Autor: Heras Cabezas, Mª Teresa de las. Director: Balza Arrabal, Juan José. Entidad Colaboradora: ICAI Universidad Pontificia de Comillas.

Transcripción

1 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR FV DE 100kW p. DETERMINACIÓN DE LOS PROCEDIMIENTOS Y REQUISITOS NECESARIOS PARA SU TRAMITACIÓN E IMPLANTACIÓN. ANÁLISIS DE LA RENTABILIDAD DE IMPLANTACIÓN FIJA O CON SEGUIDOR SOLAR. Autor: Heras Cabezas, Mª Teresa de las. Director: Balza Arrabal, Juan José. Entidad Colaboradora: ICAI Universidad Pontificia de Comillas. RESUMEN DEL PROYECTO Los sistemas de generación fotovoltaicos de conexión a red eléctrica se enmarcan dentro del Plan de Fomento de las Energías Renovables (PER) , elaborado por el gobierno Español con el objeto de cumplir los acuerdos firmados en Kyoto, en el que se acordó que el 12% de energía primaria consumida en el estado Español en el 2010 debería provenir de fuentes renovables, con el fin de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero a la atmósfera. En este sentido con el fin de impulsar la implantación de sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica, la actividad de producción de energía eléctrica en régimen especial se enmarca en un marco legislativo favorable. El 26 de mayo de 2007 se aprobó el Real Decreto 661/2007 en el que se regula el régimen económico y jurídico de dicha actividad. A las instalaciones que utilizan la radiación solar como energía primaria mediante la tecnología fotovoltaica, se les aplica un sistema de tarificación regulado estableciéndose una retribución de 44,0381 c /kwh durante los primeros 25 años y 35, 2305 c /kwh a partir de entonces, y para las que se estableció un objetivo de potencia instalada de 371MW. Para beneficiarse de esta retribución especial, los titulares de las instalaciones deben inscribirse en el Registro de Productores en Régimen Especial (RPRE). Con la finalidad de agilizar esta tramitación y beneficiarse de este sistema de retribución, en el presente proyecto se detallan los pasos a seguir, así como la documentación necesaria a presentar antes los organismos pertinentes.

2 Se ha diseñado un parque solar fotovoltaico con conexión a red, constituido por instalaciones solares fotovoltaicas de 100kW, con un titular diferente cada una de ellas, situadas en un mismo terreno y bajo la misma gestión, para beneficiarse del ahorro que supone esta centralización a gran escala, tanto en la propia instalación, repartiéndose los costes de las instalaciones comunes, como en la gestión, sujeta bajo un gestor común. Además con el objetivo de obtener la máxima rentabilidad, el diseño se ha realizado utilizando diferentes sistemas de fijación de los módulos solares, con o sin seguidor solar. El parque solar se ha situado en una parcela, con una superficie m 2, que pertenece al término municipal de la localidad de Talarrubias, en la provincia de Badajoz. Se ha dimensionado una instalación estándar que genera W de potencia, siendo necesarios para generar esta potencia 640 paneles de 180W de potencia nominal cada uno de ellos, conectados entre sí un total de 40 filas en paralelo, con 16 paneles en serie cada una de ellas. Se ha elegido un inversor trifásico para cada instalación de potencia nominal 100kW, que transforma la tensión y corriente generada en corriente continua en corriente alterna. Otro elemento importante es el transformador de 160kVA de potencia y relación de transformación 400V/20kV, que eleva la tensión generada para adecuarla a valores de tensión de la red de distribución donde va a ser volcada. Los transformadores de las instalaciones fotovoltaicas de 100kW que componen el parque solar, están conectados formando un anillo que permite no perder la generación total del mismo en caso de pérdida por fallo de una instalación, ya que el punto de conexión a la red de distribución es único. El punto de conexión se realiza lo más próximo posible al parque fotovoltaico, con el fin de evitar pérdidas en el transporte de la energía generada, realizándose aprovechando una línea de distribución que cruza la parcela integrándola en el anillo de conexión de transformadores. El dimensionado de cables, protecciones, puesta a tierra y aparatos de protección y medida, se ha realizado según las especificaciones del Real Decreto 1663/2000, y aplicando las ITC correspondientes del REBT del Se ha analizado la capacidad máxima de la parcela utilizando una instalación estándar y fijando los módulos fotovoltaicos al campo solar mediante estructura soporte fija prefabricada, con una inclinación de 34º con orientación sur para obtener el máximo aprovechamiento, manteniendo distancia suficiente que permita la ejecución de trabajos necesarios, y considerando las distancias mínimas entre módulos, para evitar posibles

3 efectos de sombra, permite situar un total de 60 conjuntos solares estándar de 100kW, siendo la generación total del parque de 6MW. También se ha analizado la máxima capacidad en la parcela de instalaciones estándar empleando un sistema de seguimiento solar a dos ejes, manteniendo las distancias para evitar sombras, permite situar un total de 20 conjuntos solares estándar de 100kW, siendo la generación total del parque en este caso de 2MW. Con estos datos se ha realizado un estudio energético para tener una estimación de la producción media anual de cada instalación de 100kW, que es necesario para determinar la viabilidad económica de la inversión. La producción media anual fijando los módulos con estructura soporte fija es de kwh, mientras que aplicando el sistema de seguimiento solar es de kwh. Finalmente se ha realizado un estudio de viabilidad económica de cada uno de las propuestas de instalaciones diseñadas, estableciéndose una serie de condiciones como son el incremento de la tarifa eléctrica a lo largo de los años, una vida útil de la instalación de 25 años y el tipo de financiación, considerando una financiación bancaria del 80% de la inversión inicial, entre otras. Concluyendo que si el diseño de la instalación se realiza fijando los módulos con estructura soporte fija, la inversión inicial asciende a , siendo el tiempo de retorno de 12 años, un VAN de ,79 y una TIR del 14,05% para cada instalación de 100kW. Por el contrario si en el diseño de la instalación se implementa un sistema de seguimiento solar, la inversión inicial asciende a , siendo el tiempo de retorno de 8 años, un VAN de ,86 y una TIR del 20,97%. Tras el estudio de viabilidad, puede concluirse que ambas propuestas son viables, pero es más interesante para un posible inversor, decantarse por instalaciones con sistema de seguimiento solar, aunque a pesar de que la inversión inicial es mayor, el beneficio generado también es mayor debido al incrementa la producción eléctrica media anual como consecuencia del aprovechamiento óptimo de la radiación solar.

4 DESIGN OF A 100 kwp PHOTOVOLTAIC POWER PLANT. DETERMINATION OF THE PROCEDURES AND REQUIREMENTS NECESSARY FOR ITS PROCESSING AND INSTALLATION. ANALYSIS OF THE PROFITABILITY OF A FIXED SYSTEM OR WITH SOLAR TRACKER. The photovoltaic electricity generation systems connected to electrical network have been embraced within the Promotion Plan of Renewable Energies (PER) , implemented by the Spanish government in order to fulfil the agreements signed in Kyoto, where it was agreed that 12% of the primary energy consumption should come from renewable sources in the Spanish state by 2010, in order to reduce the emissions of greenhouse gases into the atmosphere. With regards to boosting the implantation of photovoltaic systems connected to the mains, the production of electricity in a special regiment is part of a favourable legislative framework. On May 26, 2007 the Royal Decree 661/2007 was approved, which regulates the economic and legal regime of such activity. In those facilities where solar radiation is used as a primary energy through photovoltaic technology, the charging system applied is established by a regulated tariff of c /kwh during the first 25 years and c /kwh thereafter, and a target of installed capacity of 371MW were set for them. To get a benefit from this special regulated tariff, the operators of the installations must be registered in the Administrative Register of Producer in the Special Regime (RPRE). In order to expedite this process and obtain the benefit from this remuneration system; the present project details the steps to follow, as well as the necessary documentation to be submitted to the relevant agencies. Also, a solar photovoltaic park-grid connection has been designed, with 100kW solar photovoltaic installations. Each of them will have a different holder. These installations

5 will be placed in the same area and under the same management in order to obtain the benefit from the saving that supposes this centralization on a large scale, due to both of them will share costs such as maintenance (as a common facility) and management. In addition to obtain the maximum income, the design is done using different fixing systems of the solar modules, with or without solar tracker. The park site has been located in a plot, with an area 21,820 m 2, which belongs to the council of the town of Talarrubias, in the province of Badajoz. A standard installation has been dimensioned that generates 115,020 W. To generate this power, 640 panels of nominal 180W power rating each are needed, and distributed into a total of 40 parallel rows, with 16 panels each in series. A three-phase converter has been chosen for each facility with nominal 100kW power rating, which transforms the generated direct voltage and current into alternating current. Another important element is the transformer of 160kVA power and the relationship of transformation 400V/20kV, which elevates the generated tension to be converted to the voltage values of the distribution network where will be transferred The transformers of 100kW photovoltaic installations that make up the solar park are connected to form a ring that doesn t allow losing its own total generation when there is loss as a failure of an installation, since the connection point to the distribution network is single. The point of connection is placed as close as possible to the photovoltaic park, to avoid losses in the transportation of energy generated, and it is performed by drawing a distribution line across the plot and integrating it into the connecting ring of transformers. The wires dimensions protections, grounding as well as protection and measuring devices have been obtained according the specification of Royal Decree 1663/2000, and the application of the relevant ITC REBT The maximum capacity of the plot has been analysed, using a standard installation and setting the solar photovoltaic modules to the field through fixed prefabricated

6 structure of support, with an inclination of 34 º facing south to get the maximum performance, while maintaining sufficient distance to allow the execution of necessary work, and considering the minimum distances between modules, to avoid possible effects of shadows, it allows a total of 60 sets of solar standard of 100kW, with a total generation in the park of 6MW. The maximum capacity of the facilities has been also analysed in the plot using a standard solar tracking system to two axes, keeping the distances to avoid shadows, this allows a total of 20 sets of standard solar of 100kW, in this event, the park's total generation is 2MW With this data a research report of energy has been carried out to obtain an estimate average of annual production of 100kW each facility, which is necessary to determine the economic viability of the investment. The average annual production setting modules with fixed support structure is 144,689 kwh, however when applying the solar tracking system it is 199,118 kwh. To conclude, a study of economic viability has been performed of each of proposals of the designed facilities, where a series of conditions has been established such as the increasing of the electricity tariff over the years, a lifetime of the facility of 25 years and type of financing, considering an 80% bank finance of the initial investment, among others. The search results come to conclusion that if the design of the installation is performed by setting the modules with a support fixed structure, then the initial investment amounts to 651,000, with a return time of 12 years and it would provide VAN of 501, and a TIR of 14.05% for each facility of 100kW. On the opposite side, if a solar tracking system were implemented to the design of the facility, the initial investment amounts to 715,040, being the time of return of 8 years, it would provide a VAN of 870, and a TIR of 20.97%. After the feasibility study, it can be concluded that both proposals are feasible, but for a potential investor the decision of choosing facilities with solar tracking system is more interesting, despite that initial investment is higher, the generated profit is also higher because increases the average annual electricity production as a result of an optimum utilization of solar radiation.