris rígido .............................................................................. 31 Ilustración 20 BandejaGC 60x150 c/tapa ..................................................................... 31 Ilustración 21 Gráfica de amortización .......................................................................... 35 Ilustración 22 Tabla 1 de la ITC-BT-19 ......................................................................... 42 Índice de tablas Tabla 1 Tipos de placas solares ................................................................................... 13 Tabla 2 Tipos de inversores .......................................................................................... 15 Tabla 3 Consumo mensual nave .................................................................................. 20 Tabla 4 Datos obtenidos de la irradiación a través de la base de datos PVGIS ........... 21 Tabla 5 Características de los paneles solares escogidos ........................................... 22 Tabla 6 Datos obtenidos en el estudio de las pérdidas y performance ratio ................ 23 Tabla 7 Producción y Performance ratio anual de los módulos y la planta .................. 23 Tabla 8 Tabla comparación 68 placas y 60 placas ....................................................... 25 Tabla 9 Tabla resumen de las secciones del cableado ................................................ 30 Tabla 10 Tabla comparación consumo vs producción .................................................. 38 6 Ingrid Cruxent Carmany 7 Ingrid Cruxent Carmany 1. Introducción En este trabajo se va a realizar el estudio para la implantación de placas fotovoltaicas en una nave industrial para obtener autoconsumo. El estudio se realizará en la nave industrial donde se ubica la empresa Inserty Instalaciones. 1.1. Definición de objetivos El objetivo del trabajo es realizar un estudio para la implantación de placas fotovoltaicas en una nave industrial para obtener autoconsumo. Pudiendo saber si este tipo de instalaciones es viable para las empresas, ya que el sector de la industria es donde más electricidad se consume. También saber la viabilidad económica de este tipo de energía que actualmente está en crecimiento, así como sus características. Aprender los cálculos necesarios, así como las características de cada componente para llevar a cabo una instalación lo más eficiente posible. Aprender sobre este tipo de energía. En concreto, en este trabajo se estudia la viabilidad de una instalación en una nave industrial ubicada en Montcada i Reixac, donde se compone de oficinas, donde hay puestos de trabajo y luego el almacén, donde se ubica todo el material de la empresa. 1.2. Alcance Para la realización de este proyecto es necesario cumplir las siguientes tareas: - Estudio de la ubicación de la nave y del recurso solar - Cálculo del número de placas solares - Características de la instalación (tipo de placas, de inversor, si tendrá baterías) - Características del conexionado (m2, paralelo o en serie, esquema) - Viabilidad económica y amortización - Estudio de los aspectos jurídicos y ayudas - Análisis de impacto medio ambiental 1.3. Requerimientos Los requerimientos que debe cumplir el proyecto son: - Ubicación de placas en la nave industrial de la empresa en el tejado - Estudiar la viabilidad de la realización del proyecto - Uso de placas fotovoltaicas - Saber el presupuesto del proyecto para estudiar si la inversión merece la pena - Mejora del impacto ambiental - Mejora del consumo eléctrico por red 1.4. Justificación Se plantea la instalación para la reducción del uso de electricidad con energía no renovable y así también favorecer a los objetivos marcados del 2030. 8 Ingrid Cruxent Carmany 2. Antecedentes Podemos encontrar dos tipos de energía, la energía solar térmica y la energía solar fotovoltaica. La energía solar térmica se compone de unos equipos (paneles solares o captadores) que convierten la radiación solar en calor. La manera de realizar el proceso es recogiendo y concentrando la radiación solar para calentar un líquido (normalmente agua y anticongelante), el agua se calienta y ya está lista para utilizarla. Por lo tanto, la energía solar térmica su uso principal es para la generación de agua caliente sanitaria. Pero en este trabajo se va a centrar en la energía solar fotovoltaica, por lo tanto, a continuación, se habla de este tipo de energía. 2.1. Energía solar fotovoltaica La energía solar fotovoltaica es una fuente de energía que produce electricidad a partir de la radiación solar, por lo tanto podemos decir que es una energía renovable. La obtención de dicha radiación se realiza mediante un dispositivo semiconductor denominado célula fotovoltaica, o bien mediante una deposición de metales sobre un sustrato denominada célula solar de película fina. Una célula solar se comporta como un diodo: la parte expuesta a la radiación solar es la N, y la parte situada en la oscuridad, la P. [8] Ilustración 1 Elementos de la célula solar La cara correspondiente a la zona P esta cubierta de metal, mientras que la zona N el metalizado tiene forma de peine para que la radiación solar llegue al semiconductor. [8] Podemos encontrar dos tipos de plantas fotovoltaicas, las que se conectan a la red y las que no, de las que están conectadas a la red, que son las más usadas, encontramos las siguientes: - Central fotovoltaica: la energía producida se vierte en la red eléctrica. - Generador con autoconsumo: La mayor parte de electricidad generada es consumida por un productor (como una vivienda) y el sobrante se vierte a la red, así en el caso de que no se produzca suficiente para su demanda, el productor se suministra a través de la red. En el caso de este trabajo, la instalación será un generador con autoconsumo para una nave industrial. 9 Ingrid Cruxent Carmany 2.2. Origen de la energía fotovoltaica El efecto fotovoltaico fue por primera vez en 1839 por el físico francés Alexadre-Edmond Becquerel. [4] En 1889 el inventor norteamericano Charles Fritts construyó la primera celda solar con una eficiencia del 1%, utilizando como semiconductor el Selenio con una muy delgada capa de oro, provocando que tuviera un alto costo. Esta celda se utilizó para usos diferentes a la generación de electricidad, se utilizó para sensores de luz en la exposición de cámaras fotográficas. [4] Hoy en día se utiliza la celda de silicio que llegó en 1952 accidentalmente experimentando con semiconductores, donde se encontró que el Silicio con algunas impurezas era muy sensitivo a la luz. [4] Logrando una eficiencia del 6%. La primera utilización de la generación de energía con celdas fotovoltaicas fue en los primeros satélites geoestacionarios de URSS y USA, en 1957. [4] Estos hechos provocaron un interés que impulso la investigación de los paneles solares y así conseguir modelos más eficientes, hoy en día se sigue investigando. 2.3. Principios de la energía solar fotovoltaica en España En España el nacimiento de la energía fotovoltaica para el sistema eléctrico fue en 1984, cuando Iberdrola instaló en San Agustín de Guadalix la primera central fotovoltaica conectada a la red (De 100 kWp), siendo la única central en toda la península durante casi 10 años. [1] En 2004 la fotovoltaica representaba una parte muy pequeña del conjunto de las renovables, que suponían un 6,5% del consumo de energía primaria, teniendo un objetivo de cubrir al menos el 12% en 2010 con una potencia de 400 MW. [1] Como había un insuficiente desarrollo de las renovables, se hizo un cambio en la legislación, pasando en 2004 del sistema de primas al abono de un porcentaje sobre la Tarifa Media de Referencia a 2007 que se fijó unas primas y tarifas reguladas fijas. Este ultimo cambio provoco que las grandes instalaciones fotovoltaicas resultaron muy beneficiadas, con una alta rentabilidad que favoreció gran cantidad de inversiones, consiguiendo en dos años que se multiplicará por 27 la potencia instaladaa finales de 2006. 10 Ingrid Cruxent Carmany Podemos ver el crecimiento de la potencia instalada durante estos años: Ilustración 2 Gráfico con la potencia fotovoltaica instalada en España Se puede apreciar lo que se comentaba anteriormente, en 2006 empieza la subida de la potencia instalada, a partir de 2018 ya vemos una subida aún más destacable, debido al abaratamiento de las placas solares y el progreso tecnológico. 11 Ingrid Cruxent Carmany 3. Estado del arte A continuación, se va a hablar de los elementos importantes en una instalación fotovoltaica y los tipos de cada elemento que podemos encontrar actualmente en el mercado. 3.1. Componentes de una instalación En una instalación fotovoltaica podemos encontrar los siguientes elementos, pero para explicar los elementos primero se va a proceder a la explicación de tipos de instalaciones, ya que actualmente la fotovoltaica se utiliza tanto para el suministro de la red como de edificación. Fotovoltaica conectada a la red La electricidad de este tipo de instalación se inyecta en paralelo con la red pública. Este tipo de instalaciones permite a los usuarios cogenerar electricidad o inyectar en paralelo la energía, ya se para autoconsumo o para devolver al sistema interconectado. Se puede encontrar un amplio margen de aplicaciones, desde centrales de centenares de megavatios hasta pequeños sistemas de unos cuantos kilovatios, aportando importantes beneficios a los sistemas de distribución, dependiendo de las características y condiciones operativas de la red: - Modulación de picos de demanda. - Alivio térmico a equipos de distribución. - Disminución de perdidas por transmisión y distribución. - Soporte de voltaje en alimentadores de distribución. - Compensación de potencia reactiva en el alimentador. Sus principales componentes son: - Arreglo fotovoltaico (Elemento encargado de transformar la radiación solar en electricidad). Constituido por un determinado número de módulos o paneles. - Inversor (de corriente continua a corriente alterna, para adecuar la energía generada a la cual se conectará a la demanda). Fotovoltaica en edificación Consiste en la utilización de módulos fotovoltaicos que forman parte de la estructura de un edificio en sustitución a los materiales de construcción convencionales como por ejemplo techos. Una de sus ventajas es el coste final, ya que el coste que supondría la instalación fotovoltaica se compensa con el ahorro de costes de gasto de materiales de construcción y montaje. Ilustración 3 Ejemplo de placas como elemento de construcción 12 Ingrid Cruxent Carmany La instalación estudiada en el trabajo será del tipo de fotovoltaica conectada a la red, por lo tanto, ahora vamos a hablar de sus componentes principales, desde el panel hasta el cuadro eléctrico. Componentes de una instalación fotovoltaica En las siguientes imágenes vemos un esquema y un esquema unifilar del sistema fotovoltaico conectado a la red de baja tensión: Ilustración 4 Esquema de una instalación fotovoltaica en de autoconsumo Ilustración 5 Esquema unifilar de una instalación fotovoltaica de autoconsumo Como podemos ver los elementos que forman la instalación son los siguientes: 13 Ingrid Cruxent Carmany Paneles solares El principal elemento de cualquier instalación de energía solar, el generador, que recibe el nombre de célula solar (panel solar). El parámetro que clasifica su potencia se denomina potencia pico, que corresponde con la potencia máxima que el módulo puede entregar bajo unas condiciones estandarizadas. Los módulos fotovoltaicos están formados por un conjunto de celdas que producen electricidad a partir de la luz del sol que incide sobre ellos, usando el efecto fotovoltaico. Proporciona en su salida de conexión una tensión continua con valores concretos de tensión. Las principales características son las siguientes: Ilustración 6 Elementos de un panel solar Los tipos de paneles vienen dados por la tecnología de fabricación de las células y son fundamentalmente o silicio cristalino (monocristalino y multicristalino) o Silicio amorfo. Conexionado Encapsulado Soporte Cables de conexión, detrás en una caja Marco del panel para el soporte Silicio amorfo: rendimiento directo de menos del 10%. Tiene un color homogéneo, no existe conexión visible entre las células. Se recomiendan cuando se tenga mucho espacio para colocarlos, ya que necesitamos un panel más grande para conseguir la misma potencia que uno cristalino. Son los más económicos. Es el que mejor comportamiento tiene en clima cálido. Silicio Multicristalino: rendimiento directo del 12-14%. Lasuperficie está estructurada en cristales y contiene distintos tonos azules. Tiene la ventaja de que, aunque el panel solar se encuentre parcialmente cubierto por sombra o nieve, el circuito solar sigue funcionando. Suministran la tensión perfecta para bajo consumo. Bajo coste y gran eficiencia, los hace los más utilizados. Para climas cálidos, soportan mejor el sobrecalentamiento. Silicio Monocristalino: rendimiento del 15-18%. Azules homogéneos y la conexión de las células individuales entre sí. El que tiene mejor rendimiento y los pioneros de la energía solar, empezándose a fabricar en 1950. Ideales para climas con tendencia a climatologías inestables, absorben de mejor manera el calor, aunque no están preparados para el sobrecalentamiento. Tabla 1 Tipos de placas solares 14 Ingrid Cruxent Carmany Inversor Se encarga de convertir la corriente continua de la instalación en corriente alterna (220V y 50 Hz). Es un elemento imprescindible en las instalaciones conectadas a la red, sobretodo si es para electrificación de viviendas o de la red eléctrica. Para las instalaciones conectadas a red no se almacena la energía, simplemente se pone a disposición de los usuarios a través de la red eléctrica. En las viviendas se cuenta con acumuladores para así almacenar la energía, aun que también se puede realizar la instalación sin almacenamiento, siendo un sistema parecido al de una instalación conectada a red. Las características principales de un inversor son [9]: - Alta eficiencia, debe funcionar bien para un amplio rango de potencias. - Bajo consumo en vacío, es decir, cuando no hay cargas. - Alta fiabilidad, resistencia a los picos de arranque. - Protección contra cortocircuitos. - Seguridad - Buena regulación de tensión y frecuencia de salida. Hoy en día podemos encontrar en el mercado inversores que funcionan también como reguladores de carga de las baterías. La conexión de este elemento es la siguiente: Ilustración 7 Conexionado de un inversor En este esquema podemos ver su conexionado, para la parte continua el cable rojo para el positivo y el negro para el negativo. Para la parte alterna hay tres conductores, el color amarillo-verde para la conexión a tierra, el azul para el neutro y el marrón para las fases. Entre el inversor y el uso en la vivienda encontramos el cuadro eléctrico con las protecciones y el cuadro de distribución. En el mercado se puede encontrar distintos tipos de inversores, por lo tanto, es importante tener en cuenta los siguientes parámetros a la hora de elegir el modelo: - Potencia instalada, el inversor es el que determina la potencia máxima instalada en la vivienda. - Ubicación de los paneles solares, la orientación e inclinación de los paneles, así como la presencia de sombras afectarán a la producción, por ello, en el caso de que la producción sea diferente en unos módulos, es importante seleccionar el modelo que permita obtener la potencia de manera individual de cada panel. 15 Ingrid Cruxent Carmany - Similitud entre paneles, si tenemos diferentes tipos de paneles o placas más antiguas que otras, hay que tener en cuenta de tener un inversor que no nos limite la producción al panel con el rendimientomás bajo. - Presupuesto, los más avanzados y que ofrecen mejores prestaciones, tienen un coste más elevado. Por lo tanto, es importante definir bien las características y necesidades de la instalación. - Posibilidad de ampliación de la instalación, en el caso de querer ampliar la instalación en un futuro hay que tenerlo en cuenta, ya que se deberá seleccionar un inversor que no limite la potencia, así que hay que tener en cuenta las necesidades en un futuro. El tipo de inversor depende del tipo de instalación y encontramos los siguientes modelos[9]: Tabla 2 Tipos de inversores Tipo de instalación Modelo inversor Conexión a red Inversores tipo cadena (string) Microinversores Optimizadores de potencia Instalación con batería y aislada Aislada Inversor-cargador Inversores híbridos Inversor tipo cadena Para instalaciones con paneles solares conectados por cadena o líneas, siendo necesario un inversor por la línea de placa fotovoltaicas. La potencia producida por cada línea quedará restringida a la mínima potencia de cada panel de la línea. Son los más utilizados y los más baratos del mercado, siendo su uso principal en instalaciones sin la presencia de sombras y con paneles que tienen un rendimiento muy similar, ya que, si tenemos un panel con un rendimiento del 95% y uno queda sombreado reduciendo a un rendimiento del 50%, todos los paneles reducirán su potencia a un 50%. Estos inversores además tienen una potencia máxima de conversión, por lo que, si queremos instalar más paneles en un futuro, debemos instalar otro inversor más potente. 16 Ingrid Cruxent Carmany Microinversores Son inversores de menor tamaño que los convencionales. Se conectan a una placa solar únicamente, por lo tanto, transforman la corriente continua en alterna individualmente. Este modelo ofrece mejores prestaciones. Se instalan al lado de cada panel solar o en el mismo módulo. Sus ventajas son[9]: - Posibilidad de obtener la máxima potencia de cada panel solar. - Disminución del efecto sombra u otros objetos en los paneles. Estos inversores permiten realizar una monitorización del sistema fotovoltaico para verificar que la instalación funciona adecuadamente. Se aconsejan cuando la instalación presenta variaciones en el rendimiento de los paneles, si no es el caso se recomienda no instalaros ya que su rendimiento general es menor debido a su menor tamaño y nos proporciona pérdidas por calentamiento. Optimizadores de potencia Optimizador de potencia por módulo y un inversor tradicional. Combinan lo mejor de los inversores de cadena y los microinversores. Permite ajustar la curva de producción de cada panel mientras que el inversor recoge esta energía de cada panel. Este modelo es el más eficiente de los tres, y en el caso de producirse un fallo del sistema, se desconectará automáticamente. Permiten evitar que la pérdida de rendimiento de un panel solar por sombra o fallos afecte a la producción del resto de paneles. Este inversor tiene una instalación compleja. Inversor aislado Elevan la potencia de las baterías desde 12,24 o 48V hasta la potencia nominal que utilizamos en la vivienda (220V). Estos inversores tienen medidas de seguridad frente a la sobretensión, exceso de temperatura y cortocircuito de salida. Además, evitan la sobre descarga de baterías cortando el consumo si la tensión de descarga de las baterías es muy baja. Cuando no hay conexión a red eléctrica, como, por ejemplo, una planta desaladora, explotación agrícola, etc.). Inversor cargador Funcionan de manera muy similar a los inversores anteriores, pero incorporan un sistema de carga conectado a la red para poder cargar los acumuladores en los días nublados o de mucha demanda. Permiten poder contar siempre con energía y evitar grandes descargas de las baterías, lo cual perjudica su funcionamiento. Inversor híbrido Permiten gestionar la energía solar a través de las baterías, así como la inyección de los excedentes de energía en la red eléctrica. Son muy recientes y se están haciendo competitivos, pero son poco utilizados en instalaciones industriales porque ofrecen poca potencia. 17 Ingrid Cruxent Carmany Las principales marcas que encontramos en el mercado de inversonres son Fronius, Solaredge, Ingeteam, SMA, Huawei, Kostal, ABB o Victron Energy, mas adelante cuando tengamos que escoger el tipo de inversor y modelo se compararan entre las diferentes marcas. Otros elementos que forman la instalación de placas fotovoltaicas son: - Equipos de medida - Protecciones (fusibles, magnetotermico, diferencial, etc.). - Cuadro eléctrico (Con interruptor general, contador de salida, caja de embarrado, contador de entrada). - Interruptor de control de potencia - Cuadro de distribución (con las protecciones de cada carga) - Caja general de protecciones de la empresa distribuidora - El cableado de conexión y la puesta tierra 18 Ingrid Cruxent Carmany 4. Diseño de la instalación fotovoltaica 4.1. Situación y emplazamiento de la instalación La ubicación donde se estudiará la instalación es en la empresa Inserty Instalaciones, ubicada en el Polígono Industrial La Ferreria, en la calle Progrés, 7, Montcada i Reixac, en la provincia de Barcelona. Las coordenadas de la instalación son las siguientes: Latitud: 41.485 Longitud: 2.164 Ilustración 8 Ubicación de la nave industrial donde se realizará la instalación 19 Ingrid Cruxent Carmany Ilustración 9 Vista en google maps de la nave industrial Como sabemos, España es de los países con más sol de Europa, por lo tanto, es una buena ubicación para realizar estas instalaciones. Las placas se ubicarían en la cubierta de la nave para así poder obviar la existencia de sombras ya que no hay ningún edificio mayor en altura ni objetos que puedan generar sombras que bajen el rendimiento. Una de las limitaciones que, si podemos encontrar al realizar la instalación en la cubierta, es el espacio, habrá que estudiar si tiene las características necesarias para colocar las placas en un ángulo optimo. Primero se procederá a estudiar el recurso solar en esta localización a través de la base de datos europea PVGIS. 20 Ingrid Cruxent Carmany 4.2. Descripción de la actividad del edificio y cargas eléctricas Para poder empezar a calcular las dimensiones de la instalación, deberemos de saber la potencia necesaria a cubrir con las placas. En la nave donde se estudia la instalación tenemos los siguientes m2: - 800 m2 en la parte del almacén - 600 m2 en las oficinas Una manera de saber la potencia a cubrir es haciendo una estimación según la maquinaria presente. La empresa para la cual va destinado el proyecto se dedica a las instalaciones de cableado eléctrico y estructurado, por lo tanto, tenemos un almacén con el material y las oficinas en la parte de arriba. La maquinaria que hay presente son ordenadores, luminarias, aires acondicionados, entre otros. Se ha observado las facturas de todo un año A continuación, se muestra una tabla con los consumos mensuales del año anterior sacado de las facturas mensuales MES CONSUMO (kWh) ENERO 4292 FEBRERO 2965 MARZO 3122 ABRIL 1992 MAYO 3032 JUNIO 2779 JULIO 3000 AGOSTO 2496,4 SEPTIEMBRE 2780 OCTUBRE 2157,55 NOVIEMBRE 1756 DICIEMBRE 3570 TOTAL 33941,95 Tabla 3 Consumo mensual nave Podemos ver que la potencia total anual es de 33.941,95 kWh. La oficina abrió un total de 250 días, cierra los findes de semana y los festivos, así que nos sale una media de un consumo de 135,7678 kWh/día. Se propone la instalación de 60 placas de 500 Wp cada una, más a delante se describe el sistema. 21 Ingrid Cruxent Carmany 4.3. Solución adoptada. Diseño de la instalación Calculo Radiación Solar (PVGIS) Para el estudio de la radiación se ha obtenido los valores de radiación mediante el sistema PVGIS. Para obtener los datos se ha calculadoel ángulo optimo y se han obtenido las coordenadas. Lugar: Calle del Progrés, 7, Montcada i Reixac, Polígono Industrial La Ferreria Latitud: 41.485 Longitud: 2.164 Base de datos de radiación empleada: PVGIS-CMSAF El ángulo de inclinación será de 14 grados, que es la inclinación de la cubierta Tabla 4 Datos obtenidos de la irradiación a través de la base de datos PVGIS MES Hh Hopt H(14) Hb T Enero 70,68 133,59 98,37 130,54 9,3 Febrero 98,31 156,93 125m44 153,33 11,5 Marzo 126,73 162,19 145,42 141,17 11,4 Abril 162,44 178,03 174,79 169,52 14,3 Mayo 162,44 209,53 221,54 221,59 18,5 Junio 216,09 187,56 204,8 186,42 20,3 Julio 204,19 210,94 226,41 214,93 24,0 Agosto 222,79 203,22 206,09 193,27 24,2 Septiembre 144,37 174,14 161,57 156,36 20,9 Octubre 107,16 153,29 129,29 131,79 15,7 Noviembre 69,19 117,55 90,88 104,47 13,4 Diciembre 61,02 118,57 86,08 111,38 8,9 AÑO 1645,41 2005,54 1745,24 1914,77 16,04 Hh: Irradiación sobre plano horizontal (kWh/m2/mes) Hopt: Irradiación sobre un plano con la inclinación óptima (kWh/m2/mes) (38º) H(32): Irradiación sobre plano inclinado: 14º (kWh/m2/mes) Hb: Irradiación directa normal (kWh/m2/mes) T: Temperatura media diaria (24h) (ºC) 22 Ingrid Cruxent Carmany Ilustración 10 Gráfico irradiación solar mensual según el PVGIS Podemos ver que los meses con más irradiación son a partir de mayo hasta septiembre, es decir, en el periodo de verano, ya que en España es la época con más horas de sol. Por lo tanto, en esta época es cuando más rendimiento se sacará a la instalación y más potencia se producirá. Se ha decidido utilizar las placas TRINA TSM-DE18M(II), ya que tienen un rendimiento del 21,4%, de los más elevados en el mercado. Una vez tenemos el estudio de la radiación y con las características de la placa se realizan los cálculos correspondientes para obtener las perdidas y el performance ratio. (Cálculos en el Anexo, apartado 10.1 Cálculos) Los datos obtenidos son los siguientes: Tabla 5 Características de los paneles solares escogidos P 500 W NOCT 43 ºC 𝛼 -0,34 %/ºC PR 99 % Prbos 91 % Superficie 2,41 m2 Los cálculos realizados para obtener los valores se encuentran en el anexo en el apartado de cálculos. 23 Ingrid Cruxent Carmany Tabla 6 Datos obtenidos en el estudio de las pérdidas y performance ratio MES Hopt (kWh/m2) T24h (ºC) PRm PRm (%) PRf PRf(%) Yr Ym Yf Enero 133,59 9,3 0,9654 96,54% 0,879 87,85% 130,54 126,03 114,68 Febrero 156,93 11,5 0,9580 95,80% 0,872 87,18% 153,33 146,89 133,67 Marzo 162,19 11,4 0,9584 95,84% 0,872 87,21% 141,17 135,29 123,12 Abril 178,03 14,3 0,9486 94,86% 0,863 86,32% 169,52 160,81 146,33 Mayo 209,53 18,5 0,9345 93,45% 0,850 85,04% 221,59 207,07 188,43 Junio 187,56 20,3 0,9284 92,84% 0,845 84,48% 186,42 173,07 157,50 Julio 210,94 24 0,9159 91,59% 0,834 83,35% 214,93 196,86 179,15 Agosto 203,22 24,2 0,9153 91,53% 0,833 83,29% 193,27 176,90 160,97 Septiembre 174,14 20,9 0,9264 92,64% 0,843 84,30% 156,36 144,85 131,81 Octubre 153,29 15,7 0,9439 94,39% 0,859 85,89% 131,79 124,39 113,20 Noviembre 117,55 13,4 0,9516 95,16% 0,866 86,60% 104,47 99,42 90,47 Diciembre 118,57 8,9 0,9668 96,68% 0,880 87,98% 111,38 107,68 97,99 Hopt: Irradiación sobre un plano con la inclinación óptima (kWh/m2/mes) T24h: Temperatura 24h (ºC) PRm: Performance ratio de los módulos (%) PRf: Performance ratio de una planta (%) Yr: Producción de la radiación solar (h) Ym: Producción de un modulo (h) Yf: Producción de una planta PV (h) Tabla 7 Producción y Performance ratio anual de los módulos y la planta Anual Yr Ym 1914,77 1799,26 PRm 0,9397 93,97% PRf 0,8551 85,51% Una vez tenemos estos datos, podemos corroborar la instalación a través de la herramienta del PVGIS, sabiendo que tenemos que instalar las suficientes placas para abastecer 10,13 kW. 𝑁º 𝑑𝑒 𝑝𝑎𝑛𝑎𝑙𝑒𝑠: 𝑃!"#$% 𝑃&"'() = 33942 500 = 67,88 𝑝𝑎𝑛𝑒𝑙𝑒𝑠 Si se decide instalar 68 paneles en serie, por lo tanto, tendremos una potencia de 34 kW y unas pérdidas de aproximadamente 14%. Mirando la orientación de la nave, vemos que aproximadamente hay 82 grados en Azimut. 24 Ingrid Cruxent Carmany Ilustración 11 Datos introducidos en la base de datos PVGIS Utilizando la base de datos de PVGIS podemos sacar la producción anual que nos generarán las placas. Ilustración 12 Producción de energía mensual del sistema calculado proporcionado por la base de datos PVGIS con 68 placas 25 Ingrid Cruxent Carmany Ilustración 13 Producción de energía mensual del sistema calculado proporcionado por la base de datos PVGIS con 60 placas Se realiza el estudio con menos placas para llegar a la conclusión de si es necesario invertir en 8 placas más, Tabla 8 Tabla comparación 68 placas y 60 placas MES CONSUMO (KWH) PRODUCCIÓN 68 PLACAS (KWH) PRODUCCIÓN 60 PLACAS (KWH) ENERO 4.292 1.984,35 1.750,9 FEBRERO 2.965 2.489,84 2.196,92 MARZO 3.122 3.801,36 3.354,14 ABRIL 1.992 4.442,92 3.920,22 MAYO 3.032 5.417,55 4.780,15 JUNIO 2.779 5.673,09 5.005,67 JULIO 3.000 5.732,89 5.058,43 AGOSTO 2.496,4 5.021,18 4.430,45 SEPTIEMBRE 2.780 3.797,59 3.350,81 OCTUBRE 2.157,55 2.842,47 2.508,06 NOVIEMBRE 1.756 1.995,55 1.760,78 DICIEMBRE 3.570 1.754,78 1.548,33 TOTAL 33.941,95 44.953,57 39.664,86 26 Ingrid Cruxent Carmany Se puede observar que no es necesario invertir en 8 placas más, y nos podemos ahorrar económicamente las placas, un inversor más potente, material como cableado, estructuras, etc. y así tener una inversión inicial más económica. 27 Ingrid Cruxent Carmany Diseño de la instalación fotovoltaica A continuación, se explica la instalación planteada, así como sus elementos. Se ha decidido por 60 placas en serie del modelo TRINA TSM-DE18M(II) por su alto rendimiento. Estas placas van de 490 a 515 W, se ha decidido por la de 500 ya que se considera que no es necesaria más potencia y que hay espacio suficiente para ubicar las 60 placas y ampliar en un futuro si fuera necesario. El inversor que se ha decidido instalar es de la marca SMA modelo Sunny tripower STP 15000TL-30 que proporciona 15 kW, por lo tanto, se pondrán 2 inversores. Ilustración 14 Simulación de la instalación fotovoltaica El siguiente paso es agrupar las placas según el voltaje de entrada del inversor. Nuestro inversor tiene un voltaje de entrada de 1000 V y las placas tienen un voltaje de circuito abierto de 51,7 V, por lo tanto se podrán poner como mucho 19 placas por string, obteniendo un voltaje de 982,3 V El modelo de inversor tiene 2 strings, tenemos 60 placas, por lo tanto, se realizará la siguiente combinación: INVERSOR 1 - String 1 à 18 placas - String 2 à 18 placas INVERSOR 2 - String 1 à 18 placas - String 2 à 6 placas 28 Ingrid Cruxent Carmany Ilustración 15 Conexionado de las palcas por String Se ha considerado esta conexión ya que parece la más ordenada y eficiente. A continuación, se hará referencia a las protecciones y cableado necesario, así como su dimensionamiento (Los cálculos necesarios para la elección de los elementos se encuentran en el Anexo, en el apartado cálculos). Se ha dimensionado el cableado de las placas al inversor y del inversor al cuadro eléctrico, se ha tenido en cuenta las protecciones del cuadro eléctrico en corriente alterna y cuadro de corriente continua Respecto a la estructura para la colocación de las placas se ha decidido por el fabricante SUNFER, el modelo 03 V, coplanares para cubiertas metálicas, con fijación a correas, vertical. En anexos se encuentran las fichas técnicas de todos los elementos fotovoltaicos de la instalación. 29 Ingrid Cruxent Carmany Protecciones de corriente continua Aunque hoy en día la mayoría de inversores contienen protección de sobretensión en CC, es recomendable poner un cuadro eléctrico con los correspondientes fusibles. Por lo tanto, entre las placas y el inversorse ubicará el cuadro en continua, que tendrá los siguientes elementos: - Portafuisbles - Fusibles de 15 A - Limitador sobretensiones transitorias para instalaciones fotovoltaicas Fusible El fusible escogido es el siguiente: Ilustración 16 Fusible 15A 1000VDC El fusible es de 15 A y 1000VDC, está preparado para fundirse cuando el panel solar está experimentando una intensidad mayor de 15 amperios, garantizando que no se den cortocircuitos ni problemas con los dispositivos conectados. Está preparado para trabajar en corriente continua, de forma que siempre que el sistema experimente una intensidad superior a los 15 A reaccionará para evitar cortocircuitos y daños en los elementos conectados. Se ha decidido por un fusible de 15 A ya que la intensidad máxima de cortocircuito de las placas es de 12,28 A, necesitando un fusible con una intensidad mayor para proteger el cableado y los elementos. Como tenemos cuatro entradas, será necesario 4 fusibles, uno para cada entrada. Protecciones de corriente alterna En la parte de alterna las protecciones son las siguientes: Magnetotérmico El magnetotérmico escogido es de la marca Schneider, Magnetotérmico, Acti9 iC60L, 4P, 32 A, C curva, 15000 A (IEC 60898-1), 20 kA (IEC 60947-2) Ilustración 17 Magnetotérmico Acti9 iC60L, 4P, 32A, C curva - Schneider Como hay dos inversores, se pondrá una protección para cada inversor. 30 Ingrid Cruxent Carmany Diferencial El diferencial escogido también es de la marcha Schneider, el modelo Interruptor diferencial; Acti9 iID; 4P; 40A; 30mA A-SI Ilustración 18 Diferencial ilD 4P 40A 30mA A-SI – Schneider En el cuadro de alterna también se pondrá un protector contra sobretensiones transitorias tipo 2. Cableado Para la determinación de la sección de los conductores se ha hecho en base a dos criterios: - Intensidad máxima admisible - Caída de tensión Los cálculos para obtener la correcta sección de los conductores se pueden observar en los anexos (Apartado 10.1 cálculos). A continuación, se muestra una tabla resumen con las secciones calculadas: Tabla 9 Tabla resumen de las secciones del cableado Tabla resumen secciones TRAMO SECCIÓN DESCRIPCIÓN Módulos FV a Inversor 6 mm2 Cable solar SOLFLEX H1Z2Z2-K de 6 mm2 con aislamiento y resistencia a altas temperaturas (Rojo y Negro) Inversor a cuadro de protección 6 mm2 Manguera eléctrica flexible RZ1-K 0,6/1kV libre de halógenos verde de 6 mm2 Cuadro de protección a Cuadro general 6 mm2 Manguera eléctrica flexible RZ1-K 0,6/1kV libre de halógenos verde de 6 mm2 Se decide poner cableado de 6mm2 en toda la instalación. 31 Ingrid Cruxent Carmany Para la distribución del cableado se utiliza tubo de PVC rífgido y bandeja GC c/tapa. El tubo gris de PVC rígido, el tubo se utilizará para el recorrido interior, para bajar hasta el inversor y del inversor hasta el cuadro eléctrico. Ilustración 19 Tubo PVC gris rígido La bandeja se usa para el cableado exterior, todo el recorrido de cableado que conecta las placas hasta al punto donde se realizará la bajada del cableado. Ilustración 20 Bandeja GC 60x150 c/tapa 32 Ingrid Cruxent Carmany 5. Estudio económico 5.1. Presupuesto En este apartado se determina el precio de cada componente utilizado en la instalación, así como la mano de obra y el proyecto para legalizarla. UDS PRECIO UD TOTAL 1.CAMPO FOTOVOLTAICO 1.1 TRINA TSM-DE18M(II) 500 W 60 127,65 7659 1.2 KIT SUNFER vertical para 6 paneles 10 254,71 2547,1 10.206,10 € 2.INVERSOR Y CONTROL 2.1 SMA modelo Sunny tripower STP 15000TL-30 de 15 kw 2 1808,86 3617,72 2.2 SMA Energy Meter (EMETER-20 | 36- 007634) 1 279,58 279,58 2.3 Cable UTP Cat.6 30 0,73 21,9 2.4 Pequeño material (conectores RJ, etc) 1 15 15 3.934,20 € 3.CUADRO PROTECCIONES DC 3.1 Base fotovoltaica 10x38 1P 30A 1000Vdc 8 2,73 21,84 3.2 Fusible cilindrico 10x38 1000V 15A 8 1,4 11,2 3.3 Limitador de sobretensiones transitorias 2 212,58 425,16 3.4 Caja estanca; Sup; 4 Filas; 72 Módulos 1 128,9912 128,9912 458,20 € 4.CUADRO PROTECCIONES AC 4.1 Magnetotérmico Acti9 iC60L, 4P, 32A, C 2 43,88 87,76 4.2 Diferencial ilD 4P 40A 30mA A-SI 2 192,49 384,98 4.3 Magnetotérm Modular iK60N 4P 20A C 6kA 1 54,1 54,1 4.4 Protector contra sobretensiones transitorias 1 257,39 257,39 4.5 Cofret Kaedra IP65, 2 filas, 36 mod. 1 65,9282 65,9282 850,16 € 5.INSTALACIÓN CORRIENTE CONTINUA 5.1 HO7Z1-K AS 6mm2 amarillo/verde 300 0,81 243 5.2 H1Z272-k 1,08Kv 1x6mm2 negro 300 1,23 369 5.3 H1Z272-k 1,08Kv 1x6mm2 rojo 300 1,23 369 5.4 set macho hembra conector fotovoltaico 8 1,14 9,12 5.5 Bandeja hilo BF2R 100x65 cincada basorfil 3 5,48 16,44 5.6 Material auxiliar 1 10 10 1.016,56 € 33 Ingrid Cruxent Carmany 6.INSTALACIÓN CORRIENTE ALTERNA 6.1 Manguera eléctrica 5x6mm LSZH CPR 30 5,6 168 6.2 Bandeja perforada gris RAL7036 60x200 25 8,84 221 6.3 Tapa Gris Ral7030 200 U23X 25 5,89 147,25 6.4 Tabique separador para bandeja viatec 60 25 9,78 244,5 6.5 Tubo aiscan coarrugado D.25 IP5 GRIS 5 2,29 11,45 6.6 Material auxiliar 1 15 15 807,20 € 8.ALQUILER DE MEDIOS DE ELEVACIÓN Y LINEA DE VIDA 8.1 Medios de elevación y linea de vida 1 1000 1000 1.000,00 € 7.INSTALACIÓN Y PUESTA EN MARCHA 7.1 Instalación y puesta en marcha 1 5784 5784 5.784,00 € 9.LEGALIZACIÓN, TRAMITES Y PERMISOS 9.1 Legalización, trámites y permisos 1 2000 2000 2.000,00 € TOTAL 26.056,42 € Finalmente sale un presupuesto de 26.056,42€. Como la empresa en la que se realiza la instalación es una empresa instaladora eléctrica, la mano de obra va a cargo de sus técnicos, por lo tanto, el precio de instalación es a precio coste de empresa. Los materiales son materiales que tienen ellos mismos en el almacén, esto reduce también el presupuesto, ya que tienen precios competitivos en el mercado que le ofrecen sus propios distribuidores. 34 Ingrid Cruxent Carmany 5.2. Viabilidad del proyecto Para la amortización de la instalación se ha realizado los siguientes cálculos: Primero se ha considerado que el rendimiento de las placas disminuirá un 0,7% anualmente, por lo tanto, el autoconsumo anual se ha calculado con la siguiente formula: 𝐸𝐴𝑛 = 𝐸𝐴* · [1 − (𝑛 − 1) · 𝜂] Donde: EAn: Energía autoconsumo del año n. EA0: Energía autoconsumo del año inicial 𝜼: Rendimiento de perdidas. El precio de la electricidad se ha cogido el precio medio del mes de mayo en 2021 y se ha supuesto un aumento del 2% anualmente del coste de la electricidad. La inversión inicial es de 26.054,42 € como se ha calculado en el apartado anterior. Pendiente de recuperar se calcula de la siguiente manera: 𝑃𝑅' = 𝑃𝑅'+, − 𝐶𝐴' Donde: PRn: es el dinero pendiente de recuperar del año n PRn-1: es el pendiente de recuperar del año n-1 CAn: Coste de autoconsumo del año n. Año Autoconsumo (kWh) Precio electricidad (€/kWh) Autoconsumo precio energía red (€) Pendiente recuperar 0 -26056,42 1 39.664,86 0,109268 4.334,01 -21.722,32 2 39.637,09 0,111498 4.419,46 -17.302,86 3 39.609,33 0,1137734 4.506,49 -12.796,38 4 39.581,56 0,1160953 4.595,23 -8.201,14 5 39.553,80 0,1184646 4.685,72 -3.515,42 6 39.526,03 0,1208823 4.777,99 1.262,58 7 39.498,27 0,1233493 4.872,08 6.134,66 8 39.470,50 0,125866633 4.968,02 11.102,68 9 39.442,74 0,128435339 5.065,84 16.168,52 10 39.414,97 0,131056469 5.165,59 21.334,11 35 Ingrid Cruxent Carmany Ilustración 21 Gráfica de amortización Se puede observar que a partir del año 6 empezamos a tener la instalación amortizada. -30.000,00 € -20.000,00 € -10.000,00 € 0,00 € 10.000,00 € 20.000,00 € 30.000,00 € 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Amortización 36 IngridCruxent Carmany 6. Aspectos Jurídicos Para la realización de este trabajo, y por lo tanto para la instalación de placas fotovoltaicas, se debe tener en cuenta una serie de normativas a cumplir. - Real Decreto 244/2019, del 5 de abril, por el que se regulan las condiciones administrativas, técnicas y económicas del autoconsumo de energía eléctrica - Real Decreto 1699/2011, de 18 de noviembre, por el que se regula la conexión a red de instalaciones de producción de energía eléctrica de pequeña potencia. - Real Decreto 1955/2000, de 1 de diciembre, por el que se regulan las actividades de transporte, distribución, comercialización, suministro y procedimientos de autorización de instalaciones de energía eléctrica. - Real Decreto 314/2006, de 17 de marzo, por el que se aprueba el Código Técnico de la Edificación y sus modificaciones. - Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión e Instrucciones Técnicas Complementarias (Real Decreto 842/2002 de 2 de agosto de 2002) y Normas UNE indicadas en el mismo. - Real Decreto 900/2015, de 9 de octubre, por el que se regulan las condiciones administrativas, técnicas y económicas de las modalidades de suministro de energía eléctrica con autoconsumo y de producción con autoconsumo. - Real Decreto 614/2001, de 8 de junio, sobre disposiciones mínimas para la protección de la salud y seguridad de los trabajadores frente al riesgo eléctrico. - Real Decreto 1627/1997, de 24 de octubre, por el que se establecen disposiciones mínimas de seguridad y de salud en las obras de construcción. - Real Decreto 773/1997, de 30 de mayo, sobre disposiciones mínimas de seguridad y salud relativas a la utilización por los trabajadores de equipos de protección individual. - Real Decreto 485/1997, de 14 de abril, sobre disposiciones mínimas en materia de señalización de seguridad y salud en el trabajo. - Ley 31/1995, de 8 de noviembre, de Prevención de Riesgos Laborales. 37 Ingrid Cruxent Carmany 7. Impacto medioambiental Este tipo de instalaciones tienen un impacto medioambiental casi nulo en su uso. Dentro del impacto medioambiental se puede distinguir entre el impacto al ruido, las emisiones, la destrucción de fauna o flora o incluso el uso de residuos tóxicos. Impacto al ruido Los elementos que podrían generar ruido son las placas y el inversor, los dos elementos tienen un proceso silencioso. Emisiones La utilización de este tipo de energía ayuda a reducir el consumo de combustibles para la generación de electricidad, reduciendo así las emisiones de contaminantes para la atmosfera, sobretodo del CO2, el principal gas causante del efecto invernadero. En esta instalación en un año se producirá un total de 39.664,86 kWh aproximadamente. Según la CNMC, el factor de emisión de la energía eléctrica (el MIX), en abril de 2021 se estimó en 0,25 kg CO2/kWh. Por lo tanto, si en un año ahorramos el gasto de 39.664,86 kWh, con esta instalación se esta estimando: 39.664,86 kWh·0,25 kg CO2/kWh = 9.916,215 kg CO2 = 9,91 toneladas de CO2 en un año. Destrucción fauna o flora En este caso, hablamos de una instalación en una nave industrial, donde las placas se ubican en el tejado, un lugar en el que no se destruye ni fauna ni flora. Sería diferente si habláramos de una instalación de gran escala ubicada en un terreno, en el cual, si que seria necesario modificar el terreno, así como la flora o fauna. Uso de residuos tóxicos La refrigeración de estos elementos se realiza mediante convección natural, así que no es necesario verter nada. Además, la energía que usan para generar electricidad es el sol, un tipo de energía limpia. Donde si se encuentra un impacto medioambiental, es en la fabricación de los módulos fotovoltaicos, los componentes electrónicos, en los inversores e incluso en el cableado. En la fabricación de estos elementos podemos encontrar que se generan emisiones de CO2 y vertido de residuos tóxicos. Además, los paneles están fabricados con materiales peligrosos como el arsénico y el cadmio. Además, también necesitan una sustancia llamada polisilicio, este material produce cuatro toneladas de desechos líquidos para fabricar una tonelada. Es importante que se estudie la industria de fabricación de placas solares para reducir estos inconvenientes, ya que es una energía que tiene aún mucho margen de crecimiento, y el impacto medioambiental en la fabricación es igual de importante que el impacto en su uso. 38 Ingrid Cruxent Carmany 8. Conclusiones Se ha conseguido diseñar una instalación fotovoltaica acorde a las necesidades de la nave. En la tabla de comparación consumo con producción, se puede observar que, en los meses de más frio la producción es inferior al consumo (enero, febrero y diciembre), esto puede ser debido a que hay menos horas de luz en horario laboral y del uso de la calefacción. Los demás meses, cubrimos el consumo con la producción generada. Tabla 10 Tabla comparación consumo vs producción MES CONSUMO (kWh) Producción 60 placas (kWh) ENERO 4.292 1.750,9 FEBRERO 2.965 2.196,92 MARZO 3.122 3.354,14 ABRIL 1.992 3.920,22 MAYO 3.032 4.780,15 JUNIO 2.779 5.005,67 JULIO 3.000 5.058,43 AGOSTO 2.496,4 4.430,45 SEPTIEMBRE 2.780 3.350,81 OCTUBRE 2.157,55 2.508,06 NOVIEMBRE 1.756 1.760,78 DICIEMBRE 3.570 1.548,33 TOTAL 33.941,95 39.664,86 También hemos visto, que, a partir del año 6, la instalación ya estará amortizada, y empezaremos a tener ganancias con el ahorro anual de las facturas de electricidad. No se ha tenido en cuenta la subvención next generation ya que actualmente está sin fondos, en el caso de que ampliaran presupuesto, la amortización aún sería en menos años, según el Excel del ICAEN donde puedes calcular el importe subvencionado, para esta instalación, la subvención sería de 22.500€, así que únicamente se tendría que amortizar 3.556,42€, a partir del segundo año ya tendríamos la instalación amortizada. Por otro lado, este tipo de instalaciones ayudan a los objetivos del 2030, objetivos que todos tenemos que ayudar a poder llegar para la mejora del medioambiente. Además aún hay espacio en el tejado para ampliar la instalación en un futuro si hiciera falta, por ejemplo, en el caso de implementar vehículos eléctricos tanto para comerciales, como la flota de furgonetas de los instaladores, se podría ampliar la instalación para cargar los vehículos con fotovoltaica. 39 Ingrid Cruxent Carmany Por lo tanto, podemos afirmar que realizar dicha instalación en la empresa es una buena opción, donde se pueden encontrar más pros que contras. 40 Ingrid Cruxent Carmany 9. Bibliografía [1] "Historia de la fotovoltaica en España: desde sus inicios en 1984 a sus objetivos para 2030", Elperiodicodelaenergia.com, 2020. [Online]. Available: https://elperiodicodelaenergia.com/historia-de-la-fotovoltaica-en-espana-desde-sus- inicios-en-1984-a-sus-objetivos-para-2030/. [Accessed: 19- Sep- 2021]. [2] "Energía solar fotovoltaica", wikipedia.org, 2021. [Online]. Available: https://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_solar_fotovoltaica. [Accessed: 19- Sep- 2021]. [3] "¿Cómo funcionan las plantas fotovoltaicas?", Iberdrola, 2018. [Online]. Available: https://www.iberdrola.com/medio-ambiente/que-es-energia-fotovoltaica. [Accessed: 19- Sep- 2021]. [4] S. Garrido, "Historia de la energía solar fotovoltaica", Energiza.org, 2021. [Online]. Available: http://www.energiza.org/index.php?option=com_k2&view=item&id=624:historia-de-la- energ%C3%ADa-solar-fotovoltaica. [Accessed: 19- Sep- 2021]. [5] "JRC Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS) - European Commission", Re.jrc.ec.europa.eu, 2021. [Online]. Available: https://re.jrc.ec.europa.eu/pvg_tools/es/#PVP. [Accessed: 19- Sep- 2021]. [6] "Sistemas Solares Fotovoltaicos Conectados o de Conexión a Red Pública", Renovaenergía S.A., 2020. [Online]. Available: https://www.renova-energia.com/energia- renovable/energia-solar-fotovoltaica-conexion-de-red/. [Accessed: 19- Sep- 2021]. [7] "Fotovoltaica integrada en edificios", Wikipedia.org, 2013. [Online]. 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[Accessed: 19- Sep- 2021]. 41 Ingrid Cruxent Carmany 10. Anexo 10.1. Cálculos En este apartado se detallan los cálculos para el dimensionamiento de la instalación fotovoltaica. Cálculos para la determinación del performance ratio Una vez hemos obtenido los valores de temperatura y radiación mensuales de la zona de la nave a través del programa PVGIS y se ha determinado el modelo de placa, se ha procedido a calcular el performance ratio. Primeramente, se han buscado las siguientes características de la placa: TNOCT: La temperatura nominal en la que trabaja la célula PV medida de acuerdo con los procesos definidos en la IEC. aPT: El coeficiente de temperatura Se ha establecido un PR0 de 99% y un PRBOS del 91% como valores aproximados de pérdidas. Primeramente, se ha encontrado el performance ratio de los módulos a través de la siguiente formula: PRm = PR0·[1+aPT·(Ta-25+TNOCT – 20)] Una vez tenemos este valor mensualmente, se ha procedido a calcular el performance ratio de la instalación a través de la siguiente formula: PRf = PRm·PRBOS Con los valores mensuales obtenemos los dos valores anuales, y de este modo ya podemos saber las perdidas en % y así sacar la producción que obtendríamos en nuestra instalación. Calculo protecciones eléctricas Protecciones de corriente alterna Para las protecciones del cuadro para el inversor se han realizado los siguientes cálculos: 𝐼 = 𝑃 √3 · 𝑉 Donde P es la potencia proporcionada por el inversor y V el voltaje. Como tenemos 30 placas por inversor la potencia es de 30·500 = 15.000 W. Pero a la salida del inversor sabemos por la ficha técnica que la salida es de 15.000 W. Al ser trifásico el voltaje es de 400 V, por lo tanto: 𝐼 = 15000 √3 · 400 = 21,65 𝐴 Según se ha podido ver en la ITC-BT-40 en el cálculo de la intensidad máxima, la intensidad se debe aumentar un 125% para el conductor, por lo tanto: Imax = 1,25·21,65 = 27,06 A 42 Ingrid Cruxent Carmany Ilinea < Idispositivo < Imax ad línea Por lo tanto, necesitaríamos un magnetotérmico de 32 A. Para el diferencial se ha decidido poner un diferencial de 40 A con un disparo de 30mA. Cálculo sección conductores corriente continua En este apartado se calculará la sección del cableado necesario para la conexión de las placas con el inversor. Criterio de intensidad máxima admisible En este caso la intensidad de cortocircuito de cada módulo nos marca la máxima admisible, como están en serie será la misma para todas, por lo tanto Imax = 12,14 A. Como se debe tener en cuenta el coeficiente de mayoramiento marcado por la ITC-BT- 40, Imax = 12,14·1,25 = 15,18 A La instalación en este tramo irá por bandejas sobre la cubierta, si miramos la tabla 1 de la ITC-BT-19 vemos que tendríamos una instalación tipo F, donde indica que para un conductor de cobre con recubrimiento XPLE trifásico con 1,5 mm2 se puede soportar 24A. Ilustración 22 Tabla 1 de la ITC-BT-19 43 Ingrid Cruxent Carmany Criterio de caída de tensión Se calculará únicamente la caída de tensión del tramo de mayor longitud ya que es el tramo más desfavorable. La tensión de circuito abierto del panel es de 51,7 V, en los strings que conectamos 18 paneles en serie, la tensión de circuito es la siguiente: V = 51,7·18 = 930,6 V Sabemos que la sección de los conductores no puede superar una caída de tensión del 1,5%, por lo tanto: 𝑆 = 2 · 𝐿 · 𝐼 𝑈-."/0 · 𝑉 · 𝜎 Donde a es la conductividad con un valor de 56. 𝑆 = 2 · 100 · 12,28 0,015 · 930,6 · 56 = 3,14 𝑚𝑚1 Por lo tanto, por el criterio de caída de tensión, la sección del cable mínima tiene que ser de 4 mm2, teniendo una caída de tensión real de: 𝑈-."/0 = 2 · 100 · 12,28 4 · 930,6 · 56 = 1,18 % En el caso del string de 18 placas, la sección podrá ser inferior ya que hay menos potencia. Cálculo sección conductores corriente alterna En este apartado se calculará la sección del cableado para el tramo del inversor al cuadro de protecciones. Criterio de intensidad máxima admisible En este tramo la intensidad viene dada por el inversor según la potencia de salida: 𝐼 = 𝑃 √3 · 𝑉 𝐼 = 15.000 √3 · 400 = 21,65 𝐴 Por lo tanto, el conductor en este tramo deberá de soportar una intensidad de: Imax = 1,25·21,65 = 27,06 A En este tramo los conductores irán por tubo empotrado, según la tabla estamos en un caso A2, donde indica que para un conductor con recubrimiento XPLE trifásico con 6 mm2 aguantamos hasta una intensidad de 32 A. Para esta sección la caída de tensión es de: 𝑈-."/0 = 2 · 20 · 21,65 6 · 400 · 56 = 0,64𝑛% 44 Ingrid Cruxent Carmany 10.2. Planos 1. SITUACIÓN 2. EMPLAZAMIENTO 3. DIMENSIONES NAVE 4. DISTRIBUCIÓN MODULOS FOTOVOLTAICOS 5. ESQUEMA DE CONEXIÓN O S N E Autor: Situación ESCALA: 1/2.000 Nº DE PLANO: 1 Ingrid Cruxent PR O D U C ED B Y AN A U TO D ES K ST U D EN T VE R SI O N PRODUCED BY AN AUTODESK STUDENT VERSION PR O D U C ED BY AN AU TO D ESK STU D EN T VER SIO N PRODUCED BY AN AUTODESK STUDENT VERSION AutoCAD SHX Text 0 AutoCAD SHX Text a AutoCAD SHX Text b AutoCAD SHX Text 0 AutoCAD SHX Text 0 AutoCAD SHX Text 0 AutoCAD SHX Text b AutoCAD SHX Text 0 AutoCAD SHX Text 0 AutoCAD SHX Text 0 AutoCAD SHX Text d AutoCAD SHX Text e AutoCAD SHX Text c AutoCAD SHX Text d AutoCAD SHX Text 0 AutoCAD SHX Text b AutoCAD SHX Text a AutoCAD SHX Text a AutoCAD SHX Text 0 AutoCAD SHX Text 0 AutoCAD SHX Text 0 AutoCAD SHX Text 0 AutoCAD SHX Text 0 AutoCAD SHX Text 0 AutoCAD SHX Text 0 AutoCAD SHX Text 0 AutoCAD SHX Text 0 AutoCAD SHX Text b AutoCAD SHX Text a AutoCAD SHX Text c AutoCAD SHX Text c AutoCAD SHX Text c AutoCAD SHX Text 0 AutoCAD SHX Text a AutoCAD SHX Text 0 AutoCAD SHX Text 0 AutoCAD SHX Text 0 AutoCAD SHX 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AutoCAD SHX Text III AutoCAD SHX Text III AutoCAD SHX Text P AutoCAD SHX Text III AutoCAD SHX Text I AutoCAD SHX Text II AutoCAD SHX Text IV AutoCAD SHX Text IV AutoCAD SHX Text I+ALT+II AutoCAD SHX Text -I+III AutoCAD SHX Text I AutoCAD SHX Text I+ALT AutoCAD SHX Text P AutoCAD SHX Text P AutoCAD SHX Text I AutoCAD SHX Text P AutoCAD SHX Text P AutoCAD SHX Text I+ALT AutoCAD SHX Text P AutoCAD SHX Text I AutoCAD SHX Text P AutoCAD SHX Text P AutoCAD SHX Text I AutoCAD SHX Text P AutoCAD SHX Text I+ALT AutoCAD SHX Text P AutoCAD SHX Text I AutoCAD SHX Text I+ALT AutoCAD SHX Text P AutoCAD SHX Text P AutoCAD SHX Text I AutoCAD SHX Text P AutoCAD SHX Text P AutoCAD SHX Text I AutoCAD SHX Text I+ALT AutoCAD SHX Text I AutoCAD SHX Text I AutoCAD SHX Text P AutoCAD SHX Text I+ALT AutoCAD SHX Text SOP AutoCAD SHX Text I+ALT AutoCAD SHX Text I+ALT AutoCAD SHX Text I AutoCAD SHX Text I AutoCAD SHX Text I+ALT AutoCAD SHX Text I+ALT AutoCAD SHX Text I AutoCAD SHX Text I+ALT AutoCAD SHX Text P 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