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7/21/2019 Diseo Planta Solar
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PROCESO DE
CREACIN DE UNA
PLANTA SOLAR FOTOVOLTAICA
CONECTADA A RED
TOMO I (MEMORIA)
Escuela Tcnica Superior de Ingenieros de Telecomunicacin de
Barcelona (ETSETB)
Proyecto Final de Carrera de Ingeniera Electrnica
Alumno : Ixtebe Portabella Cilveti
Director : Joan Salaet Pereira
Septiembre 2010
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GLOSARIO
AM1.5 Espectro solar de referencia que se utiliza para todas las medidas para
clulas y mdulos terrestres. Las siglas AM corresponden a Air Massy
el nmero que las acompaa es una medida del camino ptico que
recorren los fotones del sol dentro de la atmsfera, normalizado al
camino ptico recorrido cuando el sol se encuentra en el zenit.
BT Baja Tensin
CM Centro de Medida
CT Centro de Transformacin
CEM Condiciones estndar de medida
Condiciones de irradiancia y temperatura en la clula solar, utilizadas
universalmente para caracterizar clulas, mdulos y generadores
solares y definidas del modo siguiente:
Irradiancia solar: 1000 W/m2
Distribucin espectral: AM 1,5 G (Global)
Temperatura de clula: 25 C
Equivalente en Ingls STC (Standard Technical Conditions).
CGBT Cuadro General de Baja Tensin
CTE Clula de tecnologa equivalente (CTE).
Clula solar encapsulada de forma independiente, cuya tecnologa de
fabricacin y encapsulado es idntica a la de los mdulos fotovoltaicos
que forman la instalacin.
FF Fill Factor o Factor de Forma. El factor FF es un nmero sin
dimensiones que cuantifica la relacin que hay entre la potencia mxima
y la potencia que sera generada por una hipottica clula solar cuya
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caracterstica corriente-tensin fuera un rectngulo perfecto de lados Isc
y Voc.
G Irradiancia. Se supone relacionada con la hora del da mediante la
funcin seno, con mximo de 1.000 W/m2, y la duracin de ese da es
de 12 horas (correspondiente al solsticio de primavera).
12sin0)(
hGG h
=
MT Media Tensin. Tensin nominal superior a 1 kV e igual o inferior a 30
kV.
TONC Temperatura de Operacin Nominal de la Clula.
Definida como la temperatura que alcanzan las clulas solares cuando
se somete al mdulo a una irradiancia de 800 W/m2 con distribucin
espectral AM 1,5 G, la temperatura ambiente es de 20 C y la velocidad
del viento, de 1 m/s.
Equivalencia en ingls NOTC (Normal Operation Tehnical Condition).
kWp kW = kilovatio, la p se refiere a pico de mximo rendimiento, sin
embargo, ste no corresponde al rendimiento mximo, sino al
rendimiento nominal bajo Condiciones Estndar de Medida (CEM).
PMP Punto de mxima potencia. La energa elctrica de una clula solar a
una determinada cantidad de radiacin solar depende de la tensin y la
temperatura de la clula. MPP (Maximum Power Point), su equivalenteen ingls, representa el punto de operacin en la que este poder
alcanza un mximo. Los cambios MPP son constantes y deben de ser
detectados continuamente para mejorar el rendimiento del inversor.
RBTE Reglamento Baja Tensin Espaol.
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Definiciones
Radiacin solar
Radiacin solar
Energa procedente del Sol en forma de ondas electromagnticas.
Irradiancia
Densidad de potencia incidente en una superficie o la energa incidente en una
superficie por unidad de tiempo y unidad de superficie. Se mide en kW/m2.
Irradiacin
Energa incidente en una superficie por unidad de superficie y a lo largo de un cierto
perodo de tiempo. Se mide en kWh/m2.
Azimut Solar
Es el ngulo horizontal formado por la posicin del Sol y la direccin del verdadero sur.
Instalacin
Instalacin fotovoltaica
Aquella que disponen de mdulos fotovoltaicos para la conversin directa de la
radiacin solar en energa elctrica sin ningn paso intermedio.
Instalaciones fotovoltaicas interconectadas
Aquellas que normalmente trabajan en paralelo con la empresa distribuidora.
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Lnea y punto de conexin y medida
La lnea de conexin es la lnea elctrica mediante la cual se conectan las
instalaciones fotovoltaicas con un punto de red de la empresa distribuidora o con la
acometida del usuario, denominado punto de conexin y medida.
Interruptor automtico de la interconexin
Dispositivo de corte automtico sobre el cual actan las protecciones de interconexin.
Interruptor general
Dispositivo de seguridad y maniobra que permite separar la instalacin fotovoltaica de
la red de la empresa distribuidora.
Generador fotovoltaico
Asociacin en paralelo de ramas o series fotovoltaicas.
Rama o serie fotovoltaica
Subconjunto de mdulos interconectados en serie o en asociaciones serie-paralelo,
con voltaje igual a la tensin nominal del generador.
Inversor
Convertidor de tensin y corriente continua en tensin y corriente alterna.
Potencia nominal del generador
Suma de las potencias mximas de los mdulos fotovoltaicos.
Potencia de la instalacin fotovoltaica o potencia nominal
Suma de la potencia nominal de los inversores (la especificada por el fabricante) que
intervienen en las tres fases de la instalacin en condiciones nominales defuncionamiento.
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Mdulos
Clula solar o fotovoltaica
Dispositivo que transforma la radiacin solar en energa elctrica.
Mdulo o panel fotovoltaico
Conjunto de clulas solares directamente interconectadas y encapsuladas como nico
bloque, entre materiales que las protegen de los efectos de la intemperie.
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NDICE
1.
INTRODUCCIN.................................................................................................... 9
1.1. ANTECEDENTES Y OBJETIVO..................................................................... 9
1.2. NORMATIVA Y REGLAMENTOS................................................................. 10
1.3. ASPECTOS MEDIAMBIENTALES CONSIDERADOS ................................. 13
1.4. LA ENERGA SOLAR ................................................................................... 14
1.5.
LA ENERGA SOLAR FOTOVOLTAICA ...................................................... 17
2. DESCRIPCIN GENERAL DEL PROYECTO...................................................... 32
3
DISEO DE LA INSTALACIN............................................................................ 35
3.1 DIMENSIONADO DE LA PLANTA ............................................................... 35
3.2 SIMULACIN DE LA PRODUCCIN ENERGTICA .................................. 42
3.3
PRODUCCIN REAL ................................................................................... 47
3.4 AMORTIZACIN INVERSIN...................................................................... 50
4
DESCRIPCIN DEL GENERADOR FOTOVOLTAICO........................................ 52
4.1 DESCRIPCIN GENERAL DEL GENERADOR FV ..................................... 52
4.2 MDULOS FOTOVOLTAICOS .................................................................... 54
4.3
ESTRUCTURA SOPORTE........................................................................... 56
4.4
CAJAS DE CONEXIN ................................................................................ 60
4.5
INVERSORES .............................................................................................. 61
4.6 CONFIGURACIN Y DIMENSIONADO DE LA INSTALACIN................... 63
4.7 INSTALACIN ELCTRICA......................................................................... 70
4.8
INSTALACIN DE PUESTA A TIERRA ....................................................... 72
4.9 SISTEMA DE MEDICIN Y FACTURACIN............................................... 73
4.10
SISTEMA DE MONITORIZACIN................................................................ 73
4.11 INSTALACIN DE SEGURIDAD Y VIGILANCIA ......................................... 74
5
OBRA CIVIL.......................................................................................................... 76
5.1 LINDES DE PARCELA ................................................................................. 76
5.2 ADECUACIN DEL TERRENO ................................................................... 77
5.3
CANALIZACIONES....................................................................................... 77
5.4 EDIFICACIONES.......................................................................................... 79
5.5 CASETAS DE INVERSORES....................................................................... 80
6 INSTALACIN ELCTRICA DE GENERACIN.................................................. 82
6.1 DESCRIPCIN DEL SISTEMA .................................................................... 82
6.2
DISEO DE SECCIONES DE CABLE DE CC............................................. 84
6.3 DISEO DE SECCIONES DE CABLE DE CA ............................................. 86
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6.4 TUBOS PROTECTORES ............................................................................. 87
6.2
PROTECCIONES ELCTRICAS EN CC...................................................... 88
6.3
PROTECCIONES ELCTRICAS EN CA...................................................... 90
6.4
CONTADOR DE ENERGA .......................................................................... 94
6.5
PARARRAYOS............................................................................................. 96
6.6 INSTALACIN DE PUESTA A TIERRA ....................................................... 97
7 LEGALIZACIN INSTALACIN......................................................................... 100
7.1
AUTORIZACIN ADMINISTRATIVA.......................................................... 100
7.2
PUESTA EN MARCHA E INSCRIPCIN EN RIPRE ................................. 102
8 CONCLUSIONES Y LNEAS FUTURAS............................................................ 106
REFERENCIAS Y BIBLIOGRAFA............................................................................. 107
ANEXO I
I INSTALACIN DE BAJA TENSIN................................................................... 111
I.1
DESCRIPCIN GENERAL DE LA INSTALACIN BT DE CONSUMO ......... 111
I.2
CUADRO PRINCIPAL (CGBT) ....................................................................... 111
I.3 LNEAS A CUADROS SECUNDARIOS ......................................................... 113
I.4 INSTALACIN INTERIOR PRESCRIPCIONES GENERALES................... 114
I.5 INSTALACIN INTERIOR SISTEMAS DE INSTALACIN......................... 120
I.6
INSTALACIN INT. TUBOS Y CANALES PROTECTORAS ...................... 120
I.7
INSTALACIN INTERIOR PROTECCIN CONTRA SOBRE
INTENSIDADES ..................................................................................................... 126
I.8 INSTALACIN INTERIOR PROTECCIN CONTACTOS INDIRECTOS... 127
I.9 INSTALACIN INTERIOR INSTALACIN DE RECEPTORES.................. 129
I.10
PUESTA A TIERRA.................................................................................... 129
I.11
FRMULAS DE CLCULO........................................................................ 134
I.12 PRESCRIPCIONES DE SEGURIDAD PARA LA CONEXIN A RED ....... 135
ANEXO II
II
INSTALACIN DE MEDIA TENSIN................................................................. 138
II.1
DESCRIPCIN DE LA LNEA DE MT ........................................................ 138
II.2
CENTRO DE MANIOBRA Y PROTECCIN .............................................. 144
II.3
PUNTO DE EVACUACIN PUNTO DE CONEXIN A LA RED............. 155
ANEXO III
DOCUMENTOS TCNICOS ...................................................................................... 169
ANEXO IV
PLANOS Y ESQUEMAS ............................................................................................ 170
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Proceso de Creacin de una Planta Solar Fotovoltaica Conectada a Red
Captulo 1 - Introduccin 9
1. INTRODUCCIN
1.1. ANTECEDENTES Y OBJETIVO
En el presente proyecto final de carrera (PFC) se describe el proceso integral de
creacin de una instalacin generacin elctrica de origen fotovoltaico. Lo que se
pretende es dar a conocer las consideraciones tcnicas para su diseo y los temas
administrativos a tener en cuenta para obtener todos los permisos y licencias
necesarias para su construccin y funcionamiento.
Actualmente la sociedad se est concienciando que la utilizacin de fuentes de
energa renovables ya es una realidad con el beneficio asociado a que no contaminan,
ni crean residuos como las fuentes de generacin elctrica convencionales. El uso de
combustibles fsiles para la obtencin de energa elctrica, mecnica, trmica, etc.,
implica una contaminacin atmosfrica por los gases que se producen en la
combustin, tales como monxido de carbono (CO), dixido de carbono(CO2), dixido
de azufre(SO2), entre otros.
El CO es altamente txico y, en combinacin con el oxgeno de la atmsfera, acaba
convirtindose en CO2, el cual provoca un efecto de apantallamiento a los rayos
infrarrojos que emite la biosfera. Al no dejar que estos rayos fluyan a capas superiores
se provoca el famoso calentamiento global, conocido como efecto invernadero. Por
otra parte el SO2es el principal causante de la lluvia cida.
Para intentar evitar el calentamiento global de forma local en Catalua se cre el Pla
de lEnergia de Catalunya 2006-2015 que define el posicionamiento poltico del
Gobierno de la Generalitat sobre los aspectos energticos que afectan a Cataluadentro de este plan. Sus principales metas es llegar a los objetivos que la Unin
Europea ha fijado para Espaa para el ao 2020, en el que la reduccin de las
emisiones de CO2 habrn de reducirse en un 20% y el uso de energas de origen
renovable deber de ser de un 20% del consumo bruto de la energa total consumida.
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Proceso de Creacin de una Planta Solar Fotovoltaica Conectada a Red
Captulo 1 - Introduccin 10
1.2. NORMATIVA Y REGLAMENTOS
Las siguientes normas y reglamentos son 5de aplicacin general para estos tipos de
proyectos. La legislacin a cumplir puede ser desde normativa europea, estatal,
autonmica e incluso municipal.
Real Decreto 661/2007, de 25 de mayo, por el que se regula la produccin de
energa elctrica en rgimen especial.
Real Decreto 842/2002, de 2 de agosto, por el que se aprueba el Reglamento
Electrotcnico para Baja Tensin.
Real Decreto 1955/2000 de 1 de Diciembre, por el que se regulan las
actividades de transporte, distribucin, comercializacin, suministro y
procedimientos de autorizacin de instalaciones de energa elctrica.
Real Decreto 1663/2000, de 29 de septiembre, sobre conexin de instalaciones
fotovoltaicas a la red de baja tensin (BOE 235-2000 de 30/09/2000). Describe
los requisitos tcnicos de conexin a red que debe cumplir un SFCR,
principalmente en lo relativo a las condiciones de seguridad.
La Ley 54/1997, de 27 de noviembre, del Sector Elctrico, establece los
principios de un nuevo modelo de funcionamiento basado en la librecompetencia, impulsando tambin el desarrollo de instalaciones de produccin
de energa elctrica en rgimen especial.
Describe los requisitos tcnicos de conexin a red que un SFCR debe cumplir.
Principalmente hace referencia a los sistemas de seguridad (para personas,
para equipos y para mantenimiento de la calidad de red).
Resolucin del 31/05/2001, de la Direccin General de Poltica Energtica y
Minas, porla que se establecen el modelo de contrato tipo y el modelo de
factura para instalaciones solares fotovoltaicas conectadas a la red de baja
tensin, publicado el21/06/2001. Fija el contrato-tipo que debe ser firmado por
el usuario de SFCR y la compaa elctrica a la que se conecta el sistema y la
factura resultante (en este caso ser FECSA-ENDESA).
Resolucin del Ministerio de Economa del 21/05/2001, BOE del 21/06/2001.
Decreto 352/2001, de 18 de diciembre, sobre procedimiento administrativo
aplicable alas instalaciones de energa solar fotovoltaica conectadas a la red
elctrica. DOGC3544-02/01/2002.
Normativa de la compaa FECSA-ENDESA.
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Proceso de Creacin de una Planta Solar Fotovoltaica Conectada a Red
Captulo 1 - Introduccin 11
Pliego de Condiciones Tcnicas de Instalaciones Solares Fotovoltaicas
Conectadas a la Red, IDAE.
Reglamento de seguridad e Higiene en el trabajo (L31/95).
Real Decreto 2818/98 (Anexo I), de 13 de diciembre, sobre produccin de
energa elctrica por instalaciones abastecidas por recursos o fuentes de
energa renovables, residuos y cogeneracin.
Real Decreto 2224/98, de 16 de octubre, por lo que se establece el certificado
de profesionalidad de la ocupacin de instalador de sistemas fotovoltaicos y
elicos de pequea potencia.
Ley 30/1992, y sus normas de desarrollo:
UNE-EN 61173:98 "Proteccin contra las sobretensiones de los sistemas
fotovoltaicos productores de energa. Gua".
UNE-EN 61727:96 "Sistemas fotovoltaicos. Caractersticas de la interfaz de
conexin a la red elctrica".
PNE-EN 50330-1 "Convertidores fotovoltaicos de semiconductores. Parte 1:
Interfaz de proteccin interactivo libre de fallo de compaas elctricas para
convertidores conmutados FV-red. Calificacin de diseo y aprobacin de tipo".
(BOE 11/05/99). PNEEN 50331-1 "Sistemas fotovoltaicos en edificios. Parte 1:
Requisitos de seguridad"
PNE-EN 61227. "Sistemas fotovoltaicos terrestres generadores de potencia.Generalidades y gua".
Reglamento Tcnico de Lneas Areas de Alta Tensin, aprobado por Decreto
3.151/1968 de 28-11-68, y publicado en el B.O.E. del 27-12-68.
Reglamento sobre Condiciones Tcnicas y Garantas de Seguridad en
Centrales Elctricas, Subestaciones y Centros de Transformacin y las
Instrucciones Tcnicas
Complementarias aprobadas por Decreto 12.224/1984, y publicado en el
B.O.E. 1-8-84.
Reglamento de Puntos de Medida, aprobado por el Real Decreto 2018/1997,
de 26 de Diciembre y modificado por el Real Decreto 385/2002 del 26 de Abril.
Instrucciones Tcnicas Complementarias al Reglamento de Puntos de Medida
aprobadas por la Orden de 12 de Abril de 1999.
DIN VDE 0675, parte 6, la cual detalla las caractersticas de las diferentes
zonas de proteccin de sobretensiones.
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Proceso de Creacin de una Planta Solar Fotovoltaica Conectada a Red
Captulo 1 - Introduccin 12
IEC 616143-11, EN 616143 que clasifica las protecciones de sobretensin en
tipo 1 (vastas o Clase B en VDE o Clase 1 en IEC), tipo 2 (medias Clase C
VDE o Clase II en IEC) y tipo 3 (finas o clase D en VDE, clase III en IEC).
NBE-AE-88, Norma Bsica de Edificacin que recoge las Acciones en la
edificacin, de obligado cumplimiento sobre territorio espaol sean cuales sean
las caractersticas y finalidad de la construccin.
Normativas del Ministerio de Vivienda, MV-102 sobre Acero laminado para
estructuras de edificacin y MV-103 sobre el Clculo de las estructuras de
acero laminado en la edificacin.
Normas y recomendaciones de diseo del edificio del Centro de
Transformacin:
o CEI 61330 UNE-EN 61330. Centros de Transformacin prefabricados.
o RU 1303. Centros de Transformacin prefabricados de hormign.
o NBE-X. Normas bsicas de la edificacin.
o Normas y recomendaciones de diseo de aparamenta elctrica del
Centro de transformacin: CEI 60694 UNE-EN 60694. Estipulaciones
comunes para las normas de aparamenta de Alta Tensin.o CEI 61000-4-X UNE-EN 61000-4-X. Compatibilidad electromagntica
(CEM). Parte 4: Tcnicas de ensayo y de medida.
o CEI 60298 UNE-EN 60298. Aparamenta bajo envolvente metlica para
corriente alterna de tensiones asignadas superiores a 1 kV e inferiores
o iguales a 52 kV.
o CEI 60129 UNE-EN 60129. Seccionadores y seccionadores de puesta a
tierra de corriente alterna.
o RU 6407B. Aparamenta prefabricada bajo envolvente metlica condielctrico de Hexafluoruro de Azufre SF6 para Centros de
Transformacin de hasta 36 kV.
o CEI 60265-1 UNE-EN 60265-1. Interruptores de Alta Tensin. Parte 1:
Interruptores de Alta Tensin para tensiones asignadas superiores a 1
kV e inferiores a 52 kV.
o Normas y recomen daciones de diseo de transformadores: CEI 60076-
X UNE-EN 60076-X. Transformadores de potencia. UNE 20101-X-X.
Transformadores de potencia.
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Proceso de Creacin de una Planta Solar Fotovoltaica Conectada a Red
Captulo 1 - Introduccin 13
o Normas y recomendaciones de diseo de transformadores (aceite): RU
5201D.
o Transformadores trifsicos sumergidos en aceite para distribucin en
Baja Tensin.
o UNE 21428-X-X. Transformadores trifsicos sumergidos en aceite para
distribucin en BT de 50 kVA A 2 500 kVA, 50 Hz, con tensin ms
elevada para el material de hasta 36 kV.
En cualquier caso, durante la ejecucin de la obra se aplicarn aquellas rdenes o
normas que, aunque no estn contempladas en los puntos anteriormente
mencionados, sean de obligado cumplimiento, en una central de produccin elctrica.
De esta forma se pretende que se cumplan todas las normas del Reglamento
Electrotcnico de Baja Tensin (R.E.B.T) vigente.
1.3. ASPECTOS MEDIAMBIENTALES CONSIDERADOS
Para poder empezar a construir una instalacin fotovoltaica sobre terreno se ha de
tener en cuenta previamente unas consideraciones medioambientales a la hora de
seleccionar la parcela rstica. En el terreno de la instalacin sobre el que trata este
proyecto final de carrera se han obtenido todas las autorizaciones administrativas
pertinentes para llevar a cabo su ejecucin. En el punto 11 sobre la legalizacin de la
instalacin se describen las diferentes solicitudes que se han de emitir para conseguir
el visto bueno de los diferentes departamentos de la administracin.
Principales medidas medio ambientales consideradas:
El proyecto no afecta a ningn espacio de inters natural regulado segn el
Decreto328/92, ningn espacio incluido en laXarxa Natura 2000, ninguna zonahmeda incluida en el inventario de zonas hmedas de Catalua, ninguna
geozona del inventario de espacios de inters geolgico, ninguno de los
hbitats de inters comunitario definidos por la Directiva 97/62/CE, ni ningn
monte de utilidad pblica.
No existe en el terreno ningn tipo de yacimiento arqueolgico, ni de inters
geolgico.
La instalacin se halla fuera de los acuferos clasificados en el Decreto 328/88.
De acuerdo con el Pla Territorial de Ponent,el terreno est previsto como suelo
de proteccin preventiva.
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Proceso de Creacin de una Planta Solar Fotovoltaica Conectada a Red
Captulo 1 - Introduccin 14
Se prever el mantenimiento de una capa herbcea en la superficie del terreno.
Se garantizar la restauracin del terreno, y la correcta gestin de los
componentes de la planta, una vez finalizado el periodo de explotacin.
La valla perimetral de proteccin se situar lo suficientemente alejada de los
ejes de los caminos confrontados para permitir futuras ampliaciones de los
mismos.
El material de las cimentaciones no portar elementos susceptibles de producir
contaminacin.
El terreno no pertenece a ningn espacio protegido medioambientalmente.
El terreno no es una zona susceptible de inundacin.
El sistema de cerramiento prever el paso de la fauna tpica de la zona.
1.4. LA ENERGA SOLAR
El sol es una fuente inagotable y gratuita de energa. La energa solar, dentro del
grupo de las llamadas energas renovables, ofrece a la humanidad, un potencial
energtico mucho mayor de lo que jams seremos capaces de consumir, un potencial
inagotable que puede emplearse en todas las actividades humanas.
El sol enva a la Tierra en un cuarto de hora ms energa de la que la humanidadutiliza durante todo un ao. Hasta la Tierra llega una cantidad de energa solar
equivalente a 1,7x1014 kW, lo que representa la potencia correspondiente a 170
millones de reactores nucleares de 1.000 MW de potencia elctrica unitaria. Aunque
no toda esta energa es aprovechable, el potencial utilizable es mil veces superior al
consumo anual de la humanidad.
Figura 1.1 El Sol fuente de energa
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Proceso de Creacin de una Planta Solar Fotovoltaica Conectada a Red
Captulo 1 - Introduccin 15
El Plan de Fomento de Energas Renovables trata de diversificar las fuentes
convencionales de suministro a partir de la utilizacin de fuentes renovables, fijando el
objetivo del 12% de generacin renovable para el ao 2010. En el caso concreto de
Espaa se juntan todos los requisitos para ser uno de los pases europeos con mayor
capacidad para recoger la energa del Sol: una situacin geogrfica privilegiada, con
una climatologa envidiable. Situada entre 36 y 44 latitud Norte, nuestro pas recibe
una intensidad de radiacin solar muy superior a la de otras regiones del planeta
(incluso por encima de las zonas ecuatoriales). Adems, Espaa se ve particularmente
favorecida por la gran cantidad de das sin nubes que disfruta al ao. No en vano,
sobre cada metro cuadrado de suelo inciden al ao una media de 1.500 kWh de
energa, cifra similar a la de muchas regiones de Amrica Central y del Sur.
En el caso concreto del proyecto que nos ocupa, se ha tomado como referencia para
el estudio del potencial energtico de la zona de actuacin elAtlas de Radiaci Solar a
Catalunya, elaborado por el Institut Catal de lEnergiay la Universitat Politcnica de
Catalunya, donde se determina con precisin los datos correspondientes a la radiacin
global y difusa recibida en Catalua, a partir de una serie de datos de los ltimos 25
aos de las estaciones meteorolgicas del Institut Catal de Meteorologa. En el mapa
de la figura 1.2 se puede observar como la zona de actuacin es una zona de mxima
irradiacin dentro de Catalua.
Figura 1.2 Mapa de irradiacin de Catalua
Les Garrigues
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Proceso de Creacin de una Planta Solar Fotovoltaica Conectada a Red
Captulo 1 - Introduccin 16
La energa procedente del sol puede aprovecharse por un lado de un modo pasivo,
mediante la adecuada orientacin y diseo de edificios por un lado y mediante el
empleo de materiales y elementos arquitectnicos adaptados a las necesidades de
climatizacin e iluminacin por el otro. Asimismo es posible tambin utilizar la energa
solar de un modo activo mediante dispositivos capaces de convertirla en calor (energa
solar trmica) y en electricidad (energa fotovoltaica). Hay que destacar que la energa
solar trmica tambin se utiliza para crear electricidad, pero realizando una segunda
conversin. Esta conversin consiste en utilizar el calor producido para calentar agua e
impulsar una turbina de vapor con la que finalmente se genera electricidad.
La energa solar, y dentro de ella, la fotovoltaica, tiene mltiples aplicaciones en la vida
diaria: desde el bombeo de agua en lugares donde sta es un bien escaso hasta la
alimentacin de sistemas de telecomunicaciones en puntos remotos, pasando por la
electrificacin rural, alumbrado pblico, sealizacin, etc. Desde la liberalizacin del
mercado elctrico cualquier particular puede convertirse en propietario de un pequeo
generador energtico y vender la energa elctrica producida a partir del sol e
inyectarla a la red contribuyendo a la proteccin del medio ambiente.
Los sistemas solares dependen de la radiacin solar, un recurso variable de fcil
prediccin y de muy baja incertidumbre espacial y temporal en perodos de tiempo
largos. En la actualidad existen suficientes datos y suficiente experiencia como para
afirmar que el diseo ptimo de una instalacin est resuelto por el proyectista. Del
mismo modo se puede afirmar que las prdidas energticas debidas a una orientacin
no optimizada, en la mayora de los casos, no suponen prdidas de rendimiento
considerables como para desestimar la instalacin. Este hecho disminuye el
rendimiento pero permite que los sistemas solares se puedan adaptar prcticamente a
cualquier necesidad de instalacin y a cualquier circunstancia (terrazas, tejados,
ventanas, fachadas, cornisas, patios, etc.). Se subraya la existencia hoy en da depaneles con una excelente capacidad de integracin arquitectnica por lo que
empiezan a ser tenidos en cuenta por numerosos arquitectos de todo el mundo en el
desarrollo de sus proyectos ms innovadores. As es muy frecuente ver instalaciones
solares en elementos de sombreado, prgolas en paseos y aparcamientos, muros
cortina, barreras de sonido, cubiertas planas, inclinadas, tejados con cualquier tipo de
cubrimiento, hasta fachadas con mdulos que por sus caractersticas permiten pasar
parte de la luz incidente, etc.
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Proceso de Creacin de una Planta Solar Fotovoltaica Conectada a Red
Captulo 1 - Introduccin 17
1.5. LA ENERGA SOLAR FOTOVOLTAICA
Se entiende por energa solar fotovoltaica la transformacin de la radiacin solaren
energa elctrica a partir del efecto fotovoltaico de los materiales semiconductores que
forman las clulas solares.
1.5.1 Historia
El efecto fotovoltaico fue descubierto en el siglo XIX por Becquerel quien observ que
al exponer determinados materiales a la luz solar se produca una corriente elctrica.
En la prctica, el desarrollo cientfico y tecnolgico de los dispositivos fotovoltaicos
empieza en los aos 50 del siglo pasado con el nacimiento de las tecnologas de los
semiconductores y la electrnica, as como el inicio de la carrera espacial y las
necesidades de suministro energa elctrica de los primeros satlites. El primer
dispositivo fue desarrollado por los laboratorios Bell en 1954 y ya el primer satlite del
tipo Vanguard lanzado dos aos ms tarde contaba con un generador fotovoltaico que
alimentaba un transmisor auxiliar de 5 mW. Menos de 50 aos ms tarde la
produccin mundial, en el ao 2000, de dispositivos fotovoltaicos fue superior a los
200 MW y esta produccin se dedica casi en su totalidad a aplicaciones terrestres,
gracias en parte a la reduccin de los costes de fabricacin de los dispositivos
fotovoltaicos.
Figura 1.3 Evolucin precio y potencia instalada
En el ao actual, 2010, el precio de los mdulos fotovoltaicos cristalinos ha llegado a
ser inferior a 1,5 /Wp. La mitad de valor que cuando se construyo la instalacin en
estudio.
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Proceso de Creacin de una Planta Solar Fotovoltaica Conectada a Red
Captulo 1 - Introduccin 18
1.5.2 Conceptos bsicos
El efecto fotovoltaico es la absorcin de luz por la materia y la transformacin de la
energa de la radiacin, fotones, en una corriente elctrica. La accin de la luz sobre
un material produce transiciones a estados excitados, generando en el material
semiconductor pares electrn-hueco que mediante un mecanismo "adecuado" son
conducidos a un circuito exterior, donde la energa cedida por los electrones es
disipada o almacenada. Los campos elctricos se crean por la discontinuidad
energtica que se produce en las interfases entre diferentes materiales
semiconductores. Se puede afirmar que una clula solar es un diodo, el cual produce
bajo iluminacin una corriente elctrica, de tal manera que el efecto de la luz se refleja
en un desplazamiento de la curva I-V, caracterstica de un diodo, a lo largo del eje decorriente, como se muestra en la figura 1.4.
Figura 1.4 Curva caracterstica de un diodo en oscuridad e iluminacin
Si se supone un dispositivo ideal en condiciones tales que los dos terminales de la
clula solar estn directamente conectados, condicin de cortocircuito, toda corriente
generada, ISC, por la accin de la luz atraviesa el circuito externo, Figura 1.5 izquierda.
Cuando los terminales del diodo se encuentran en condiciones de circuito abierto, VOC,
Figura 1.5 derecha, al iluminar la clula aparecer un potencial del equilibrio que es el
potencial que queda determinado por las caractersticas de la unin entre los dos
semiconductores y la posicin relativa del nivel de Fermi en la interfase.
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Proceso de Creacin de una Planta Solar Fotovoltaica Conectada a Red
Captulo 1 - Introduccin 19
Figura 1.5 Representacin esquemtica de un fotodiodo en condiciones de circuito abierto y
cortocircuito
Una vez conocidos y medidos ISC y VOC es fcil demostrar que el rendimiento de
conversin de la energa luminosa en elctrica para una clula solar fotovoltaica, el
cual es evidentemente el criterio ms importante a la hora de evaluar un dispositivo
fotovoltaico, viene dado por la ecuacin 1-1:
1PIVFF SCOC=
1-1
Donde el smbolo FFse denomina factor de forma o ajuste de la curva caracterstica
de la clula, Figura 2.4, definindose como la relacin del producto de corriente y
potencial de salida mximo con la corriente y potencial en corto y circuito abierto. El
trmino P1es la potencia de la radiacin incidente sobre la clula. En una clula solarfotovoltaica la fuente de energa recibida son los fotones del espectro solar que
cumplen la condicin hvEg, donde Eges la energa de separacin entre bandas del
semiconductor. Dado que es necesario conocer el espectro de la radiacin solar, por
conveniencia se suele denominar al espectro recibido fuera de la atmsfera terrestre
como AM0, siendo en este caso la irradancia (G) del sol igual a 1.367 W/m2 . Dado
que sobre la superficie de la tierra este espectro vara debido a los procesos de
absorcin y difusin que tienen lugar en la atmsfera, se suele definir los espectros
normalizados como AMX, donde X = Sec , siendo el ngulo formado entre la
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Proceso de Creacin de una Planta Solar Fotovoltaica Conectada a Red
Captulo 1 - Introduccin 21
1.5.3 Actualidad
Durante los ltimos aos, en el campo de la actividad fotovoltaica, los sistemas de
conexin a la red elctrica constituyen la aplicacin que mayor expansin ha
experimentado. La extensin a gran escala de este tipo de aplicaciones ha requerido
el desarrollo de una ingeniera especfica que permite, por un lado, optimizar diseo y
funcionamiento tanto de productos como de instalaciones completas, desarrollar
nuevos productos con los conocimientos adquiridos y, por otro, evaluar su impacto en
el conjunto del sistema elctrico, siempre cuidando la integracin de los sistemas y
respetando el entorno arquitectnico y ambiental.
El Real Decreto 2818/1998, de 23 de Diciembre, el RD 436/2004 de 12 de Marzo y elRD 661/2007 de 25 de Mayo, permite en Espaa que cualquier interesado pueda
convertirse en productor de electricidad a partir de la energa del Sol. El titular de la
instalacin (particular, empresa, institucin u otros) facturar a la Compaa Elctrica
con una Tarifa prefijada y durante la vida de la instalacin, alcanzando retornos de
inversin muy interesantes: 7-8 aos (la vida de la instalacin puede superar los 30
aos) y financindose prcticamente sola. Por fin el desarrollo sostenible puede verse
impulsado desde las iniciativas particulares que aprovechando el recurso solar pueden
contribuir a una produccin de energa de manera ms limpia.
En el 2008 se superaron holgadamente los objetivos previstos para el 2010. Es por
esta razn que el 26 de septiembre el gobierno public el R.D. 1578/2008 que
derogaba el anterior marco legislativo R.D. 661/2007 para regular y controlar el
crecimiento desmesurado de la implantacin de esta tecnologa.
Se paso de un Real Decreto muy benvolo a uno totalmente restrictivo en el que se
redujo la tarifa un 30% para instalaciones fotovoltaicas acogidas al rgimen deproduccin especial y se crea un pre-registro para asignar la tarifa.
Una vez llenado el cupo ,la tarifa se va reduciendo progresivamente un 2,5 % de esta
forma se pretende que algn da se llegue a la paridad de red, es decir que el kWh
producido sea igual de caro que el kWh consumido y por tanto esta tecnologa sea
rentable sin ningn tipo de ayuda o prima.
Es un hecho notorio que el Gobierno a da de hoy dentro de las energas de origen
renovable apuesta con ms fuerza por otras fuentes de energa renovable dejando en
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Proceso de Creacin de una Planta Solar Fotovoltaica Conectada a Red
Captulo 1 - Introduccin 22
un segundo plano a la fotovoltaica. El Real Decreto 661/2007, de 25 de mayo, por el
cual se regula la actividad de produccin de energa elctrica en rgimen especial,
estableca que cuando se llegara al 85% del objetivo de potencia instalada para 2010
se dara un plazo no inferior a 12 meses para poder seguirse acogiendo a ese rgimen
tarifario. El 85% se sobrepas en agosto de 2007, y se prolong el plazo hasta
septiembre de 2008. Es por este motivo que el 26 de septiembre de 2008 el gobierno
public el R.D. 1578/2008 con el que se reduce la tarifa un 30% para instalaciones
fotovoltaicas acogidas al rgimen de produccin especial y se creo un pre-registro
para asignar la tarifa. Una vez llenados los cupos las tarifas se van reduciendo
progresivamente. Las instalaciones se dividen en 2 tipos (Tipo I y II), sobre cubierta y
suelo. Dentro de las instalaciones sobre tejado se dividen en 20kw (SubTipo I.2). El pre-registro de las instalaciones sobre suelo quedo totalmente
colapsado y de esta manera se incentivo la creacin de instalaciones sobre cubierta
donde haba suficiente espacio para conseguir la tarifa.
En el grfico de barras de la figura 1.8 se puede apreciar el nmero de MW instalados
hasta la entrada del ltimo Real Decreto 1578/08 y la previsin de crecimiento
linealizada con los nuevos objetivos definidos.
Figura 1.8 Evolucin anual de los MW instalados.
De esta manera se pretende controlar el crecimiento de este tipo de instalaciones de
forma coordinada entre las autonomas y la Comisin Nacional de Energa (CNE).
Durante el 2008 hubo un crecimiento inesperado para el gobierno, debido a las tarifas
de bonificacin aseguradas durante los primeros 25 aos de produccin y lainexistencia de pre-registros, por lo que muchos inversores de otros pases vino a
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Proceso de Creacin de una Planta Solar Fotovoltaica Conectada a Red
Captulo 1 - Introduccin 23
Espaa a construir instalaciones de gran tamao. En Catalua gracias al Departament
dArquitectura i Paissatgese evit la creacin de grandes instalaciones, se limit el
tamao de las instalaciones en suelo a 3 ha en suelo rstico y hasta 6 ha en suelo
industrial (ms caro). Por lo que difcilmente existen instalaciones de ms de 1,5 MW
en dicha comunidad mientras que en el resto de Espaa existen instalaciones de hasta
60 MW que llegan a ocupar hasta 120 ha de superficie.
1.6 INSTALACIN FOTOVOLTAICA CONECTADA A LA RED
1.6.1 Generalidades
Una instalacin fotovoltaica es comparable a una pequea central de produccin
elctrica respetuosa con el medio ambiente, y no contaminante, que inyecta la
corriente producida a la red elctrica.
Figura 1.9 Esquema grfico de los pasos de la conversin elctrica
De manera simple, una instalacin solar fotovoltaica conectada a la red tiene los
siguientes componentes:
- Generador fotovoltaico
- Estructura de soporte del campo fotovoltaico
- Convertidor (inversor u ondulador)
- Contador de energa y protecciones de interconexin
- Centro de transformacin
El generador fotovoltaico est formado por un conjunto de mdulos, instalados sobre
estructuras metlicas.
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Proceso de Creacin de una Planta Solar Fotovoltaica Conectada a Red
Captulo 1 - Introduccin 24
Los convertidores (onduladores o inversores) se instalan de forma modular, ya que en
el caso de fallar un inversor el resto pueden seguir funcionando.
La generacin de electricidad se mide mediante un contador. Este tipo de contador es
pueden medir la energa que se produce o exporta y la que se consume o importa, por
esta razn se llaman bidireccionales, ya que la corriente dependiendo de la radiacin,
si es de da o de noche puede tener un sentido o el contrario. Normalmente el
consumo suele ser muy bajo gracias al rgimen de auto apagado (Switch-Off) de los
convertidores que durante la noche permanecen en modo reposo (Stand-by).
La electricidad se produce a baja tensin 400V (BT). Para inyectarla a la red, es
necesario elevar la tensin media tensin (MT), exactamente a 25.000 V, segn los
requerimientos de la compaa elctrica. Por este motivo es necesario incorporar un
transformador al sistema.
Toda la energa generada es vendida a la compaa elctrica a un precio superior al
de compra. Por esto es ms ventajoso venderla toda y seguir comprando la energa
para consumo a la compaa elctrica, como hasta ahora, pero para eso se debera
tener 2 instalaciones totalmente independientes, una con todo el sistema de
generacin fotovoltaico y la otra dedicada exclusivamente a los puntos de consumo,
como ventiladores o motores en el caso de que los mdulos estuvieran instalados
sobre una estructura con seguidor solar.
La vida til este tipo de instalaciones supera los 30 aos y la garanta de rendimiento
de los fabricantes de mdulos es de 25 aos (A un 80% de su potencia inicial).
1.6.2 Aspectos tcnicos
El mdulo fotovoltaico estar constituido por:
- Cubierta frontal, de vidrio con bajo contenido en hierro.
- Encapsulante, a base de polmero transparente, aislante y termoplstico.
- Clulas solares.
- Conexiones de clulas.
- Cubierta posterior con pelcula de Tedlar.
- Marco de aluminio.
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Captulo 1 - Introduccin 25
Figura 1.10 Seccin de la estructura de un mdulo fotovoltaico
Circuito equivalente de una clula:
A continuacin se representa el circuito equivalente de una clula fotovoltaica y se
explican sus parmetros ms caractersticos:
Resistencia serie (Rs):
La resistencia serie es el parmetro secundario ms importante, no solo porque
condiciona el rendimiento individual de una sola clula solar sino porque en la mayora
de aplicaciones deben asociarse en serie varias. Este parmetro tiene varios orgenes:
la resistencia del volumen de base, la resistencia del emisor debida al flujo transversal
de corriente, la resistencia de los contactos metal semi-conductor, la resistencia de los
peines metlicos, etc
Para una clula las expresiones ms comnmente utilizadas son las siguientes:
Componente de base (Rb):
La componente de la base es simplemente la resistencia del volumen de la pieza de la
figura 1.11 y viene dada por la expresin:
Rb =bWb
aL
1-2
la resistividad de la base es, b , inversamente proporcional al dopado de la misma.
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Captulo 1 - Introduccin 26
Figura 1.11 Dimensiones del volumen de la base
Componente de la regin difundida (Rj)
La regin difundida, es decir el emisor de la clula, contribuye tambin a la resistenciaserie total. La expresin que suele usarse es:
R j =ja
12n 2L
1-3
donde jes la resistencia de cuadro de la capa difundida y nel nmero de dedos del
peine colector.
Componente del peine colector (Rj)
Debido a que se utilizar metales cuya resistividad es muy pequea frente a la de la
capa difundida, se puede estimar mediante la expresin:
Rc = mL
3ma
1-4
donde m es la resistencia de cuadro de metal y mes el cociente entre el rea del
metal y el rea total del dispositivo.
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Captulo 1 - Introduccin 27
Figura 1.12 Simbologa de una clula fotovoltaica y su circuito en iluminacin
Segn el circuito equivalente se puede deducir la relacin corriente-tensin en losterminales del dispositivo:
I= Iph Ia Ib =V + IRS
Rsh
1-5
donde
Ia = AJo (e
V+ IRS
VT 1)= Ioa (e
V+ IRS
VT 1)
1-6
Ib =Iob (e
V+IRS
2VT 1)
1-7
y
Iph =(A AC)Jph
1-8
Siendo AC el rea tapada por la metalizacin.
La corriente de cortocircuito y la fotogenerada coinciden cuando la resistencia paralela
es muy grande y la resistencia serie muy pequea. Para simplificar los clculos se
puede suponer que el rea cubierta por la metalizacin es mucho menor que el rea
total.
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Captulo 1 - Introduccin 28
Tipos de clulas:
Las clulas solares se suelen clasificar generalmente por el tipo de material
semiconductor que acta como absorbedor de la radiacin solar, pudindose
establecer los siguientes tres grupos:
a) Clulas basadas en el silicio cristalino, monocristalino (c-Si) y
multicristalino (m-Si).
b) Clulas de lmina delgada o en capa fina de sus componentes
activos, pelculas de silicio (TF-Si), silico amordo (a-Si),
calcopiritas (CIGS), y telurio de cadmio (CdTe).
c) Clulas III-IV o de alta eficiencia.
Actualmente la tecnologa dominante es el silicio cristalino, aunque los dispositivos de
lmina delgada estn destacando gracias a un mejor aprovechamiento de la radiacin
difusa y ser ms inmunes respecto las altas temperaturas.
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Captulo 1 - Introduccin 29
Asociacin Serie Paralelo de clulas fotovoltaicas:
VG
Figura 1.13 Asociacin serie-paralelo clulas en mdulo fotovoltaico.
La tensin es la suma de las tensiones de cada clula, debido a las conexiones en
serie de las clulas.
ScG NVV =
1-9
La intensidad es la suma de intensidades de cada rama, debido a las conexiones en
paralelo de la suma de clulas conectadas en serie.
PcG NII =
1-10
Donde:
Para evitar que la corriente circule en el sentido contrario al
deseado se instalan diodos de bloqueo y en algunos
mdulos tambin se usan diodos de Bypass para evitar que
la totalidad del mdulo deje de funcionar por culpa de una
clula cortocircuitada, otro tipo de avera o sombras.
Figura 1.14 Esquema diodos de proteccin.
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Captulo 1 - Introduccin 30
Curva caracterstica del generador fotovoltaico
Figura 1.15 Curva caracterstica Intensidad Tensin en mdulo, medida en condiciones
estndar (Espectro AM 1,5; Irradiancia 1.000 W/m2; Tc= 25 C)
Donde:
ISC = CORRIENTE DE CORTOCIRCUITO
Mxima corriente que puede obtenerse
Imax = INTENSIDAD EN EL PUNTO DE MXIMA POTENCIA
Vmax = TENSIN PUNTO DE MXIMA POTENCIA
Voc = TENSIN DE CIRCUITO ABIERTO
Tensin para la que los procesos de recombinacin se igualan a los de
generacin
Pmax = Potencia mxima o potencia pico
= RENDIMIENTORelacin entre la potencia de luz incidente y la potencia elctrica
producida, siendo Ael rea de las clulas e G la irradiancia que incide
sobre el mdulo (o densidad de potencia de energa solar).
AG
P
= max
1-11
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Captulo 1 - Introduccin 31
Condiciones estndar de medida (CEM):
Son las condiciones ambientales de referencia para realizar las medidas de las
caractersticas elctricas de los mdulos fotovoltaicos.
2)( 1000 mW
GII CTESCSC ==
1-12
Irradiancia: 1000 W/m2
Distribucin espectral: AM 1,5
Incidencia normal
Temperatura de la clula 25C
Equivalente en Ingls STC (Standard Technical Conditions).
Temperatura de Operacin Nominal de la Clula (TONC):
Es la temperatura que alcanzan las clulas solares cuando se somete al mdulo a las
siguientes condiciones:
Irradiancia: 800W/m2
Distribucin espectral: AM 1,5
Velocidad del viento 1m/s
Temperatura ambiente 20C
La temperatura de la clula fotovoltaica se puede calcular con la siguiente frmula:
2800
20
mW
CTTT ONCAC
+=
1-13
Equivalencia en ingls NOTC (Normal Operation Tehnical Condition).
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Captulo 2 Descripcin general del proyecto 32
2. DESCRIPCIN GENERAL DEL PROYECTO
2.1 ALCANCE
El alcance del proyecto abarca desde los primeros permisos para conseguir las
autorizaciones de los departamentos competentes, pasando por su diseo, ejecucin y
finalmente su puesta en marcha. Actualmente la instalacin lleva ms de un ao
funcionando por lo que se puede comprobar si las previsiones de produccin
estimadas coinciden con la produccin real.
Si bien en el presente proyecto tambin se describe la instalacin de media tensin
(MT), a efectos de ejecucin y legalizacin se desarrolla en ms detalle en otro
proyecto especfico sobre la infraestructura comn de media tensin y el punto de
evacuacin a la red, as como el sistema de medida de la energa entregada por la
planta generadora.
2.2 UBICACIN Y DESCRIPCIN DE LA PARCELA
A la hora de seleccionar un terreno para ver la posibilidad de construir un planta de
generacin fotovoltaica se han de tener en cuenta unos requisitos previos.
A nivel geogrfico es bsico que el terreno tenga una buena orientacin al sur y un
horizonte libre de obstculos, como pueden ser montaas o rboles que pudieran
generar sombras y por tanto reducir la produccin elctrica debido a haber menoshoras de sol efectivas. Otra buena cualidad seria que el terreno fuera lo ms plano
posible. Aunque en el caso en estudio, el terreno no lo es, pero su disposicin en
terrazas, tipo auditorio es ptimo para la captacin solar pero ms complicado para la
ejecucin.
A nivel legal se tiene que comprar el terreno o como alternativa arrendarlo con una
vigencia de 25 aos como mnimo reflejado en el contrato.
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Proceso de Creacin de una Planta Solar Fotovoltaica Conectada a Red
Captulo 2 Descripcin general del proyecto 33
El terreno propuesto para la instalacin de la planta de generacin de energa solar
fotovoltaica se encuentra en la comarca de Les Garrigues, provincia de Lleida.
Este municipio se encuentra en la zona sureste de Lleida. La parcela tiene una
superficie total de 4 ha, de las que solamente se utilizar una superficie inferior a 3 ha
para la ubicacin de las placas solares, tal como se indica en los planos adjuntos. Esta
finca es colindante con otras, con la misma explotacin agrcola, con una explotacin
ganadera, y con otro parque solar fotovoltaico colindante con el que se compartirn los
tubos de evacuacin hacia el punto de conexin.
Figura 2.1 Vista area de la parcela.
En la seleccin del emplazamiento tambin se ha considerado el impacto visual,
teniendo en cuenta que esta instalacin sea poco visible desde zonas de accesopblico, para evitar posibles hurtos y el rechazo social. El terreno no necesita de
movimiento de tierras para realizar el montaje de la estructura.
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Captulo 2 Descripcin general del proyecto 34
2.3 EMPRESA SUMINISTRADORA-DISTRIBUIDORA
La entidad suministradora y distribuidora de energa elctrica en el emplazamiento es
FECSA/ENDESA.
Segn el artculo 12 del R.D. 661/2007, como la potencia de la planta es igual o
superior a 450 KW, el encargado de la lectura ya no es la empresa distribuidora y pasa
a ser la empresa de transporte. Por tanto, el encargado de la lectura pasa a ser la
empresa de transporte en vez de la distribuidora que, en este caso, es RED
ELCTRICA DE ESPAA (R.E.E.) empresa dedicada en exclusividad al transporte de
electricidad y a la operacin de sistemas elctricos.
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Captulo 3 Descripcin del generador fotovoltaico 35
3 DISEO DE LA INSTALACIN
3.1 DIMENSIONADO DE LA PLANTA
La tipologa de la instalacin objeto del proyecto hace que el sistema no consuma la
mayor parte de la energa generada, sino que toda la que se genera se exporte, una
vez acondicionada la tensin a las exigencias de la red. Eso hace que no haga falta
ningn estudio de cargas a alimentar (balance energtico). Por eso, el principal criterio
de dimensionado es el de realizar un estudio detallado de la energa disponible que
hay en el emplazamiento.
Adems se estudiar, las limitaciones existentes dentro del espacio disponible, cual es
la orientacin e inclinacin ptima atendiendo a criterios tcnicos, econmicos yconstructivos.
Un segundo criterio de dimensionado ser el econmico. A partir de las aportaciones
de energa disponible y de la produccin elctrica estimada, se realizar un balance
econmico el cual determinar la rentabilidad de la planta y su viabilidad a lo largo de
su vida til estimada en ms de 25 aos.
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Captulo 3 Descripcin del generador fotovoltaico 36
3.1.1 Recursos energticos locales
Se asumirn, como datos de radiacin disponible en el emplazamiento, los
correspondientes a la radiacin de la estacin meteorolgica de Juneda que el
Servicio Meteorolgico de Catalua dispone en las comarca de Les Garrigues. En la
siguiente tabla, tabla 3.1, se pueden consultar los valores de radiacin media diaria
sobre un superficie horizontal, para cada mes del ao.
Mes kWh/m2(0)
Enero 63,0
Febrero 82,1
Marzo 131,1Abril 169,2
Mayo 208,8
Junio 217,2
Julio 216,9
Agosto 188,1
Septiembre 141,7
Octubre 102,9
Noviembre 67,0Diciembre 54,6
AO 1.642,5
Tabla3.1 Radiacin anual.
La hora solar pico es una unidad que mide la irradiacin solar y se define como el
tiempo en horas de una hipottica irradiacin solar constante de 1.000 W/m2.
Figura. 3.1 Horas del da Irradiacin (W/m2)
1000
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Captulo 3 Descripcin del generador fotovoltaico 37
Una hora solar pico equivale a 3,6 MJ/m2o, lo que es lo mismo, 1 kWh/m2, tal y como
se muestra en la siguiente conversin:
2
2 /6,31/1
13600110001 mMJ
WSJ
hs
mhWHSP ==
3-1
Los valores medios diarios son los que se utilizarn para el dimensionado de la
instalacin. En la tabla anterior, tabla 3.1, se puede consultar los valores de radiacin
diaria media, sobre superficie horizontal. Resultado total anual expresado en kWh/m2
da.
Expresado en KWh/m2, los valores anteriores corresponden a las Horas Equivalentes
de Sol Pico (HSP) de funcionamiento a mxima potencia de los mdulos fotovoltaicos,
en condiciones nominales. De acuerdo con las cifras anteriores, la radiacin media
diaria se sita en torno a las 4,5 HSP en el conjunto del ao.
3.1.2 Condiciones de generacin fotovoltaica
Estudio de sombras
El emplazamiento no presenta sombreados externos y la distancia entre filas de
paneles se establecer para evitar sombras entre ellas en las peores condiciones del
ao. El peor da del ao ser el del solsticio de invierno para el hemisferio norte
cuando el sol descubre su trayectoria ms baja en el horizonte.
Figura 3.2 Orbita elptica de la tierra respecto al sol.
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Captulo 3 Descripcin del generador fotovoltaico 38
La distancia que finalmente se ha seleccionado entre las filas desde el inicio de la
primera fila de mdulos es de 5,1 metros que corresponde a un ngulo de sombreado
de 26,4. Este ngulo corresponder al ngulo del sol a partir del cual la instalacin
empezar a tener sombras.
Figura 3.3 ngulo sombreado mdulos durante el solsticio de invierno.
3.1.3 Estimacin de la energa producida
La estimacin de la energa inyectada se realizar de acuerdo con la siguiente
ecuacin:
CEM
mpdmp
G
PRPGE
= ),(
3-2
Donde:
Pmp: potencia pico del generador
GCEM= 1 kW/m2
Gdm(0): valor medio mensual de la irradiacin diaria sobre
superficie horizontal, en kWh/(m2dia).
Gdm(,): valor medio mensual de la irradiacin diaria sobre el plano
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Captulo 3 Descripcin del generador fotovoltaico 39
del generador en kWh/(m2dia), obtenido a partir del anterior, y
en el que se hayan descontado las prdidas por sombreado en
caso de ser stas superiores a un 10% anual. El parmetro
representa el azimut y la inclinacin del generador. El origen
de estos ngulos se pueden ver en la figura 3.4.
PR: rendimiento energtico de la instalacin o Performance
Ratio, definido como el rendimiento de la instalacin en
condiciones reales de trabajo, que tiene en cuenta, entre otros
factores:
La dependencia del rendimiento con la temperatura.
Las prdidas en el cableado.
Las prdidas por dispersin de parmetros y suciedad.
Las prdidas por errores en el seguimiento del punto de
mxima potencia.
La eficiencia energtica del inversor en operacin
3.1.4 Tipos de prdidas
El rendimiento global de la planta determinara la produccin de energa. Es por eso
que se tienen que minimizar las prdidas que en la instalacin provienen de diversas
causas, entre las que destacan las siguientes:
Azimut () e inclinacin (). La ptima
orientacin e inclinacin de los mdulos FV es
fundamental para absorber la mxima radiacinposible durante todo el ao. El azimut ideal es de
0 respecto al sur y la inclinacin suele estar
entre los 25 y 30, aunque al final la orientacin
e inclinacin puede ser diferente debido a un
compromiso entre la distancia de filas y las
sombras generadas debido al espacio al que hay
que adaptarse. Figura. 3.4
Azimut () e inclinacin ()
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Captulo 3 Descripcin del generador fotovoltaico 40
Tolerancia. La tolerancia en los valores de potencia nominal del mdulo
fotovoltaico normalmente entre un 3% y un 5%. Puede ser tanto positiva como
negativa, pero hay fabricantes que aseguran slo desviaciones positivas.
Degradacin. Un mdulo fotovoltaico en que el diseo haya sido certificado segn
la norma IEC 61215 Calificacin de diseo y aprobacin de tipo para mdulos
fotovoltaicos de Silicio cristalino para aplicaciones terrestres, si es de silicio
cristalino, fabricado con un sistema de calidad ISO 9001, no debe presentar
degradacin apreciable. Segn la calidad del mdulo, la degradacin a lo largo de
su vida til estara entre el 3% y el 7% en clulas de silicio de baja calidad, y por
debajo del 2% en productos de alta calidad. Si se considera una perdida de
potencia por el paso del tiempo, esta debe ser mnima.
Dispersin de mdulos (Mismatch). La conexin en serie de mdulos con
potencias no exactamente iguales produce prdidas, al quedar limitada la
intensidad de la serie a la que permita el mdulo de menor corriente
Dispersin de caractersticas. La potencia del mdulo se mide en condiciones de
iluminacin especficas; en operacin, en el mdulo incidir una radiacin distinta a
la del ensayo, es decir, no ser siempre perpendicular y con un espectro estndarAM 1.5G. Esta dispersin de caractersticas dar lugar a unas prdidas angulares
y espectrales.
Polvo y suciedad.La potencia de salida del mdulo disminuir debido al polvo y
la suciedad que probablemente se depositar sobre su superficie. Si el mdulo
est inclinado ms de 15 y no se producen suciedades localizadas, como las
producida por los excrementos de aves, estas prdidas sern pequeas y
normalmente no superiores a un 3%. Este tipo de prdida podra ser causa depuntos calientes.
Temperatura.Se produce una prdida de potencia cuando el mdulo trabaja con
las clulas a temperaturas superiores a los 25 C (C.E.M.), estimndose en una
perdida de potencia de 0,5% por cada grado que aumenta su temperatura para el
caso de mdulos de silicio cristalino.
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Captulo 3 Descripcin del generador fotovoltaico 41
Sombreado. Las prdidas por sombreado sobre la superficie de clulas sern
normalmente nulas, porque en el proyecto y la instalacin se habr tenido en
cuenta este factor, pero puede que el mismo diseo tolere sombreados parciales
en las horas extremas del da. En este caso las sombras no afectan ya que el
espacio para construir la instalacin es limitado y se ha llegado a un compromiso
entre prdidas por sombreado y potencia instalada. Cuando la iluminacin no es
uniforme, debido a sombras en algunas clulas o mdulos, los diodos de bypass
permiten que la corriente encuentre un camino alternativo en lugar de ser forzada a
pasar por las clulas en sombra, con lo que habra unas perdidas mucho mayores;
de esta forma, aunque las clulas en sombra no producen energa, la cada de
tensin en ese grupo de clulas en serie ser de aproximadamente 1 Voltio (la
tensin directa del diodo de bypass). En estas circunstancias, por los diodos de
bypass circulara como mucho la corriente ISC.
PMP.Las prdidas del inversor por no trabajar en el Punto de Mxima Potencia
estn comprendidas entre un 4 y un 10%. Los inversores sin aislamiento galvnico
por transformador tienen un mayor rendimiento de hasta un 1% respecto los que lo
tienen.
Cadas de tensin del cableado. Las prdidas por cadas de tensin delcableado, tanto del de corriente continua como del alterna, suelen ser pequeas,
porque el diseo contempla secciones de cables de ms dimetro antes de perder
potencia por este concepto. El valor de cada mxima de tensin ser de 1,5%
para corriente alterna y tambin 1,5% para corriente continua.
Disponibilidad.Finalmente, la disponibilidad de la instalacin fotovoltaica es un
factor clave por el factor evidente que una la instalacin est fuera de servicio da
lugar a graves prdidas, afectando significativamente al rendimiento global que sepuede obtener de la instalacin. El mantenimiento preventivo y correctivo de este
tipo de instalaciones es importante para conseguir una alta disponibilidad. El rango
de disponibilidad de una instalacin bien mantenida tiene que estar por encima del
98% del tiempo total de insolacin, o hasta incluso superior, para grandes
instalaciones, y algo inferior para las pequeas.
Lneas elctricas.Tambin se tiene que tener en cuenta, si existen, prdidas por
transformacin de tensiones y de la lnea elctrica de conexin con la red (no seconsideran en si como prdidas del sistema fotovoltaico). Utilizando materiales de
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Captulo 3 Descripcin del generador fotovoltaico 42
alta calidad y un diseo correcto se pueden llegar a reducir considerablemente.
Esta perdida no se considera en el clculo del PR de la instalacin.
3.2 SIMULACIN DE LA PRODUCCIN ENERGTICA
Para la prediccin de la produccin y tener en cuenta los apartados anteriores,
radiacin incidente y diferentes tipos de prdidas, se utiliza el software de simulacin
PVSYST, de la Universidad de Ginebra creado en el 1993, que es un programa de
referencia dentro del diseo de todo tipo de instalaciones fotovoltaicas (conectadas a
red, autnomas, bombeo,etc.).
3.2.1 Parmetros principales del sistema
Las caractersticas principales de los datos del sistema a introducir en el programa
para realizar la simulacin se pueden ver a continuacin:
Tipo de sistema Conectado a la red
Sombreados cercanos Sombreado lineal
Orientacin Campos FV
Inclinacin 25acimut 0
Mdulos FVModelo ES_180Pnom 180 Wp
Generador FV N de mdulos 6.048Pnom total 1.089 kWp
Inversor Modelo Sunny Central 250
Pnom 250 kW ac
Banco de inversoresN de unidades 4.0Pnomtotal 1.000 kW ac
Necesidades de los usuarios Carga ilimitada (red)
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Captulo 3 Descripcin del generador fotovoltaico 43
PVSYST ofrece 2 modelos fsicos para la transformacin de la irradiacin horizontal a
la obtenida por un mdulo orientado: El modelo de Hay y el modelo de Prez.
Normalmente con el modelo de Prez se obtienen valores superiores al de Hay. Desde
ambos modelos se procede a establecer una media aritmtica de ambos resultados.
Para los clculos se ha utilizado una reflexin del suelo (albedo) del 20% que es la
predefinida y coincide con el tipo de terreno de la instalacin.
En el caso que nos aplica la orientacin e inclinacin de todos los mdulos ser igual
tal como se representa en la figura 3.5.
Figura 3.5 Orientacin e inclinacin del mdulo respeto a la posicin ideal
Para calcular las prdidas por sombreado se crea una matriz de filas de mdulos,
figura 3.6, con una superficie de captacin equivalente a todos los mdulos
fotovoltaicos instalados. Aunque la representacin no es idntica a la implementacin
de la instalacin el objetivo de la simulacin es simplemente obtener un coeficiente
porcentual que disminuir el rendimiento de la instalacin debido a la sombra
proyectada por una fila respecto a su posterior. Mientras el porcentaje sea inferior al
4% , el espacio entre filas se considerar adecuado y se puede asumir est prdida.
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Captulo 3 Descripcin del generador fotovoltaico 44
Figura 3.6 Representacin equivalente plano receptor
3.2.2 Resultados simulacinLas tablas (3.2 y 3.3) y figuras (3.6, 3.7 y 3.8) siguientes muestran el resultado de los
clculos para el caso de la instalacin proyectada.
Figura 3.5 Produccin normalizada (por kWp instalado)
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Captulo 3 Descripcin del generador fotovoltaico 45
Figura 3.7 Factor de rendimiento (PR)
El Performance Ratio (PR)o rendimiento energtico, figura 3.5, es la relacin entre la
energa real del sistema inyectada a red y el valor terico de produccin que se
obtiene al multiplicar la potencia pico del sistema por la irradiacin en el plano
horizontal. Si los mdulos fotovoltaicos trabajaran a su rendimiento nominal durante
todo el ao y su energa generada fuera inyectada a red, sin ningn tipo de prdida se
obtendra un PR del 100%. Como seria un caso ideal en condiciones reales se suelen
obtener unos valores de PR entre el 75 y 85% como valores tpicos, por lo que
podemos dar por bueno el diseo de la instalacin gracias a los valores obtenido con
la simulacin.
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Captulo 3 Descripcin del generador fotovoltaico 46
En la tabla 3.2 se pueden ver todos los valores por mes, desde la irradiacin global
horizontal hasta la energa neta inyectada red.
Leyendas:
GlobHor Irradiacin global horizontal T Amb Temperatura Ambiente
GlobInc Global incidente en plano receptor GlobEff Global efectivo, corr. para IAM y sombreados
EArray Energa efectiva en la salida del generador E_Grid Energa reinyectada en la red
EffArrR Efic. Esal campo/superficie bruta EffSysR Efic. Esal sistema/superficie bruta
Tabla 3.2 Balances y resultados principales de la simulacin.
Figura 3.6 Diagrama de prdidas durante todo el ao
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Captulo 3 Descripcin del generador fotovoltaico 47
En la figura 3.6, de la pgina anterior, se puede ver los porcentajes de las perdidas
del sistema completo, temperatura, sombreado, conversin, etc
El resultado final se puede apreciar, tabla 3.2, con el resumen de los 3 parmetros
globales:
Concepto Magnitud
Produccin fotovoltaica anual neta 1.616 MWh
Produccin anual normalizada 1.484 kWh/kWp
PR (ratio de prestacin) del sistema 0,79
Tabla 3.3 Resultados produccin
3.3 PRODUCCIN REAL
Actualmente la instalacin en estudio lleva ms de un ao en funcionamiento, por lo
que se pudo comprobar si la produccin real facturada coincida era del orden de lo
previsto. Hay que recordar que los datos de radiacin introducidos provienen de
histricos de aos anteriores, pueden haber aos en que las inclemencias del tiempo
pueden afectar ms a la produccin, por niebla, lluvia o incluso nieve. Aunque un da
que llueva no slo es algo negativo, sino que tiene tambin su parte positiva, ya que
los mdulos se limpian de polvo y suciedad. Al final mientras en la produccin total el
balance del ao sea cercano a lo produccin prevista, el retorno de la inversin ir en
buen camino.
Si la produccin fuera inferior a la prevista, se tendra que buscar algn posible
problema en la instalacin o incluso en el diseo de la misma.
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Captulo 3 Descripcin del generador fotovoltaico 48
En el grfico de barras, figura 3.4, se puede apreciar como la produccin real obtenida
est dentro de un margen de tolerancia razonable respecto a la estimada.
0
50.000
100.000
150.000
200.000
250.000
Enero
Febr
eroMa
rzo AbrilMayo
Junio Julio
Agosto
Septiem
bre
Octubre
Novie
mbre
Dicie
mbre
2009
kWh Produccin Real
Produccin Simulada
Figura 3.7 Produccin real y simulada anual
La produccin real se ha obtenido con los kWh que se han facturado a la empresa
elctrica con la medida del contador. La simulada se calcula con el programa PVSYST
y es la produccin prevista.
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Captulo 3 Descripcin del generador fotovoltaico 49
PRESUPUESTO
El presupuesto que se ajunta es de antes del 2008 donde las tarifas de produccin en
el estado espaol eran superiores a las actuales, por lo que al haber una demanda
mayor el coste de los materiales tambin era superior.
En la tabla 3.4 se puede ver el precio total aproximado de una instalacin en suelo con
sus principales partidas desglosadas.
Categora Concepto Coste Coste/Wp
Permisos (Licencia Obras,etc.) 15.000 0,01 /WpSeguro de construccin 2.500 0,00 /WpIngeniera 10.000 0,01 /WpMateriales y mano de obra
Obra civil (preparacin terreno, vallado, zanjas,
etc) 25.000 0,02 /Wp Mdulos 3.264.000 3,00 /Wp Inversores 272.000 0,25 /Wp
Monitorizacin/comunicaciones 6.000 0,01 /Wp
Estructura 435.200 0,40 /Wp Baja tensin, montaje y resto extras 761.600 0,70 /Wp Sistema de seguridad 30.000 0,03 /WpCompaa elctrica
Media Tensin 45.000 0,04 /Wp
Costes adicionales 30.000 0,03 /WpTotal coste 4.896.300 4,50 /Wp
Tabla 3.4 Presupuesto
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Captulo 3 Descripcin del generador fotovoltaico 50
3.4 AMORTIZACIN INVERSIN
La inversin que se tiene que hacer para realizar una instalacin del tamao de la
planta en estudio es muy elevada, por lo que se tiene que vigilar todos los costes y
estar pendiente de su correcto funcionamiento durante toda su vida til para poder
recuperar la inversin lo ms rpido posible y obtener beneficios.
En la pgina siguiente, tabla 3.5, se muestra una tabla resumen del modelo econmico
de la instalacin.
Los ingreso se pueden estimar mediante la estimacin de la energa producida (kWh)
multiplicando la potencia pico de la instalacin por la produccin anual normalizada(kWp/kWh ao).
Los gastos operativos se pueden dividir en el alquiler del terreno que se puede pactar
con el propietario en un 2 o 3% de la facturacin de la planta o en un fijo,
mantenimiento y un fondo para reposicin de equipos.
Otros datos a tener en cuenta son los econmicos como el incremento o decremento
del IPC anual y el inters del crdito. La tarifa de produccin se ir actualizandoanualmente con el IPC, en el 2008 era de 0,45 por kWh producido.
Para facilitar la gestin se crea una sociedad vehculo que se dedicar exclusivamente
a la produccin de electricidad en rgimen especial. Como se ve en la tabla 3.5 los
primero aos hasta que la planta no empiece a obtener beneficios slo pagar la
deuda, una vez empiece a obtener ingresos tendr que ir pagando los impuestos
retrasados.
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Captulo 3 Descripcin del generador fotovoltaico 51
Ao 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Ingresos 0 744.191 743.775 743.310 742.796 740.391 737.944 735.453 732.919 730
Costes operativos 0 61.700 62.317 62.940 63.569 64.205 64.847 65.496 66.151 66Deuda 801.984 664.104 664.104 664.104 664.104 664.104 664.104 664.104 664.104 664
Impuestos -311.702 -81.439 -76.626 -71.521 -66.107 -60.917 -55.375 -49.460 -43.149 -36
Total gastos 490.282 644.365 649.796 655.523 661.567 667.393 673.576 680.140 687.106 694
Flujo Caja inicial 0 -490.282 -390.455 -296.476 -208.690 -127.461 -54.462 9.905 65.218 111
Flujo Caja Anual -490.282 99.826 93.979 87.786 81.229 72.998 64.367 55.313 45.813 35
Flujo Caja Final -490.282 -390.455 -296.476 -208.690 -127.461 -54.462 9.905 65.218 111.031 146
Ao 13 14 15 16 17 18 19 20 21 2
Ingresos 719.586 716.784 713.936 711.042 708.101 705.112 702.077 698.993 695.860 692Costes operativos 69.525 70.220 70.922 71.632 72.348 73.071 73.802 74.540 75.286 76
Deuda 664.104 664.104 664.104 0 0 0 0 0 0
Impuestos -4.733 4.528 186.741 191.823 190.726 189.612 188.482 187.336 186.172 184
Total gastos 728.897 738.853 921.768 263.455 263.074 262.684 262.284 261.876 261.458 261
Flujo de caja inicial 189.449 180.139 158.070 -49.762 397.825 842.852 1.285.281 1.725.073 2.162.190 2.596
Flujo Caja Anual -9.311 -22.069 -207.832 447.587 445.027 442.429 439.792 437.117 434.402 431
Flujo Caja Final 180.139 158.070 -49.762 397.825 842.852 1.285.281 1.725.073 2.162.190 2.596.592 3.028
Tabla 3.5 Modelo econmico
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Captulo 4 Descripcin del generador fotovoltaico 52
4 DESCRIPCIN DEL GENERADOR FOTOVOLTAICO
4.1 DESCRIPCIN GENERAL DEL GENERADOR FV
La Planta Solar Fotovoltaica tiene como funcin generar energa elctrica de origen
renovable, mediante la captacin de la radiacin solar.
Esta energa producida ser ntegramente inyectada o exportada a la red de la
compaa distribuidora de energa de la zona mediante la interconexin en una torre
propiedad de la compaa distribuidora con la red de distribucin elctrica y que se
encuentra en un camino colindante a la parcela.
La planta se compone de los siguientes elementos:
Sistema fotovoltaico: mdulos fotovoltaicos sobre estructura metlica fija.
Equipos conversores CC/CA de energa (inversores).
Subsistemas complementarios: cuadro de interconexin, conducciones,
protecciones elctricas, monitorizacin, etc
Equipos de transformacin (Centros de Transformacin (CT))0,4/25 kV de
1.000 kVA
Sistema de Media Tensin (MT) para entronque con la lnea de evacuacin deenerga (Centro de Medida (CM)).
4.1.1 Funcionamiento de la planta
Durante las horas diurnas, la planta fotovoltaica generar energa elctrica, en una
cantidad directamente proporcional a la radiacin solar existente en el plano del campo
fotovoltaico. La energa generada por el campo fotovoltaico, en corriente continua, esconvertida a alterna y posteriormente inyectada en sincrona a la red de distribucin de
la compaa elctrica, primero a travs de los inversores y luego a travs de los
transformadores y red MT. Esta energa es contabilizada y vendida a la compaa
elctrica mediante un agente de mercado de acuerdo con el contrato de compra-venta
previamente establecido con sta.
Durante las noches el inversor deja de inyectar energa a la red y se mantiene en
estado de stand-by con el objetivo de minimizar el auto-consumo de la planta. En
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Captulo 4 Descripcin del generador fotovoltaico 53
cuanto sale el sol y la planta puede generar suficiente energa, la unidad de control y
regulacin comienza con la supervisin de la tensin y frecuencia de red, iniciando la
generacin si los valores son correctos. La operacin de los inversores es totalmente
automtica.
El conjunto de protecciones internas, que posee cada uno de los inversores, est
bsicamente orientado a evitar el funcionamiento en isla de la planta fotovoltaica. En
caso de fallo de la red, la planta dejara de funcionar. Esta medida es de proteccin
tanto para los equipos de consumo de la planta como para las personas que puedan
operar en la lnea, sean usuarios o, eventualmente, operarios de mantenimiento de la
misma. Esta forma de generacin implica que slo hay produccin durante las horas
de sol, no existiendo elementos de acumulacin de energa elctrica (bateras).
4.1.2 Potencia nominal de la planta
La potencia nominal de la planta viene determinada por las potencias nominales de los
inversores instalados. En la planta existen 4 inversores de 250 kW, por lo que la
potencia nominal de la planta es de 1.000 kW.
4.1.3 Potencia mxima de la planta
La potencia nominal de la planta viene determinada por la potencia pico del campo
degeneracin fotovoltaico, la cual se producir en el momento ptimo de radiacin
solar y temperatura. La potencia mxima generada es de 1.088,64 kW.
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Captulo 4 Descripcin del generador fotovoltaico 54
4.2 MDULOS FOTOVOLTAICOS
Los mdulos elegidos para la instalacin son de la marca Evergreen Solar, modelo
ES-180, de180 W de potencia pico, fabricados en silicio policristalino.
Las caractersticas de los mdulos a utilizar:
N de clulas 108 clulas de cristal multicristalino
Contactos Redundantes, mltiples, en cada clula.
Laminado EVA (etileno-vinil acetato).
Cara frontal Vidrio templado de alta transmisividad.
Cara posterior Protegida con Tedlar de varias capas.
Marco Aluminio anodinado.
Cajas de conexin Grado de proteccin IP 54
Toma de tierra S.
Especificaciones lEC 61215 Y Clase II mediante certificado TV.
Mximo voltaje 1.000 V
Terminales Bornera atornillable soldadura
Rango de T -40C a +85C
Sus caractersticas elctricas y mecnicas se describen detalladamente ms adelante
y en los anexos, aunque las principales caractersticas son las que se pueden ver en la
tabla 4.1. En las figuras 4.1 y 4.2 se puede el aspecto del mdulo y sus medidas.
STC (Standard Test Conditions) CEM (Condiciones Medida estndar)
Marca EvergreenModelo ES-180
Pmpp Potencia mxima pico 180 W
Vmpp Tensin mxima potencia 25,9 V
Impp Intensidad mxima potencia 6,95 A
Voc Tensin circuito abierto 32,6 V
Icc Intensidad corto circuito 7,78 A
Tabla 4.1 Caractersticas elctricas mdulo.
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Captulo 4 Descripcin del generador fotovoltaico 55
Los datos estn dados para condiciones estndar de medida CEM (AM 1,5, radiacin
1.000W/m2, temperatura de clula 25 C).
Figura 4.1 Fotografa del mdulo ES-180.
Figura. 4.2 Estructura mecnica, medidas en mm.
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Captulo 4 Descripcin del generador fotovoltaico 56
4.3 ESTRUCTURA SOPORTE
En el mercado hay muchos fabricantes de estructuras fijas, tanto en acero galvanizado
como en aluminio y diferentes tipos de hincado, atornillado u hormigonado de la
estructura con el terreno.
La disposicin del mdulo, tambin es otro punto a destacar, se pueden colocar los
mdulos en horizontal o en vertical respecto a la estructura. Al unirse las clulas en
series horizontales, los diodos de bypass en caso de sombra, parcializan la corriente
del mdulo por lo que es mejor hacer el diseo de la estructura con los mdulos en
horizontal0. En la configuracin en vertical una pequea sombra en la parte inferior del
mdulo, a primera o ltima hora del da, anulara todo el mdulo y por tanto toda laserie.
Otro tipo de estructuras fijas a destacar serian las de tipos estacional, en las que se
inclinan los mdulos manualmente dependiendo de la poca del ao. En verano la
inclinacin ser ms horizontal, mientras que en invierno la inclinacin ptima ser
ms vertical.
En el caso que aqu nos aplica, la estructura de los mdulos fotovoltaicos seleccionadase instalar sobre la base de una estructura fija que proporciona la orientacin sur de
los paneles con una inclinacin de 25 con respecto a la horizontal.
Esta estructura se encargar de asegurar el buen anclaje del generador solar, facilita
la instalacin y mantenimiento de los paneles, a la vez que proporciona no slo la
orientacin necesaria si no tambin el ngulo de inclinacin ptimo para un mejor
aprovechamiento de la radiacin.
El sistema seleccionado para el montaje de los mdulos es un sistema patentado
suministrado por la firma alemana Habdank. Este sistema consiste bsicamente en
unos postes que se clavan en el terreno mediante un martillo neumtico y sobre los
que se fijan los bastidores en los que se montan los mdulos solares. En la figura 4.3
se puede apreciar una seccin de la estructura comentada.
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Captulo 4 Descripcin del generador fotovoltaico 57
Figura. 4.3 Estructura soporte mdulos, monoposte.
Las caractersticas principales del sistema son:
Este sistema ha sido calculado para cumplir con las normativas europeas en cuanto su
resistencia incluyendo las cargas de viento, nieve y las condiciones del terreno en el
que se vaya a instalar, en particular con las condiciones impuestas por el Cdigo
Tcnico de la Edificacin, en su documento DB-AE.
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Captulo 4 Descripcin del generador fotovoltaico 58
El diseo y la construccin de la estructura y el sistema de fijacin de mdulos,
permitir las necesarias dilataciones trmicas, sin transmitir cargas que puedan afectar
a la integridad de los mdulos, siguiendo las indicaciones del fabricante.
El sistema cuenta con numerosas referencias de instalaciones realizadas con distintas
configuraciones y distintos mdulos.
Entre las ventajas de este sistema se cuentan:
Las estructuras se dispondrn de forma que se minimicen las sombras entre ellos. La
estructura estar inclinada 25 frente a la horizontal, asegurando as el mximo
aprovechamiento de la energa solar incidente para la latitud del emplazamiento,
adems de minimizar el impacto visual. En la figura 4.4 se puede apreciar la estructura
sin los mdulos.
Figura. 4.4 Fotografa estructura.
La estructura se proteger superficialmente contra la accin de los agentes
ambientales. La realizacin de taladros en la estructura se llevar a