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TRABAJO FINAL DE GRADO Grado en Ingeniería electrónica industrial y automática DISEÑO ELÉCTRICO Y PROYECTO DE INSTALACIÓN DE UNA ELECTROLINERA ALIMENTADA CON ENERGÍA FOTOVOLTAICA Memoria y Anexos Autor/a: Fabián Melchor Peña Director/a: Ángel Cuadras Tomas Convocatoria: Septiembre 2022 DISEÑO ELÉCTRICO Y PROYECTO DE INSTALACIÓN DE UNA ELECTROLINERA ALIMENTADA CON ENERGÍA FOTOVOLTAICA i Resumen El presente proyecto tiene como objetivo la descripción y el diseño eléctrico de la instalación de una fotolinera gratuita en el parking del centro comercial Coso Real, situado en Huesca, junto a la autovía A-23. La elección de esta localización se ha efectuado teniendo en cuenta el impulso de matriculaciones en la comunidad de Aragón y por la situación estratégica tanto para los turistas y visitantes de otras provincias, así como para los clientes locales y clientes del centro comercial. Mediante un estudio de mercado y un análisis de la situación actual de los vehículos eléctricos, impulsados por la Unión Europea a fin de lograr los objetivos medioambientales propuestos para 2030, se ha creado un marco de posibles clientes el cual facilitará los cálculos del dimensionamiento de la instalación. La selección de una energía renovable, se ha realizado acorde a la normativa actual, optando por una instalación de autoconsumo con excedentes que nos permitirá ahorrar en el consumo de energía mensual. Se ha realizado un estudio de irradiancia y horas de sol en la localización a instalar por medio de la herramienta PVGIS. Al tratarse de una estación de carga gratuita, la amortización de la instalación fotovoltaica se ha llevado a cabo mediante una comparación de la energía consumida estimada con la instalación fotovoltaica y sin ella. Finalmente se ha estimado el tiempo de amortización de 5 años y 6 meses. Memoria ii Resum El present projecte té com a objectiu la descripció i el disseny elèctric de la instal·lació d'una fotolinera gratuïta en el pàrquing del centre comercial Cuso Real, situat a Osca, al costat de l'autovia A-23. L'elecció d'aquesta localització s'ha efectuat tenint en compte l'impuls de matriculacions en la comunitat d'Aragó i per la situació estratègica punt per als turistes i visitants d'altres províncies, així com per als clients locals i clients del centre comercial. Mitjançant un estudi de mercat i una anàlisi de la situació actual dels vehicles elèctrics, impulsats per la Unió Europea a fi d'aconseguir els objectius mediambientals proposats per a 2030, s'ha creat un marc de possibles clients el qual facilitarà els càlculs del dimensionament de la instal·lació. La selecció d'una energia renovable, s'ha realitzat concorde a la normativa actual, optant per una instal·lació d'autoconsum amb excedents que ens permetrà estalviar en el consum d'energia mensual. S'ha realitzat un estudi d'irradiància i hores de sol en la localització a instal·lar per mitjà de l'eina PVGIS. En tractar-se d'una estació de càrrega gratuïta, l'amortització de la instal·lació fotovoltaica s'ha dut a terme mitjançant una comparació de l'energia consumida estimada amb la instal·lació fotovoltaica i sense ella. Finalment s'ha estimat el temps d'amortització de 5 anys i 6 mesos. DISEÑO ELÉCTRICO Y PROYECTO DE INSTALACIÓN DE UNA ELECTROLINERA ALIMENTADA CON ENERGÍA FOTOVOLTAICA iii Abstract The objective of this project is the description and electrical design of the installation of a free charging station in the parking lot of the Coso Real shopping center, located in Huesca, next to the A-23 motorway. The choice of this location has been made taking into account the boost in registrations in the Aragón’s community and the strategic location both for tourists and visitors from other provinces, as well as for local customers and customers of the shopping center. Through a market study and an analysis of the current situation of electric vehicles, promoted by the European Union in order to achieve the environmental objectives proposed for 2030, a framework of potential clients has been created which will facilitate the calculations of the dimensioning of the facility. The selection of renewable energy has been made in accordance with current regulations, opting for a self-consumption installation with surpluses that will allow us to save on monthly energy consumption. A study of irradiance and hours of sunshine has been carried out in the location to be installed using the PVGIS tool. As it is a free charging station, the amortization of the photovoltaic installation has been carried out by comparing the estimated energy consumed with and without the photovoltaic installation. Finally, the amortization time of 5 years and 6 months has been estimated. Memoria iv Agradecimientos Quiero transmitir mi más sincero agradecimiento a los profesores que he tenido, tanto en la universidad como fuera de ella, por haberme ayudado a lo largo de esta etapa a formarme académicamente y desarrollar mi curiosidad. También quiero agradecer a mi familia y amigos, por su apoyo incondicional durante la elaboración de este proyecto. Muchas gracias. DISEÑO ELÉCTRICO Y PROYECTO DE INSTALACIÓN DE UNA ELECTROLINERA ALIMENTADA CON ENERGÍA FOTOVOLTAICA v Memoria vi DISEÑO ELÉCTRICO Y PROYECTO DE INSTALACIÓN DE UNA ELECTROLINERA ALIMENTADA CON ENERGÍA FOTOVOLTAICA vii Índice RESUMEN ___________________________________________________________ I RESUM _____________________________________________________________ II ABSTRACT __________________________________________________________ III AGRADECIMIENTOS __________________________________________________ IV PREFACIO ___________________________________________________________ 1 1.1. Origen del trabajo .................................................................................................... 1 1.2. Motivación ............................................................................................................... 2 1. INTRODUCCIÓN _________________________________________________ 5 1.1. Objetivos del trabajo ................................................................................................ 5 1.2. Alcance del trabajo .................................................................................................. 5 2. GENERALIDADES ________________________________________________ 7 2.1. Antecedentes ........................................................................................................... 7 2.2. Clasificación del vehículo eléctrico .......................................................................... 9 2.2.1. Vehículos eléctricos ................................................................................................ 9 2.2.2. Vehículos híbridos enchufables (HEV). .................................................................. 9 2.3. Situación actual ...................................................................................................... 10 2.3.1. Europa. .................................................................................................................. 10 2.3.2. España ................................................................................................................... 11 2.3.3. Aragón .................................................................................................................. 12 2.4. Ayudas para la electrificación ................................................................................ 13 2.5. Funcionamiento del vehículo eléctrico ................................................................. 15 2.5.1. Unidad de carga: ................................................................................................... 15 2.5.2. Baterías: ................................................................................................................16 2.5.3. Inversores: ............................................................................................................ 16 2.5.4. Convertidores DC/DC: .......................................................................................... 17 2.5.5. Motores: ............................................................................................................... 17 2.6. Tipos de carga ........................................................................................................ 17 2.6.1. Modo 1 ................................................................................................................. 18 2.6.2. Modo 2 ................................................................................................................. 18 2.6.3. Modo 3 ................................................................................................................. 18 2.6.4. Modo 4 ................................................................................................................. 18 Memoria viii 2.7. Tipos de conectores ............................................................................................... 19 2.7.1. Conector Tipo 1 o Yazaki ....................................................................................... 20 2.7.2. Conector Tipo 2 o Mennekes ................................................................................ 20 2.7.3. Conector Tipo 3 o Scame ...................................................................................... 20 2.7.4. Conector Tipo 4 o CHAdeMO................................................................................ 20 2.7.5. Conector Combo 2 o CSS ...................................................................................... 20 2.7.6. Conector Schuko ................................................................................................... 20 2.8. Sistema de alimentación del vehículo eléctrico .................................................... 21 3. INTRODUCCIÓN A LA FOTOLINERA _________________________________ 22 3.1. Precedentes ........................................................................................................... 22 3.2. Escenario actual ..................................................................................................... 23 4. REGLAMENTO _________________________________________________ 26 5. PUNTO DE CARGA DE VEHÍCULOS __________________________________ 28 5.1. Emplazamiento y localización de la estación de carga ......................................... 28 5.2. Tipo de carga y equipo seleccionado .................................................................... 29 5.3. Estudio de consumidor .......................................................................................... 30 5.4. Dimensionado ........................................................................................................ 31 5.5. Esquema de la instalación ..................................................................................... 34 5.6. Conductores y canalizaciones................................................................................ 36 5.7. Puesta a tierra ........................................................................................................ 37 5.8. Puesta en servicio .................................................................................................. 37 6. INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA _____________________________________ 38 6.1. Diseño y configuración .......................................................................................... 38 6.1.1. Paneles fotovoltaicos: ........................................................................................... 38 6.1.2. Inversor de corriente: ........................................................................................... 38 6.1.3. Protecciones: ......................................................................................................... 39 6.1.4. Conductores eléctricos ......................................................................................... 39 6.2. Dimensionado y cálculo de potencia .................................................................... 39 6.2.1. Cálculo de consumo .............................................................................................. 39 6.2.2. Cálculo de producción........................................................................................... 40 6.2.3. Dimensionado de la instalación fotovoltaica ....................................................... 42 6.2.4. Cálculo de fuerzas de la estructura ....................................................................... 45 6.2.5. Cálculo de la sección de conductores en AC ........................................................ 48 6.2.6. Conductores en CC ................................................................................................ 51 DISEÑO ELÉCTRICO Y PROYECTO DE INSTALACIÓN DE UNA ELECTROLINERA ALIMENTADA CON ENERGÍA FOTOVOLTAICA ix 7. EQUIPO SELECCIONADO _________________________________________ 52 7.1. Electrolinera ........................................................................................................... 52 7.1.1. Cargador doble de vehículos SAVE....................................................................... 52 7.1.2. Conductores en CA ............................................................................................... 52 7.1.3. Protecciones en CA ............................................................................................... 52 7.1.4. Monitorización ..................................................................................................... 53 7.2. Sistema fotovoltaico .............................................................................................. 53 7.2.1. Inversores ............................................................................................................. 53 7.2.2. Generadores fotovoltaicos ................................................................................... 54 7.2.3. Estructuras de soporte ......................................................................................... 54 7.2.4. Contador bidireccional ......................................................................................... 54 7.2.5. Conductores en CC ............................................................................................... 54 7.2.6. Protecciones en CC ............................................................................................... 54 8. ANÁLISIS DEL IMPACTO AMBIENTAL _______________________________ 56 8.1. Eficiencia del vehículo eléctrico ............................................................................. 56 8.2. Impacto ambiental de la instalación fotovoltaica ................................................. 58 8.2.1. Contaminación ambiental .................................................................................... 58 8.2.2. Impacto paisajístico .............................................................................................. 58 9. ESTUDIO ECONÓMICO ___________________________________________ 60 10. PRESUPUESTO _________________________________________________ 65 10.1. Presupuesto de ejecución material (PEM) ............................................................ 65 10.2. Presupuesto de contrata (PC) ................................................................................ 71 10.3. Presupuesto total ................................................................................................... 71 11. RENTABILIDAD DE LA INSTALACIÓN ________________________________ 73 11.1. Procedimiento ........................................................................................................ 73 11.2. Gastos de mantenimiento .....................................................................................73 11.3. Ayudas para infraestructura de recarga de vehículos eléctricos .......................... 74 11.4. Ayudas para el autoconsumo en empresas .......................................................... 75 11.5. Cálculo de amortización ......................................................................................... 76 12. PLAZO DE EJECUCIÓN DEL PROYECTO _______________________________ 79 13. CONCLUSIONES ________________________________________________ 81 14. BIBLIOGRAFÍA __________________________________________________ 83 Memoria x ANEXO I: PLANOS ___________________________________________________ 85 ANEXO II: PLIEGO DE CONDICIONES TÉCNICAS DE PROYECTO ________________ 88 Condiciones generales ..................................................................................................... 88 Condiciones constructivas ............................................................................................... 89 Condiciones de instalación .............................................................................................. 89 Componentes y materiales ............................................................................................. 90 Generadores fotovoltaicos ................................................................................................. 90 Estructura de soporte ......................................................................................................... 91 Inversores ........................................................................................................................... 91 Cableado ............................................................................................................................. 92 Puesta a tierra..................................................................................................................... 92 Recepción y pruebas .......................................................................................................... 92 ANEXO III: DATASHEETS DE LOS FABRICANTES ____________________________ 95 DISEÑO ELÉCTRICO Y PROYECTO DE INSTALACIÓN DE UNA ELECTROLINERA ALIMENTADA CON ENERGÍA FOTOVOLTAICA 1 Prefacio 1.1. Origen del trabajo Este proyecto surge debido al empeño por activar la economía Aragón. La previsión de crecimiento del PIB para 2022 apunta en la actualidad al 3,8% en España y al 3,9% en Aragón. Para 2023 las tasas se ven más afectadas, siendo del 2% en Aragón y del 1,8% en España, estos datos se extraen del estudio de Perspectivas de la Economía Aragonesa promovido por el Programa ARIES Aragón Impulso de Empresas, fruto de la colaboración de Cámara Zaragoza con el Gobierno de Aragón. Este informe, que elabora ESI (Economic Strategies and Initiatives), realiza una completa radiografía del momento y las perspectivas de la economía aragonesa. En el nuevo contexto de alta inflación se percibe cierta desaceleración, pero sin afectar seriamente a la actividad ni al empleo que mantienen todavía un ritmo satisfactorio. Aragón es una comunidad autónoma de población dispersa, donde aproximadamente la mitad de la población, habita en su capital Zaragoza. Se trata de una comunidad con vastas zonas apenas pobladas y dispersas, inmensos bosques y montañas, que, por atractivas, impulsan enormemente el turismo. Si consultamos los últimos datos publicados por el Gobierno de Aragón, podemos observar que los datos turísticos de 2019, último año antes de la pandemia del COVID-19, sitúan a Aragón en su récord histórico. 3.810.445 de viajeros visitaron Aragón en 2019, lo que supone un incremento de un 2,5 % respecto al año anterior. Un 22,5 % de los turistas que viajaron a la Comunidad proceden del mercado internacional. En 2018 se superaron, por primera vez en la historia, los ocho millones de pernoctaciones (habiendo tenido una media en años anteriores entre 5 millones y medio y los 6 millones) y en 2019 la cifra se ha incrementado, alcanzando las 8.307.660 de pernoctaciones, 227.000 más que el año anterior. Estos datos son en gran medida como consecuencia del turismo rural, que, según las estadísticas del INE, son los que copan la tasa de mercado. Los clientes de campings y turismo rural y albergues lo hacen es su mayoría con vehículo propio y discurren por las arterias principales, autovías, las carreteras nacionales y secundarias de nuestra comunidad hasta alcanza los núcleos objeto de su interés. Además, cabe destacar la influencia del deporte y las estaciones de esquí de Candanchú, Astún, que aúnan esfuerzos en 100 kilómetros conjuntos, Formigal-Panticosa como ente unido, Cerler y dos en Teruel, las instalaciones de Javalambre y Valdelinares. https://www.camarazaragoza.com/productos/competitividad/aries-aragon-impulso-de-empresas/ https://www.camarazaragoza.com/productos/competitividad/aries-aragon-impulso-de-empresas/ Pág. 2 Memoria 2 Figura 1. Boletín de coyuntura turística de Aragón (Fuente: Gobierno de Aragón. (Boletín de Coyuntura Turística), 2021) Es por este motivo que su población se multiplica en muchas épocas del año. Evidentemente, esta población va motorizada y cada vez, como es tendencia, mediante vehículos electrificados. Lo que en ocasiones podría frenar esta afluencia, sería sin duda la ausencia de zonas de servicio con postes de carga para vehículos eléctricos atractivos para familias o profesionales en ruta. Las zonas de descanso donde comprar, soltar a las mascotas, donde verter desechos de autocaravanas, o zonas con contenedores variados para distintos tipos de desperdicios, ya existen, ubicadas habitualmente en sitios estratégicos. Sorprendentemente carecen, por el contrario de postes de carga eléctrica para vehículos. 1.2. Motivación Con la motivación de impulsar la economía local y cumplir con los propósitos tanto nacionales como europeos en cuestiones de desarrollo ambiental, se ha propuesto este proyecto a fin de satisfacer las necesidades de los usuarios de vehículos eléctricos y enchufables No se trata de un proyecto a gran escala, sino de un proyecto de mejorar lo que existe y dotarlo de algo que, a corto plazo, será imprescindible y obligatorio si seguimos las directrices propuestas por la Unión Europea. El modelo existente de transporte con la dependencia de combustibles fósiles es insostenible, la electrificación y la autonomía de ésta es sin duda la tendencia. No depender de acciones políticas de DISEÑO ELÉCTRICO Y PROYECTO DE INSTALACIÓN DE UNA ELECTROLINERA ALIMENTADA CON ENERGÍA FOTOVOLTAICA 3 terceros países, de sequías pertinaces, incluso de monopolios energéticos, será lo que sin duda rentabilizará cualquier acción, por modesta que sea. No sólo para los empresarios, los países y en el última instancia a la salud del planeta, sino para dejar un legado para generaciones venideras. DISEÑO ELÉCTRICO Y PROYECTO DE INSTALACIÓN DE UNA ELECTROLINERA ALIMENTADA CON ENERGÍA FOTOVOLTAICA 5 1. Introducción Este proyecto tiene el objetivo de determinar la viabilidad económica de la implementación de puntos de recarga para vehículos eléctricos, en el centro comercial Coso Real de Huesca. El escenario previsto de uso vehículos eléctricos, la ubicación junto a la autovía A-23 implica la necesidad de instalación de puntos de recarga que conformen una electrolinera, siguiendo la normativa ITC-BT 52. El presente estudio investiga el recurso solar a la zona, para mediante una instalación fotovoltaica de autoconsumo instantáneo, permitir la instalación de la denominada fotolinera, es decir, una estación de carga de vehículos eléctricos cuya fuente de energía proviene de una instalación fotovoltaica. 1.1. Objetivos del trabajo Observando el aumento de matriculaciones de vehículos eléctricos y los protocolos internacionales dictados por la Unión Europea en lo que a reducción de emisiones se refiere, es imprescindible la implantaciónde una extensa red de estaciones de recarga para vehículos eléctricos. Depender de los combustibles fósiles ha de ser erradicado en los tiempos venideros, es una labor comunitaria luchar contra el cambio climático y los devastadores efectos del calentamiento global. La salud del planeta va intrínsecamente unida a la nuestra y es deber de todos, desde el puesto que estemos en la sociedad, velar por mejorar la situación ambiental. Por tanto, los objetivos de este trabajo se basan en diseñar una fotolinera eficiente, que proporcione una carga rápida y gratuita para los clientes en un entorno lúdico. Para alcanzar estos objetivos será necesario analizar el marco actual en el que se encuentra el vehículo eléctrico, tanto en lo que a emisiones se refiere, como a precios y ayudas estatales y elaborar un plan de amortización tras el análisis energético y económico que supone esta instalación. 1.2. Alcance del trabajo Para definir el alcance de estos objetivos, se realizarán diversos estudios. En primer lugar, se analizará la instalación del punto de carga de vehículos y su emplazamiento, donde se estimará el número de clientes y la afluencia de la zona establecida para la ejecución del proyecto, así como el tipo de carga utilizada y el esquema de la instalación. Memoria 6 En segundo lugar, se analizará la instalación fotovoltaica. En este apartado se realizará el cálculo de energía necesaria aportada por la planta solar mediante herramientas de cálculo fotovoltaico para el dimensionado de la misma. De esta manera se podrá realizar el elección del equipo necesario y posteriormente el cálculo económico y amortización de la instalación. DISEÑO ELÉCTRICO Y PROYECTO DE INSTALACIÓN DE UNA ELECTROLINERA ALIMENTADA CON ENERGÍA FOTOVOLTAICA 7 2. Generalidades 2.1. Antecedentes La movilidad sostenible cada vez juega un papel más importante en el desarrollo económico y en la mejora de calidad de vida de las ciudades, y en la lucha por el cambio climático, efecto invernadero, sequías e inundaciones, climatología extrema que se traduce en hambre desigualdad. Desde la situación vivida por el COVID-19 se ha demostrado el papel fundamental que juega la movilidad desde el punto de vista social, económico y medioambiental. Lamentablemente el sector transporte supone la mayor fuente de emisiones de efecto invernadero en España, un 27,5% en 2018, seguido del sector energético con un 23,5%. Sólo el transporte en carretera supone la mayor fuente de óxido de nitrógeno (39%) y que una cuarta parte de las emisiones generadas de CO2 en España. Para poner solución a este problema, la Unión Europea (UE) ha presentado planes como el “Pacto Verde Europeo” en el que la movilidad eléctrica es una de las claves del proceso de descarbonización, dedicándole a ésta una de sus 8 ámbitos. Además, se ha presentado el programa “Fit for 55”, en el cual indica que a partir del 2035 ningún turismo o furgoneta nueva que se venda en Europa podrá emitir CO2 en su tubo de escape. Por su parte, España también ha apoyado estos compromisos con la aprobación de la ley del Cambio Climático y transición Energética de 2021 y la aprobación del primer Proyecto Estratégico para la Recuperación y Transformación Económica (PERTE), destinado al desarrollo del Vehículo Eléctrico y Conectado (PERTE VEC) con una inversión de 24.000 millones de euros entre 2021 y 2023. En España se aprueba la Ley 7/2021, de 20 de mayo de 2021, de cambio climático y transición energética. En el preámbulo de ésta se recuerda que Naciones Unidas ha subrayado que existe una diferencia creciente entre la senda real de reducción de emisiones de gases de efecto invernadero y las obligaciones asumidas por los Estados Parte del Acuerdo de París de 2015 sobre cambio climático, adoptado en la 21.ª Conferencia de las Partes de la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático («Acuerdo de París»). El secretario general de Naciones Unidas recuerda de manera periódica la necesidad de responder urgentemente a la amenaza del cambio climático y rectificar la situación actual para poder cumplir de manera eficaz con las obligaciones en materia de clima y desarrollo sostenible e inclusivo. Su petición coincide con las advertencias realizadas por los principales organismos financieros internacionales y la https://ec.europa.eu/commission/presscorner/detail/en/IP_21_3541 Memoria 8 Comisión Europea en su Comunicación sobre el Pacto Verde Europeo y en la Estrategia Europea de descarbonización a 2050. Las conclusiones actualizadas y sistematizadas de la comunidad científica se recogen en el informe especial del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC, en sus siglas en inglés) publicado el 8 de octubre de 2018, relativo a los impactos de un calentamiento global de 1,5ºC sobre los niveles preindustriales y las sendas de reducción de emisiones de gases de efecto invernadero para limitar dicho calentamiento. El informe es una nueva referencia para toda la sociedad y su mensaje es claro en cuanto al origen del calentamiento global. Las actividades humanas son ya las responsables de un aumento de las temperaturas globales de aproximadamente 1ºC sobre el nivel preindustrial lo que indica que, al ritmo actual, el aumento de 1,5ºC se alcanzará entre 2030 y 2052. En el caso de España, este aumento de la temperatura es superior a la media en casi 0,5ºC. El informe mencionado también señala que cumplir el objetivo global del Acuerdo de París es posible, pero requiere que se adopten políticas públicas precisas y que se realicen inversiones bien orientadas. Los próximos diez años van a ser determinantes para poder tener éxito en preservar nuestra seguridad. Sobrepasar el límite de 1,5ºC dependerá de las acciones de lucha contra el cambio climático que lleven a cabo todos los actores, no solamente los Gobiernos, sino también el sector privado y el resto de la sociedad. En el actual contexto, España debe ofrecer respuestas solidarias e inclusivas a los colectivos más afectados por el cambio climático y la transformación de la economía, así como facilitar las señales adecuadas para atraer la confianza de los inversores y minorar los riesgos financieros asociados al incremento en el volumen de emisiones de gases de efecto invernadero o a la mayor vulnerabilidad frente a los impactos físicos del cambio climático. Para ello, es imprescindible asegurar las condiciones de contorno que permitan orientar las sendas de cumplimiento, facilitar la estabilidad y predictibilidad necesarias para evitar sobrecostes o la generación de activos cautivos, susceptibles de lastrar el progreso de nuestra economía durante décadas, minimizar los impactos sociales negativos y facilitar el aprovechamiento de oportunidades económicas, al tiempo que se ofrecen medidas de acompañamiento en la transición a los colectivos más vulnerables. La lucha contra el cambio climático y la transición energética conllevan transformaciones tecnológicas y cambios en la industria. Por ello, es necesario ligar la transición energética a la política industrial y a la I+D, estableciendo mecanismos de apoyo a la industria para que la transición tecnológica genere mayor competitividad y un mejor posicionamiento de la misma, y resulte en generación de riqueza y empleo de calidad. DISEÑO ELÉCTRICO Y PROYECTO DE INSTALACIÓN DE UNA ELECTROLINERA ALIMENTADA CON ENERGÍA FOTOVOLTAICA 9 Por otro lado, alcanzar la neutralidad climática requiere de una política firme y coordinada, así como de las inversiones necesarias, para la conservación y mejora de la biodiversidad, y de los stocks de carbono en nuestros montes y masas forestales, humedales y en las superficies de usos agropecuarios. Retrasar decisiones supondría asumir más riesgos, más costes y más injustamente distribuidos y renunciar a oportunidades de modernización de nuestra economía yde nuestra sociedad, poniendo en riesgo objetivos fundamentales para la seguridad nacional. 2.2. Clasificación del vehículo eléctrico Para poder entender la situación actual del vehículo eléctrico y los datos de ventas de éstos, es necesario identificar los diferentes tipos de vehículos del mercado. 2.2.1. Vehículos eléctricos 1) Vehículos con carga eléctrica. Estos vehículos llamados ECV por sus siglas en inglés (Cell Electric Vehicle) almacenan la energía eléctrica en baterías que son cargadas conectando el vehículo a la red eléctrica. a) Vehículos eléctricos de batería completa (BEV). Funcionan únicamente mediante motores eléctricos. b) Vehículos híbridos enchufables (PHEV). Disponen de un motor de combustión interna (gasolina o diésel) así como de uno o más motores eléctricos. 2) Vehículos eléctricos de pila de combustible (FCEV). Estos vehículos cuentan con una pila de hidrógeno comprimido y oxígeno obtenido del aire, mediante el cual genera electricidad que es almacenada en baterías y aprovechada por uno o más motores eléctricos. La utilidad de este tipo de vehículos se ve limitada por la red de estaciones de servicio de hidrógeno. 2.2.2. Vehículos híbridos enchufables (HEV). Estos vehículos cuentan con un motor de combustión interna y un motor eléctrico. La electricidad es almacenada en la batería gracias a la frenada regenerativa o por el propio motor de combustión, por lo que no requiere ser enchufado. Debemos diferenciar entre los términos mild hybrid, los cuales no pueden funcionar únicamente con el motor eléctrico y full hybrid, que son los vehículos más extendidos y pueden funcionar con ambos motores por separado. Memoria 10 Cabe destacar que los vehículos VEH están excluidos de los objetivos nacionales y europeos de movilidad eléctrica, por lo que su incremento de venta y popularidad no ayudan al cumplimiento de dichos objetivos. En la figura 2 mostrada a continuación, se puede apreciae la reducción de emisiones de CO2 en tubo de escape por tecnología eléctrica: Figura 2. Reducción de emisiones de CO2 en tubo de escape por tecnología eléctrica (Fuente: ACEA (Enabling Factors for Alternatively-Powered Cars and Vans in the European Union) 2021) 2.3. Situación actual 2.3.1. Europa. Para lograr el objetivo marcado por la UE del programa “Fit for 55”, se ha establecido una previsión para 2030 de 3,5 millones de inversión en estaciones de recarga pública para vehículos eléctricos, casi 15 veces del número actual de cargadores públicos en Europa. En la figura 3, podemos observar los números actuales de vehículos eléctricos y puntos de recarga en Europa, así como los objetivos propuestos para 2025 y 2030. DISEÑO ELÉCTRICO Y PROYECTO DE INSTALACIÓN DE UNA ELECTROLINERA ALIMENTADA CON ENERGÍA FOTOVOLTAICA 11 YTD 2021: Datos a cierre de Julio 2021 PDRP: Punto de Recarga Pública VE: Incluye vehículos eléctricos de batería completa (BEV), PHEV y FCEV. No incluye camiones. Figura 3. Objetivos vehículos eléctricos y puntos de recarga pública en Europa 2030 (Fuente: López, May (El vehículo eléctrico en España. Situación actual, objetivos y retos a abordar, 2021)) 2.3.2. España Actualmente España se sitúa a la cola de Europa en lo que a puntos de recarga públicos se refiere, con tan solo 10 cargadores por cada 10.000 habitantes. El número de puntos de recarga a finales de 2021 era de 10480, un 90% más que en el año 2019, pero muy lejos de países como Francia (37.128), Alemania (59.410) o Países Bajos (90.284) quienes lideran el ranking europeo en cuanto a cargadores públicos se refiere. En el Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2021-2030 (PNIEC) se establecen en 5 millones el número de vehículos eléctricos que debe haber en las carreteras españolas (incluyendo híbridos enchufables PHEV), pero un número muy inferior de estaciones de carga (2,5 millones) en comparación con la UE, como se muestra en la figura 4. Se espera que se despliegue una infraestructura de entre 250.000 y 340.000 puntos de recarga mediante programas de ayudas. Sin embargo, con la Ley 7/2021, de 20 de mayo, Ley de cambio climático y transición energética, se obliga a establecer puntos de carga de coches eléctricos en gasolineras y en edificios de uso no residencial con más de 20 plazas para vehículos a partir de 2023. Memoria 12 YTD 2021: Datos a cierre de Julio 2021 PDRP: Punto de Recarga Pública VE: Incluye vehículos eléctricos de batería completa (BEV), PHEV y FCEV. No incluye camiones. Figura 4. Objetivos vehículos eléctricos y puntos de recarga pública en España 2030 (Fuente: López, May (El vehículo eléctrico en España. Situación actual, objetivos y retos a abordar, 2021)) 2.3.3. Aragón De acuerdo con el Instituto de Estudios de Automoción, cuyos datos son recabados directamente de la DGT, vemos que Aragón destaca entre las comunidades con mayor crecimiento de matriculaciones de vehículos electrificados, siendo en 2021 la comunidad con mayor aumento de vehículos electrificados respecto a 2020. Pese a no encontrarse entre las comunidades con mayor volumen de vehículos eléctricos, se trata de una de las comunidades con mayor auge en la compra de este tipo de vehículos gracias a la convocatoria de la tercera fase de ayudas para incentivar el coche eléctrico (programa MOVES III), que supuso una inversión de 11,2 millones de euros para incentivar la movilidad eléctrica, alcanzando hasta los 7.000€ de ayuda para la compra de nuevos vehículos eléctricos. A continuación, en la figura 5 se muestran los datos de matriculaciones de vehículos eléctricos por comunidad. Estos datos están actualizados al pasado mes de agosto. DISEÑO ELÉCTRICO Y PROYECTO DE INSTALACIÓN DE UNA ELECTROLINERA ALIMENTADA CON ENERGÍA FOTOVOLTAICA 13 Figura 5. Matriculaciones de vehículos electrificados en España 2021 (Fuente: ANFAC (Las matriculaciones de vehículos electrificados, híbridos y de gas crecieron un 52%) 2022) 2.4. Ayudas para la electrificación La propuesta de Estrategia de Movilidad Segura, Sostenible y Conectada del Gobierno publicada en 2021 considera la movilidad como un derecho. Para los hogares españoles, la movilidad ya supone un 13% del gasto anual. Existen diferentes tipos de cuantiosas inversiones para lograr el cumplimiento de los objetivos mencionados, tales como el Proyecto Estratégico para la Recuperación y Transformación Económica del Vehículo Eléctrico y Conectado (PERTE VEC) el cual prevé una inversión de 24.000 millones de euros, de los cuales, más del 82% deberán aportarlo las organizaciones o proyectos justificando la inversión, sus objetivos y resultados para su total aprovechamiento. Otro tipo de ayuda es el programa MOVES III, el cual ofrece ayudas para la compra de vehículos eléctricos e instalaciones de puntos de recarga. Esta ayuda cuenta con 800 millones de euros, los cuales están incluidos en el PERTE VEC y permanecerá activo hasta el año 2023. Como podemos observar en las figuras 6 y 7, se muestran las ayudas para particulares y autónomos que adquieran diferentes tipos de vehículos eléctricos, así como ayudas para la instalación de infraestructuras de carga. Memoria 14 Figura 6. Ayudas del programa MOVES III para la adquisición de vehículos eléctricos (Fuente: («Programa MOVES III | IDAE» s. f.)) Figura 7. Ayudas del programa MOVES III para la instalación de puntos de recarga (Fuente: («Programa MOVES III | IDAE» s. f.)) DISEÑO ELÉCTRICO Y PROYECTO DE INSTALACIÓN DE UNA ELECTROLINERA ALIMENTADA CON ENERGÍA FOTOVOLTAICA 15 2.5. Funcionamiento del vehículo eléctrico Para poder estudiar este proyecto de instalación de un punto de recarga, es necesario comprender el funcionamiento del vehículo eléctrico. En este apartado se va a explicar las partes eléctricas y mecánicas del vehículo 100% eléctrico y sus principales funcionalidades. En la figura 8,se muestra el esquema general de los componentes de un vehículo eléctrico común y su funcionalidad. Figura 8. Esquema general de componentes del coche eléctrico (Fuente: Fundación Endesa («EMobility y La Historia Del Coche Eléctrico Fundacionendesa.Org» s. f.) 2.5.1. Unidad de carga: La mayoría de los vehículos disponen de una entrada de corriente alterna y un conversor AC/DC (rectificador de corriente) en su interior para, la carga de las baterías. Aunque también existen modelos con entrada de carga en corriente continua, normalmente los utilizan pequeños vehículos como scooters u otros tipos de motos electrificadas y vehículos con tecnología de carga rápida. En este segundo caso, se requieren rectificadores más grandes y seguros, instalados fuera del vehículo. En estos casos, la entrada de corriente al vehículo sí es continua (DC), entrando directamente a la batería. Gracias a este sistema, podemos manejar mayores potencias y lograr cargas más rápidas. Actualmente muchos de los cargadores rápidos ofrecen potencias de 50kW a 135kW, equivalente a una carga de 10 a 15 veces más potente que la carga doméstica. En próximas generaciones se esperan cargas que lleguen a alcanzar los 350kW, conocidas como carga ultra-rápida. Memoria 16 2.5.2. Baterías: Podemos clasificarlas según sus elementos electroquímicos, siendo las más utilizadas las de ión-litio, debido a su alta densidad energética, su reducido tamaño y peso y su alta eficiencia, además de que no requieren mantenimiento. El ciclo de vida actual de este tipo de baterías puede alcanzar los 3.000 ciclos de carga, que se traducen en unos 160.000 kilómetros de media. Sin embargo, tienen un alto coste de producción a lo que se suma su fragilidad (no soportan impactos y requieren de almacenaje cuidadoso y circuitos de seguridad). Actualmente se está investigando en nuevas formas de almacenaje energético que palie las desventajas de coste y cuidado de este tipo de baterías. También son usadas las baterías de Níquel-hidruro metálico, destinadas especialmente para vehículos híbridos. Este tipo de baterías tiene menos ciclos de vida útil, pero tienen un coste de fabricación muy reducido. Por lo general, estas baterías no son enchufables por su baja densidad energética. Los valores principales a tener en cuentas cuando hablamos de baterías de gran tamaño son densidad energética, medida en Wh/kg. Las baterías son las responsables principales del gran peso de los vehículos eléctricos, lo que delimita en cierta medida la relación Potencia/peso del vehículo. El otro valor principal a tener en cuenta en las baterías es la capacidad de la batería, expresada normalmente en kWh, o en Ah cuando se habla de capacidad de celdas. El voltaje de las baterías de los vehículos eléctricos oscila entre 300 V y 400 V, y la capacidad de carga en utilitarios desde los 40 kWh hasta los 100 kWh en los modelos de mayor autonomía. Respecto a los híbridos enchufables, la capacidad de la batería es de aproximadamente 12 kWh. Además de la batería utilizada para la tracción del vehículo, se utiliza una batería adicional de 12 V destinada al funcionamiento de sistemas electrónicos auxiliares, al igual que ocurre en los automóviles de combustión interna. 2.5.3. Inversores: Al contrario que ocurre con el rectificador de corriente, el objetivo de los inversores es convertir la corriente continua en corriente alterna a un voltaje y frecuencia determinados para alimentar el motor. Los inversores son elementos bidireccionales que se encargan principalmente de elevar la tensión de entrada para el correcto funcionamiento de los motores eléctricos. En la frenada, el motor se convierte en un pequeño generador de energía eléctrica dado que el inversor no entrega energía al motor. Las ruedas siguen girando y fuerzan al motor a hacer lo mismo, por lo que, en ese momento, funciona como un generador en lugar de un impulsor, de modo que la energía generada por el motor es trasladada a las baterías por medio del inversor. Es por este motivo que el inversor se denomina como un elemento bidireccional. Este proceso se llama frenada regenerativa. DISEÑO ELÉCTRICO Y PROYECTO DE INSTALACIÓN DE UNA ELECTROLINERA ALIMENTADA CON ENERGÍA FOTOVOLTAICA 17 2.5.4. Convertidores DC/DC: Son elementos unidireccionales capaces de transformar la tensión continua. Podemos encontrar convertidores primarios que elevan la tensión de las baterías para el funcionamiento de motores eléctricos y secundarios, destinados a la batería de 12V y sistemas electrónicos. 2.5.5. Motores: Existen dos tipos de vehículos eléctricos según el motor que utilizan, de corriente continua (DC) o de corriente alterna (AC). Actualmente, la industria automotriz emplea dos familias de motores eléctricos que emplean corriente alterna trifásica: motores de imanes permanentes o síncronos y los motores de inducción o asíncronos. Los motores de corriente continua se utilizan normalmente para los sistemas electrónicos auxiliares del vehículo. 2.5.5.1. Motores de imanes permanentes Los motores de imanes permanentes, conocidos como brushless, son los más comunes en la industria automovilística actual y su funcionamiento se basa en la atracción y repulsión magnética, donde se invierte el campo magnético cuando los imanes se alinean entre sí. En la actualidad no se hace uso de las llamadas “escobillas” sino que es un sensor de posición quien se comunica con un inversor trifásico para invertir la polaridad. Este tipo de motores son ligeros y muy eficientes a bajas revoluciones. 2.5.5.2. Motores de inducción Los motores de inducción, han sido usados recientemente por la empresa Tesla para sus últimos modelos. En este tipo de motores no se utilizan imanes, sino que se induce un campo magnético en movimiento tanto en el estator como en el rotor (que se encuentra en movimiento) y de esta manera se aprovecha la diferencia de velocidades para forzar el movimiento del rotor. La desventaja de estos motores es que ofrecen un rendimiento ligeramente menor, trabajando a una potencia mayor y no tiene un par de arranque automático. 2.6. Tipos de carga El auge de los vehículos eléctricos en la última década ha provocado una rápida estandarización de los métodos de carga. Estos métodos se recogen en la Comisión Electrotécnica Internacional por medio de la norma IEC-62196. Memoria 18 Esta potencia está limitada a 172 kW (AC) con una tensión de 690 V con una corriente límite de 250 A y a 240 kW (DC) con una tensión de 600V y una corriente límite de 400A. La potencia del punto de carga determina la velocidad a la que podremos cargar por completo las baterías del vehículo, es por esta razón que los tipos de carga se clasifican según la velocidad de carga. A continuación, se explica cada uno de los métodos estandarizados de carga de vehículos eléctricos: 2.6.1. Modo 1 Se trata de una carga con enchufe doméstico que no ha sido diseñada especialmente para la carga de vehículos electicos. Cuenta con una toma monofásica denominada Schuko. Consiste simplemente en llevar un cable desde la toma Schuko de 230V hasta el vehículo. Este modo de carga no incluye sistemas de seguridad y está más destinada a carga de pequeñas motos, patinetes, bicicletas eléctricas y hoverboards. 2.6.2. Modo 2 Se denomina carga lenta, y está pensada fundamentalmente para la carga doméstica de vehículos eléctricos mediante conexiones monofásicas de 230V y un máximo de 3,7kW. Al igual que en el modo 1, hace uso de la toma Schuko, pero en este caso cuenta con sistemas de protección adecuados. Normalmente está destinada a vehículos híbridos enchufables que cuentan con tamaños de baterías reducidos o pequeños vehículos eléctricos. 2.6.3. Modo 3 También llamada carga semi-rápida, que precisa de un elemento llamado “wall box”, el cual está destinado únicamente para vehículos totalmente eléctricos o híbridos enchufables con autonomíaeléctrica elevada. Este modo de carga se puede hacer mediante conexión monofásica o trifásica, pudiendo alcanzar hasta 32A alcanzando desde 7,2 kW hasta 43kW en redes de 400V Según la guía ITC-BT 52 de la legislación española, este modo de recarga es obligatorio en los puntos de recarga de uso público, y los conectores requeridos para este tipo de estaciones son el de Tipo 1 (SAE J1772) o Tipo 2 (IEC 62196-2), pudiendo conectar adaptadores para la carga de vehículos con diferentes especificaciones. 2.6.4. Modo 4 Este modo de recarga se utiliza en estaciones de servicio o puntos de recarga públicos. La principal diferencia de este modo con los 3 anteriores es la carga en corriente continua en lugar de alterna. DISEÑO ELÉCTRICO Y PROYECTO DE INSTALACIÓN DE UNA ELECTROLINERA ALIMENTADA CON ENERGÍA FOTOVOLTAICA 19 El conector estándar es el japonés CHAdeMO, aunque se usa también el conector CSS. El conector del vehículo al igual que en modo 3 es de Tipo 1 (SAE J1772) o Tipo 2 (IEC 62196-2). Para poder denominar un punto de carga como modo 4, éste ha de contar con un mínimo de potencia de 50 kW. Pueden alcanzar potencias de hasta 240kW con voltajes de 600V a 400A (límite legal de corriente destinada para este tipo de estaciones). En la figura 9 podemos apreciar los diferentes modos de carga con un breve resumen de sus especificaciones. Figura 9. Modos de carga del vehículo eléctrico (Fuente: Cambio Energético (Cargadores de Vehículo Eléctrico: Todo Lo Que Necesitas Saber) 2022) 2.7. Tipos de conectores De acuerdo con estos modos de carga, se ha desarrollado toda una industria con diferentes diseños creados por las compañías automovilísticas. Los conectores eléctricos para coche que existen en la actualidad son los siguientes. En la figura 10, podemos observar las diferencias físicas de cada uno de ellos. Memoria 20 2.7.1. Conector Tipo 1 o Yazaki Con un diámetro de 43 mm y 5 terminales, admite dos niveles de carga AC: 80 A para carga rápida y 16 A para carga lenta. Aunque es un estándar de origen japonés, es el elegido por el mercado estadounidense y también es aceptado en la Unión Europea. Aunque muchas marcas como lo utilizan, actualmente está obsoleto, favoreciendo la utilización del conector Tipo 2. 2.7.2. Conector Tipo 2 o Mennekes Tiene siete terminales y dos tipos de corriente: Monofásico de 16 A para carga lenta y trifásico de 63 A para carga rápida. Fabricado en Alemania y compatible con los modelos Renault, Tesla, Volvo, Porsche, Mercedes, Audi, Volkswagen y BMW. Es el conector eléctrico de automoción más utilizado en el mundo (62% de los conectores existentes) y en España (53% del mercado). 2.7.3. Conector Tipo 3 o Scame Utilizado principalmente en vehículos eléctricos pequeños, permite la carga semi rápida en AC, sin embargo, es uno de los conectores menos utilizados. Soporta hasta 32 A y dispone de 5 o 7 terminales dependiendo si la corriente es monofásica o trifásica. Incluyen puesta a tierra y comunicación red. 2.7.4. Conector Tipo 4 o CHAdeMO Admite carga rápida en CC y admite hasta 200 amperios. Sus 10 terminales son los terminales de mayor diámetro del mercado y son el estándar japonés que utilizan Subaru, Mitsubishi, Toyota o Nissan. 2.7.5. Conector Combo 2 o CSS Este tipo de conector para vehículos eléctricos se creó para convertirse en una solución estándar para los mercados de EEUU y Europa. Admite modos de carga lenta y rápida y tiene cinco terminales. Compatible con Volkswagen, Porsche, Daimler, BMW y Audi. 2.7.6. Conector Schuko Se trata del enchufe doméstico “de toda la vida”. Se utiliza en casi todos los países europeos, excepto Reino Unido, Irlanda, Chipre y Malta. Viene de serie en la mayoría de vehículos eléctricos y tiene bornes y toma de tierra, admitiendo corrientes de hasta 16 amperios para recarga lenta y sin comunicación. DISEÑO ELÉCTRICO Y PROYECTO DE INSTALACIÓN DE UNA ELECTROLINERA ALIMENTADA CON ENERGÍA FOTOVOLTAICA 21 Figura 10. Tipos de conectores (Fuente: Elaboración propia, 2022) 2.8. Sistema de alimentación del vehículo eléctrico El sistema de alimentación de vehículo eléctrico conocido por sus siglas SAVE, es la denominación usada para referirse a los puntos de conexión de carga de vehículos eléctricos. Con la entrada en vigor de la ITC-BT 52 en julio de 2015, se especifican las características necesarias para su legalización. Aquí se muestran algunos de los principales requisitos: • La altura mínima de instalación de las tomas de corriente y conectores será de 0,6 m sobre el nivel del suelo. Si la estación de recarga está prevista para uso público la altura máxima será de 1,2 m y en las plazas destinadas a personas con movilidad reducida, entre los 0,7 y 1,2 m. • Para garantizar la conectividad de los vehículos, las estaciones mayores de 3,7 kW y menores de 22 kW deberán contar, por lo menos, con conectores del Tipo 2 EN62196, también llamados Mennekes. • En casos de instalaciones con un punto de más de 10kW, un conjunto de más de 50kW o un cargador de modo 4, sea la potencia que sea, se necesitará un proyecto de ingeniero debidamente firmado y visado. • En modos de carga 3 y 4 las bases y conectores siempre deben estar incorporadas en un SAVE o en un sistema equivalente que haga las funciones del SAVE. Memoria 22 3. Introducción a la fotolinera El presente estudio investiga el recurso solar a la zona, para mediante una instalación fotovoltaica de autoconsumo instantáneo, permitir la instalación de la denominada fotolinera, es decir, una estación de carga de vehículos eléctricos cuya fuente de energía proviene de una instalación fotovoltaica. El estudio del campo solar, su análisis económico, el aumento de matriculaciones de vehículos eléctricos previsto a escala global para los próximos años, hacen viable y atractiva la instalación de la fotolinera. Es imprescindible que la instalación sea funcional y ampliable en el futuro y que no interfiera en las instalaciones presentes para vehículos de combustión, pero, eso sí, disfrute de todas las prestaciones anejas que éstos disponen. 3.1. Precedentes La venta de vehículos eléctricos se ha disparado de manera exponencial en los últimos años, y cada es más habitual que las empresas o particulares instalen sus propios cargadores en sus aparcamientos. La Ley 7/2021, de 20 de mayo, de cambio climático y transición energética obliga a instalar puntos de carga en gasolineras y en edificios de uso no residencial con más de 20 plazas para vehículos a partir de 2023, por lo que no de sorprender que en los próximos años se multipliquen las instalaciones de estas estaciones de carga. Para realizar la recarga, basta con aproximar el coche eléctrico al punto de carga, igual que lo harías en una gasolinera, asegurándote de que el puerto de carga del vehículo está cerca y enchufar el conector al vehículo. Tras realizar la recarga, en caso de no ser gratuito, tan solo tienes que pagar con cualquier método o, en algunos casos, mediante aplicaciones móviles que incluso permiten localizar, reservar y pagar las recargas con antelación. El Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico elabora de manera periódica guías que con las diferencias entre precios de recorrer 100 kilómetros con cada tipo de vehículo disponible en el mercado. En julio de 2022 se estableció que el precio medio del vehículo eléctrico era de 4,54€/100km en instalaciones de uso doméstico y de 5,93€/100km en estaciones de carga rápida. Muy lejos de los 11,32€/100km de la gasolina de 95 octanos. Pese al incremento de precio de los combustibles fósiles y en consecuencia de la energía eléctrica, es una diferencia muy considerable y un dato a tener en cuenta a la hora de comprar un vehículo. DISEÑO ELÉCTRICO Y PROYECTO DE INSTALACIÓN DE UNA ELECTROLINERA ALIMENTADA CON ENERGÍA FOTOVOLTAICA 23 Como se puede apreciar en lafigura 11, en la actualidad en España existen más de 11.400 estaciones de carga con más de 30.000 puntos de carga, de los cuales 4.770 (15,5%) pertenecen a cargadores de carga lenta con conector tipo Schucko, 23.901 (78,8%) pertenecen a estaciones de carga rápida o semi- rápida y 960 (3,1%) a cargadores y supercargadores de la empresa de vehículos eléctricos Tesla. Figura 11. Estadísticas de puntos de recarga en España a 09/09/2022 (Fuente: Electromaps (Listado de Puntos de Recarga En España) 2022) La red de electrolineras ya está distribuida por todo el mapa nacional, aunque cabe destacar comunidades como La Rioja con 69 puntos (0,51% de las estaciones españolas) o Cantabria con 150 puntos (1,12%), muy lejos de Cataluña, que lidera el ranking con 3.549 puntos (26,46%) seguido de la comunidad valenciana (12,39%) y Madrid (11,94%). La situación de los puntos de recarga se puede apreciar de manera interactiva mediante webs como Chargemaps o Electro2maps, aunque actualmente gracias a aplicaciones o sistemas de mapas como Google Maps podemos encontrarlas con facilidad. 3.2. Escenario actual Este estudio se basa en plasmar el avance del coche eléctrico y habilitar puntos de carga en sitios estratégicos para cubrir la demanda presente y cubrir la demanda que supondrá en un escenario futuro, un centro comercial con acceso desde la autovía A-23, implica no sólo dar servicio a la ciudad https://es.chargemap.com/ https://www.electromaps.com/es-ES Memoria 24 mientras los usuarios realizan sus compras, sino también a los que discurren por la autovía con destino a Zaragoza, al Pirineo oscense, a Navarra y hacia Cataluña. Las inmediaciones al centro comercial Coso Real existente son idóneas para su instalación de una electrolinera-fotolinera y serán un reclamo más para el centro. En este momento que se cuestiona el modelo energético actual, en que se buscan soluciones para modelos energéticos independientes de economías extranjeras o extracomunitarias, que estamos inmersos en agendas supranacionales con compromisos para combatir las emisiones de CO2, es incuestionable que invertir en un futuro cabal, implica necesariamente la menor contaminación posible, son por tanto en este escenario, que los vehículos eléctricos, y las placas fotovoltaicas nos permitirán evitar en lo posible la contaminación y la generación de energías limpias. Sin duda, el estudio de viabilidad de la electrolinera-fotolinera, viene dada por el estudio estadístico de hipotéticos y cada vez mayor número de usuarios, su diseño, captación fotovoltaica, presupuestos, perfil de consumidores, viabilidad económica, rentabilidad e inversión. Cabría destacar los efectos sociales de la pandemia, la sequía pertinaz y no menos importantes los de la guerra de Ucrania, los usuarios empiezan a valorar no sólo a teorizar sobre la implementación de un consumo razonable de energías, de energías de origen limpio y el aprovechamiento de la radiación solar en un paisaje y latitud como la nuestra, privilegiada en comparación con nuestros socios comunitarios, contamos muchas horas de sol. Prescindir en lo posible de hidrocarburos o electricidad importada o sucia es el reto de nuestra generación y estamos obligados no solamente por principios, por obligación a estar a la altura de lo que es una demanda social y un compromiso internacional. Según la Unión Española Fotovoltaica, la capacidad instalada de autoconsumo ha aumentado en 2021 en 607 megavatios (+101%) por los cambios regulatorios de los últimos años, el Real Decreto-ley 15/2018 y el Real Decreto 244/2019. En la figura 12 mostrada a continuación, se observa un gráfico de la potencia instalada en autoconsumos anualmente. DISEÑO ELÉCTRICO Y PROYECTO DE INSTALACIÓN DE UNA ELECTROLINERA ALIMENTADA CON ENERGÍA FOTOVOLTAICA 25 Figura 12. Gráfica de la potencia anual instalada en autoconsumos (Fuente: UNEF (El Autoconsumo Instalado En España Creció Más Del 100% En 2021) 2021)) Estos sucesos no solo provocar un impacto beneficioso en la economía de los usuarios de esta tecnología, sino también beneficios ambientales tales como el ahorro de emisiones de CO2, de óxido de nitrógeno NO y ahorro de materias primas. 22 49 55 122 236 459 596 1203 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 Po te nc ia in st . a cu m ul ad a (M W ) Po te nc ia in st . a nu al (M W ) Potencia instalada en autoconsumos expresada en megawatios (MW) Potencia solar AC FV instaladas anual (MW) Potencia solar AC FV acumulada (MW) Memoria 26 4. Reglamento En este punto se exponen los Reales Decreto-Ley, así como las leyes promulgadas que contienen los reglamentos, especificaciones e instrucciones necesarias para llevar a cabo esta instalación. Durante el presente documento se hará referencia a las normativas contenidas en este punto: • Real Decreto-ley 15/2018, de 5 de octubre, de medidas urgentes para la transición energética y la protección de los consumidores. • Real Decreto 244/2019, de 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. • Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión (RD 842/2002), que establece el marco de las condiciones técnicas y garantías que deben reunir las instalaciones eléctricas conectadas a una fuente de suministro en los límites de baja tensión • Real Decreto 1053/2014 de 12 de diciembre por el que se aprueba una nueva Instrucción Técnica Complementaria ITC-BT-52 “Instalaciones con fines especiales. Infraestructura para la recarga de vehículos eléctricos. • Real Decreto 1627/1997 de 24 de octubre de 1997, sobre Disposiciones mínimas de seguridad y salud en las obras • Real Decreto-ley 15/2018 de 5 de octubre, que establece las medidas urgentes para la transición energética y la protección de los consumidores. • Ley 31/1995, de 8 de noviembre, de Prevención de Riesgos Laborales. • Ley 7/2021, de 20 de mayo, Ley de cambio climático y transición energética • Instrucciones Técnicas Complementarias (ITC) reunidas en el REBT, que reúnen las guías técnicas necesarias para instalaciones de baja tensión. En concreto, se han consultado las siguientes: o ITC-BT-04, en el que se especifica la documentación necesaria y puesta en servicio de las instalaciones eléctricas, concretamente el Grupo Z, el cual incluye las Infraestructuras Para La Recarga Del Vehículo Eléctrico) o ITC-BT 07, donde se establecen los requisitos de ejecución de las redes subterráneas para distribución en baja tensión o ITC-BT-19, donde se encuentran las prescripciones generales de las instalaciones interiores o receptoras o ITC-BT-21, que especifica las instrucciones técnicas para la instalación de tubos protectores y canales para instalaciones de baja tensión. DISEÑO ELÉCTRICO Y PROYECTO DE INSTALACIÓN DE UNA ELECTROLINERA ALIMENTADA CON ENERGÍA FOTOVOLTAICA 27 o ITC-BT 52: Mencionado anteriormente, en el que se introducen las Instalaciones con fines especiales. En concreto, las Infraestructuras para la recarga de vehículos eléctricos. Memoria 28 5. Punto de carga de vehículos 5.1. Emplazamiento y localización de la estación de carga El emplazamiento escogido para la instalación de esta electrolinera/fotolinera ha sido el parking del centro comercial Coso Real de Huesca. Este parking cuenta con una gran esplanada de aparcamientos libres, y más de 300 plazas de aparcamientos cubiertos mediante pérgolas de doble dirección. En la figura 13 se muestra un plano aéreo de la zona. La selección de este emplazamiento se ha realizado debido al número de cargadores para vehículos eléctricos de la provincia y en concretode la ciudad de Huesca. La ciudad solo cuenta con 7 estaciones, las cuales se encuentran en parkings privados o parkings para clientes de hoteles y supermercados. Este lugar es idóneo debido a que se trata del único centro comercial de la ciudad, que cuenta con más de 52.000 habitantes. Cuenta con numerosas tiendas, restaurantes y gasolinera, que, además, es zona de paso y servicio para los vehículos que se trasladan al norte de la provincia, principalmente al Pirineo Aragonés o los vehículos que se trasladan desde el Pirineo hacia el Sur. Se encuentra al Oeste de la ciudad, junto a la autovía A-23, que comunica Sagunto con el Pirineo Aragonés, pasando por Zaragoza y Teruel y el País Vasco, pasando por Pamplona hacia Levante o Cataluña. El hecho de la elección de este emplazamiento también es debido al horario del centro comercial, el cual abre todos los días excepto domingos de 9:00 a 22:00, así como los restaurantes de comida rápida que cierran a las 00:00 o la gasolinera abierta las 24h. Figura 13. Fotografía aérea del parking del Coso Real de Huesca (Fuente: Google Maps: 2022) DISEÑO ELÉCTRICO Y PROYECTO DE INSTALACIÓN DE UNA ELECTROLINERA ALIMENTADA CON ENERGÍA FOTOVOLTAICA 29 Según estadísticas de mercados más maduros como California y partes del norte de Europa, los conductores de vehículos eléctricos pasan entre un 30 % y un 35 % más de tiempo en centros comerciales cuando pueden cargar sus vehículos eléctricos. El hecho de que los usuarios prolonguen su estancia en el centro comercial repercute directamente en cuánto dinero pueden gastar en este espacio, por tanto, los operadores de centros comerciales consideran esencial poder ofrecer un servicio más como es la carga de vehículos eléctricos. 5.2. Tipo de carga y equipo seleccionado Vistos los modos de carga estandarizados objeto de estudio, y siguiendo la guía ITC-BT 52 de la legislación española, la cual expresa que para cargadores de uso público son obligatorios puntos de recarga del modo 3, se ha optado por la instalación de dos puntos de recarga de este modo, con una potencia de 22kWh. Esta opción es la más viable económicamente ajustándose además a los estándares habituales en este tipo de instalaciones, así como a las instrucciones técnicas complementarias de baja tensión escritas por la legislación española. Una instalación más elevada conlleva una instalación más cara y una superficie fotovoltaica más extensa, la cual será calculada más adelante. Actualmente los conectores eléctricos para vehículos eléctricos con mayor relevancia son el Tipo 1 SAE J1772 (Yazaki) y el Tipo 2 IEC 62196 (Mennekes). Este último, el conector tipo 2 IEC 62196, tradicionalmente de uso europeo (en contraposición con el Tipo 1, común en mercados americanos y asiáticos), por lo que se ha optado por la segunda opción, conectores del tipo 2 (Mennekes). La potencia transferida a través de un conector tipo 2 es más que suficiente para la carga semi rápida. Por ejemplo, el Nuevo Renault ZOE puede cargar hasta 125 kilómetros de autonomía estando tan solo una hora enchufado a una estación de carga pública de 22 kW. Dado que el español medio pasa entre 70 y 80 minutos de media en un centro comercial y entre 45 y 70 minutos en restaurantes de comida rápida, se considera que es un tiempo suficiente para una carga considerable de los vehículos. Estos tiempos de espera, además, favorecen recíprocamente la afluencia de los usuarios de esta estación de carga. Se optará por una estación de carga con dos puntos de carga para vehículos eléctricos. Esta estación será alimentada por medio de la red trifásica disponible de 400V y contará con protecciones contra sobretensiones y contra cortocircuitos con una PIA de 40A. En la tabla 1 podemos apreciar las características técnicas del modelo de poste de carga propuesto para la instalación. Memoria 30 URBAN T22 CARACTERISTICAS TÉCNICAS Alimentación Corriente de entrada 67A Frecuencia 50 - 60 Hz Tipo de red 3F + N + PE Tensión nominal 400V ± 10 % Características eléctricas Protección contra sobretensiones (DSP) Protector contra sobretensión transitoria IEC 61643-1 (Clase II) Protección de sobre corriente PIA 40 A (curva C) Cable: Tipo de conector Base Tipo 2 I máx. de salida (A) 32 Modo de carga Modo 3 N.º de tomas 2 Potencia máxima de salida (kW) 22 Tensión 400V ± 10 % Características físicas Grado de protección IP 54 / IK10 Humedad relativa (sin condensación) 5 … 95 % Temperatura de almacenamiento -20 … +60 ºC Temperatura de trabajo -5 … +45 ºC Normas Seguridad eléctrica, Categoría de la instalación CAT III 300 V Seguridad eléctrica, Clase de aislamiento Protección contra choque eléctrico por doble aislamiento clase II (IEC 61010) Tabla 1. Características técnicas URBAN T22 (Fuente: (CIRCUTOR, 2022)) 5.3. Estudio de consumidor El 44% de los españoles utiliza los centros comerciales como principal destino de compras, frente al 28% que prefiere el centro de la ciudad. Esto se describe en un informe de Sensormatic Solutions, que analiza la situación en España desde marzo de 2020 y el impacto global del coronavirus en el sector. https://www.sensormatic.com/es_es/catalog?utm_campaign=FY22-Sensormatic-eBooks&utm_medium=PaidMedia-GoogleAds-Search&utm_source=FY22Q102_BrandCampaign-Catalog-BOFU-SearchAds-ES&creative=564281074783&keyword=sensormatic&matchtype=b&network=g&device=c&gclid=Cj0KCQjw6_CYBhDjARIsABnuSzpuJwpoMtjaVbo1M8WoKIeAQvpHw3PtOUL-OyWOHJWEP-CSqsPCCt8aApMfEALw_wcB DISEÑO ELÉCTRICO Y PROYECTO DE INSTALACIÓN DE UNA ELECTROLINERA ALIMENTADA CON ENERGÍA FOTOVOLTAICA 31 Los centros comerciales se han convertido en espacios que comparten actividades de sociabilidad, ocio o consumo (ludotecas para niños, zonas para mascotas, tiendas y restauración) los visitantes se dirigen al centro a pasar el día, en familia o entre amigos. El impacto de la sostenibilidad es importante en el target (objetivo o persona al que se dirige una acción, en este caso la instalación de la electrolinera) puesto que son los principales usuarios de vehículos eléctricos debido a su baja huella ambiental. El 40% de los compradores españoles afirma que se ha concienciado sobre la sostenibilidad desde el inicio de la pandemia, sin grandes diferencias entre generaciones. Más del 60% de los visitantes de grandes superficies y centro comerciales comprenden una edad entre los 25 y los 44 años de edad, en el que se encuentra la edad media de conductores de vehículos híbridos o eléctricos (42 años). 5.4. Dimensionado Esta instalación será de autoconsumo instantáneo, donde la energía producida por las placas solares, que calcularemos más adelante, se consumirá en el momento por medio de la carga de vehículos. Lo ideal es aportar entre un 40 y un 60% del consumo diurno total a lo largo del año con energía solar. Esto supone aproximadamente entre un 20 y un 25% de la energía total. En primer lugar, debemos prever el consumo que vamos a obtener. Supondremos que la carga de vehículos se producirá en los horarios de mayor ocupación, tanto del centro comercial (12:00 a 14:00 y de 16:00 a 19:00) como de los restaurantes, principalmente de comida rápida (13:00 a 15:00 y de 20:00 a 21:00). Esto nos deja un margen de 9 horas en las que se espera tener un consumo activo de estos puntos de carga. Puesto que no se trata de una ocupación como tal, dado, que cuando un vehículo deja la estación no se conecta otro instantáneamente y en algunos momentos es posible que no se ocupe alguno de los dos puntos de carga, se aplicará un coeficiente de seguridad del 0,75 con tal de alcanzar el cálculo de potencia más desfavorable, lo que significa un total de 6,75 horas estimadas de consumo diarias de cada uno de los dos cargadores, comprendidas entre las 12:00 y las 21:00. Estos datos serán útiles para el cálculo de potencia en el apartado de la fotolinera,donde se realizará el dimensionado de la instalación fotovoltaica. Respecto a la instalación eléctrica, en primer lugar, se ha de mencionar el cumplimiento de la ITC-BT- 52 dedicada a instalaciones con finalidades especiales, en este caso, instalaciones dedicadas para la recarga de vehículos eléctricos. LA infraestructura necesaria según dicta la legislación ha de contar con los siguientes elementos: contador principal, canalizaciones y cables, estación de recarga (con base de toma de corriente, contador secundario y protecciones) y una clavija, la cual dispondrá de una caja de Memoria 32 protección, un cable y un conector específico para la carga de vehículos. A continuación, se explicará brevemente la función de los elementos mencionados: • Estación de recarga: es el conjunto de elementos necesarios para conducir la energía de la instalación eléctrica fija hacia el vehículo. Deberá incluirá las protecciones y la base de toma de corriente y, en algunos casos, puede incluir el cargador, el contador y el cable de alimentación con el vehículo eléctrico. En este caso de trata de un punto de recarga SAVE, es decir, específico para vehículos eléctricos. En caso de ser una instalación doméstica podría tratarse de un punto de recarga simple. • Contadores: Es el aparato encargado de registrar el consumo de energía eléctrica. Para este tipo de instalaciones podemos encontrar un contador principal y uno secundario. El contador principal es el usado por la compañía que suministra la energía eléctrica para facturar el consumo. Generalmente se encuentra en la centralización de contadores (CC). El contador secundario es el que se utiliza para contabilizar la energía utilizada por cada uno de los puntos de recarga. Se utiliza también para controlar y gestionar la carga, así como al reparto de cargos en caso de que existan más cargas en la instalación. En el caso concreto de suministros colectivos de recarga, permite la facturación o repercusión individualizada de los gastos en cada estación de recarga. • Base de toma de corriente: Existen varias tomas de corriente para conexiones del VE a la red. Esta base determina los límites de corriente disponible, ya mencionados en los modos de carga del VE. • Cargador: Procesa la energía eléctrica de la red para cargar la batería del vehículo, tanto en corriente, tensión y forma de onda adecuados para la carga. Este elemento puede encontrarse tanto en la estación de carga como en el interior del vehículo. • Protecciones: La infraestructura de vehículos eléctricos deberá contar con lo establecido en el Reglamento electrotécnico de baja tensión (REBT). En la figura 14 se muestran las protecciones necesarias para este tipo de instalaciones: DISEÑO ELÉCTRICO Y PROYECTO DE INSTALACIÓN DE UNA ELECTROLINERA ALIMENTADA CON ENERGÍA FOTOVOLTAICA 33 Figura 14. Protecciones y normativa aplicada en instalaciones de carga de VE (Fuente: Smart Wallboxes (Guía de La Infraestructura de Recarga de Vehículos Eléctricos (IRVE)) 2022) • Conector: Es el elemento externo del cable de alimentación que debe acoplarse al vehículo. Normalmente viene con el coche y existen varios tipos. • Clavija: Es el elemento externo que debe acoplarse en la base de la toma de corriente. Existen diferentes tipos de clavijas en función del modo de carga del vehículo. • Caja de control: Dispositivo que realiza funciones de control y protección del sistema y vehículo. Y se sitúa en el cable de conexión entre el VE y la clavija. Esta caja de control es, por ejemplo, la que diferencia el modo de carga 1 del modo 2. Incorpora una función de piloto de control y un sistema de protección contra sobrecargas y sobretensiones. Memoria 34 5.5. Esquema de la instalación La Instalación se trata de un nuevo suministro individual con contador principal para cada una de las estaciones de recarga de vehículos eléctricos. Los contadores secundarios para cada estación de recarga permiten la facturación o repercusión individualizada de los gastos. Este es el esquema 3b de la ITC-BT 52, la cual compone una nueva centralización de contadores (CC) para las estaciones de recarga. El esquema de la instalación de puntos de recarga es el mostrado en la figura 15. DISEÑO ELÉCTRICO Y PROYECTO DE INSTALACIÓN DE UNA ELECTROLINERA ALIMENTADA CON ENERGÍA FOTOVOLTAICA 35 Figura 15. Esquema para el suministro nuevo colectivo de recarga de VE (Fuente:.BOE Núm., 316 31/12 (MINISTERIO DE INDUSTRIA, ENERGÍA Y TURISMO) 2014) La ventaja de este tipo de suministro es que solamente se requiere un espacio de contadores en la CC y que no implica ningún problema para el uso de suministros comunitarios. Además, facilita la implementación de tarifas específicas para los usuarios de los cargadores de vehículos eléctricos. Memoria 36 Como inconveniente en comparación con las instalaciones de suministro individuales, es el requerimiento de una gestión de gastos y consumos de los diferentes usuarios, y un sobrecoste en caso de futuras ampliaciones de puntos de recarga. En primer lugar, se realizará una caja de derivación suministrada por una línea general de alimentación desde la caja general de protección del local comercial más cercano a la instalación. Este es el motivo por el cual se utilizará una nueva centralización de contadores específicos para los puntos de recarga, así como una caseta de inversores próxima a la instalación para evitar pérdidas del voltaje procedente de las placas solares. 5.6. Conductores y canalizaciones Respecto a los conductores, los cables seleccionados serán del tipo RV-K 0,6/1kV y cubierta de PVC (V). Estos cables son indicados para el transporte y la distribución de la energía eléctrica en baja tensión según la norma de referencia UNE 21123, HD 603 S1 e IEC 60502. La nomenclatura de este cable viene designada por el tipo de aislamiento y la cubierta exterior. La “R” indica que se trata de polietileno reticulado (XLPE), la “V” indica que se trata de un elastómero termoestable libre de halógenos y la “K” que se trata de un cable flexible de cobre de clase 5, para instalaciones fijas. L sección de los cables deberá ser uniforme en todo el recorrido y sin empalmes, y en ningún momento se instalará más de un cable por tubo. La sección necesaria se calculará en el apartado de cálculos de la fotolinera. Las canalizaciones para redes subterráneas se realizarán en tubos de PE de 63mm de diámetro mínimo y una resistencia mayor a 450N y resistencia al impacto normal según UNE-EN 50089-2-4, conforme a la tabla 8 de la ITC-BT-21 Instalaciones Interiores O Receptoras. Tubos Y Canales Protectoras. En el caso de canalizaciones hormigonadas, el grado de resistencia deberá ser ligero y la resistencia a la compresión mayor a 250N. El diámetro necesario se ha determinado de acuerdo con la tabla 9 de la ITC-BT-21, en función del número y la sección de los cables a conducir. Los tubos irán encajados en zanjas de profundidad mínima 0,4m del nivel del suelo, y a 0,8m en aceras. La unión se realizará mediante manguitos apropiados indicado en los planos. DISEÑO ELÉCTRICO Y PROYECTO DE INSTALACIÓN DE UNA ELECTROLINERA ALIMENTADA CON ENERGÍA FOTOVOLTAICA 37 5.7. Puesta a tierra Según ITC BT-52, cada punto de conexión estará protegido individualmente por un dispositivo de protección diferencial con una corriente residual nominal máxima de 30mA. Esto puede ser parte de una instalación permanente o en un SAVE. Las protecciones diferenciales son de clase A. El dispositivo de protección diferencial instalado en aparcamientos públicos o estaciones de movilidad reducida dispondrán de un sistema de aviso de desconexión o equipados con un dispositivo de rearme automático. La instalación de puesta a tierra se realizará de forma que la mayor resistencia de puesta a tierra nunca tenga tensiones de contacto respecto a las partes
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