Proyecto de desconexión de una vivienda de la. red eléctrica, para la instalación de un sistema. aislado de energía solar fotovoltaica.

Transcripción

1 Proyecto de desconexión de una vivienda de la red eléctrica, para la instalación de un sistema aislado de energía solar fotovoltaica. Por qué un consumidor se desconectaría de la red que le une al sistema eléctrico? Por qué invertir en una instalación de autoconsumo con baterías y cancelar el suministro con la compañía eléctrica? Qué se necesita para ser autosuficiente?

2 El sector fotovoltaico ha sufrido una transformación y una evolución vertiginosa, mientras las instalaciones de conexión a red para venta de energía eran un producto de inversión estandarizado con instalaciones en diferentes potencias, los sistemas para autoconsumo han cambiado el concepto de inversión, por el de ahorro. Cada proyecto de autoconsumo debe realizarse atendiendo las particularidades de cada cliente, pues al integrar la producción fotovoltaica (FV) en la red de consumo de un edificio, se encuentran distintas situaciones donde la solución debe ser diferente. Gráfico 1. Perfiles de demanda de electricidad vs producción fotovoltaica. En una instalación de autoconsumo sin baterías, el gráfico muestra el consumo de dos perfiles diferentes y la producción solar de una instalación FV. Ambos edificios tienen el mismo consumo (100 kwh/día) pero el Perfil Tipo 2 aprovecha el 100% la producción solar, mientras que el Perfil Tipo 1, tiene excedentes de producción sin utilizar. Son muchas las dudas que aún están presentes en el momento de diseñar una instalación de autoconsumo, además del propio dimensionado, los costes y la rentabilidad, el mercado para aplicaciones residenciales implica la entrada en juego de nuevos criterios de decisión, ya no es solo un sistema con el que el cliente no interactúa, como simple espectador de la producción solar, sino que el autoconsumo supone la participación del usuario en la gestión y aprovechamiento de la energía, dándole la oportunidad de ser un agente activo en la operación de la planta fotovoltaica. A continuación, se muestran las características de un proyecto fotovoltaico con baterías, desde su inicio, su diseño y dimensionado, así como la motivación del cliente final para su realización. El objetivo es mostrar un ejemplo de las posibilidades de adaptación de los sistemas solares y las decisiones a las que el instalador debe enfrentarse para crear un sistema que cumpla con un objetivo que aúne costes, calidad, diseño, alto rendimiento y un retorno de la inversión razonable.

3 DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO Se trata de un sistema fotovoltaico de generación de electricidad y acumulación en baterías, orientado a desvincular una vivienda de la red eléctrica garantizando un suministro de electricidad fiable y de calidad. La motivación del cliente ha sido muy importante, al plantear una desconexión de la red eléctrica, se plantea también un cambio en el modelo de consumo de electricidad por parte del consumidor, en el que pasa a ser propietario y gestor de su propia energía. Este deseo de desconexión de la red es más que un compromiso con las energías renovables y la eficiencia energética, es la consecuencia de las fuertes subidas en el recibo de la luz y la incertidumbre e de la evolución de los precios en los próximos años, que empujan a los usuarios a plantearse salir de un sistema con multitud de cambios normativos, y que genera cierta sensación de incertidumbre e incluso rechazo al modelo eléctrico tradicional. El reto de este proyecto consistía en desconectar la vivienda de la red eléctrica consiguiendo un suministro de electricidad fiable y de calidad a un coste competitivo del ofrecido por el sistema eléctrico en los próximos 20 años.

4 Datos de la propiedad: Propietario: Estudio de arquitectura ÁBATON. Tipo y uso: Vivienda unifamiliar con alto nivel de confort para familia de cuatro personas. Uso como espacio de trabajo. Superficie 250 m 2 Potencia contratada 6,9 kw monofásico. Ubicación: zona oeste de la provincia de Madrid, España. Consumo anual de la vivienda: kwh/año. Coste medio del suministro eléctrico: 130 /mes (Impuestos incluidos). Datos del proyecto: Inicio de la planificación: 22 de Julio de Puesta en marcha 25 de Septiembre de Proyecto, Instalación y Montaje: Expert Sistemas Solares S.L. Suministro de material: AS Solar Ibérica S.L. Servicio Técnico: SMA Ibérica Tecnología Solar S.L. Presupuesto: IVA (más sobrecoste de por estructura a medida) Trabajos realizados: Estudio previo y dimensionado, elaboración y diseño de proyecto, licencias y trámites, suministro de material y transporte a obra, instalación y montaje, puesta en marcha. Datos de la instalación FV: Potencia FV instalada: 6,24 kwp. Orientación suroeste, inclinación 30. Montaje sobre suelo de la estructura del generador fotovoltaico. Potencia continua CA del inversor de batería (25 C): 6 kw. Potencia continua CA durante 30 minutos: 8 kw. Capacidad disponible en la batería: 18 kwh (equivale a 375Ah en C10, 599Ah en C100). Vida útil estimada de la instalación: 20 años. Componentes de la instalación: Generador FV de 24 unidades LG260S1CA3 MonoX. Inversor de conexión a red SMA Sunny Mini Central SMC7000HV11. Inversor de batería SMA Sunny Island SI8.0H11. Acumuladores 8 unidades Rolls S 600 Monoblock 6V (599Ah C100). Estructura Schletter Sistema Standard, trabajos adicionales en estructura de Expert Solar Sistemas S.L. El propietario se encargó de los trabajos de cimentación y obra civil. Monitorización Sunny Home Manager y Energy Meter. Otros componentes adicionales: cable solar, protecciones, relé para el sistema de arranque de grupo de apoyo, contactores para cada uno de los dos relés del Sunny Island. Generador de gas KIPOR modelo KNGE6000E monofásico, potencia 4kVA, arranque eléctrico y manual (no incluido en el presupuesto).

5 DISEÑO DE LA INSTALACIÓN En una primera fase, se realizó una entrevista con el cliente, donde transmitió varios aspectos que serían determinantes en el diseño de la instalación. Por un lado, el área disponible para la colocación de los inversores y las baterías era limitado para la instalación de una bancada de 24 elementos, por otra parte, los paneles solares deberían estar ubicados en suelo en una zona concreta del jardín, lo que supuso un sobrecoste en el presupuesto. Con esta información, se procedió a una segunda fase donde se tomaron datos de consumo y facturas de electricidad, así como se realizó una monitorización de los consumos de la vivienda. Esta comprobación es esencial, pues se debe conocer cuánto consume la instalación y como lo hace, es decir, determinar el consumo diario, la curva de demanda y la potencia máxima demandada. Todo ello, determinó la potencia del generador fotovoltaico necesaria, la potencia del inversor/cargador y la capacidad mínima de las baterías, que se diseñaron con un día de autonomía en los cálculos iniciales. Se incluyó en el dimensionado un generador de apoyo, necesario en este tipo de sistemas para garantizar el suministro y evitar sobredimensionar la instalación. El generador seleccionado funcionará mediante suministro de gas, puesto que la vivienda ya disponía de conexión de gas natural para calefacción y agua caliente. Se seleccionó un sistema de suministro de energía conectado en corriente alterna, con un inversor de batería que realiza la carga y descarga de baterías, asi como la gestión del sistema. Gráfico 2. Diagrama simple de sistema monofásico con conexión en corriente alterna. a. Fuente, SMA Solar Technology AG.

6 En el siguiente paso de diseño el reto era integrar los primeros cálculos del dimensionado con las necesidades del cliente, dentro del presupuesto, y garantizando la calidad de los materiales: Ubicación del generador FV en suelo. Esta prescripción del propietario supuso un sobrecoste de con respecto a la elección de una estructura sobre cubierta. Superficie de la caseta para los inversores y las baterías con limitaciones de espacio. Se optó por acumuladores plomo ácido monoblokc que requerían menor espacio, con una vida útil aproximada de 6 años. Esta decisión del instalador, se basa en la presencia actual en el mercado de las primeras baterías de Litio para aplicaciones residenciales con mayor capacidad y menor tamaño, y se espera que en los próximos años los precios sean realmente competitivos, desplazando el uso de baterías de plomoácido. A través del programa de diseño de SMA Solar Technology AG, se comprobó la elección de los equipos y el dimensionado realizado, aunque puede utilizarse cualquier otro programa de diseño específicos para tal fin. Los datos obtenidos en la simulación indicaron que la fracción de cobertura solar para este sistema sería de 66,5%. Es muy importante puntualizar, que una misma instalación solar para un consumo anual determinado tiene importantes diferencias en este porcentaje en función de la curva de demanda. Gráfico 3. Dimensionado de la instalación fotovoltaica. En el gráfico se observan los flujos de energía disponible a lo largo del año. Es fundamental en el diseño conocer el perfil de los consumidores, asi como la potencia máxima necesaria. El dimensionado nos da información del rendimiento de la instalación así como una valoración económica. Fuente: OffGrid Configurator SMA Solar Technology AG.

7 VALORACIÓN ECONÓMICA En el resumen gráfico del dimensionado, puede observarse una valoración económica con costes específicos del sistema de 0,27 /kwh (0,33 /kwh impuestos incluidos), así como los costes anuales en combustible para el generador de apoyo. Este cálculo incluye el presupuesto total, tanto de la inversión inicial, como de los gastos de combustible durante 20 años y la reposición de las baterías al finalizar su vida útil, indicando todos los costes con impuestos correspondientes en España. No conviene generalizar estos costes a todas las instalaciones con baterías, puesto que esta instalación tiene varias particularidades: Estructura sobre suelo con sobrecoste en el presupuesto. Limitación de espacio para la ubicación de baterías y elección de las mismas adaptadas a este espacio. Uso de generador de gas, con menores costes que el generador diésel. Cada proyecto fotovoltaico es diferente y la rentabilidad está sujeta a tres agentes principales: Mercado eléctrico. La evolución de los precios de la electricidad es fundamental para considerar si la instalación se encuentra en paridad con la red, cuanto mayor sea el coste de la electricidad con el tiempo, más competitivo resulta una instalación fotovoltaica. Este factor no puede controlarse y es difícil predecir su evolución a futuro. Instalador del proyecto. Puede controlar determinadas decisiones en la elección de componentes y adaptarlas a las necesidades del cliente consiguiendo un equilibrio entre todos los aspectos fundamentales del proyecto. El propietario. Los costes específicos de un sistema pueden disminuir si modificamos la curva de demanda del consumidor, en este área es donde entra en funcionamiento el equipo Sunny Home Manager:

8 Gráfico 4. Monitorización con Sunny Home Manager. El gráfico muestra un ejemplo de los datos enviados por el Sunny Home Manager a la plataforma web Sunny Portal. Se muestra la curva de demanda, la carga de batería, descarga de batería, uso del generador o red y producción fotovoltaica. El conocimiento por parte del propietario de su propio consumo le permite ser consciente del mismo y participar activamente en el aprovechamiento de la energía. Fuente: Sunny Portal, SMA Solar Technology AG. En este proyecto los costes específicos del sistema calculado eran de 0,33 /kwh (impuestos incluidos) Cómo puede justificarse entonces, una desconexión de la red cuando el coste de la electricidad para este consumidor en España era de 0,268 /kwh? (impuestos incluidos). En primer lugar, porque se desconoce cuál será el precio de la electricidad en el futuro, mientras que el cliente conoce el coste de cada kwh que producirá la instalación durante 20 años, es decir, tanto en el primer año como en el quinto o décimo, el coste del kwh de la instalación solar es el mismo. En segundo lugar, se trata de una instalación con baterías, y el objetivo principal no era la rentabilidad económica, sino la desconexión de la red mediante el uso de una energía renovable, lo que aportaba un valor añadido al cliente final difícil de cuantificar.

9 Gráfico 5. Precio de la electricidad vs Tiempo. En este gráfico se muestra el precio constante de 0,33 kwh con la instalación solar, asi como el precio de la electricidad en diferentes escenarios, con una subida de precio igual al IPC del 2,5% y con una subida de precios del IPC más el 4% y el IPC más un 7,5%. En todos los casos se comprueba que en un plazo de tiempo de pocos años la generación de energía con baterías estará produciendo electricidad a un coste inferior al de la red. CONCLUSIONES Y SEGUIMIENTO El autoconsumo supone un cambio dentro del sector fotovoltaico en el que cada proyecto es único y diferente, y donde el consumidor puede participar de forma activa en el uso y gestión de la energía demandada. Las instalaciones fotovoltaicas se adaptan a todas las características de cada edificio y consumidor, permitiendo que factores como el retorno de la inversión, la calidad y la eficiencia del sistema lleguen a un punto de equilibrio. En el dimensionado y el diseño, además de los factores de rendimiento y eficiencia del sistema, es necesario atender a las particularidades de cada cliente. La rentabilidad de las instalaciones está sujeta al beneficio aportado por las mismas, y es diferente para cada cliente y tipo de instalación, con o sin baterías, además, se puede optimizar mediante decisiones en el diseño de la instalación y decisiones en el funcionamiento de la misma, aspectos que pueden controlarse y mejorarse. El seguimiento de las instalaciones realizadas será fundamental para continuar aportando a la opinión pública una visión real del funcionamiento de los sistemas FV, este proyecto tiene como reto durante los próximos meses profundizar en las posibilidades de gestión de la demanda y a tal fin se realizará un seguimiento de la monitorización para en un plazo suficiente de tiempo, publicar los resultados de la evolución del sistema.