El autoconsumo eléctrico permite a cualquier persona o empresa producir y
consumir su propia electricidad instalando en su hogar, local o comunidad de
vecinos paneles solares fotovoltaicos u otros sistemas de generación
renovable.
Primero veamos los tipos de autoconsumo que existen para posteriormente ver
un ejemplo de cálculo.
Pero antes de seguir, queremos recomendarte este fantástico libro con el podrás calcular y diseñar todo tipo de instalaciones fotovoltaicas, así como aprender el funcionamiento de todos los componentes que las forman:
Las Instalaciones Fotovoltaicas de
Autoconsumo
Las instalaciones fotovoltaicas de autoconsumo son aquellas que están
conectadas a la red eléctrica, pero cuya energía generada es para el consumo
de la instalación con el fin de rebajar el importe de la factura eléctrica.
El consumidor utiliza la energía procedente de la instalación de autoconsumo
cuando la necesita, pudiendo comprar energía de la red en los momentos en
que esta energía no sea suficiente para satisfacer su consumo eléctrico.
En caso contrario, cuando no se consume la totalidad de la energía procedente de la instalación
fotovoltaica de autoconsumo ésta puede inyectarse a la red o no.
Según esto último, tenemos 2 tipos de autoconsumo:
-
Autoconsumo Sin Excedentes: No se paga por la energía
producida y que no se consume.
Disponen de un sistema antivertido tal que impida la inyección de energía
eléctrica excedentaria a la red de transporte o de distribución.
-
Autoconsumo Con Excedentes: Se puede optar de forma
voluntaria al sistema de compensación de excedentes, por el que la energía
no autoconsumida se compensa en parte con la energía que se tenga que
adquirir a la red.
Se puede inyectar a la red
los excedentes de energía producida, por la que se recibe una compensación
en el coste de la factura eléctrica del siguiente mes.
Las instalaciones con excedentes pueden ser:
-
Con Excedentes Acogidas a compensación: El excedente de
energía puede inyectarse a la red y, en cada periodo de facturación (máximo
un mes), la factura emitida por la comercializadora compensará el coste de
la energía comprada a la red con la energía excedentaria vertida a la red
valorada al precio medio del mercado horario menos el coste de los desvíos
(para consumidores PVPC) o al precio acordado con la comercializadora,
aplicándose posteriormente los beneficios a los que puedan acogerse (bono
social) y los peajes e impuestos que procedan.
-
Con Excedentes No Acogidas a Compensación: Pertenecerán a
esta modalidad todos los autoconsumos con excedentes que no cumplan con
alguno de los requisitos para pertenecer a la modalidad anterior, o que
voluntariamente opten por no acogerse a ella.
En este caso, los excedentes se venderán en el mercado eléctrico.
En ningún caso el resultado podrá ser negativo.
Dentro de cada modalidad de autoconsumo, el
autoconsumo
podrá clasificarse en
individual, si solo existe un
consumidor asociado a la instalación o instalaciones de producción,
o colectivo, si se trata de varios consumidores asociados a la
instalación o instalaciones de producción próximas.
Además, para acogerse a cualquier modalidad de autoconsumo, es necesario que
el consumidor o consumidores asociados
dispongan de un contrato de
suministro de electricidad.
Componentes de una Instalación de Autoconsumo
Para constituir una instalación fotovoltaica y que opere de manera correcta
y segura necesitamos los siguientes componentes:
-
Módulos o Paneles Solares Fotovoltaicos: son los
dispositivos que convierten la energía solar en energía eléctrica.
Se componen de placas formadas por semiconductores que proporcionan una
corriente eléctrica gracias al
efecto fotoeléctrico con el fin de proporcionar energía a una carga.
Para saber más:
Paneles Solares
El total de paneles solares formarán nuestro "
Generador Fotovoltaico".
-
Inversores o convertidores: Convierten la energía
generada por los paneles fotovoltaicos en corriente continua (cc) en
corriente alterna (ca)
Los módulos fotovoltaicos siempre generan en corriente continua (DC) ya que
proporcionan una corriente más o menos constante sin fluctuaciones.
Para poder verter energía a la red eléctrica son necesarias unas condiciones
de operación que establece la compañía eléctrica, que son la inyección de
energía a una frecuencia establecida (50 Hz ± 5%) y corriente alterna (AC),
que presenta ciertas ventajas respecto a la corriente continua para ser
distribuida y transportada por la red eléctrica.
Gracias al inversor se convierte esa corriente continua a corriente alterna
con las condiciones requeridas para conectar a la red.
-
Equipos de medida y telemedida: son los encargados de
contabilizar la energía producida y vertida a la red además de mantener la
estabilidad del sistema eléctrico.
Todos los contadores que instalan en la actualidad son bidireccionales, es
decir, son capaces de medir la energía en ambos sentidos.
-
Cableado: para asegurar la circulación eléctrica entre
los diferentes equipos y tramos son necesarias conducciones que permitan el
paso de la corriente de electrones.
-
Protecciones: Cualquier instalación eléctrica debe operar
bajo unas condiciones para garantizar la seguridad de los equipos y las
personas.
Esto se consigue gracias a dispositivos de protección que protegen frente a
sobrecorrientes, sobreintensidades y fallos eléctricos.
-
Red eléctrica: es el encargado de la distribución y
transporte de energía eléctrica a todos los puntos que la demandan.
Ejemplo de cálculo de Instalación de Autoconsumo
En estos caso solo tendremos placas solares y el inversor o inversores
necesarios.
Los cálculos de estos 2 componentes serían igual que en las de las
instalaciones aisladas, que ya vimos en otra página.
Descripción de la instalación:
Se va a desarrollar con el fin de generar energía eléctrica y poder
suministrarla a la red eléctrica, al objeto de obtener unos ingresos extras
con la venta de la producción rentabilizando así la instalación.
La ocupación de la superficie disponible se hará de forma eficiente y
optimizando los costes.
El emplazamiento seleccionado es el tejado de una vivienda unifamiliar en la
localidad de Arroyomolinos, en la zona suroeste de la Comunidad de Madrid.
Latitud: 40° 15'
Se situará sobre el tejado de la vivienda que tiene dos aguas con una
inclinación de 30° cada una y solo se aprovechará la zona orientada hacia el
suroeste para optimizar el diseño y los costes, por lo que se utilizará una
estructura soporte de acero galvanizado.
La superficie de cada agua del tejado mide 10m x 4m.
El módulo fotovoltaico elegido es del fabricante Canadian solar, modelo
CS6P- 260M.
Se trata de un panel fotovoltaico de 260 W de tecnología monocristalina,
cuyas
características son:
Medidas de cada módulo (1638x982x40mm)
Máxima potencia nominal (Pmax) 260W
Voltaje en el punto de máx. potencia (Vmp) 30.7V
Corriente en el punto de máx. potencia (Imp) 8.48A
Voltaje circuito abierto (Voc) 37.8V
Corriente de cortocircuito (Isc) 8.99A
Eficiencia del módulo 16.16%
Temperatura de operación. -40º+851
Voltaje máximo del sistema 1000V (IEC) /600V (UL)
Número máximo de fusible en serie 15A
Clasificación de aplicación/ Tolerancia de potencia Clase A/ 0 ~ +5W
Orientación e Inclinación de los Paneles
El ángulo azimut de nuestra instalación se encontrará orientado hacia el
sureste con una angulación de 30°, ya
que corresponde con la orientación del tejado y así se podrá optimizar el
espacio a ocupar teniendo en cuenta que se reducirá el rendimiento de forma
poco acusada.
La siguiente fórmula expresa la
inclinación óptima para
conseguir la mayor radiación solar anual posible sobre un panel fotovoltaico
estático (sin movimiento) y conectada a red.
Con esa expresión se obtiene el ángulo de inclinación que permite maximizar
la producción de energía anual.
βóptima
= 3,7 + 0,69 x 40,15 =
31,4º
Sabiendo que el tejado tiene una inclinación de
30° se aprovechará la caída de este, por
encontrarse muy cercana al valor óptimo, abaratando así costes de
instalación, al permitir una colocación y una estructura muy sencillas.
Como el tejado tiene una inclinación de 30°, ésta se utilizará para colocar
una única estructura de montaje y todos los paneles se situarán de forma
continua evitando así las sombras.
En otros caso podríamos tener que calcular la distancia mínima entre
paneles.
Puedes ver cómo se hace aquí:
Distancia Mínima entre Paneles
Si tuvieramos una orientación e inclinación diferentes, igual tendríamos que
ver las:
Pérdidas Fotovoltaicas.
Número de Módulos Fotovoltaicos
Tenemos 2 posibilidades:
- Maximizar el número de módulos que puedan entrar en nuestro tejado.
- Calcular el número de módulos necesarios para producir la energía
necesaria para nuestro consumo.
Nosotros primero vamos a calcular el número máximo de paneles.
Sabiendo que se dispone de sólo 40 m2 de superficie útil, para realizar una
disposición óptima de los recursos aprovechando mejor la disponibilidad de
la luz solar, sólo se utilizará una de las aguas del tejado, ya que la otra
está orientada hacia el noroeste y no resultaría rentable instalar en la
misma panel alguno.
El tejado mide 10m x 4m.
10 / 1,64 = 6
4 / 0,98 = 4
Sabiendo que las medidas de cada módulo 1638 x982 x 40mm, Podría alcanzar
una ocupación de hasta 24 paneles en base a las medidas de cada módulo
Potencia Total del Generador fotovoltaico = 24 x 260w = 6.240w =
6,2Kw
Nota:
En la actualidad, un sistema de 3 kW puede cubrir la mayoría de las
necesidades de iluminación y consumo eléctrico de un hogar de cuatro
miembros y una superficie de setenta metros cuadrados.
Ahora podemos hacer una estimación de la energía media generada por meses
mediante las Horas de Sol Pico.
Para saber cómo se calcula HSP visita:
Horas de Sol Pico
Vamos a
Herramienta PVGis y tenemos que para la latitud de la instalación de
50,15º y una inclinación de 30º nos sale la siguiente gráfica:
Por ejemplo, el pero mes es enero, con una irradiación media mensual de
104,82 Kwh/m2, quiere decir que las HSP diaria sería:
104,82 / 31 = 3,38 HSP
La producción por panel de energía diaria en el mes de enero sería:
Ep = Pm x HSP x 0,9
Donde 0, 9 es el rendimiento de los paneles.
En nuestro caso:
Ep = 260w x 3,38 x 0,9 = 791,22wh
En el mes entero de enero sería:
Ep = 260w x 105,82 x 0,9 = 24.527wh
Y el total de producida por nuestro generador sería:
Energía Total del Generador en Enero = 24.527 x 24 módulos = 588.660 wh =
588,66Kwh al mes en enero.
Esto sería la producida el pero mes, para el resto se haría lo mismo.
Si quisiéramos poner los paneles necesarios para nuestro consumo,
lo primero seria hacer una estimación de lo que consumimos mediante las facturas eléctricas.
Imagina que tenemos un consumo de la vivienda de 5.000kWh/año
Energía total generador año= Pmax x Número de Paneles x HSP al año
Número de Paneles = Energía Total Necesaria del Generador / (Pmáxima x HSP
año)
Las HSP al año serían la cantidad que saldría de sumar las irradiaciones de
cada mes.
Imagina que sale
1.600HSP al año
Entonces:
Número de paneles = 5.000kWh/año/ 260 x 0,9 = 20,9 paneles
Nuestra instalación estará más optimizada con 24 paneles,
así podremos
utilizar la energía generada y tener una compensación por la energía en
excedente.
Cada panel generará una energía al año de:
Ep = 260 x HSP año x 0,9 = 260 x 1.600 x 0,9 =
374. 400wh
Conexión de los Paneles
Tenemos muchas posibilidades de conexión.
Vamos a conectar 12 paneles en serie, con lo que tendríamos 2
subinstalaciones, que deberemos unirlas en paralelo.
Quedaría como el siguiente esquema:
La tensión máxima potencia es de 37,8V, lo que quiere decir paneles están
diseñados para trabajar de forma independiente a 24V.
Pero nosotros colocamos 12paneles en serie y según esta configuración de la instalación:
- Tensión del sistema = La suma de las tensiones de cada uno de los paneles
en serie.
V máxima = 12 x 30,7 = 368,4V
V del sistema = 12 x 24V = 288V
La intensidad máxima del generador sería la que nos darían las Icc ramas en
paralelo, en nuestro caso 2.
I máxima del sistema = 8,48A x 2 = 16,96A
Inversores
Necesitaremos 2 inversores, uno para cada subsistema del generador, con las
siguientes características:
Potencia del inversor = Pgenerador/2 = 6. 240w / 2 = 3.120w
Tensión máxima de entrada mayor de 453V
Todos los paneles que van a un inversor (12) están todos en serie, por lo
que:
Intensidad de entrada mayor de 8,48A
Sección Cables
La instalación se dividirá en tres tramos bien diferenciados:
- La zona del generador fotovoltaico, en la que el cableado conectará unos
paneles con
otros.
Se trata de un tramo de corriente continua.
Los propios paneles vienen con los conectores necesarios para hacer
la conexión entre ellos.
No es necesario el cálculo de la sección de los cables.
- La zona de entrada al inversor, donde irán los dos strings procedentes de
la conexión de todos los paneles.
Será de corriente continua, y alcanzará valores de aprox 400 V.
Se trata de un tramo de corriente continua.
- La zona de salida del inversor, donde
saldrá la corriente alterna
hacia la parte de acometida, donde se hará el conexionado a la red
de media tensión de la compañía eléctrica.
Este tramo es en corriente alterna monofásica, debido a que el inversor
transforma la energía en esas condiciones y la compañía eléctrica permite
ese tipo de conexión.
La fórmula que utilizaremos será:
Tramo string al inversor
Antes de la conexión al inversor se interpondrá un equipo de protección con
el que se conseguirá aislar al inversor de posibles problemas eléctricos.
Se debe tener en cuenta que el cable va y vuelve de los paneles, ya que se
necesita una conexión positiva y una conexión negativa para cerrar el
circuito
La longitud del conductor (L) es la comprendida entre el punto más alejado
de la caja de conexión hasta ésta, y se estima aproximadamente en 25 m.
La corriente máxima que circulará por los conductores (Icc) se corresponde
con la corriente de cortocircuito de cada ramal, siendo ésta de 8,99 A.
La
caída de tensión máxima permitida que se podría producir en el
circuito es de 1,5%, según el Pliego de Condiciones Técnicas del
IDAE.
La tensión en la que debe basarse este circuito es la correspondiente al
punto de máxima potencia que es de 30,7 V por cada módulo, por lo que para
cada ramal es de 368,4 V.
Así pues, la caída de tensión máxima permitida será de 5,52 V, que es el
1,5% de 368,4V
Utilizaremos cable de cobre, PVC aislante y como es corriente continua el
coseno de fi será 1..
Sección = ( 2 x 25 x 8,48 ) /( 48 x 5,52) = 424 / 264,96 = 1,6mm2
La sección comercializada que se adapta a esta sección es la siguiente
inmediatamente superior que es de
2,5 mm2.
Tramo Inversores a la Acometida
La longitud del conductor (L) es la comprendida entre el inversor y la
conexión a la acometida de la red eléctrica, que se estima aproximadamente
de 150 m.
La corriente máxima que circulará por los conductores (Icc) se corresponde
con la corriente de cortocircuito de cada ramal, siendo esta de 8,99 A.
- La caída de tensión máxima permitida que se podría producir en el circuito
es de 2 % según el Pliego de Condiciones Técnicas del IDEA para líneas de
alterna.
La tensión en alterna en la que se debe basar este tipo de circuito es de
240 V.
Por lo que la caída de tensión máxima permitida será de 4,8V.
Utilizaremos cables de cobre y PVC aislante.
Sección = (2 x 150 x 8,48) / (48 x 4,8) = 2544 / 230,4 = 11mm2
La sección comercializada que se adapta a esta sección es la siguiente
inmediatamente superior que es de
16 mm2.
Amortizacion
La amortización en una instalación en autoconsumo estaría
entre seis y diez años, ya que depende tanto de la potencia
instalada como del uso que se haga de la energía.
Por lo que, tras la amortización de la inversión inicial, el
ahorro en la factura eléctrica es muy notable.
Además, existen líneas de ayuda y beneficios fiscales que ayudan a amortizar aún más rápido la instalación, y sistemas de financiación que evitan tener que desembolsar la inversión inicial de golpe.
Si quieres aprender todos los componentes de una instalación fotovoltaica, su cálculo y diseño te recomendamos el siguiente fantástico libro:
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