HE 5: Contribución fotovoltaica mínima de energía eléctrica

1. HE 5: Contribución fotovoltaica mínima de energía eléctrica “EL AHORRO DE ENERGÍA EN EL NUEVO CÓDIGO TÉCNICO DE EDIFICACIÓN.DOCUMENTO DB-HE: Ahorro de Energía.” Septiembre 2006 Alfonso Aranda

2. ENERGÍA FOTOVOLTAICA • Generalidades. • Procedimiento. • Potencia Pico a instalar. • Pérdidas por orientación, inclinación y sombreamiento • Tablas de Radiación • Tipos de Instalaciones Fotovoltaicas • Instalaciones aisladas de la red • Instalaciones conectadas a red • Descripción de sistemas fotovoltaicos • Diseño de Sistemas Fotovoltaica • Desarrollo Normativo

3. 1. Generalidades • Ámbito de aplicación

4. Generalidades. • La potencia puede disminuirse o suprimirse: • cuando se cubra la producción eléctrica estimada que correspondería a la potencia mínima mediante el aprovechamiento de otras fuentes de energías renovables; b) cuando el emplazamiento no cuente con suficiente acceso al sol por barreras externas al mismo y no se puedan aplicar soluciones alternativas; c) en rehabilitación de edificios, cuando existan limitaciones no subsanables derivadas de la configuración previa del edificio existente o de la normativa urbanística aplicable; d) en edificios de nueva planta, cuando existan limitaciones no subsanables derivadas de la normativa urbanística aplicable que imposibiliten de forma evidente la disposición de la superficie de captación necesaria; e) cuando así lo determine el órgano competente que deba dictaminar en materia de protección histórico-artística.

5. 2. Procedimiento a) Cálculo de la potencia a instalar en función de la zona climática cumpliendo lo establecido en el apartado 2.2; b) Comprobación de que las pérdidas debidas a la orientación e inclinación de las placas y a las sombras sobre ellas no superen los límites establecidos en la tabla 2.2; c) Cumplimiento de las condiciones de cálculo y dimensionado del apartado 3; d) Cumplimiento de las condiciones de mantenimiento del apartado 4.

6. 3. La potencia pico a instalar: • Se calculará mediante la siguiente fórmula: P = C ⋅(A ⋅ S + B) • P la potencia pico a instalar [kWp]; • A y B los coeficientes definidos en función del uso del edificio • C el coeficiente definido en función de la zona climática • S la superficie construida del edificio [m2]

7. 3. La potencia pico a instalar: La potencia pico mínima a instalar será de 6,25 kWp. El inversor tendrá una potencia mínima de 5 kW

8. Zonas climáticas • Las zonas se han definido teniendo en cuenta la Radiación Solar Global media diaria anual sobre superficie horizontal (H), tomando los intervalos que se relacionan para cada una de las zonas.

9. Zonas climáticas

10. 5. TABLAS DE RADIACIÓN • Aprovechamiento de la energía procedente del sol • Arriba: kWh/m2 = HORAS SOLARES PICO • Abajo: nº horas sol

11. 3. La potencia pico a instalar: • Cuando haya distintos usos en el mismo edificio, la potencia pico mínima a instalar será la suma de las potencias picos de cada uso, siempre que resulten positivas. Para que sea obligatoria esta exigencia, la potencia resultante debe ser superior a 6,25 kWp. • Ejemplo: Edificio de dos usos en Zaragoza: Administrativo (3500 m2) y Almacén (9500 m2). • Analizados independientemente no es necesaria la instalación. • Potencia en Administrativo = C x (A x S + B) = 1,3 x (0,001223 x 3500 + 1,36) = 7,33 kWp • Potencia en Almacén = C x (A x S + B) = 1,3 x (0,001406 x 9500 - 7,81) = 7,20 kWp POTENCIA OBLIGATORIA A INSTALAR = 14,53 kWp

12. 4. Pérdidas por sombreamiento, orientación e inclinación • Se deben cumplir los 3 porcentajes límites de pérdidas • Si no se pueda alcanzar la contribución solar mínima anual indicada en las tablas 2.1 , 2.2 y 2.3, cumpliendo los porcentajes de perdidas, se justificará esta imposibilidad, analizando las distintas alternativas de configuración del edificio y de ubicación de la instalación, debiéndose optar por la solución que de lugar a la contribución solar mínima

13. 4.1. Pérdidas por orientación e inclinación • Las pérdidas por orientación e inclinación se calcularán en función de: • Angulo de inclinación: β (0 a 90º) • Angulo de acimut: α (-90ºE a+90ºE) Ej: Latitud = 41º Pérdidas máximas = 10% Orientación = Sur Inclinación = 50-60º Punto de máximo aprovechamiento: α = 0º β = 35º Válido para L=41º

14. 4.2 Pérdidas por sombreamiento • Localización de los principales obstáculos que afectan a la superficie, en términos de sus coordenadas de posición acimut y elevación Válido para Península y Baleares (Para Canarias subir +12º en sentido vertical)

15. 4.2 Pérdidas por sombreamiento Tablas de referencia: • Los números que figuran en cada casilla = porcentaje de irradiación solar global anual que se perdería si la porción correspondiente fuese totalmente interceptada por un obstáculo • Si la ocultación es parcial multiplicar por 0,25, 0,5, 0,75 ó 1

16. EJEMPLO: Superficie de estudio ubicada en Zaragoza, inclinada 30º y orientada 10º al Sudeste. En la figura vemos el perfil de obstáculos

17. EJEMPLO:

18. EJEMPLO: Pérdidas por orientación e inclinación: 2% Pérdidas totales: 2% + 6% = 8% Cumple especificaciones técnicas

19. DISTANCIA ENTRE FILAS:

20. 5. TABLAS DE RADIACIÓN Inclinación óptima instalación aislada: Latitud +10º Inclinación óptima conectada a red: Latitud -10º. (En Zaragoza unos 35º) Horas solares pico Totales: 1580 (mapa radiación) Horas solares pico Totales: 1580 x 92%=1453 horas

21. 6. TIPOS DE INSTALACIONES FOTOVOLTAICA • INSTALACIONES AISLADAS • INSTALACIONES DE CONEXIÓN A RED

22. ESQUEMA INSTALACION AISLADA

23. ESQUEMA INSTALACION CONECTADA A RED

24. Tudela 1,02 MW Menorca 42 kW

25. FV en edificación

27. Tudela

28. 6. TIPOS DE INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS 2 Coste: 6–7 euros / Watio pico

29. REPARTO DE COSTES SEGÚN POTENCIA INSTALADA

31. 8. DESCRIPCIÓN DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS El sistema fotovoltaico es el conjunto de elementos que son capaces de realizar el suministro de electricidad para cubrir las necesidades planteadas a partir de la energía procedente del sol. • COMPONENTES BÁSICOS •  Subsistema de generación: Células solares y Placas fotovoltaicas. • Subsistema de acondicionamiento de potencia • Subsistema de acumulación: Baterías eléctricas. • Subsistema de regulación: Regulador.

32. SUBSISTEMA DE GENERACIÓNEFICIENCIA Rendimiento de la célula solar = energía eléctrica/energía solar

33. SUBSISTEMA DE GENERACIÓNTIPOS DE CÉLULAS Silicio monocristalino. Todos los átomos están perfectamente ordenados. En el proceso de cristalización los átomos se disponen en el mismo orden. Presentan un color azulado oscuro y con un cierto brillo metálico. Eficiencia, 15%

34. SUBSISTEMA DE GENERACIÓNTIPOS DE CÉLULAS Silicio policristalino. Las direcciones de alineación van cambiando cada cierto tiempo durante el proceso de deposición. Eficiencia, 12%

35. SUBSISTEMA DE GENERACIÓNTIPOS DE CÉLULAS Silicio amorfo. No existe estructura cristalina ordenada, y el silicio se ha depositado sobre un soporte transparente en forma de una capa fina. Presentan un color marrón y gris oscuro. Eficiencia, 6%

36. INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS CONECTADAS A LA RED. Componentes. INVERSOR Dispositivo electrónico de potencia cuya función básica es transformar la corriente continua en corriente alterna. Son distintos si se utilizan para instalaciones aisladas o si son conectadas a red. A veces se le denomina convertidor CC-CA (también DC-AC, del inglés: direct current, alternating current)

37. INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS CONECTADAS A LA RED. Componentes. INVERSORES DE CONEXIÓN A RED Esquema unifilar de una instalación fotovoltaica de conexión a red según la Resolución de la Dirección General de Planificación energética y Minas, BOE nº 148/2001, donde se especifica la ubicación del inversor

38. DISEÑO DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO • El diseño y cálculos justificativos de la instalación fotovoltaica debe incorporarse al proyecto general del edificio, como cualquier otra instalación del mismo (ascensores, redes contra incendios...) • Al igual que el resto de las instalaciones del edificio, deberá ser legalizada por el órgano competente de la comunidad autónoma. • Con el objeto de factura la energía producida, se tendrá que realizar la inscripción en el registro de instalaciones productoras en régimen especial y tramitar el punto de conexión con la empresa distribuidora.

39. 7. Desarrollo normativo Orden de 14 Julio de 2004. (BOA 14 de Julio 2004). Sobre el procedimiento administrativo aplicable a las instalaciones de energía solar fotovoltaica conectadas a la red eléctrica. Orden de 7 Noviembre de 2005 (BOA 7 diciembre 2005). Normas complementarias para la tramitación y la conexión de determinadas instalaciones generadoras de energía eléctrica en régimen especial. R.D. 1663/2000 de 29 septiembre (BOE 30 septiembre 2000) Sobre conexión de instalaciones fotovoltaicas a la red de baja tensión R.D. 436/2004 de 12 marzo (BOE 27 marzo 2004), por el que se establece la metodología para la actualización y sistematización del régimen jurídico y económico de la actividad de produción de energía eléctrica en régimen especial

40. 7. Desarrollo normativo Circular 3/2005 de 13 octubre de la CNE (BOE 10 diciembre 2005), sobre petición de información de inversiones, costes, ingresos y otros parámetros de las instalaciones de producción de electricidad en Régimen Especial. Resolución de 31 mayo de 2001 de la D.G. Política Energética y Minas (BOE 21 junio 2001), por la que se establecen modelo de contrato fijo y modelo de factura para instalaciones solares fotovoltaicas conectadas a la red de baja tensión. R.D. 842/2002. Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión.

41. 7. Desarrollo normativo Real Decreto 436/2004 TMR año 2006: 7,6588 c€/kWh Incremento del 4,48% sobre el año 2005

42. EJEMPLO: Potencia Pico a Instalar: 14,53 kWp (mínimo) Potencia Inversor: 12 kW (aprox). Se aceptan pérdidas de un 10-20% para trabajar en punto de máxima potencia Generación de energía: 12 kW x 1453 horas = 17436 kWh Ingresos conectando a red = 17436 kWh x 44,0381 c€/kWh = 7678 € Ahorros instalación aislada = 17436 kWh x 0,088 c€/kWh = 1534 € Costes aproximados instalación = 94500 € Costes aproximados de mantenimiento = 0.03 €/kWh Pay Back simple: 12 años (aprox)