AUTOCONSUMO FOTOVOLTAICO

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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