SUMINISTRO DE ENERGIAS RENOVABLES
EN INSTALACIONES
EN TIERRA Trabajo tutorizado por el CC D. Modesto López Rosales
realizado por el TN. D. Carlos Álvarez Peinado y el TN. D.
Guillermo López Oliva, alumnos del Curso de Especialidad
Complementaria de Control de Plataforma 2017-2018.
TN CARLOS ALVAREZ PEINADO TN GUILLERMO LOPEZ OLIVA
INDICE
1.- INTRODUCCIÓN……………………………………………… 3
2.- DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO…………………………… 4
3.- ENERGIA NECESARIA………………………………………. 5
4.- DISEÑO DE LA INSTALACIÓN…………………………….. 6
4.1.- ELECCIÓN DEL MODULO FOTOVOLTAICO….….. 6
4.2.- ELECCIÓN DEL REGULADOR DE CARGA….……. 9
4.3.- ELECCIÓN DEL GRUPO DE ACUMULADORES.…. 11
4.4.- ELECCIÓN DEL INVERSOR…………………..……… 11
4.5.- ELECCIÓN DEL AEROGENERADOR….…………… 13
5.- ESTUDIO METEOROLOGICO DE LA ZONA……………… 16
6.- DIMENSIONAMIENTO DE LA INSTALACION…………… 20
7.- MANTENIMIENTOS………………………………………….. 23
8.- CONCLUSION….…………………………………………….. 24
9.- BIBLIOGRAFIA……………………………………………….. 29
SUMINISTROS DE ENERGIAS RENOVABLES EN INSTALACIONES EN TIERRA
3 TN CARLOS ALVAREZ PEINADO TN GUILLERMO LOPEZ OLIVA
1.- Introducción
El escenario energético actual obliga a todos los países y gobiernos a realizar un
examen de conciencia sobre la huella de carbono que dejan, la cual aumenta el
efecto invernadero derivando en el calentamiento global. También han de ser
conscientes de los efectos de los humos de la combustión de combustibles
fósiles (metales pesados, compuestos de azufre…)
En el marco internacional, se hace obligatorio cumplir con los acuerdos y tratados
en vigor, referentes a las cuestiones medioambientales. En el afán de cumplir
con tales acuerdos como el tratado de Kioto, en los cuales los gobiernos se
responsabilizan de las actuaciones de las empresas y entidades
gubernamentales, cada centro y organismo debe revisar sus
directrices/directivas medioambientales y actualizarlas procurando conseguir un
modelo real que traiga consigo las actuaciones que conllevan un mejor
aprovechamiento de los recursos energéticos disponibles, buscando reducir al
mínimo las emisiones contaminantes.
A pesar de estar exentos de cumplir con estos tratados, dentro del marco del
Ministerio de Defensa, la Armada tiene la responsabilidad, como parte integrante
del Estado/organismo gubernamental, de asegurar el bienestar presente y futuro
de nuestra sociedad, es por ello que no nos mueve simplemente el ahorro
económico que supone el uso de energías renovables en las instalaciones
militares, si no que nos impele a trabajar en este sentido el deseo de garantizar
un futuro más sostenible para nuestra nación.
En el afán de proteger a la sociedad de las circunstancias nocivas que la rodean,
las empresas, universidades y todo tipo de centros de investigación, están
desarrollando día a día un crisol de nuevos sistemas de ahorro y producción
energética eficientes.
En la última década se ha desarrollado especialmente una serie de sistemas
frente a otros, demostrando su efectividad en infinidad de empresas y usuarios
privados. La tendencia generalizada para el suministro eléctrico es la instalación
de series de células fotovoltaicas, campos de aerogeneradores o la combinación
de ambos, que proporcionarían la capacidad de hacer frente a la demanda
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energética exigida. Este sistema conjunto es el que usaremos para nuestro
estudio.
2.- Descripción del proyecto
La finalidad del proyecto es dotar a una instalación en tierra de la Armada de
suministro eléctrico mediante una instalación combinada fotovoltaica y eólica,
formada por: módulos fotovoltaicos, aerogeneradores, regulador de carga,
módulos de baterías e inversor de corriente, tal y como se muestra en la figura
de abajo.
Fig. 2.1. Instalación mixta fotovoltaico - eólica
Con el fin de ejemplificar los cálculos tomaremos como referencia de consumos
la Estación Naval de Puntales. Por la climatología de la zona en que se encuentra
consideramos que puede ser viable suministrar el 100% de la energía que
consume con un sistema mixto fotovoltaico eólico. Para instalaciones de la
Armada en climas menos favorables para esta tecnología quizá podría
plantearse el empleo de otros métodos de generación energética renovable,
tales como geotérmica, mareomotriz o plantas de biomasa.
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Los cálculos que proponemos para la E.N. de Puntales, son los realizados
suponiendo que la instalación está aislada de la red eléctrica, en todo caso,
buscamos el máximo rendimiento. Para ello elegimos equipos de capacidad
media-alta, que generen bastante energía pero que no sean demasiado grandes
ni aparatosos.
Para permitir la instalación de los medios de generación, conversión y
almacenamiento eléctrico, aprovecharemos los tejados de los edificios, zonas
actualmente en desuso, teniendo presente que necesitamos optimizar las horas
de exposición solar de los elementos fotovoltaicos, así como las zonas de vientos
más “limpios” para los aerogeneradores.
El objetivo del sistema que proponemos es suministrar el 100% de la energía
eléctrica a la Estación durante 72 horas suponiendo que no hay luz solar ni viento
que generen electricidad.
3.- Energía necesaria
Para calcular el dimensionado de la instalación nos basamos en los datos de
consumo que muy amablemente nos ha suministrado el Oficial de Cuenta y
Razón de la Estación Naval de Puntales y que se exponen a continuación.
CONSUMO AÑO 2017 E. N. PUNTALES Potencia contratada 343 KW
PERIODO KWH KVAR / HORA
Enero 90046,00 26989,00
Febrero 83522,00 23663,00
Marzo 52806,00 24380,00
Abril 57283,00 34456,00
Mayo 51745,00 31241,00
Junio 85378,00 30349,00
Julio 93311,00 32271,00
Agosto 104620,00 39200,00
Septiembre 122202,00 32485,00
Octubre 113026,00 34335,00
Noviembre 67153,00 22159,00
Diciembre 86352,00 23324,00
TOTALES 1007444,00 354852,00
Tabla 3.1. Consumo año 2017 de la E.N. de Puntales
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Basándonos en los datos anteriormente expuestos y con el fin de dimensionar la
instalación de nuestro estudio, cogemos el consumo medio de un día del mes de
mayor gasto, que es septiembre, cuyo valor es de 4.073,4 KWH, le añadimos un
factor de corrección del 20%, según estudios de la agencia europea, dando como
resultado un consumo diario para el estudio en cuestión de 4.888,1 KWH.
4.- Diseño de la instalación
4.1.- Elección del módulo fotovoltaico
Dependiendo de la tecnología a utilizar y del precio, en el mercado existen varios
tipos de módulos fotovoltaicos en función de la célula solar del que están
compuestos: silicio monocristalino, silicio policristalino y silicio amorfo. Para el
diseño de este proyecto se utilizarán los de mayor rendimiento: silicio
monocristalino. A pesar de ser algo más costosos que otras tecnologías de
módulos fotovoltaicos, proporcionan el mayor rendimiento del mercado, en torno
al 20%, como se muestra en la figura 4.1.
Fig. 4.1. Rendimiento paneles fotovoltaicos por tipo
La elección del módulo fotovoltaico se efectuará teniendo en cuenta una serie de
consideraciones que se muestran a continuación:
Potencia nominal: El objetivo es elegir un módulo de potencia elevada con el fin
de disminuir al máximo el número de elementos, como son los soportes, ya sea
estructura fija o seguidor solar, así como conexiones eléctricas. Por este motivo,
los módulos que emplearemos para nuestros cálculos tendrán una potencia
nominal de 280 W.
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Tolerancia de la potencia: La calidad de un módulo viene definida por este dato.
Los valores actuales oscilan entre un 2 % y un 10 %.
Tensión nominal. En los módulos fotovoltaicos, los parámetros nominales vienen
definidos por el número de células serie-paralelo. Los módulos fotovoltaicos
están formados por una red de células conectadas como un circuito en serie para
aumentar la tensión de salida hasta el valor deseado, normalmente se utilizan 12
o 24 V, a la vez, también se conectan varias redes formando un circuito en
paralelo para aumentar la corriente eléctrica que es capaz de suministrar el
dispositivo. Lo ideal, es que la tensión sea lo más elevada posible con lo cual las
intensidades son pequeñas para una misma potencia, esto conlleva una
disminución de las pérdidas ocasionadas por caída de tensión tanto en el módulo
como en los cableados, lo que permite instalar menores secciones de cableado.
Índice de protección (IP): El índice de protección indica el grado de estanqueidad
del módulo respecto a agentes externos como el polvo y la humedad. Los
módulos actuales suelen tener valores de IP de 54 o 65.
Garantía: La garantía de los módulos fotovoltaicos se expresa en términos de
mantenimiento de un determinado porcentaje de la potencia nominal durante un
número de años que puede llegar a 25 años. Todos los módulos cumplen la
norma ISO 9001 y presentan un aislamiento clase II.
Teniendo en cuenta todas las consideraciones anteriores, se ha elegido el
módulo fotovoltaico ENNOVA MEPV 280W, de la empresa ENNOVA ENERGIA.
A continuación, mostramos las características técnicas del módulo fotovoltaico
escogido para el proyecto:
Características Eléctricas
Potencia nominal teórica Pmp 280 W
Potencia real Pmpp 253.4 W
Relación Potencia real / Potencia teórica 90.5%
Voltaje con circuito abierto Voc 44.2 V
Corriente de cortocircuito Isc 8.60 A
Voltaje a máxima potencia Vmp 35.5 V
Corriente a máxima potencia Imp 7.89 A
Eficiencia del panel 14.5%
Factor de llenado 73.7%
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Tolerancia de potencia -3.00% ~ 3.00%
Voltaje máximo del sistema Vmax 1000 V
Máximo fusibles en serie 15
Coeficientes de Temperatura
Coeficiente de temperatura de Isc 0.039 %/ºC
Coeficiente de temperatura de Voc -0.31 %/ºC
Coeficiente de temperatura de Pmp -0.42 %/ºC
Características Mecánicas
Tipo de células Célula monocristalina
Potencia nominal 280W
Tolerancia, Pmpp 0/+3%
Area del módulo 1,94
Eficiencia del módulo 14,4%
Isc 8,26 A
Uoc 44,31 A
Impp 7,79 A
Umpp 35,95 A
Tensión máxima 1000 V
α Isc 0,04%/ºC
β Uoc -0,38%/ºC
γ Pmax -0,50%/ºC
Rango de Temperatura -40.0ºC a 85.0ºC
NOCT 48ºC
Marco
Aluminio anodizado plateado 0,015 mm
Robusto y resistente a la corrosión
Orificios para el drenaje de agua
Toma de tierra incorporada
Caja de conexión
Sellada, robusta y amplia favoreciendo disipación de calor
IP65 según la norma IEC 60529
Diodos by-pass incorporados (3) para protección del sombreado parcial
Conector MC4, fácil y rápida conexión
Cables 1.0 metro longitud y 4 mm2 sección
Reacción al fuego Clase II
Frontal
Vidrio templado de 3,2 mm de espesor
Texturizado, bajo contenido en hierro, extra-claro
Células solares
72 células, silicio monocristalino / 6” / 156x156 mm
Encapsulado células
EVA (etilen-vinil-acetato)
Peso y dimensiones (L x A x F) +/-2 mm
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Standard: 23,5 Kg 1957 x 992 x 50 mm
Packaging
Palet de módulos homologado por AIDIMA (instituto independiente)
Superadas pruebas de impacto horizontal, caída rotacional y compresión dinámica
Tabla 4.1. Características técnicas módulo ENNOVA MEPV 280W
4.2.- Elección del regulador de carga
El regulador se encarga de controlar la carga de las baterías, así como la
descarga y evitar cargas o descargas excesivas. De un modo sencillo, un
regulador se puede entender como un interruptor, cerrado y conectado en serie
entre paneles o aerogenerador y batería para el proceso de carga y abierto
cuando la batería está totalmente cargada.
Las intensidades máximas de entrada y salida del regulador adecuadas para
cada aplicación dependerán de la corriente máxima que pueda producir el
sistema de generación fotovoltaico para la entrada y la corriente máxima de las
cargas para la salida.
Para tener en cuenta los posibles picos de tensión de entrada o los cambios de
temperatura, es recomendable que, a la hora de escoger el regulador, sea uno
que tenga de un 15-25% superior a la corriente de cortocircuito que le puede
llegar del sistema de generación o bien, de la que puede consumir la carga del
sistema.
Es por ello que nos decantamos por el modelo XANTREX XW-MPPT60-150, que
tiene una intensidad de cortocircuito de campo de 60 A de CC y cumple con los
requisitos anteriormente expuestos.
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Controlador de carga solar XW
Especificaciones eléctricas
Tensión nominal de la batería 12, 24, 36, 48 o 60 V CC
Tensión máxima del campo FV (en funcionamiento)
140 V CC
Tensión máxima de circuito abierto del campo FV
150 V CC
Intensidad de cortocircuito del campo máximo
60 A CC
Tamaño mínimo y máximo de los cables de los conductos
entre 2,5 y 10 mm2
Consumo total durante el funcionamiento
2,5 W (tara)
Método de regulación del cargador:
Tres etapas: en bruto, absorción, flotación; Dos etapas: en bruto, absorción
Especificaciones mecánicas
Dimensiones (altura × anchura × profundidad)
368 × 146 × 138 mm
Peso (controlador) 4,8 kg
Peso (embalaje) 8 kg
Dimensiones del embalaje (altura × anchura × profundidad)
483 × 229 × 350 mm
Montaje Montaje vertical en pared Garantía estándar Cinco años Número de pieza 865-1030
Especificaciones medioambientales
Tipo de carcasa
De interior, ventilada, chasis metálico con orificios perforados de 22,22 y 27,76 mm y disipador térmico de aluminio
Intervalo de temperaturas de funcionamiento (a máx. potencia)
-20° C a +45° C
Temperatura de almacenamiento -40° C a +85° C
Límite de altitud (en funcionamiento)
Desde el nivel del mar hasta 4.572 m (15.000 pies) a 15° C
Normativas aprobadas
Certificaciones UL1741, 1ª edición (nov. 2005) y CSA 107.1-01; lleva la marca c(CSA)us. Lleva la marca CE conforme a las siguientes Directivas y Normativas de la UE: Directiva EMC: EN 61000-6-1, EN 61000-6-3, Directiva de Baja Tensión: EN 50178.
Tabla 4.2. Características técnicas controlador XANTREX XW-MPPT60-150
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4.3.- Elección del grupo de acumuladores (baterías)
Las baterías se encargan de almacenar la energía eléctrica producida por el
sistema de generación mixto eólico-fotovoltaico para poder disponer de ella de
manera continua y estable. Supondremos que toda la alimentación de la Estación
Naval de Puntales pasa por estas baterías.
Para nuestro estudio proponemos emplear los acumuladores estacionarios de
plomo ácido, del tipo BAE 48V 3080Ah, por su durabilidad y eficiencia, que se
utilizan en aplicaciones de energía renovable, tales como la generación de
energía fotovoltaica. Están probadas en aplicaciones híbridas, así como en los
sistemas fotovoltaicos independientes, con un buen resultado. Las baterías
estacionarias BAE 3080Ah 48V se caracterizan por una alta capacidad cíclica y
un comportamiento de recarga excelente.
Fig. 4.3. Módulos de baterías BAE 48V 3080Ah
4.4.- Elección del inversor
Los inversores estáticos son circuitos que producen tensión o intensidad alterna
a partir de una fuente de corriente continua.
Los parámetros característicos de un inversor son:
Tensión Nominal. – Es la tensión que se debe aplicar a los terminales de entrada
del inversor.
Potencia Nominal. – Es la potencia que puede suministrar el inversor de forma
continuada.
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Capacidad de sobrecarga. – Se refiere a la capacidad del inversor para
suministrar una potencia considerablemente superior a la nominal, así como el
tiempo que puede mantener esta situación.
Forma de onda. – En los terminales de salida del inversor aparece una señal
alterna caracterizada principalmente por su forma de onda y los valores de
tensión eficaz y frecuencia de la misma.
Eficiencia (o rendimiento). – Es la relación, expresada en tanto por ciento, entre
las potencias presentes a la salida y a la entrada del inversor. Su valor depende
de las condiciones de carga del mismo, es decir de la potencia total de los
aparatos de consumo alimentados por el inversor en relación con su potencia
nominal.
La eficiencia de todos los inversores se ve afectada no sólo por las pérdidas
producidas por la conmutación, sino también por las pérdidas debidas a
elementos pasivos, como son los transformadores, filtros, condensadores, etc…
Así la eficiencia de la conversión del sistema completo, el cual incluye filtros de
entrada, dispositivos de conmutación, filtros de salida y transformador es más
realista que únicamente la eficiencia del inversor. Los inversores generalmente
tienen una eficiencia a plena carga de entre el 90 y 94% para sistemas de baja
tensión de entrada (hasta 400 V).
En base a las necesidades de nuestra instalación y teniendo en cuenta los
modelos disponibles en el mercado, el producto elegido es el inversor Senoidal
SOLENER ISC 8000 48V, que tiene un rendimiento superior al 90%. El inversor
está protegido contra inversión de polaridad, sobrecarga, cortocircuito,
sobretemperatura y tensiones de batería fuera de rango.
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Características Eléctricas
Tensión nominal de entrada 48V
Tensión nominal de salida 120/230 Vca
Frecuencia nominal de salida 50 Hz ó 60 Hz
Variación de frecuencia de salida <0,1%
Variación de tensión de salida <5%
Tensión mínima de entrada 40V
Tensión máxima de entrada 64V
Rendimiento 85-97%
Rendimiento con carga nominal >85%
Autoconsumo (en búsqueda) <70 mA
Distorsión armónica <5%
Sobrecarga 3” 13.000W
Sobrecarga 50” 11.000W
Sobrecarga 6’ 9.000W
Tabla 4.4. Especificaciones tecnicas Inversor SOLENER ISC 8000 48V
Fig. 4.4. Inversor SOLENER ISC 8000 48V
4.5.- Elección del aerogenerador
El aerogenerador es un elemento encargado de aprovechar la fuerza del viento
mediante una turbina para mover un generador eléctrico y convertir la energía
cinética del viento en potencia mecánica que mueva un generador y produzca
energía eléctrica de una manera limpia y no contaminante. Los aerogeneradores
suelen contar con dos o tres palas, nosotros optamos por la versión de tres palas
por tener un rendimiento más alto, y reduce las tensiones y vibraciones en las
palas. A demás de las palas y el generador eléctrico, los aerogeneradores
cuentan con una cola que es la encargada de orientar todo el conjunto para
optimizar la incidencia del viento en las palas.
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Las características más importantes para elegir un aerogenerador son:
Velocidad de arranque: velocidad mínima que tiene que alcanzar el viento para
que las palas del aerogenerador comiencen a girar y este comience a producir
energía.
Velocidad nominal: velocidad del viento a la cual un aerogenerador genera su
potencia nominal.
Velocidad máxima: es la máxima velocidad del viento que soporta el
aerogenerador sin sufrir daños. A velocidades superiores el generador se
detiene para evitar posibles averías, dejando de suministrar energía.
Para nuestra instalación escogemos el aerogenerador Bornay 6000 neo por ser
un sistema de tamaño medio, cuyas características principales (velocidad de
arranque, velocidad nominal y velocidad máxima) se adaptan a los vientos
predominantes de la zona de la bahía de Cádiz, que no tienen una intensidad
especialmente alta, como puede observarse en la tabla 5.4. Los vientos en zona
no podrían mover las palas de aerogeneradores más grandes y potentes que
pudieran suministrar mayor corriente. Es por ello que debemos adaptarnos a las
características de la zona aumentando el número de aerogeneradores y
disminuyendo su tamaño y potencia para así adecuar la instalación a la ubicación
donde se instala, con aerogeneradores cuya velocidad de arranque, nominal y
máxima son menores. A demás disminuye a su vez el impacto visual.
Cabe destacar que, en concreto, cada unidad de este modelo cuenta con su
propio regulador eólico que controla la salida de corriente desde el
aerogenerador hasta las baterías.
Aerogenerador modelo BORNAY 6000 neo
Número de hélices 3
Diámetro 4 mts.
Material Fibra de vidrio / carbono
Dirección de rotación En el sentido contrario a las agujas del reloj
Sistema de control 1. Regulador electrónico 2. Pasivo por inclinación
Alternador Trifásico de imanes permanentes
Imanes Neodimio
Potencia nominal 6000 W
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Voltaje 48 V
Regulador 48 V 150 Amp/120 V conexión a red
Para arranque 3,5 m/s
Para potencia nominal 12 m/s
Para frenado automático 14 m/s
Máxima velocidad del viento
60 m/s
Peso Aerogenerador 107 Kg
Peso regulador 18 Kg
Embalaje 120 x 80 x 80 cm - 149 Kg
Dimensiones - peso 260 x 40 x 15 cm - 22 Kg
Total 0,91 m3 - 171 Kg
Garantía 3 años
Tabla 4.5 Características técnicas Aerogenerador Bornay 6000 neo
Fig. 4.5. Aerogenerador Bornay 6000
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5.- Estudio Meteorológico de la zona.
Para determinar las dimensiones de la instalación que necesitamos para
suministrar la energía eléctrica a la Estación Naval de Puntales, lo primero que
necesitamos es saber la disponibilidad de sol y viento con los que contamos en
su ubicación. Para ello nos basaremos en los datos suministrados por la AEMET
(Agencia Estatal de Meteorología) y ADRASE (Acceso a Datos De Radiación
Solar de España, perteneciente al CIEMAT, centro público de investigación
dependiente del Ministerio de Economía y Competitividad).
Del sitio web de la Agencia Estatal de Meteorología hemos sacado la siguiente
tabla, que señala los valores climatológicos normales para la localidad de Cádiz.
Valores climatológicos normales Cádiz Periodo: 1981- 2010 - Altitud (m): 2
Latitud: 36° 29' 59'' N – Longitud: 6° 15' 28'' W
Mes T TM Tm R H DR DN DT DF DH DD I
Enero 12.7 16.0 9.4 69 75 6.9 0.0 1.4 1.8 0.0 9.2 184
Febrero 13.8 16.8 10.7 58 74 6.4 0.0 1.1 1.1 0.0 8.0 197
Marzo 15.5 18.8 12.3 35 71 4.8 0.0 0.9 1.1 0.0 9.9 228
Abril 16.8 19.9 13.7 45 69 5.6 0.0 0.9 0.3 0.0 7.4 255
Mayo 19.1 22.1 16.2 27 70 3.2 0.0 0.8 0.2 0.0 8.2 307
Junio 22.4 25.3 19.5 7 69 0.9 0.0 0.3 0.5 0.0 13.9 331
Julio 24.6 27.7 21.4 0 68 0.1 0.0 0.2 0.7 0.0 19.0 -
Agosto 25.0 27.9 22.0 2 70 0.2 0.0 0.1 0.5 0.0 - -
Septiembre 23.3 26.3 20.3 24 71 2.5 0.0 0.7 0.4 0.0 11.3 252
Octubre 20.3 23.4 17.3 67 74 5.6 0.0 1.3 0.5 0.0 8.9 228
Noviembre 16.5 19.6 13.4 98 74 7.2 0.0 1.7 0.9 0.0 8.1 187
Diciembre 13.9 16.9 10.9 92 76 8.1 0.0 1.4 1.1 0.0 7.9 166
Año 18.6 21.6 15.4 523 - 50.7 - - - 0.0 - -
Leyenda
T Temperatura media mensual/anual (°C)
TM Media mensual/anual de las temperaturas máximas diarias (°C)
Tm Media mensual/anual de las temperaturas mínimas diarias (°C)
R Precipitación mensual/anual media (mm)
H Humedad relativa media (%)
DR Número medio mensual/anual de días de precipitación superior o igual a 1 mm
DN Número medio mensual/anual de días de nieve
DT Número medio mensual/anual de días de tormenta
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Leyenda
DF Número medio mensual/anual de días de niebla
DH Número medio mensual/anual de días de helada
DD Número medio mensual/anual de días despejados
I Número medio mensual/anual de horas de sol
Tabla. 5.1. Valores climatológicos normales Cádiz
De la tabla anterior nos son de especial interés las columnas DD (días despejados al mes/año) e I (media mensual de horas de sol) resaltadas.
Del sitio WEB de la Agencia Andaluza de la Energía (http://www.agenciaandaluzadelaenergia.es/Radiacion/radiacion3.php) y de ADREASE (http://www.adrase.com/acceso-a-los-mapas/mapa-zona-peninsula.html) hemos extraído los datos de radiación solar media mensual, así como de dirección e intensidad del viento
Fig. 5.1. Mapa irradiación horizontal península
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Radiacion Global (kWh/m2)
Mes Media Mediana
Enero 80,9 91,2
Febrero 100,5 111,1
Marzo 146,5 156,5
Abril 180,7 196,6
Mayo 217,3 230
Junio 228,6 238,6
Julio 235,3 242
Agosto 211 215,8
Septiembre 161,7 171,1
Octubre 117,6 127,3
Noviembre 84,5 91,7
Diciembre 68,5 75,7
Tabla 5.2. Irradiación global horizontal en Cádiz por meses
Fig. 5.2. Gráfica de dirección del viento en Cádiz
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Dirección del viento valor medio
Mes Media Mediana
Enero 122 64
Febrero 121 75
Marzo 128 104
Abril 180 125
Mayo 184 125
Junio 201 164
Julio 212 224
Agosto 218 224
Septiembre 198 194
Octubre 174 155
Noviembre 144 117
Diciembre 129 97
Tabla 5.3. Dirección del viento en Cádiz por meses
Fig.5.3. Gráfica de intensidad del viento en Cádiz
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Velocidad del viento valor medio (m/s)
Mes Media Mediana
Enero 3 2
Febrero 2 2
Marzo 4 2
Abril 3 3
Mayo 3 3
Junio 3 2
Julio 2 2
Agosto 2 2
Septiembre 2 2
Octubre 2 2
Noviembre 2 2
Diciembre 3 2
Tabla 5.4. Intensidad del viento en Cádiz por meses
6.- Dimensionamiento de la instalación
Con los equipos seleccionados en el punto 4 y teniendo en cuenta los datos medios de viento y radiación solar señalados anteriormente, la instalación estaría compuesta por:
Del módulo fotovoltaico ENNOVA MEPV 280W sería necesario instalar 3.752
unidades, que generarían la siguiente producción (media por meses):
Mes Radiación(kWh/m2/día) Energía
Producida(kWh) Demanda(kWh)
Enero 3,88 3.466,33 4.888,1 Febrero 4,71 4.209,10 4.888,1 Marzo 5,19 4.629,89 4.888,1 Abril 6,29 5.612,35 4.888,1 Mayo 6,89 6.148,72 4.888,1 Junio 6,95 6.203,85 4.888,1 Julio 7,06 6.305,05 4.888,1 Agosto 6,97 6.221,14 4.888,1 Septiembre 6,14 5.477,29 4.888,1 Octubre 4,57 4.080,36 4.888,1 Noviembre 3,89 3.469,02 4.888,1 Diciembre 3,23 2.879,90 4.888,1
Tabla 6.1. Electricidad de generación fotovoltaica por meses
Atendiendo a los parámetros de Tensión Nominal, se toma en consideración
que para construir una instalación con una producción superior a 0,4 KWh,
SUMINISTROS DE ENERGIAS RENOVABLES EN INSTALACIONES EN TIERRA
21 TN CARLOS ALVAREZ PEINADO TN GUILLERMO LOPEZ OLIVA
como es la nuestra, es necesario trabajar con tensiones de 48 voltios con idea
de reducir la sección de cables y de reducir el número de módulos
acumuladores para la misma capacidad; para ello, nuestra instalación se
compone de 3.752 módulos fotovoltaicos que se dividen en 1.876 ramas en
paralelo de dos (2.-) módulos fotovoltaicos en serie.
Con respecto a la orientación y la inclinación de los módulos fotovoltaicos,
éstas deberán ser tales que consigamos el mayor rendimiento durante todo el
año, y no únicamente durante una sola estación, que es como suele estu-
diarse en una gran parte de las instalaciones mixtas y fotovoltaicas, destina-
das a proporcionar electricidad a dependencias con demanda estacional dife-
renciada. Para nuestro estudio hemos empleado la aplicación PVGIS (Sis-
tema de Información Geográfica Fotovoltaica) de la Comisión Europea JRC
(Centro Común de Investigación), a la que se puede acceder mediante el si-
guiente enlace: http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php el resultado
nos indica que la orientación recomendada, como era de suponer, es Sur. El
resultado de la inclinación no resulta tan intuitivo, arrojando la aplicación un
resultado para la inclinación de 33º sobre la horizontal.
El coste de cada uno de los elementos es de 237,16 €, con un valor total de
889.587,16 €.
Con respecto al regulador de carga XANTREX XW-MPPT60-150 sería
necesario instalar 619 unidades, que se distribuyen en 599 reguladores
acoplados a 3 ramas en paralelo de dos módulos fotovoltaicos en serie y 20
regulador acoplado a 4 ramas en paralelo de dos módulos fotovoltaicos.
Para mantener la sección de los cables que unen el regulador con los módulos
fotovoltaicos y con las baterías dentro de unos valores razonables,
proponemos colocar este/os en un espacio que habría que habilitar a este
efecto en el interior del mismo edifico de Residencia, en la planta baja.
El coste de cada uno de los elementos es de 665,00 €, con un valor total de:
411.635,00 €.
SUMINISTROS DE ENERGIAS RENOVABLES EN INSTALACIONES EN TIERRA
22 TN CARLOS ALVAREZ PEINADO TN GUILLERMO LOPEZ OLIVA
De los módulos de acumuladores BAE 48V 3080Ah sería necesario instalar
365 unidades, para conseguir una capacidad total de acumulación superior a
los 1.100.000Ah.
El coste de cada uno de los elementos es de 28.549,51 €, con un valor total
de 10.420.571,10 €.
Para el correcto funcionamiento de esta instalación habría que colocar 223
Inversores SOLENER ISC 8000 48V.
El coste de cada uno de los elementos es de 3.044,00 €, con un valor total de
678.812,00 €.
Con respecto al aerogenerador Bornay 6000 neo sería necesario instalar 122
unidades sobre columnas de soporte de 10 m de altura. La Tabla 6.2 muestra
la producción estimada.
Mes Velocidad
Media (m/s)
Energía Producida
(kWh)
Energía Prom. Diario (kWh)
Eficiencia Media (%)
Factor de Capacidad
(%)
Enero 7,05 222419,86 7174,83 28,9% 34,3%
Febrero 7,75 244770,4 8741,8 25,6% 41,8%
Marzo 7,11 230258,2 7427,68 25,7% 35,5%
Abril 7,35 234670,31 7822,34 28,2% 37,4%
Mayo 7,24 238363,15 7689,13 25% 36,8%
Junio 6,05 159689,42 5322,98 28,1% 25,4%
Julio 5,57 128104,47 4132,4 30,6% 19,8%
Agosto 6,02 161016,47 5194,08 28,8% 24,8%
Septiembre 6,22 172357,73 5745,26 26,6% 27,5%
Octubre 6,53 181708,05 5861,55 31% 28%
Noviembre 7,59 251953,86 8398,46 25,8% 40,2%
Diciembre 7,58 258771,34 8347,46 28% 39,9%
Tabla 6.2. Electricidad de generación eólica por meses
El coste de cada uno de los elementos es de 9.790,00 €, con un valor total de
1.194.380,10 €.
El coste total, solo en materiales, sin tener en cuenta cableados ni mano de obra,
asciende a un valor de 13.594.985,36 €.
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23 TN CARLOS ALVAREZ PEINADO TN GUILLERMO LOPEZ OLIVA
7.- MANTENIMIENTOS
Las instalaciones mixtas, en su conjunto, son fáciles de mantener, sin embargo,
una instalación que no tenga el mantenimiento adecuado fácilmente tendrá
problemas en un plazo más o menos corto.
En algunos casos, si no se llevan a cabo los mantenimientos conduciría a una
reducción del rendimiento de la instalación, pero la omisión de otras podría
provocar el deterioro de algunos de los elementos o el acortamiento de su vida
útil.
El mantenimiento básico del panel fotovoltaico comprende las siguientes
acciones:
Limpiar la cubierta frontal del panel. El intervalo de tiempo entre limpiezas
debe efectuarse dependiendo de la suciedad ambiental, y se realiza
sencillamente con agua y un paño suave; si fuera necesario, se aplicará
detergente.
Verificar que no hay terminales flojos ni rotos, que las conexiones están
bien apretadas y que los conductores se encuentran en buenas condiciones.
El mantenimiento de las baterías comprende las siguientes acciones:
Verificar que el local de ubicación esté bien ventilado y que las baterías
se encuentran protegidas de los rayos solares.
Mantener el nivel de electrolito en los límites adecuados.
Limpiar la cubierta superior y proteger los bornes con grasa.
Verificar que los bornes de conexión están bien apretados.
Verificar que el uso de las baterías sea el adecuado y que su estructura
de soporte esté segura y en buen estado.
En cuanto al regulador de carga, se debe realizar una comprobación de los
siguientes:
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24 TN CARLOS ALVAREZ PEINADO TN GUILLERMO LOPEZ OLIVA
Asegurar la ventilación del disipador de calor.
Comprobar los dispositivos de descarga de tracción.
Comprobar que las conexiones están firmemente instaladas.
En el caso del inversor, las comprobaciones básicas a seguir son:
Verificar que el área de ubicación del inversor se mantenga limpia, seca y
bien ventilada.
Verificar que el inversor esté protegido de los rayos del sol.
Comprobar que el inversor funciona adecuadamente y que no se
producen ruidos extraños dentro de él. En caso de que la operación sea
defectuosa o no funcione, contactar con personal especializado.
Son todos ellos mantenimientos asequibles para ser efectuados por el personal
de la instalación con la idea de incrementar el tiempo de vida de cada uno de los
elementos.
8.- CONCLUSIÓN
A día de hoy se puede mejorar el rendimiento energético de las unidades de la
Armada mediante la inversión de capital en el desarrollo de una instalación mixta
fotovoltaica-eólica.
Del estudio de viabilidad para la construcción de una instalación mixta
fotovoltaica-eólica, con capacidad para suministrar corriente eléctrica a la E.N de
Puntales, de manera aislada a la Red Eléctrica General, sin necesidad de
producción de corriente durante 72 horas, creando energía limpia durante todo
el año, podemos determinar que, a día de hoy, con los equipos y materiales
actuales, de producción media-alta, se determina la no viabilidad de la misma,
por ser una empresa excesivamente ambiciosa y no disponer de superficie física
suficiente para instalar los medios de generación.
SUMINISTROS DE ENERGIAS RENOVABLES EN INSTALACIONES EN TIERRA
25 TN CARLOS ALVAREZ PEINADO TN GUILLERMO LOPEZ OLIVA
PRODUC FV PRODUC AEROG TOTAL NECESIDAD %
ENERO 245,81 537,58 783,39 4.888,10 16,0264
FEBRERO 298,49 619,99 918,48 4.888,10 18,7901
MARZO 328,33 524,3 852,63 4.888,10 17,4429
ABRIL 398 583,01 981,01 4.888,10 20,0693
MAYO 436,03 535,1 971,13 4.888,10 19,8672
JUNIO 439,94 386,53 826,47 4.888,10 16,9077
JULIO 447,12 303,54 750,66 4.888,10 15,3568
AGOSTO 441,17 380,8 821,97 4.888,10 16,8157
SEPTIEMBRE 388,42 408,34 796,76 4.888,10 16,2999
OCTUBRE 289,36 443,29 732,65 4.888,10 14,9884
NOVIEMBRE 246 597,41 843,41 4.888,10 17,2543
DICIEMBRE 204,23 622,47 826,7 4.888,10 16,9125
Tabla 8.1. Relación entre producción eléctrica y necesidades diarias
La idea original, no se puede llevar a cabo, así que, con este mismo estudio,
derivamos la instalación a una mixta conectada a la REG, en la que se puede
montar una instalación de 266 paneles y 17 generadores, de manera que
reducimos el consumo general de la E.N. de Puntales entre un 15% y un 20,1%,
como se observa en la tabla de arriba.
En principio proponemos instalar los paneles fotovoltaicos en la azotea de la
Residencia “Vapor” / “San Lorenzo del Puntal” que cuenta con una superficie
estimada de 600m2.
Con respecto a los aerogeneradores, la idea es instalarlos en los espacios
disponibles compatibles con el tránsito de personas y vehículos. Nuestra
propuesta es disponerlos en una fila separados unos 30 m hacia el norte de la
Residencia en la que se encuentran el resto de equipos del sistema, siguiendo
la línea de costa, por ser una zona en la que el viento alcanzará los generadores
más “limpio”, redundando en su eficiencia
SUMINISTROS DE ENERGIAS RENOVABLES EN INSTALACIONES EN TIERRA
26 TN CARLOS ALVAREZ PEINADO TN GUILLERMO LOPEZ OLIVA
La colocación de los equipos quedaría como se observa en la vista aérea
siguiente:
Foto 8.1. Foto aérea de la E.N. de Puntales
La instalación estaría compuesta, en términos generales de los siguientes:
Del módulo fotovoltaico ENNOVA MEPV 280W sería necesario instalar 266
unidades, que generarían la siguiente producción (media por meses):
Mes Radiación(kWh/m2/día) Energía
Producida(kWh) Demanda(kWh)
Enero 3,88 245,81 347,63
Febrero 4,71 298,49 347,63
Marzo 5,19 328,33 347,63
Abril 6,29 398 347,63
Mayo 6,89 436,03 347,63
Junio 6,95 439,94 347,63
Julio 7,06 447,12 347,63
Agosto 6,97 441,17 347,63
Septiembre 6,14 388,42 347,63
Octubre 4,57 289,36 347,63
Noviembre 3,89 246 347,63
Diciembre 3,23 204,23 347,63
Tabla 8.1. Tabla de producción de energía de los módulos fotovoltaicos
El coste de cada uno de los elementos es de 237,16 €, con un valor total de
63.084,56 €.
SUMINISTROS DE ENERGIAS RENOVABLES EN INSTALACIONES EN TIERRA
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Con respecto al regulador de carga XANTREX XW-MPPT60-150 sería
necesario instalar 27 unidades, que se distribuyen en 26 reguladores
acoplados a 5 ramas en paralelo de dos módulos fotovoltaicos en serie y 1
regulador acoplado a 3 ramas en paralelo de dos módulos fotovoltaicos.
El coste de cada uno de los elementos es de 665,00 €, con un valor total de:
17.290,00 €.
De los módulos de acumuladores BAE 48V 3080Ah sería necesario instalar
36 unidades, para conseguir una capacidad total de acumulación superior a
los 100.000Ah.
El coste de cada uno de los elementos es de 28.549,51 €, con un valor total
de 1.027.782,36 €.
Para el correcto funcionamiento de esta instalación habría que colocar 19
Inversores SOLENER ISC 8000 48V.
El coste de cada uno de los elementos es de 3.044,00 €, con un valor total de
57.836,00 €.
Con respecto al aerogenerador Bornay 6000 neo sería necesario instalar 17
unidades sobre columnas de soporte de 10 m de altura.
El coste de cada uno de los elementos es de 9.790,00 €, con un valor total de
166.430 €.
A continuación, en la tabla 8.2. se muestra la producción de energía de los
aerogeneradores en KWh, así como su eficiencia media en relación a los
meses del año.
SUMINISTROS DE ENERGIAS RENOVABLES EN INSTALACIONES EN TIERRA
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Mes Velocidad
Media (m/s)
Energía Producida
(kWh)
Energía Prom. Diario (kWh)
Eficiencia Media (%)
Factor de Capacidad
(%)
Enero 7,05 16664,94 537,58 35% 24,6%
Febrero 7,75 17359,78 619,99 29,3% 28,4%
Marzo 7,11 16253,43 524,3 29,3% 24%
Abril 7,35 17490,25 583,01 34% 26,7%
Mayo 7,24 16588,19 535,1 28,1% 24,5%
Junio 6,05 11596,04 386,53 32,9% 17,7%
Julio 5,57 9409,86 303,54 36,2% 13,9%
Agosto 6,02 11804,93 380,8 34,1% 17,4%
Septiembre 6,22 12250,28 408,34 30,5% 18,7%
Octubre 6,53 13742,11 443,29 37,9% 20,3%
Noviembre 7,59 17922,16 597,41 29,6% 27,3%
Diciembre 7,58 19296,49 622,47 33,7% 28,5%
Tabla 8.2. Tabla de producción de energía de los aerogeneradores
Para finalizar, comentar que, debido a las necesidades especiales de las
unidades militares, no se recomienda aislarlas por completo de las conexiones a
la red eléctrica general; si bien, no es menos cierto, que se podría reducir el
consumo de la REG entre un 15% y un 20,1%, reduciendo con ello la huella
medioambiental, como se determina más arriba.
SUMINISTROS DE ENERGIAS RENOVABLES EN INSTALACIONES EN TIERRA
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9.- BIBLIOGRAFIA.
ADRASE (Acceso a Datos De Radiación Solar de España, perteneciente al CIEMAT, centro público de investigación dependiente del Ministerio de Economía y Competitividad).
AEMET (Agencia Estatal de Meteorología).
Agencia Andaluza de la Energía.
Aplicación PVGIS (Sistema de Información Geográfica Fotovoltaica) de la Comisión Europea JRC (Centro Común de Investigación.
Manual de usuario aerogenerador Bornay 6000 neo.
Manual de usuario del módulo de acumuladores BAE 48V 3080Ah.
Manual de usuario del módulo fotovoltaico ENNOVA MEPV 280W.
Manual de usuario del regulador de carga XANTREX XW-MPPT60-15.
Manual de usuario del Inversor SOLENER ISC 8000 48V.
Simulación de Sistemas de Energías Renovables en EcosimPro de la Escuela de Ingenierías Industriales de la Universidad de Valladolid.