Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics

Titulació: Enginyeria Industrial Alumne: Francesc Morell Blasi Títol PFC: Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Director del PFC: Santiago Bogarra Rodríguez Convocatòria de lliurament del PFC: Primavera 2015 Contingut d’aquest volum: Memòria Annexos Estat d’amidaments Pressupost Plec de Condicions Plànols Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Índex General 1 Índex General Memòria 1. Introducció 2. Objectiu 3. Antecedents 4. Finalitat 5. Abast 6. Especificacions bàsiques 7. Propostes de millora 8. Viabilitat econòmica 9. Impacte ambiental 10. Planificació del projecte 11. Ampliacions futures 12. Conclusions 13. Bibliografia Annexos 1. Càlculs 2. Taules i gràfics 3. Catàlegs Estat d’Amidaments 1. Substitució per motors d’alta eficiència 2. Instal·lació fotovoltaica 3. Instal·lació de posada a terra 4. Instal·lació i posada en marxa 5. Enginyeria Pressupost 1. Substitució per motors d’alta eficiència 2. Instal·lació fotovoltaica 3. Instal·lació de posada a terra 4. Instal·lació i posada en marxa 5. Enginyeria 6. Resum Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Índex General 2 Plec de condicions 1. Introducció 2. Disposicions generals 3. Condicions tècniques 4. Disposicions generals Plànols Memòria Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 4 Índex 1. Introducció 2. Objectiu 3. Antecedents 4. Finalitat 5. Abast 6. Especificacions bàsiques 6.1. Diagnòstic de la situació actual 6.1.1. Introducció 6.1.2. Dades de l’empresa 6.1.2.1. Emplaçament 6.1.2.2. Breu descripció de l’activitat 6.1.2.3. Instal·lació d’aire comprimit 6.1.2.4. Funcionament del conjunt de compressors actual 6.1.2.5. Demanda d’aire comprimit 6.2. Identificació del problema 6.2.1. Consum mitjà de la instal·lació d’aire comprimit en la industria 6.2.2. Consum anual de la instal·lació d’aire comprimit de la planta 7. Propostes de millora 7.1. Motors d’alta eficiència 7.1.1. Motors amb classe d’eficiència IE2 7.1.2. Motors amb classe d’eficiència IE3 7.1.3. Motors amb classe d’eficiència IE4 7.1.4. Altres tecnologies – Motors imants permanents 7.1.5. Breu anàlisis dels resultats 7.2. Instal·lació fotovoltaica 7.2.1. Introducció a l’energia solar 7.2.2. Instal·lació solar fotovoltaica aïllada 7.2.3. Elements d’una instal·lació fotovoltaica 7.2.4. Descripció de la instal·lació 7.2.5. Funcionament 7.2.6. Disseny 7.2.6.1. Cobertura utilitzada 7.2.6.2. Dimensionat del generador fotovoltaic i de l’inversor 7.2.6.3. Anàlisis previs per a la selecció de l’inversor 7.2.6.4. Elements principals de la instal·lació 7.2.6.5. Cablejat 7.2.6.6. Canalitzacions 7.2.6.7. Proteccions 7.2.6.8. Connexió de la posada a terra de la instal·lació 7.2.6.9. Dimensionat de l’estructura i suport Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 5 7.2.7. Simulació del sistema fotovoltaic 7.2.8. Breu anàlisis dels resultats 8. Viabilitat econòmica 8.1. Inversió 8.2. Previsió d’estalvi econòmic 8.3. Previsió de les despeses 8.4. Paràmetres d’estudi 8.5. Resultats 8.5.1. Estalvi econòmic de l’explotació 8.5.2. Cost econòmic de l’explotació 8.5.3. Balanç final 9. Impacte ambiental 9.1. Afectació mediambiental a la fase de fabricació dels panells fotovoltaics 9.2. Afectació mediambiental a la fase constructiva de la instal·lació 9.3. Afectació mediambiental a la fase de l’explotació 9.3.1. Afectació al clima 9.3.2. Afectació al cicle de l’aigua 9.3.3. Afectació a la geologia 9.3.4. Afectació a la flora i fauna 9.3.5. Reciclatge de la instal·lació 9.3.6. Estalvi d’emissions contaminants a l’atmosfera 10. Planificació del projecte 11. Ampliacions futures 12. Conclusions 13. Bibliografia Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 6 1. Introducció El projecte que es duu a terme es titula “Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics”. El present document es redacta a petició de l'empresa DULCEGAN, ubicada en el terme municipal de Gandia, per tal de realitzar un estudi en la instal·lació de l’aire comprimit i així reduir-ne el consum energètic. Per a l'elaboració del projecte s'han aplicat principalment els coneixements adquirits durant la carrera, especialment en assignatures com Fonaments d’Enginyeria Elèctrica, Teoria de circuits i sistemes, Electrotècnia, Tecnologia Energètica y Projectes I. Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 7 2. Objectiu El present projecte té com a objectiu estudiar i millorar la instal·lació d’aire comprimit de l’empresa DULCEGAN per tal de reduir-ne el consum energètic, analitzant les possibles solucions i seleccionant la més rentable econòmicament, tenint en compte el cost d’instal·lació, manteniment i l’estalvi aportat amb la reducció del consum. Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 8 3. Antecedents Les instal·lacions d’aire comprimit, són instal·lacions molt corrents en la industria. Són presents en molts sectors diferents i el seu consum energètic pot arribar a ser molt important, representant fins al 50% del consum total d’una empresa. Aquest fet, juntament a l’increment constant del cost de l’electricitat, fa que any rere any les empreses es plantegin millores per reduir-ne el consum. Actualment, les solucions que sovint s’adopten per la millora de l’eficiència energètica d’aquest tipus d’instal·lacions són, entre altres, la revisió de fugues o la introducció de convertidors de freqüència per al control dels motors dels compressors. Aquest tipus de solucions són bastant corrents, fins hi tot DULCEGAN des de fa uns anys ja hi ha implantat un compressor amb convertidor de freqüència i periòdicament fa revisió de la instal·lació per controlar les fugues d’aire. Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 15 nominal motor 𝐛𝐚𝐫 𝐩𝐬𝐢 𝐤𝐖 𝐡𝐩 𝐥/𝐬 𝐦𝟑/𝐦𝐢𝐧 𝐜𝐟𝐦 Atlas Copco G 200 – 7,5 7,5 109 200 270 592 35,5 1.254 Taula 5: Característiques tècniques compressor nº 5. 7 Compressor nº 6 Ingersoll-Rand SSR ML90: Potència: 90 kW. Capacitat màxima: 16,7 m3/min (~ a 7 bares) Model Pressió Màxima Potència nominal motor Capacitat 𝐛𝐚𝐫 𝐩𝐬𝐢 𝐤𝐖 𝐡𝐩 𝐥/𝐬 𝐦𝟑/𝐦𝐢𝐧 𝐜𝐟𝐦 Ingersoll-Rand SSR ML90 7,5 109 90 125 278 16,7 590 Taula 6: Característiques tècniques compressor nº 6. 8 6.1.2.4. Funcionament del conjunt de compressors actual En el procés de producció de DULCEGAN, hi ha necessitat constantment d’aire comprimit. Aquest, com s’ha explicat anteriorment, és utilitzat entre altres aplicacions per al transport de les matèries primes en la fase de mescla i l’accionament de tots els pistons pneumàtics de la planta. Per satisfer aquesta necessitat es disposa del parc de compresos nombrats anteriorment, els quals estan governats per un autòmat. Mitjançant una consigna de pressió i una simultaneïtat de funcionament en funció del requeriment d’aire, el parc de compressors està preparat per aportar la quantitat d’aire requerit pel procés productiu. Per tal d’adaptar la producció d’aire comprimit exactament a la necessitat, es disposa d’un compressor d’aire governat per un convertidor de freqüència que permet regular la producció d’aire a la necessitat amb bastanta exactitud. Amb aquest tipus de regulació, s’obté un consum inferior que el que s’obtindria en una regulació mecànica, per exemple amb una vàlvula d’estrangulament. Aquest compressor és el número 5 i és el que està en constant funcionament, ja que és el que està capacitat per adaptar la producció d’aire a la necessitat amb gran exactitud. La resta de compressors (compressors 1, 2, 3, 4 i 6) entren en funcionament a mesura que la demanda d’aire creix i es necessita una major simultaneïtat de compressors per satisfer aquesta demanda. A mesura que aquesta decreix, els compressors es van aturant. Així, el funcionament d’aquests és en funcionament 7 Font: Atlas Copco. 8 Font: Ingersoll-Rand Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 16 o aturats, aportant quan estan en funcionament el 100% d’aire que poden produir. Com ja s’ha comentat anteriorment, el compressor número 6, actualment només entra en funcionament quan hi ha un dels altres compressors aturat per averia o manteniment. Per tal d’aconseguir una distribució homogènia en les hores treball dels compressors, aquests tenen una simultaneïtat de treball diferent a l’estiu de l’hivern. Això permet reduir els costos de manteniment. L’ordre d’accionament dels compressors en funció de la demanda d’aire, es pot veure la Taula 7 a continuació: Estiu Hivern 5 5 5+3 5+4 5+2 5+1 5+2+3 5+1+4 5+2+1 5+1+2 5+2+1+4 5+1+2+4 5+2+1+4+3 5+1+2+4+3 Taula 7: Simultaneïtat de funcionament dels compressors. 9 Segons dades facilitades, les hores de funcionament de cadascun dels compressors durant l’any 2013, son les següents: Compressor h/any 1 5.209 2 4.269 3 3.052 4 4.674 5 7.091 6 0 Taula 8: Hores de funcionament l’any per compressor. 10 6.1.2.5. Demanda d’aire comprimit 9 Font: DULCEGAN 10 Font: DULCEGAN Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 17 La demanda d’aire comprimit a l’empresa és al llarg de les 24 hores al dia pràcticament els 365 dies l’any, ja que s’està en contínua producció tot el temps. Aquesta necessitat és variable en funció de molts paràmetres diferents. No obstant, una part important del total de la demanda sol ser bastant constant. Això es deu a que les màquines que tenen un major consum d’aire comprimit, bàsicament les que l’utilitzen el transport de la matèria primera per fer les mescles, tenen un funcionament durant les 24 hores al dia. A continuació, veure Gràfic 1, es representa una gràfica aproximada del consum, en kWh, de la instal·lació d’aire comprimit al llarg del dia. Més informació del gràfic en l’annex de taules i gràfics. Gràfic 1: Demanda d’aire comprimit al llarg d’un dia. 11 6.2. Identificació del problema El problema que s’estudia en el present projecte es troba en la instal·lació d’aire comprimit de l’empresa i en el seu elevat consum. La necessitat d’aire comprimit en el procés productiu és de gran importància i pràcticament les 24 hores al dia els 365 dies l’any. Això fa que el nivell de consum energètic anual sigui molt elevat, amb el conseqüent cost econòmic que representa. Si a aquest aspecte s’hi afegeix que en els últims anys el cost de la electricitat ha augmentat considerablement, s’obté que el cost de fabricació dels productes anualment creixi amb l’augment del cost de l’electricitat, veure Figura 3. 11 Font: DULCEGAN 0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00 600,00 700,00 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Potència Hora Demanda d'aire al llarg d'un dia Consum (KWh) Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 18 Figura 3: Evolució preu mitjà de l’electricitat a espanya. 12 Per tot això, és important reduir el consum d’electricitat; i la instal·lació d’aire comprimit, com es veurà a continuació, hi té un pes molt important. 6.2.1. Consum mitjà de la instal·lació d’aire comprimit en la industria La necessitat d’aire comprimit en la industria és avui molt important i aquesta és present pràcticament en tots els sectors. El pes que té el consum dels motors dels compressors la producció de l’aire comprimit en el consum total dels motors d’una industria és força important. Aquest representa aproximadament un 18% de mitjana en la industria. No obstant, es fàcil veure que hi ha sectors o industries en les que el pes que representarà aquesta instal·lació serà molt superior a aquest percentatge o molt inferior. A continuació, Figura 4, es pot veure el consum elèctric mitja dels motors per aplicació, en el sector de la industria. 12 Font: Eurostat Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 19 Figura 4: Repartiment dels consums elèctric en els motors de la industria per aplicació. 13 6.2.2. Consum anual de la instal·lació d’aire comprimit de la planta Actualment la instal·lació d’aire comprimit de la planta representa un 30% del consum total en electricitat. El consum exacte en kWh, dades referents als motors elèctrics dels compressors d’aire en l’últim any que es tenen, el 2013, és de 3.082.124 kWh/any. Si es considera que el cost mig del kWh es de 0,12 €/kWh, s’obté que el cost anual de la producció d’aire comprimit, referent al consum dels motors dels compressors, és de 369.854,88 €. Veure resultats en la Taula 9. Més informació de la taula en l’annex de taules i gràfics. Consum (kWh) Cost (€) Compressor 1 759.875 91.185,03 € Compressor 2 622.751 74.730,06 € Compressor 3 208.907 25.068,83 € Compressor 4 476.837 57.220,49 € Compressor 5 1.013.754 121.650,46 € Total 3.082.124 369.854,88 € Taula 9: Resultats de consums en kWh i cost en € dels compressors d’aire comprimit. 14 A continuació es detallen les dades per a cadascun dels compressors tenint en compte el tipus de funcionament de cadascun, les hores de treball i la potència consumida en cada instant. Com es pot veure en la Taula 10, el compressor numero 5 al funcionar amb convertidor de freqüència es detalla el consum i el % de treball en cada punt del rang de velocitats possible que pot tenir aquest en funció dels requeriments d’aire a produir. Més informació de la taula en l’annex 13 Font: Emerson Industrial Automation 14 Font: DULCEGAN Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 20 de taules i gràfics, on s’hi explica les dades de partida, els passos seguits i les formules utilitzades. Compressor 5 Hores anuals de funcionament: 7.091 hores. Potència útil màxima requerida: 182 kW. Potència nominal: 200kW. Regulació per convertidor de freqüència motor asíncron Velocitat (rpm) Pu (kW) Pabs (kW) Treball Treball (h) Consum (kWh) η conjunt motor - convertidor Pf/Pu 3.000 182,00 198,71 11% 780 154.995,72 0,916 1 2.700 163,80 179,62 20% 1.418 254.735,18 0,912 0,9 2.400 145,60 160,53 15% 1.064 170.744,98 0,907 0,8 2.100 127,40 141,44 14% 993 140.409,33 0,901 0,7 1.800 109,20 122,34 15% 1.064 130.132,15 0,893 0,6 1.500 91,00 103,25 13% 922 95.182,31 0,881 0,5 1.200 72,80 84,16 9% 638 53.711,60 0,865 0,4 900,0 54,60 65,07 3% 213 13.842,58 0,839 0,3 600,0 36,40 45,98 0% 0 0,00 0,792 0,2 300,0 18,20 26,89 0% 0 0,00 0,677 0,1 Total - - 100% 7.091 1.013.753,8 5 - - Taula 10: Consum en kWh del compressor nº 5. 15 Consums dels compressors accionats directament de xarxa amb funcionament tot o res, veure Taula 11, Taula 12, Taula 13 i Taula 14. Més informació de les taules en l’annex de taules i gràfics, on s’hi explica les dades de partida, els passos seguits i les formules utilitzades. Compressor 1 Hores anuals de funcionament: 5.209 hores. Potència útil màxima requerida: 138 kW. Potència nominal: 160kW. 15 Font: DULCEGAN i Emerson Industrial Automation Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 21 Regulació Tot o Res Estat Pu (kW) Pabs (kW) Treball Treball (h) Consum (kWh) η motor Pf/Pu Càrrega 138 145,88 100% 5.209 759.875,26 0,946 1 Total - - 100% 5.209 759.875,26 - - Taula 11: Consum en kWh del compressor nº 1. 16 Compressor 2 Hores anuals de funcionament: 4.269 hores. Potència útil màxima requerida: 138 kW. Potència nominal: 160kW. Regulació Tot o Res Estat Pu (kW) Pabs (kW) Treball Treball (h) Consum (kWh) η motor Pf/Pu Càrrega 138 145,88 100% 4.269 622.750,53 0,946 1 Total - - 100% 4.269 622.750,53 - - Taula 12: Consum en kWh del compressor nº 2. Font: DULCEGAN i Emerson Industrial Automation. 17 Compressor 3 Hores anuals de funcionament: 3.052 hores. Potència útil màxima requerida: 64 kW. Potència nominal: 75kW. Regulació Tot o Res Estat Pu (kW) Pabs (kW) Treball Treball (h) Consum (kWh) η motor Pf/Pu Càrrega 64 68,45 100% 3.052 208.906,95 0,935 1 Total - - 100% 3.052 208.906,95 - - Taula 13: Consum en kWh del compressor nº 3. 18 16 Font: DULCEGAN i Emerson Industrial Automation 17 Font: DULCEGAN i Emerson Industrial Automation 18 Font: DULCEGAN i Emerson Industrial Automation Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 22 Compressor 4 Hores anuals de funcionament: 4.674 hores. Potència útil màxima requerida: 96 kW. Potència nominal: 110kW. Regulació Tot o Res Estat Pu (kW) Pabs (kW) Treball Treball (h) Consum (kWh) η motor Pf/Pu Càrrega 96 102,02 100% 4.674 476.837,41 0,941 1 Total - - 100% 4.674 476.837,41 - - Taula 14: Consum en kWh del compressor nº 4. 19 19 Font: DULCEGAN i Emerson Industrial Automation Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 23 7. Propostes de millora 7.1. Motors d’alta eficiència El primer aspecte a tenir en compte a l’hora de millorar la instal·lació d’aire comprimit i el seu consum, es analitzar el grau d’eficiència que tenen els motors que accionen els compressors i quin estalvi en el consum aporta si es millora l’eficiència d’aquests. Primerament, s’ha de tenir present que a partir de gener de 2009, van entrar en funcionament les primeres normes que regulen el rendiment dels motors elèctrics trifàsics asíncrons. Es crea la IEC 60034-2-1, la qual defineix el mètode per determinar el rendiment dels motors elèctrics, i la IEC/EN 60034-30:2008, la qual defineix 3 tipus d’eficiència: IE1, IE2 i IE3, per a potències compreses entre 0,75kW fins a 375kW, de 2P, 4P i 6P. A partir d’aquestes normes es crea el reglament europeu EC640/2009, el qual es d’obligat compliment i que sovint és més restrictiu que les normes. A sota, veure Gràfic 2, nivell de rendiment per considerar un motor grau d’eficiència IE1, IE2, IE3 o IE4. Aquest últim nivell d’eficiència (IE4), apareix per primer cop en la revisió de la norma IEC 60034-2-1:2014. Més informació del gràfic en l’annex de taules i gràfics. Gràfic 2: Nivell d’eficiència motors de 4 pols. 20 Són d’obligat compliment d’aquest reglament, en el seu àmbit d’aplicació, tots aquells motors elèctrics trifàsics, amb tensió nominal fins a 1.000V, d’una velocitat, de 2, 4 i 6 pols, potencies entre 0.75kW i 375kW, en servei S1 i que siguin fabricats a partir de la data de posada en funcionament del mencionat 20 Font: IEC 60034-2-1:2014. 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1 Rendiment Potència Eficiència motors 4 pols IE1 IE2 IE3 IE4 Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 24 reglament. Aquest reglament no aplica sobre motors amb servei intermitent, motors fre, motors Atex, motors submergits i motors projectats per funcionar: per sobre de 4.000 m s.n.m.; a temperatura ambient inferior a -30ºC (0ºC per a motors refrigerats per aigua) o superior a 60ºC. Des de l’entrada en vigor del reglament europeu EC640/2009, hi ha previstes 3 fases, la primera la que va ser aplicada des del 16 de juny de 2011, on tots els motors elèctrics havien de complir el nivell d’eficiència IE2. La segona fase, aplicada des de l’1 de gener de 2015, on els motors elèctrics des de 7,5kW fins a 375kW, que funcionin connectats directament a la xarxa elèctrica han de complir el nivell d’eficiència IE3 i els que funcionin amb convertidor de freqüència IE2. Finalment, l’ultima fase està prevista la seva aplicació a partir del l’1 de gener de 2017, on els motors elèctrics des de 0,75kW fins a 375kW, que funcionin connectats directament a la xarxa elèctrica han de complir el nivell d’eficiència IE3 i els que funcionin amb convertidor de freqüència IE2. D’altra banda, si s’analitza detalladament on hi ha més influencia a nivell econòmic d’un motor durant un període de 10 anys, és fàcil veure que la major influència és el cost que genera el consum elèctric. Es evident que, com més hores anuals estigui en funcionament un motor, el pes que representa econòmicament el consum elèctric és major. Si es divideix en tres parts els costos que genera un motor durant 10 anys de vida, podem separar aquests en 3 parts, adquisició, manteniment i consum elèctric. Normalment, el consum elèctric d’un motor representa més del 95% del cost total durant 10 anys de vida, contemplant l’adquisició i el manteniment, veure a continuació Gràfic 3. Més informació del gràfic en l’annex de taules i gràfics. Gràfic 3: Cost d'adquisició, manteniment i d'explotació d'un motor elèctric durant 10 anys. 95% 2% 3% Cost d'adquisició, manteniment i d'explotació d'un motor elèctric Consum elèctric Adquisició Manteniment Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 31 Solució Compressor 1 Compressor 2 Compressor 3 Consum (kWh) Estalvi vs Actual (%) Estalvi vs Actual (€) Consum (kWh) Estalvi vs Actual (%) Estalvi vs Actual (€) Consum (kWh) Estalvi vs Actual (%) Estalvi vs Actual (€) Actual 759.875 - - 622.751 - - 208.907 - - IE3 751.927 1,05% 953,82 € 616.236 1,05% 781,70 € 206.478 1,16% 291,50 € Taula 22: Comparativa motor IE3 amb actual del compressors nº1, 2 i 3. Solució Compressor 4 Compressor 5 Consum (kWh) Estalvi vs Actual (%) Estalvi vs Actual (€) Consum (kWh) Estalvi vs Actual (%) Estalvi vs Actual (€) Actual 476.837 - - 1.013.754 - - IE3 471.823 1,05% 601,69 € 1.000.566 1,30% 1.582,55 € Taula 23: Comparativa motor IE3 amb actual del compressors nº4 i 5. 7.1.3. Motors amb classe d’eficiència IE4 Seguidament, s’analitza la implantació de motors d’eficiència classe IE4. En aquest cas tots els motors compleixen amb el reglament europeu i per tant no existeix limitació per la seva instal·lació. Veure Taula 24, Taula 25, Taula 26, Taula 27 i Taula 28. Més informació de les taules en l’annex de taules i gràfics. Compressor 5 Hores anuals de funcionament: 7.091 hores. Potència útil màxima requerida: 182 kW; Potència nominal: 200kW. Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 32 Regulació per convertidor de freqüència motor asíncron Velocitat (rpm) Pu (kW) Pabs (kW) Treball Treball (h) Consum (kWh) η conjunt motor - convertidor Pf/Pu 3.000 182,00 193,78 11% 780 151.152,10 0,939 1 2.700 163,80 175,09 20% 1418 248.319,26 0,935 0,9 2.400 145,60 156,41 15% 1064 166.362,40 0,931 0,8 2.100 127,40 137,72 14% 993 136.719,66 0,925 0,7 1.800 109,20 119,03 15% 1064 126.608,30 0,917 0,6 1.500 91,00 100,34 13% 922 92.500,41 0,907 0,5 1.200 72,80 81,66 9% 638 52.112,52 0,892 0,4 900,0 54,60 62,97 3% 213 13.395,43 0,867 0,3 600,0 36,40 44,28 0% 0 0,00 0,822 0,2 300,0 18,20 25,59 0% 0 0,00 0,711 0,1 Total - - 100% 7.091,00 987.170,06 - - Taula 24: Anàlisis compressor nº 5 amb motor elèctric d’eficiència classe IE4. Compressor 1 Hores anuals de funcionament: 5.209 hores. Potència útil màxima requerida: 138 kW; Potència nominal: 160kW. Regulació Tot o Res Estat Pu (kW) Pabs (kW) Treball Treball (h) Consum (kWh) η motor Pf/Pu Càrrega 138 142,12 100% 5209 740.311,02 0,971 1 Total - - 100% 5.209 740.311,02 - - Taula 25: Anàlisis compressor nº 1 amb motor elèctric d’eficiència classe IE4. Compressor 2 Hores anuals de funcionament: 4.269 hores. Potència útil màxima requerida: 138 kW; Potència nominal: 160kW. Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 33 Regulació Tot o Res Estat Pu (kW) Pabs (kW) Treball Treball (h) Consum (kWh) η motor Pf/Pu Càrrega 138 142,12 100% 4269 606.716,79 0,971 1 Total - - 100% 4.269 606.716,79 - - Taula 26: Anàlisis compressor nº 2 amb motor elèctric d’eficiència classe IE4. Compressor 3 Hores anuals de funcionament: 3.052 hores. Potència útil màxima requerida: 64 kW; Potència nominal: 75kW. Regulació Tot o Res Estat Pu (kW) Pabs (kW) Treball Treball (h) Consum (kWh) η motor Pf/Pu Càrrega 64 66,46 100% 3052 202.832,81 0,963 1 Total - - 100% 3.052 202.832,81 - - Taula 27: Anàlisis compressor nº 3 amb motor elèctric d’eficiència classe IE4. Compressor 4 Hores anuals de funcionament: 4.674 hores. Potència útil màxima requerida: 96 kW; Potència nominal: 110kW. Regulació Tot o Res Estat Pu (kW) Pabs (kW) Treball Treball (h) Consum (kWh) η motor Pf/Pu Càrrega 96 99,69 100% 4674 465.943,93 0,963 1 Total - - 100% 4.674 465.943,93 - - Taula 28: Anàlisis compressor nº 4 amb motor elèctric d’eficiència classe IE4. A continuació, es compara els resultats obtinguts amb el funcionament amb motor IE4 amb el funcionament actual. Veure Taula 29 i Taula 30. Més informació de les taules en l’annex de taules i gràfics. Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 34 Solució Compressor 1 Compressor 2 Compressor 3 Consum (kWh) Estalvi vs Actual (%) Estalvi vs Actual (€) Consum (kWh) Estalvi vs Actual (%) Estalvi vs Actual (€) Consum (kWh) Estalvi vs Actual (%) Estalvi vs Actual (€) Actual 759.875 - - 622.751 - - 208.907 - - IE4 740.311 2,57% 2.347,71 € 606.717 2,57% 1.924,05 € 202.833 2,91% 728,90 € Taula 29: Comparativa motor IE4 amb actual del compressors nº1, 2 i 3. Solució Compressor 4 Compressor 5 Consum (kWh) Estalvi vs Actual (%) Estalvi vs Actual (€) Consum (kWh) Estalvi vs Actual (%) Estalvi vs Actual (€) Actual 476.837 - - 1.013.754 - - IE4 465.944 2,28% 1.307,22 € 987.170 2,62% 3.190,05 € Taula 30: Comparativa motor IE4 amb actual del compressors nº4 i 5. 7.1.4. Altres tecnologies – Motors Imants permanents Actualment, a banda dels motors elèctrics asíncrons convencionals amb les diferents classes d’eficiència, es pot trobar altres tecnologies a nivell de motors elèctrics i que aporten avantatges, fonamentalment a nivell de rendiment. Aquestes noves tecnologies són diferents pels principals fabricants de motors. No obstant, la línia que segueixen aquests per fer front a l’exigència dels elevats nivells de rendiment que s’han d’adquirir, són els motors síncrons. Els motors síncrons són cada cop més habituals en aplicacions on hi ha consums importants. Això es degut a la capacitat que tenen aquests de reduir els costos derivats del consum elèctric, gràcies als elevats nivells de rendiment que aquests tenen. Els motors síncrons tenen un major rendiment i també un major precisió de la velocitat que els motors de inducció; en canvi, en comparació amb aquests, la seva construcció és més complexa. La construcció més simple del motor asíncron fa que sigui més econòmic donada un una determinada potència de sortida. La tecnologia emprada sol ser mitjançant imants permanents ubicats en el rotor, el que permet tenir una excitació constant d’aquest durant tot el cicle de vida del motor. Addicionalment dels avantatges que aporta a nivell de rendiment aquest tipus de solució, la utilització d’imants et permet reduir considerablement els costos de manteniment, que les tradicionals escombretes que exciten els motors síncrons, en aquest cas no hi son presents. Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 35 Aquest tipus de motors síncrons d’imants permanents ha de funcionar amb convertidor de freqüència, ja que és necessari el control de la posició dels imants en tot moment. Llavors, a més de la millora de rendiment que aporten aquest tipus de motors, també aporten els avantatges del convertidor de freqüència, és a dir ajustar-se a la necessitat utilitzant la menor potència possible. A continuació, veure Gràfic 5, s’observa el rendiment dels motors elèctrics a potència nominal. Els motors asíncrons presenten un rendiment de motor alimentat directament de la xarxa elèctrica, en canvi el motor d’imants permanents el rendiment que presenta es alimentat per convertidor de freqüència, ja que no es possible el seu funcionament sense aquest. Més informació del gràfic en l’annex de taules i gràfics. Gràfic 5: Comparativa rendiments motors a potencia nominal. 24 Un altre avantatge d’aquest tipus de motors síncrons d’imants permanents és el bon comportament que tenen al funcionar amb convertidor de freqüència, ja que són capaços de mantenir el rendiment pràcticament constant durant una gran part de tot el rang de treball. En canvi com s’ha vist anteriorment els motors asíncrons, aquests perden el nivell de rendiment com més lluny treballen de la velocitat nominal. A continuació, veure Gràfic 6 es mostra el rendiment dels motors elèctrics alimentats per convertidor de freqüència a diferents velocitats de treball. Més informació del gràfic en l’annex de taules i gràfics. 24 Font: Emerson Industrial Automation. 0,8 0,82 0,84 0,86 0,88 0,9 0,92 0,94 0,96 0,98 3 5,5 11 18,5 30 45 75 110 160 250 355 Rendiment Potència Eficiència motors 4 pols IE1 IE2 IE3 IE4 Imants Permanents Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 36 Gràfic 6: Comparativa rendiment motor elèctric alimentat per convertidor de freqüència. 25 Com ja s’ha fet en els anteriors apartats, a continuació s’analitza el funcionament del compressor d’aire accionat mitjançant motors síncrons d’imants permanents alimentats amb convertidor de freqüència. No obstant s’analitzarà únicament per al compressor número 5, ja que la resta no funcionen amb convertidor de freqüència. Veure Taula 31. Més informació de la taula en l’annex de taules i gràfics. Compressor 5 Hores anuals de funcionament: 7.091 hores. Potència útil màxima requerida: 182 kW; Potència nominal: 200kW. 25 Font: Emerson Industrial Automation. 0,700 0,800 0,900 1,000 3000 2700 2400 2100 1800 1500 1200 900 600 300 Rendiment Velocitat (rpm) Compartiva rendiments motor elèctric alimentat amb convertidor de freqüència η motor IE1 + VV η motor IE2 + VV η motor IE3 + VV η motor IE4 + VV η motor imants + VV Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 37 Regulació per convertidor de freqüència motor asíncron Velocitat (rpm) Pu (kW) Pabs (kW) Treball Treball (h) Consum (kWh) η conjunt motor - convertidor Pf/Pu 3.000 182,00 190,38 11% 780 148.497,18 0,956 1 2.700 163,80 171,29 20% 1418 242.930,56 0,956 0,9 2.400 145,60 152,25 15% 1064 161.941,36 0,956 0,8 2.100 127,40 133,25 14% 993 132.278,04 0,956 0,7 1.800 109,20 114,28 15% 1064 121.553,26 0,956 0,6 1.500 91,00 95,35 13% 922 87.898,82 0,954 0,5 1.200 72,80 76,46 9% 638 48.799,11 0,952 0,4 900,0 54,60 57,62 3% 213 12.256,73 0,948 0,3 600,0 36,40 38,81 0% 0 0,00 0,938 0,2 300,0 18,20 20,04 0% 0 0,00 0,908 0,1 Total - - 100% 7.091,00 956.155,07 - - Taula 31: Anàlisis compressor nº 5 amb motor elèctric síncron d’imants permanents. A continuació, es compara els resultats obtinguts amb el funcionament amb motor síncrons d’imants permanents amb el funcionament actual. Veure Taula 32. Més informació de la taula en l’annex de taules i gràfics. Solució Compressor 1 Consum (kWh) Estalvi vs Actual (%) Estalvi vs Actual (€) Actual 759.875 - - Imants permanents 956.155 5,68% 6.911,85 € Taula 32: Comparativa motor síncron d’imants permanents amb actual del compressors nº5. 7.1.5. Breu anàlisis dels resultats Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 38 Si és fa un resum amb totes les dades obtingudes en els apartats anteriors, on s’ha analitzat el canvi de motors per introduir-ne d’alta eficiència, serà més fàcil veure si es rentable instal·lar motors de major eficiència que l’actual. En cas de ser rentable, aquest permetrà veure amb facilitat quin nivell d’eficiència es més rentable instal·lar. Aquests són presentats en la Taula 33. Més informació de la taula en l’annex de taules i gràfics. Més endavant, en l’apartat de viabilitat econòmica de les propostes, s’analitza més en profunditat l’opció seleccionada. En aquest apartat el que es busca és descartar les opcions menys viables. Posant atenció als resultats presentats a la Taula 33, si s’analitza primer els compressors connectats directament a xarxa, es a dir compressors nº 1, 2, 3 i 4, es pot observar que entre instal·lar-hi motors amb nivell d’eficiència IE3 o IE4, totes dues opcions podrien ser vàlides, ja que aporten un estalvi respecte el consum actual i l’amortització en un temps raonable. No obstant, els motors d’eficiència IE4 comparats amb els motors IE3, tot i tenir un cost d’adquisició més gran, aporten un major estalvi energètic i també s’amortitzen en la meitat d’anys aproximadament. Finalment, si s’analitza el compressor nº 5, es pot observar que l’opció que s’amortitza en menys temps és la d’instal·lar-hi motors IE4. No obstant, és pràcticament el mateix temps que triga en amortitzar-se si la instal·lació d’aquest compressor es fa amb un motor síncron d’imants permanents. Observant ara l’estalvi energètic que aporta cada classe de motor, es veu que el motor d’imants permanents aporta més del doble d’estalvi que l’estalvi del motor amb classe d’eficiència IE4. Resumint, les opcions seleccionades son la instal·lació de motors amb nivell d’eficiència IE4 per als compressors nº 1, 2, 3 i 4. Per al compressor nº 5 la opció seleccionada serà el motor d’imants permanents. Solució Actual IE2 IE3 IE4 Imants Permanents Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 39 Compressor 1 (160kW) Cost adquisició (€) - - 7.755,49 10.071,58 - Amortització (Anys) - - 8,13 4,29 - Consum (kWh/any) 759.875 - 751.927 740.311 - Estalvi vs Actual (%) - - 1,05% 2,57% - Estalvi vs Actual (€/any) - - 953,82 2.347,71 - Compressor 2 (160kW) Cost adquisició (€) - - 7.755,49 10.071,58 - Amortització (Anys) - - 9,92 5,23 - Consum (kWh) 622.751 - 616.236 606.717 - Estalvi vs Actual (%) - - 1,05% 2,57% - Estalvi vs Actual (€) - - 781,70 1.924,05 - Compressor 3 (75kW) Cost adquisició (€) - - 3.710,00 4.689,53 - Amortització (Anys) - - 12,73 6,43 - Consum (kWh) 208.907 - 206.478 202.833 - Estalvi vs Actual (%) - - 1,16% 2,91% - Estalvi vs Actual (€) - - 291,50 728,90 - Compressor 4 (110kW) Cost adquisició (€) - - 5.455,35 6.606,07 - Amortització (Anys) - - 9,07 5,05 - Consum (kWh) 476.837 - 471.823 465.944 - Estalvi vs Actual (%) - - 1,05% 2,28% - Estalvi vs Actual (€) - - 601,69 1.307,22 - Compressor 5 (200kW) Cost adquisició (€) - 7.485,03 9.467,92 12.861,60 28.202,31 Amortització (Anys) - 7,86 5,98 4,03 4,08 Consum (kWh) 1.013.754 1.005.815 1.000.566 987.170 956.155 Estalvi vs Actual (%) - 0,78% 1,30% 2,62% 5,68% Estalvi vs Actual (€) - 952,61 1.582,55 3.190,05 6.911,85 Taula 33: Comparativa econòmica dels diferents motors analitzats per la millora de la instal·lació d’aire comprimit. Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 40 7.2. Instal·lació fotovoltaica 7.2.1. Introducció a l’energia solar L’energia és la mesura que s’utilitza per determinar la capacitat d’un sistema per proporcionar treball a través de mitjans mecànics o calor a través de mitjans no mecànics. El Sol és un recurs energètic molt potent. La Terra rep la radiació emesa pel Sol, i l’ésser humà és capaç de transformar aquesta energia en forma de llum en altres tipus d’energia. S’estima que el sol porta brillant uns 5 milions d’anys i que encara no ha arribat a la meitat de la seva existència. Per tant, l’energia solar està garantida pels propers 6.000 milions d’anys aproximadament. L’energia solar és una font de vida i l’origen de les altres formes d’energia que s’han utilitzat al llarg de l’historia. I pot satisfer les nostres necessitats si s’aprèn a utilitzar de forma racional tota la llum que contínuament arriba a la superfície de la terra. És una font d’energia inesgotable, per la seva magnitud i perquè no hi ha forma de vida sense ella. Durant aquest present any, el sol projectarà sobre la terra molta més energia de la que consumirem. Per tant, no seria racional no aprofitar-la, per tots els medis tècnicament possibles, aquesta font d’energia gratuïta, neta i inesgotable. A més, pot lliurar-nos de la dependència del petroli i d’altres energies poc segures i contaminants com la nuclear. És adient senyalar que existeixen alguns problemes que hem de fer front i superar. Sense entrar a valorar els interessos que puguin existir per beneficiar la utilització d’un tipus d’energia en concret, si s’ha de tenir en compte la continua variació més o menys brusca que aquesta energia té; així com la menor irradiació que hi ha a l’hivern, precisament quan més energia necessitem. És de vital importància continuar amb el desenvolupament de la tecnologia de captació, acumulació i distribució de l’energia solar, per tal d’aconseguir les condicions que la facin competitiva a escala mundial. 7.2.2. Instal·lació solar fotovoltaica aïllada Degut a les necessitats i requeriments de l’aplicació, la instal·lació serà alimentada independentment de la xarxa elèctrica. Aquest tipus d’instal·lacions fan possible la electrificació de manera autònoma, aprofitant únicament l’energia del sol, en aquells casos que no arriba la xarxa elèctrica o en què connectar-s’hi no és viable tècnicament o econòmicament. Per al disseny d’aquest tipus d’instal·lació és necessari estimar quina és la necessitat per tal de calcular el generador mínim requerit i adequar la grandesa del generador en funció d’aquesta. Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 47 Taula 35: Característiques tècniques inversor. 27 La resta de característiques tècniques de l’inversor es troben en l’apartat dels annexes d’aquest projecte. Convertidor de freqüència S’instal·larà un convertidor de freqüència de la marca Leroy Somer i model Powerdrive MD2S-100T-O, de potència nominal 90kW. La funció d’aquest serà adaptar la velocitat del motor a la potència rebuda del generador fotovoltaic. Això serà possible amb la targeta SM Application amb el software corresponent incorporat per tal de fer aquesta acció. Aquest programa és disseny del fabricant. Les característiques tècniques del convertidor, veure Taula 36: Potència 90 kW Intensitat 175 A Intensitat màxima durant 60 segons 200 A Tensió 400 V Taula 36: Característiques tècniques convertidor de freqüència. 28 La resta de característiques tècniques del convertidor de freqüència es troben en l’apartat dels annexes d’aquest projecte. 7.2.6.5. Cablejat Corrent continu Per a l’elecció dels cables a utilitzar en la part de corrent continu (CC) es seguirà l’establert en les especificacions d’AENOR EA 0038 i en el Plec de Condicions tècniques per a Instal·lacions fotovoltaiques aïllades de IDAE. La especificació EA 0038 descriu el cablejat a utilitzar tant en la connexió entre mòduls fotovoltaics i la caixa de proteccions de CC i d’aquesta fins als inversors. El cablejat entre mòduls es farà mitjançant els cables del mateix mòdul fotovoltaic. Els cables de la part de corrent continu seran cables dissenyats per a condicions severes i de llarga durada (superior als 25 anys de vida útil), adequats per equips d’aïllament classe II, resistents a temperatures extremes (entre -40ºC i +90ºC), resistents a la intempèrie i dissenyats per a una temperatura màxima del conductor de 120ºC. Seran d’alta seguretat, és a dir, no propagaran la flama ni el foc, així com seran de baixa emissió de fums i gasos corrosius. Els conductors seran de coure i tindran la secció adequada per evitar caigudes de tensió i escalfaments elevats. Concretament, per a qualsevol condició de treball, els conductors hauran de tenir una secció suficient per evitar una caiguda 27 Font: INGETEAM 28 Font: Leroy Somer Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 48 de tensió superior al 1,5% en tota la part de corrent continu de la nostra instal·lació. Els cables hauran d’indicar el fabricant o marca comercial, la designació del cable, la secció del mateix, la tensió assignada i les dos últimes xifres de l’any de fabricació. La gravació serà llegible i complir amb les especificacions dels apartats 3.2, 3.3 i 3.4 de la part 1 de la Norma UNE 21.027. La tensió assignada pels cables serà de 1,8 kV de CC. Els cables utilitzats seran de General Cable, en concret els denominats Exzhellent Solar i Energy RV-K Foc. Així els tipus utilitzats seran: - Connexió des dels mòduls a les caixes de connexions de CC: o Cable ZZ-F de 1,8 kV de CC o Conductor de coure estanyat Classe 5 per a servei mòbil (-F) o Aïllament amb elastòmer termostable lliure d’halògens (Z) o Coberta amb elastòmer termostable lliure d’halògens (Z) o Normes: TÜV 2 Pfg 1169/08.2007 i UTE C 32-502 o Secció nominal utilitzada: 4 mm2 o Muntatge: Superficial sobre estructura solar i safata tipus reixa. - Connexió des de les caixes de connexions de CC fins als inversors: o Cable RV-K de 1,8 kV de CC o Conductor de coure estanyat Classe 5 per a servei mòbil (-K) o Aïllament amb Polietilè reticulat (XLPE) (R) o Coberta de Policlorur de vinil (PVC) (V) o Normes: UNE 21123-2, IEC 60502-1, UNE-EN 60332-1-2 i IEC 60332-1-2. o Secció nominal utilitzada: 4 mm2 i 6 mm2 o Muntatge: Safata tipus reixa. Els codis de colors a utilitzar seran els següents: - Pol positiu: Vermell - Pol negatiu: Negre - Cables de protecció: Groc-Verd Més detall de les característiques tècniques dels cables de CC en l’annex de fitxes tècniques. Corrent altern Per la selecció del cable en la part de corrent alterna (CA) es seguirà l’indicat a la ITC-BT-19 i 20 del REBT. La caiguda de tensió màxima queda estipulada en la ITC-BT-40 punt 5, és a dir, la caiguda de tensió no serà superior al 1,5%, per la intensitat nominal. El cablejat de la part de corrent alterna anirà des de la sortida de l’inversor fins al quadre de sortida i d’aquest fins al convertidor de freqüència. Muntat sobre safata tipus reixa. Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 49 Els cables seran dissenyats per tal de resistir les temperatures extremes (entre - 40ºC i +90ºC). Seran d’alta seguretat, es a dir, no propagaran la flama ni el foc, així com seran de baixa emissió de fums i gasos corrosius. Els cables utilitzats seran de General Cable, en concret els denominats Energy RV-K Foc. Així els tipus utilitzats seran: o Cable RV-K de 0,6/1 kV de CA o Conductor de coure estanyat Classe 5 per a servei mòbil (-K) o Aïllament amb Polietilè reticulat (XLPE) (R) o Coberta de Policlorur de vinil (PVC) (V) o Normes: UNE 21123-2, IEC 60502-1, UNE-EN 60332-1-2 i IEC 60332-1-2. o Secció nominal utilitzada: 10 mm2 i 95 mm2 o Muntatge: Safata tipus reixa. Més detall de les característiques tècniques dels cables de CA en l’annex de fitxes tècniques. 7.2.6.6. Canalitzacions Corrent continu Per l’elecció de les canalitzacions de la part de corrent continu es seguirà l’indicat en les especificacions de AENOR EA 0038. En aquesta part diferenciarem dos tipus: A) Interconnexió entre mòduls fotovoltaics En aquest cas els conductors es disposaran fixats directament sobre l’estructura portant. Com que els conductors utilitzats són de doble aïllament, s’instal·laran aprofitant l’interior dels perfils metàl·lics de l’estructura, evitant en la mesura del possible la seva exposició al sol i el pas per arestes tallants. Es tindrà en compte les següents prescripcions de muntatge i execució: - Fixació a l’estructura mitjançant brides o similar. - Punts de fixació successius cada 0,4 metres de cable. - El radi de corba no serà inferior a 10 cops el diàmetre extern del cable. B) Connexió branques – caixa de connexions de CC - Inversors El cablejat d’aquests trams de corrent continu estaran preparats per la utilització a la intempèrie, d’acord a la norma UNE 21.123, i s’instal·larà sobre safata porta-cables. Les safates seran tipus reixa sense tapa de la marca Schneider Electric i model Mesh Trays. Aquesta safata complirà amb els requisits exigits per la norma UNE-EN-61.537. Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 50 Les safates Mesh Trays son metàl·liques de varetes electrosoldades, amb cantonades de seguretat, per evitar el malmès del cablejat o danys a l’instal·lador. Amb aquest tipus de safates s’obté la màxima ventilació i neteja del cablejat, proporcionant resistència al sistema de canalitzacions. Amb l’objectiu de que els sistema de canalitzacions compleixi amb la norma UNE-EN-61.537, respecte a la resistència a la corrosió, s’haurà d’utilitzar safates del tipus galvanitzat en calent. Aquest tipus d’acabat és òptim per la instal·lació a l’exterior amb condicions agressives o humides. Les dimensiones de les canalitzacions a utilitzar seran les següents, veure Taula 37: Tram Tipus de safata Dimensions Branques – Caixa de connexions Mesh Trays 25 x 50 mm Caixa de connexions – Inversors Mesh Trays 25 x 100 mm Taula 37: Canalitzacions corrent continu. 29 En tot moment s’han de respectar les capacitats de càrrega d’acord a l’indicat pel fabricant i conforme a la norma UNE-EN-61.537, així com les recomanacions del mateix en la utilització de suports, corbes i accessoris. Corrent altern Per l’elecció de les canalitzacions de la part de corrent altern es seguirà l’indicat en el REBT ITC BT-20 i 21. Segons la taula 1 de la ITC-BT-20, veure Taula 38, i al disposar de conductors de tipus unipolar amb coberta es podrà utilitzar safates suport. Per tant safates iguals a les utilitzades en la part de corrent continu, es a dir, del tipus reixa sense tapa de la marca Schneider Electric i model Mesh Trays. En muntatge superficial tal com indica la taula 2 de la ITC-BT-20, veure Taula 39. 29 Font: Schneider Electric Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 51 Taula 38: Elecció de les canalitzacions. 30 Taula 39: Situació de les canalitzacions. 31 Les dimensions de les canalitzacions a utilitzar seran les següents, veure Taula 40: Tram Tipus de safata Dimensions Inversor – Caixa de sortida - Convertidor Mesh Trays 25 x 150 mm Taula 40: Canalitzacions corrent alterna. 32 7.2.6.7. Proteccions La instal·lació incorporarà tots els elements de seguretat i característiques necessàries per garantir en tot moment la qualitat del subministrament elèctric, de forma que es compleixin amb el Reglament Electrotècnic de Baixa Tensió. S’inclouran tots els elements necessaris per la seguretat i proteccions pròpies de les persones i de la instal·lació fotovoltaica, assegurant la protecció davant contactes directes i indirectes, curtcircuits, sobrecarregues, així com altres elements i proteccions que resultin de l’aplicació de la legislació vigent. En particular, s’utilitzarà en la part de corrent continu de la instal·lació, protecció de classe II o aïllament equivalent quan es tracti d’un emplaçament accessible. Els materials situats a la intempèrie tindran almenys un grau de protecció IP 65. 30 Font: REBT 31 Font: REBT 32 Font: Schneider Electric Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 52 Els fusibles utilitzats en la part de corrent continu seran els denominats fusibles de fusió lenta, els gPV, principalment utilitzats en instal·lacions fotovoltaiques. La seva funció serà la de protegir el cablejat, l’inversor, etc. La instal·lació ha de permetre la desconnexió i seccionament de l’inversor, tant en la part de corrent continu com en la de corrent altern, per tal de facilitar les tasques de manteniment. La instal·lació es protegirà col·locant un interruptor diferencial i un interruptor automàtic en la línia general que va de l’inversor a la carrega Proteccions davant contactes directes La protecció contra els contactes directes està detallada en la ITC-BT-24 i està garantida per uns índex de protecció dels equips adequats i per la correcta instal·lació i muntatge dels mateixos, la qual permetrà assegurar la protecció de les persones i els animals contra els xocs elèctrics davant un contacte directe. Per evitar qualsevol contacte directe, s’han de prendre les següents mesures: - Aïllament de les parts actives. - Inaccessibilitat a la zona dels generadors fotovoltaics a persones no autoritzades mitjançant tancaments apropiats i cartells d’avís. - Als armaris i quadres elèctrics sols es podrà accedir mitjançant claus o eines especifiques, que només estaran a disposició del personal autoritzat. En cada element existiran elements de protecció específics, tals com: - Mòduls fotovoltaics: bornes de connexió a l’interior de les caixes, amb la tapa cargolada i amb premsaestopes a l’entrada de cables, connexió entre mòduls mitjançant connectors ràpids amb protecció als contactes. - Caixa de connexió amb doble aïllament en el camp dels panells: bornes a l’interior de la caixa amb tapa cargolada. - Sala de màquines: accessibilitat amb clau, disponible únicament per al personal autoritzat. - Inversors: Bornes de connexió interior. - Gran part de la instal·lació estarà protegida mitjançant tub. - Instal·lació barrada per evitar l’accés de persones no autoritzades. Proteccions davant contactes indirectes Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 53 La protecció contra els contactes indirectes està detallada en la ITC-BT-24. Consistirà en la connexió a terra dels elements metàl·lics de la instal·lació que normalment no estan en tensió però que podrien estar-ho en cas d’averia, així com el tall automàtic de l’alimentació després d’un error. En la zona de corrent continu tenim les següents proteccions: - Caixes de connexions de doble aïllament. - Detector de fallades d’aïllament amb parada de l’inversor. - Red de connexió a terra. - Estructura de suport dels mòduls fotovoltaics, el quadre de proteccions de CC i carcasses dels inversors connectats a terra. En la zona de corrent altern tenim les següents proteccions: - Red de connexió a terra. - Estructura del quadre de proteccions de CA i del quadre de sortida connectats a terra. - Instal·lació de un interruptor diferencial general de la instal·lació amb sensibilitat de 30 mA. Protecció contra sobrecarregues i curtcircuits El límit d’intensitat de corrent continu admissible en un conductor ha de quedar en tot cas garantit pel dispositiu de protecció utilitzat. Aquest podrà estar constituït per un interruptor automàtic de tall omnipolar amb corba tèrmica de tall, o per curtcircuits fusibles calibrats de característiques de funcionament adequades. A l’origen de tot circuit s’instal·la un dispositiu de protecció contra curtcircuits, amb capacitat de tall d’acord amb la intensitat de curtcircuit que pugui presentarse en el punt de connexió. S’admeten com a dispositius de protecció contra curtcircuits els fusibles calibrats amb característiques de funcionament adequades, així com també els interruptors automàtics amb sistema de tall omnipolar. La intensitat màxima nominal dels interruptors automàtics i fusibles s’escollirà de la forma que compleixi la següent expressió: IB≤IN≤IZ On, IB Intensitat nominal de la càrrega IN Intensitat nominal del dispositiu de protecció IZ Màxima intensitat admesa pel cable Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 54 Complint amb la primera desigualtat, s’assegura que en condicions normals no circuli a través del dispositiu una intensitat superior a la nominal. Amb la segona s’assegura la protecció del cable davant les sobreintensitats. Per tant, en la instal·lació es disposarà de les següents proteccions: Part de corrent continu - Fusibles: S’instal·laran dos fusibles cilíndrics i ceràmics per ramal, un per al pol positiu i un altre per al pol negatiu, amb la finalitat de protegir el circuit davant de sobrecarregues i curtcircuits. Es connectaran en sèrie a la sortida dels ramals, a la corresponent caixa de connexions. Els fusibles a utilitzar seran del tipus gPV. Els fusibles seleccionats són de la marca DF model gPV 10x38 amb valor nominal de 10 A – 1000 V, amb poder de tall de 30 kA - Interruptor de corrent continu: Per tal d’independitzar cada un dels subgrups de cada generador fotovoltaic, es col·locarà un interruptor de corrent continu en cada subgrup, amb la finalitat de poder realitzar una desconnexió en tasques de manteniment o en qualsevol altre moment. Aquests interruptors estaran ajustats al corrent nominal i han de treballar en un rang de tensions adequat a la nostra instal·lació. L’inversor seleccionat, la versió S+, ja disposa d’aquest tipus d’interruptor que permetrà independitzar qualsevol dels subgrups. - Proteccions contra sobretensions: S’han d’instal·lar varistors en cadascun dels conductors i el terra, amb la finalitat de protegir la instal·lació davant de sobretensions ocasionades per descarregues elèctriques d’origen atmosfèric, segons la ITC-BT-23. Aquests varistors estan inclosos en l’inversor seleccionat S+. - Sistema de vigilància d’aïllament: Instal·larem un sistema de vigilància continuada d’aïllament per tal d’evitar possibles descarregues, i que sigui capaç de restablir el servei un cop produïda la falta. Quan aquest dispositiu detecta la falta, emet un senyal que es captat per un interruptor de corrent continu per instal·lacions fotovoltaiques, el qual s’encarregarà de desconnectar l’inversor dels panells solars i curtcircuitar l’entrada de potència per prevenir d’una possible de possibles descarregues elèctriques al personal de la instal·lació i/o manteniment. Aquest sistema de protecció està inclòs en l’inversor. Part de corrent altern - Interruptor magnetotèrmic: Es un dispositiu capaç d’interrompre el corrent elèctric d’un circuit quan aquest sobrepassa els valors màxims permesos. La seva funció es basa en dos dels efectes causats per la circulació de corrent elèctrica en un circuit; el electre magnètic i el tèrmic. L’efecte magnètic per protegir davant de curtcircuits i el tèrmic davant de sobrecarregues. S’hi instal·laran 4 interruptors magnetotèrmics omnipolars, un a cada quadre de proteccions de corrent altern, a la Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 55 sortida de cada inversor. L’interruptor magnetotèrmic seleccionat és el NG160E - TMD - 40 A - 3 polos 3d de la marca Schneider Electric. - Interruptor diferencial: Es un dispositiu electromecànic que s’inclou en les instal·lacions elèctriques amb la funció de protegir a les persones de les derivacions causades per una falta o fallada de l’aïllament entre els conductors actius de la instal·lació i el terra o les masses dels aparells. S’instal·larà en cada quadre de proteccions de corrent altern de cada inversor, connectat a la sortida del corresponent magnetotèrmic. L’interruptor diferencial seleccionat és el iID - 4P - 40A - 30mA - classe A de la marca Schneider Electric. - Interruptor diferencial General: A més en el quadre de sortida, s’instal·larà un interruptor automàtic diferencial general amb un temps d’actuació superior, de forma que, si es produeix una actuació d’aquests, sempre prevalgui l’actuació del l’interruptor que actua sobre un únic subgrup. L’interruptor diferencial seleccionat és un mòdul diferencial Compact Vigi MH - 0.03..10A200..440V - 4 polos 4d - classe A de 160A de la marca Schneider Electric. - Interruptor general automàtic (IGA): Dispositiu que s’instal·larà al quadre de sortida, entre l’inversor i la càrrega, per tal de protegir tota la instal·lació davant de sobretensions o curtcircuits, segons ITC-BT-17 i ITC-BT-22. Aquest serà de tall omnipolar i amb corba tèrmica de tall. A més, permetrà desconnectar la instal·lació en cas que sigui necessari. L’IGA seleccionat és el NG160E - TMD - 160 A - 3 polos 3d de la marca Schneider Electric. Protecció contra sobretensions Per tal de protegir el sistema davant sobretensions, s’utilitzarà un sistema intern de protecció, amb l’objectiu de reduir i evitar els efectes de les sobretensions originades per possibles descarregues de llamps i camps electromagnètics associats. Al tractar-se d’una instal·lació aïllada de la xarxa elèctrica, no es possible rebre sobretensions d’aquesta. El sistema intern de protecció utilitzat consistirà en les següents mesures: - Connexió equipotencial: consisteix en connectar les masses a la instal·lació de terra. Això evita que davant una descarrega d’un llamp, apareguin diferències de potencial entre els diferents elements del sistema. - Instal·lació de descarregadors de sobretensió: encarregats de limitar el valor de les sobretensions que es puguin presentar en la instal·lació. Com es pot observar en la fitxa tècnica de l’inversor, aquest ja porta incorporat les proteccions davant sobretensions mitjançant varistors, tant el la part de corrent continua com en la part de corrent altern. Per tant no serà necessari instal·lar-ne un addicional. Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 56 Altres proteccions - Control d’harmònics i compatibilitat electromagnètica: segons el contingut en el RBT ITC-BT-40. D’aquest aspecte se n’encarrega el propi inversor. - Variacions de tensió i freqüència en la xarxa: Tots els inversors realitzaran de forma automàtica, mitjançant un relé, la desconnexió i connexió de la instal·lació en cas de pèrdua de tensió o freqüència de la xarxa mitjançant un programa software, adequats als valors del Real Decret 1663/2000, no poden ser modificats per l’usuari. - Màxima i mínima tensió: entre 0,85 i 1,1 cops la nominal. Amb reconnexió automàtica. - Màxima i mínima freqüència: entre 49 Hz i 51 Hz. Amb reconnexió automàtica. 7.2.6.8. Connexió de posada a terra de la instal·lació La connexió de posada a terra es realitza d’acord a l’establert en el REBT ITCBT-18. Aquesta connexió té com a objectiu limitar la tensió que, amb respecte a terra, pugui presentar en un moment donat una massa metàl·lica, assegurar l’actuació de les proteccions i eliminar o disminuir el risc que suposa una avaria dels equips elèctrics que s’utilitzin. Totes les masses de la instal·lació fotovoltaica estaran connectades a terra, aquest terra serà independent al de la nau, d’acord a la ITC-BT-40. Per a una correcta derivació de les fugues o corrents no desitjades, la línia de posada a terra complirà amb les següents condicions: - Formar una línia elèctrica continua sense intercalar seccionadors, fusibles o interruptors. - Únicament es podrà instal·lar un element de desconnexió manual als punts de posada a terra que permeti mesura la resistència de posada a terra. - Tota la instal·lació elèctrica ha de disposar d’una protecció o instal·lació de terra dissenyada de forma que, en qualsevol punt accessible de l’interior o exterior de la mateixa on les persones puguin circular o estarhi, aquestes quedaran sotmeses com a màxim a les tensions de pas i contacte, durant qualsevol defecte de la instal·lació elèctrica. - El sistema de posada a terra està format per diversos elèctrodes de coure en forma de vareta i pel conductor que les uneix. Aquest conductor, que també serà de coure, tindrà una resistència mecànica adequada i oferirà una elevada resistència a la corrosió. Les connexions amb els elèctrodes han d’assegurar la unió i no experimentar excessius escalfaments amb el pas de corrent, així com tampoc podran experimentar corrosió galvànica. La instal·lació de posada a terra estarà formada per un conductor nuu soterrat de classe 2 que farà de presa de terra i connectat a aquest, els conductors de protecció que discorreran per la instal·lació que uneixen les masses amb el conductor nuu de la presa de terra. El conductor de terra serà un cable rígid nuu de coure trenat de secció 25 mm2 i tindrà una longitud de 7,5 metres. Aquest conductor estarà col·locat a una Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 63 lleugera tendència a l’increment. La previsió que hi ha actualment es que el preu d’aquesta segueixi incrementant, determinar a quin ritme ho farà és difícil de predir. No obstant, i per a la realització dels càlculs de viabilitat econòmica es considera l’increment de la llum en un cèntim el kWh cada 5 anys. Solució Actual IE4 Imants Permanents Compressor 1 Consum (kWh/any) 759.875 740.311 - Estalvi vs Actual (%) - 2,57% - Estalvi vs Actual (kWh/any) - 19.564,24 - Compressor 2 Consum (kWh/any) 622.751 606.717 - Estalvi vs Actual (%) - 2,57% - Estalvi vs Actual (kWh /any) - 16.033,74 - Compressor 3 Consum (kWh/any) 208.907 202.833 - Estalvi vs Actual (%) - 2,91% - Estalvi vs Actual (kWh /any) - 6.074,14 - Compressor 4 Consum (kWh/any) 476.837 465.944 - Estalvi vs Actual (%) - 2,28% - Estalvi vs Actual (kWh /any) - 10.893,48 - Compressor 5 Consum (kWh/any) 1.013.754 - 956.155 Estalvi vs Actual (%) - - 5,68% Estalvi vs Actual (kWh /any) - - 57.598,78 Total Consum (kWh) 3.082.124 2.971.960 Estalvi vs Actual (%) - 3,57% Estalvi vs Actual (kWh) - 110.164 Taula 42: Estalvi energètic per cadascun dels compressors. Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 64 8.3. Previsió de les despeses La previsió de les despeses inclou: - Assegurança de la instal·lació: s’estima un cost d’un 1,5%/Wp instal·lat i actualitzant el valor anualment amb l’IPC, es considera un increment del 1,5%. - Manteniment: Inclou el manteniment preventiu i correctiu de la instal·lació fotovoltaica i dels motors elèctrics. S’estima un 2%/Wp instal·lat i actualitzant el valor anualment amb l’IPC, es considera un increment del 1,5%. 8.4. Paràmetres d’estudi Payback El paràmetre Payback indica quan es recupera la inversió inicial realitzada, i per tant, quan es comença a generar uns beneficis molt superiors als costos o en el cas estudiat, quan l’estalvi econòmic generat serà suficient per amortitzar la inversió i tots els costos que generi fins el moment de ser amortitzat. 8.5. Resultats Les dades principals a considerar: - Inversió inicial: 288.464,28 € - Temps d’anàlisis 25 anys - Capital propi - IPC anual estimat del 1,5 % - Preu electricitat de 0,12 €/kWh, més increment quinquennal de 0,01 €/kWh 8.5.1. Estalvi econòmic explotació A continuació es presenta una taula amb l’estalvi energètic anual que aporta cadascuna de les propostes de millora projectades, així com l’estalvi econòmic anual de totes dues propostes. Al final de la taula es pot trobar els resultats totals al llarg dels 25 anys de vida previstos, veure Taula 43. Més informació de la taula en l’annex de taules i gràfics. Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 65 Producció fotovoltaica (kWh/any) Estalvi energètic motors elèctrics (€/kWh) Estalvi econòmic explotació (€) Any 1 130.232 110.164 28.847,52 Any 2 129.841 110.164 28.800,64 Any 3 129.452 110.164 28.753,89 Any 4 129.063 110.164 28.707,29 Any 5 128.676 110.164 28.660,83 Any 6 128.290 110.164 30.999,05 Any 7 127.905 110.164 30.949,01 Any 8 127.522 110.164 30.899,13 Any 9 127.139 110.164 30.849,40 Any 10 126.758 110.164 30.799,81 Any 11 126.377 110.164 33.115,79 Any 12 125.998 110.164 33.062,71 Any 13 125.620 110.164 33.009,79 Any 14 125.243 110.164 32.957,03 Any 15 124.868 110.164 32.904,43 Any 16 124.493 110.164 35.198,56 Any 17 124.120 110.164 35.142,53 Any 18 123.747 110.164 35.086,68 Any 19 123.376 110.164 35.030,99 Any 20 123.006 110.164 34.975,48 Any 21 122.637 110.164 37.248,13 Any 22 122.269 110.164 37.189,27 Any 23 121.902 110.164 37.130,58 Any 24 121.536 110.164 37.072,06 Any 25 121.172 110.164 37.013,73 Total 3.141.243 2.754.100 824.404,33 Taula 43: Estalvi econòmic de l’explotació de la instal·lació amb les millores proposades. Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 66 8.5.2. Cost econòmic explotació A continuació es presenta una taula amb el cost econòmic anual d’explotació. S’hi ha considerat dos tipus de costos importants tal com son l’assegurança de la instal·lació fotovoltaica i el cost de manteniment de la instal·lació i els motors elèctrics. Al final de la taula es pot trobar els resultats totals al llarg dels 25 anys de vida previstos, veure Taula 44. Més informació de la taula en l’annex de taules i gràfics. Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 67 Cost Assegurança (€) Cost Manteniment (€) Any 1 1.238,40 1.651,20 Any 2 1.256,98 1.675,97 Any 3 1.275,83 1.701,11 Any 4 1.294,97 1.726,62 Any 5 1.314,39 1.752,52 Any 6 1.334,11 1.778,81 Any 7 1.354,12 1.805,49 Any 8 1.374,43 1.832,58 Any 9 1.395,05 1.860,06 Any 10 1.415,97 1.887,97 Any 11 1.437,21 1.916,29 Any 12 1.458,77 1.945,03 Any 13 1.480,65 1.974,20 Any 14 1.502,86 2.003,82 Any 15 1.525,41 2.033,88 Any 16 1.548,29 2.064,38 Any 17 1.571,51 2.095,35 Any 18 1.595,08 2.126,78 Any 19 1.619,01 2.158,68 Any 20 1.643,30 2.191,06 Any 21 1.667,95 2.223,93 Any 22 1.692,96 2.257,29 Any 23 1.718,36 2.291,15 Any 24 1.744,13 2.325,51 Any 25 1.770,30 2.360,40 Total 37.230,05 49.640,06 Taula 44: Cost d’explotació per assegurança i manteniment. Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 68 8.5.3. Balanç final A continuació es presenta una taula amb el balanç econòmic, tenint en compte la inversió inicial, l’estalvi generat anualment i els costos d’explotació. Es fa el balanç econòmic pels 25 anys de vida previstos, veure Taula 44. Més informació de la taula en l’annex de taules i gràfics. Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 69 Estalvi econòmic explotació (€) Inversió inicial (€) Costos anuals (€) Diferencial anual entre estalvi econòmic i costos d’explotació (€) Resultats generals (€) Any 0 288.464,28 -288.464,28 Any 1 28.847,52 2.889,60 25.957,92 -262.506,36 Any 2 28.800,64 2.932,94 25.867,69 -236.638,67 Any 3 28.753,89 2.976,94 25.776,96 -210.861,71 Any 4 28.707,29 3.021,59 25.685,70 -185.176,01 Any 5 28.660,83 3.066,92 25.593,91 -159.582,10 Any 6 30.999,05 3.112,92 27.886,13 -131.695,97 Any 7 30.949,01 3.159,61 27.789,40 -103.906,57 Any 8 30.899,13 3.207,01 27.692,12 -76.214,45 Any 9 30.849,40 3.255,11 27.594,28 -48.620,17 Any 10 30.799,81 3.303,94 27.495,87 -21.124,29 Any 11 33.115,79 3.353,50 29.762,29 8.638,00 Any 12 33.062,71 3.403,80 29.658,91 38.296,91 Any 13 33.009,79 3.454,86 29.554,93 67.851,84 Any 14 32.957,03 3.506,68 29.450,35 97.302,20 Any 15 32.904,43 3.559,28 29.345,15 126.647,34 Any 16 35.198,56 3.612,67 31.585,89 158.233,23 Any 17 35.142,53 3.666,86 31.475,67 189.708,90 Any 18 35.086,68 3.721,86 31.364,82 221.073,72 Any 19 35.030,99 3.777,69 31.253,30 252.327,03 Any 20 34.975,48 3.834,36 31.141,12 283.468,14 Any 21 37.248,13 3.891,87 33.356,26 316.824,40 Any 22 37.189,27 3.950,25 33.239,02 350.063,42 Any 23 37.130,58 4.009,50 33.121,07 383.184,49 Any 24 37.072,06 4.069,65 33.002,42 416.186,91 Any 25 37.013,73 4.130,69 32.883,03 449.069,94 Taula 45: Balanç econòmic final de les propostes de millora proposades. Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 70 El termini de recuperació de la inversió és d’11 anys, any a partir del qual queda amortitzada la instal·lació amb l’estalvi econòmic que aporten les millores fetes. Tot i ser un temps d’amortització elevat, és de gran interès la execució de totes dues propostes. Tant per l’estalvi que aporta anual i pel numero d’anys que encara quedaran per explotar la instal·lació. Aportant així un estalvi al final de la vida útil de 449.069,94€, més del cost que representa l’explotació durant un any sencer de tota la instal·lació d’aire comprimit. Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 71 9. Impacte ambiental A continuació es realitza una breu descripció de l’afectació mediambiental de la instal·lació fotovoltaica per l’accionament d’un d’aire comprimit. La instal·lació s’ha dissenyat, tant en la fase constructiva com en el desenvolupament normal de la seva activitat, tenint en compte i reduint al màxim les possibles afectacions mediambientals. 9.1 Afectació mediambiental a la fase de fabricació dels panells fotovoltaics Els panells fotovoltaics constitueixen el 80% de la instal·lació i per tant, cal considerar la repercussió mediambiental que provoca la seva fabricació. La fabricació d'un panell solar requereix també la utilització de materials com a l’alumini (pels marcs), vidre (com a encapsulant), acer (per a estructures) etc., essent aquests components comuns a la indústria convencional. Durant la fase de producció del panell solar es produeix una despesa energètica, que genera residus, com partícules de NOx, SO2, CO2 etc. Això es deu al fet que l'energia utilitzada a la fabricació del panell solar, té el seu origen en la barreja de fonts energètiques convencionals del país de fabricació. No obstant, podem afirmar que l'emissió d'aquestes substàncies degudes a la fabricació de panells solars és reduïda en comparació amb l’estalvi que suposa la producció d’electricitat amb tecnologia fotovoltaica. La fabricació de panells a gran escala encara redueix més aquesta emissió. L'obtenció de silici de grau metal·lúrgic és necessària en grans quantitats, per a la indústria de l'acer, una petita proporció d'aquest material es dedica a la indústria de semiconductors. Els inconvenients d'aquesta indústria són: les emissions de pols de sílice (molt perjudicial per a la salut), l'ús de materials tals com el silà en la purificació del silici, la utilització de petites quantitats de compostos tòxics (diborà i fosfina) en els processos de dopat del silici, la utilització d’agents agressius (àcid sulfúric) en els processos de fabricació de les cèl·lules solars i la utilització de grans quantitats d'energia en l'obtenció de les cèl·lules de silici. Els avenços industrials, en la fabricació de panells solars, en el sentit de reduir pèrdues de material en tallar els cristalls de silici per a la fabricació de cèl·lules solars, suposa, a més d'un benefici econòmic, la reducció d'energia necessària i, per tant, disminuir l'emissió de contaminants generats per la producció de l'energia. 9.2 Afectació mediambiental a la fase constructiva de la instal·lació Tots els elements constructius seran reciclables i no tindran cap reacció ni afectació sobre el medi. Així com, en la mesura del possible, els elements i materials necessaris a la fase de construcció. Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Memòria 72 Els residus generats a l’obra (bàsicament material d’embalatge), seran recollits i gestionats als abocadors corresponents, d’acord amb el que estableix la legislació vigent en matèria de residus. 9.3 Afectació mediambiental a la fase d’explotació La fase d’explotació no tindrà cap afectació negativa des del punt de vista mediambiental; al contrari, contribuirà a la reducció d’emissions de gasos contaminants i al consum de petroli en centrals tèrmiques convencionals. 9.3.1. Afectació al clima La generació d’energia elèctrica directament a partir de la llum solar no requereix cap tipus de combustió, per tant, no es produeix pol·lució tèrmica ni emissions de CO2 que afavoreixin l’efecte hivernacle. 9.3.2. Afectació al cicle de l’aigua L’aigua no intervindrà, en cap cas, en la fase d’explotació de la instal·lació fotovoltaica i cal destacar que el rentat de les plaques que es realitza de manera periòdica dins el manteniment preventiu de la instal·lació, serà mitjançant productes especials per netejar en sec. Així doncs, no es necessitaran ni escomesa d’aigua ni sistemes de recollida i abocament. Pel que fa a les aigües de pluja, la instal·lació no té cap afectació, les aigües es recolliran i conduiran cap al col·lector de xarxa separativa de manera normal, tal i com el sistema funciona actualment. 9.3.3. Afectació a la geologia Les cèl·lules fotovoltaiques es fabriquen amb silici, element obtingut de manera natural i molt abundant, del qual no es requereixen quantitats significatives. Per tant, a la fabricació dels panells no es produeixen alteracions a les característiques litològiques, topogràfiques o estructurals del terreny. 9.3.4. Afectació a la flora i la fauna La repercussió sobre la flora és nul·la ja que s’ubica sobre la coberta d’una nau en un polígon industrial. L’afectació a la fauna és mínima o inexistent ja que al tractar-se d’un polígon industrial l’existència d’ecosistemes és molt baixa. A l’implantar una instal·lació fotovoltaica s’està evitant, d’alguna manera, la xarxa elèctrica convencional i s’eviten efectes perjudicials a les aus. Annexos Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 80 Índex 1. Càlculs 1.1. Dimensionat del generador fotovoltaic 1.2. Angle òptim d’inclinació i orientació dels mòduls 1.3. Distància entre files de mòduls 1.4. Dimensionat dels conductors 1.4.1. Dimensionat dels conductors en la part de corrent continu 1.4.1.1. Dimensionat dels conductor en les branques 1.4.1.2. Dimensionat dels conductors principals de corrent continu 1.4.2. Dimensionat dels conductor en la part de corrent altern 1.4.2.1. Dimensionat dels conductors de corrent alter 1.5. Dimensionat dels elements de protecció 1.5.1. Proteccions de corrent continu 1.5.2. Proteccions de corrent altern 1.6. Dimensionat de la posada a terra 1.7. Simulacions 1.7.1. PVGIS 1.7.2. Programa INGESTEAM 2. Taules i gràfics Taula 9: Resultats de consum en kWh i cost en € dels compressors d’aire comprimit Taula 10: Consum en kWh del compressor nº5 Taula 11: Consum en kWh del compressor nº1 Taula 12: Consum en kWh del compressor nº2 Taula 13: Consum en kWh del compressor nº3 Taula 14: Consum en kWh del compressor nº4 Taula 15: Anàlisis del compressor nº5 amb el motor elèctric d’eficiència classe IE2 Taula 16: Comparativa motor IE2 amb l’actual del compressor nº5 Taula 17: Anàlisis del compressor nº5 amb el motor elèctric d’eficiència classe IE3 Taula 18: Anàlisis del compressor nº1 amb el motor elèctric d’eficiència classe IE3 Taula 19: Anàlisis del compressor nº2 amb el motor elèctric d’eficiència classe IE3 Taula 20: Anàlisis del compressor nº3 amb el motor elèctric d’eficiència classe IE3 Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 81 Taula 21: Anàlisis del compressor nº4 amb el motor elèctric d’eficiència classe IE3 Taula 22: Comparativa motor IE3 amb l’actual del compressor nº1, 2 i 3 Taula 23: Comparativa motor IE3 amb l’actual del compressor nº4 i 5 Taula 24: Anàlisis del compressor nº5 amb el motor elèctric d’eficiència classe IE4 Taula 25: Anàlisis del compressor nº1 amb el motor elèctric d’eficiència classe IE4 Taula 26: Anàlisis del compressor nº2 amb el motor elèctric d’eficiència classe IE4 Taula 27: Anàlisis del compressor nº3 amb el motor elèctric d’eficiència classe IE4 Taula 28: Anàlisis del compressor nº4 amb el motor elèctric d’eficiència classe IE4 Taula 29: Comparativa motor IE4 amb l’actual del compressor nº1, 2 i 3 Taula 30: Comparativa motor IE4 amb l’actual del compressor nº4 i 5 Taula 31: Anàlisi del compressor nº5 amb el motor elèctric síncron d’imants Taula 32: Comparativa del motor síncron d’imants permanents amb l’actual del compressor nº5 Taula 33: Comparativa econòmica dels diferents motors analitzats per la millora de la instal·lació d’aire comprimit Gràfic 1: Demanda d’aire comprimit al llarg d’un dia Gràfic 2: Nivell d’eficiència dels motors de 4 pols Gràfic 3: Cost d’adquisició, manteniment i explotació d’un motor elèctric durant 10 anys Gràfic 4: Comparativa del rendiment del motor elèctric alimentat directament de la xarxa o per convertidor de freqüència Gràfic 5: Comparativa del rendiment dels motors a potència nominal Gràfic 6: Comparativa del rendiment del motor elèctric alimentat per convertidor de freqüència Gràfic 7: Comparativa de la demanda diària amb la màxima generada diària. 3. Catàlegs 3.1. Mòdul fotovoltaic 3.2. Inversor 3.3. Convertidor de freqüència 3.4. Fusibles Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 82 3.5. Interruptor diferencial 3.6. Interruptor diferencial general 3.7. Magnetotèrmic 3.8. Interruptor general 3.9. Cable Exzhellent Solar 3.10. Cable Energy RV-K FOC 3.11. Conductor principal de terra 3.12. Safata 25x50 3.13. Safata 25x100 3.14. Safata 25x150 3.15. Motors d’imants permanents 3.16. Motros IE4 Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 83 1. Càlculs 1.1. Dimensionat del generador fotovoltaic El valor màxim de la tensió d’entrada a l’inversor correspon a la tensió de circuit obert del generador fotovoltaic quan la temperatura del mòdul es mínima. La temperatura del mòdul mínima correspon amb la temperatura ambient mínima, la qual definim com a -5ºC i una irradiància mínima de 100 W/m2, ja que son els valors utilitzats habitualment en aquest tipus de càlculs. La temperatura del mòdul en aquestes condicions s’obté de la següent expressió: Tp=Ta+(TONC −20 800 )∗Irr On, Tp Temperatura del mòdul (ºC) Ta Temperatura ambient (ºC) TONC Temperatura nominal de funcionament de la cèl·lula (ºC) Irr Irradiància (W/m2) Substituint valors obtenim obtinguts en la fitxa tècnica del mòdul seleccionat, tenim que, 𝐓𝐩=−5+(48−20 800 )∗100=−𝟏,𝟓º𝐂 D’altra banda, sabem que la tensió de circuit obert del generador fotovoltaic ha de ser sempre inferior a la tensió màxima d’entrada a l’inversor, ja que si per algun motiu l’inversor s’aturés es donaria la tensió de circuit obert i per tant l’inversor no podria arrencar. D’acord aquest punt, el número màxim de mòduls per branca connectats en sèrie, es calculen mitjançant el quocient entre la tensió màxima d’entrada a l’inversor i la tensió de circuit obert del mòdul a temperatura mínima. nmàx. =Umàx.(INV) Uca (Tmin) On, Umàx.(INV) Tensió màxim a l’entrada de l’inversor (V) Uca (Tmin) Tensió en circuit obert a temperatura mínima (V) Per tal de determinar la tensió en circuit obert del mòdul a temperatura mínima del mòdul, utilitzen la següent expressió: Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 84 Uca (Tmin) =Uca (STC) −[(25ºC−Tp)∗∆U] On, Uca (STC) Tensió en circuit obert del mòdul (V) ∆U Variació de la tensió (V/ºC) Substituint valors obtinguts de les fitxes tècniques de l’inversor i el mòdul seleccionat, obtenim que, Uca (Tmin) =51,6−[(25−(−1,5))∗(−0,129)]=55,02 V Per tant, per assegura que en cap cas es supera el valor de la tensió màxima d’entrada a l’inversor, el número màxim de mòduls en sèrie serà de 24: 𝐧𝐦à𝐱. =1000 55,02=18,18≈𝟏𝟖 𝐦ò𝐝𝐮𝐥𝐬 A continuació s’ha de determinar el número mínim de mòduls per branca que poden ser connectats en sèrie. Per això em de saber que quan la tensió en el punt de màxima potencia del generador està per sota de la tensió d’entrada mínima de l’inversor, aquest no serà capaç de seguir el punt de màxima potència del generador fotovoltaic o inclús, en el pitjor dels casos, podria apagar-se. Així, el número mínim de mòduls per branca ve determinat per la tensió mínima d’entrada a l’inversor i la tensió en el punt de màxima potència del mòdul a una temperatura màxima aproximada de 70ºC. nmín. =UPMP (INV) UPMP (Tmax) On, UPMP (INV) Tensió mínima a l’entrada de l’inversor en PMP (V) UPMP (Tmax) Tensió en màxima potència del mòdul a 70ºC (V) El valor UPMP (Tmax) es calcula de la mitjançant la següent expressió: UPMP (Tmax) =UPMP (STC) −[(25ºC−Tmàx.)∗∆U] On, UPMP (STC) Tensió en màxima potència a STC (V) Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 85 Substituint els valors obtinguts de les característiques tècniques de l’inversor i dels mòduls, s’obté que: UPMP (Tmax) =42,0−[(25−70)∗(−0,129)]=36,20 V Per tant, per assegura que en cap cas el valor de la tensió en màxima potència no sigui inferior a la tensió d’entrada a l’inversor, el número mínim de mòduls en sèrie serà de 23: 𝐧𝐦í𝐧. =560 36,20=15,47≈𝟏𝟔 𝐦ò𝐝𝐮𝐥𝐬 A més, s’ha de evitar que la suma de tots els corrents de curtcircuit de totes les branques, no sigui superior a el corrent màxim de l’inversor. Per tant s’ha de complir la següent expressió: Icc (branques) ∗nºbranques ≤Imàx.(INV) On, Icc (branques) Corrent de curtcircuit màxim en les branques (A) nºbranques Número de branques en paral·lel Imàx.(INV) Corrent màxima admissible a l’entrada de l’inversor (A) El corrent de curtcircuit màxim en les branques es produeix quan el mòdul treballa a la màxima temperatura (70ºC), i es determina mitjançant la següent expressió: Icc (branques) =Icc (branques STC) −[(25ºC−Tmàx.)∗∆I] On, Icc (branques STC) Corrent de curtcircuit màxim en les branques a STC (A) ∆I Variació de corrent respecte la temperatura (A/ºC) Substituint els valors a l’expressió anterior, s’obté: Icc (branques) =5,61−[(25−70)∗0,00168]=5,69 A Finalment, si fem la connexió amb sis branques en paral·lel, es veu que no es supera el corrent màxim de l’inversor: Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 86 𝟓,𝟔𝟗𝐀∗𝟔≤𝟑𝟕𝐀 D’acord als càlculs anteriors, el dimensionat de la instal·lació està composat per un total de 384 mòduls fotovoltaics de SANYO HIP-215NKHE1, dividits en 4 subgrups, el qual cadascun d’ells alimentarà un inversor INGECON® SUN 3Play 20TL. Cada subgrup està format per sis branques en paral·lel de 16 mòduls cada branca. Aconseguint així una potència total instal·lada de 82,56 kW. 1.2. Angle òptim d’inclinació i orientació dels mòduls El moviment del sol en el cel es de l’est a l’oest. Els panells solars aconsegueixen la màxima efectivitat quan estan orientats directament al sol, amb un angle perpendicular. Generalment els panells col·locats sobre un sostre o una estructura, tenen una posició fixa, i no poden seguir la trajectòria del sol. Per tant, s’ha de determinar quin es l’angle òptim que ha de tenir el panell solar respecte l’horitzontal del terra i la seva orientació, per treure un major rendiment al llarg de tot el dia. Degut al moviment terrestre al voltant del sol, també existeixen variacions estacionals. A l’hivern, el sol no té el mateix angle que a l’estiu. Idealment, els panells a l’estiu, haurien de ser col·locats amb un angle d’inclinació inferior que a l’hivern, per tal de treure el màxim profit de la llum solar. No obstant, en la temporada d’hivern els panells no estarien en la posició òptima per treure el màxim rendiment de la llum solar. Amb aquest propòsit d’aconseguir un màxim rendiment anual de la llum solar, els panells han de ser instal·lats amb un angle fix, determinat en algun punt entre l’angle òptim de l’estiu i el de l’hivern. S’ha de tenir en copte la ubicació exacta dels panells, ja que cada latitud presenta un angle d’inclinació òptim. Només en cas de trobar-se molt pròxims a l’equador, els panells haurien de ser col·locats de forma horitzontal. L’angle respecte l’horitzontal del terra es denomina angle d’inclinació, essent 0º paral·lel a la horitzontal de terra i 90º perpendicular (veure Figura 11). L’orientació, es l’angle entre la projecció del mòdul sobre el pla horitzontal i el meridià del lloc d’ubicació, essent 0º per a mòduls orientats al Sud, -90º per a mòduls orientats a l’Est i +90º per als orientats a l’Oest (veure Figura 12). Figura 11: Angle d’inclinació 37 37 Font: IDAE Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 87 Figura 12: Azimut 38 Un cop determinat l’angle Azimut de +35º d’acord a l’estructura existent, es calcula quin és l’angle màxim i mínim d’inclinació acceptable dels mòduls d’acord a les pèrdues màximes permeses al Plec de Condicions Tècniques, elaborat per IDAE (veure Figura 13). En aquest cas, les pèrdues màximes seran del 10%. Figura 13: % màxim de pèrdues permès 39 38 Font: IDAE 39 Font: IDAE Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 88 Per a determinar l’angle s’utilitza la Figura 14, vàlida per una latitud de 41º. Conegut l’Azimut, es determina els angles màxim i mínim d’inclinació permesos. Els límits d’intersecció del límit de pèrdues amb la recta d’Azimut, proporciona els valors d’inclinació màxim i mínim per una latitud vàlida de 41º. En cas de no existir intersecció, les pèrdues són superiors a les permeses i per tant la instal·lació queda fora de límits. Figura 14: Càlcul de la inclinació màxima i mínima respecte l’Azimut 40 Per tal de determinar l’angle d’inclinació màxim i mínim permès per una latitud de 38º, els resultats obtinguts de la resolució de la Figura 15, es corregeixen mitjançant les següents expressions: βmàx a 38° =βmàx a 41° −(41°−Latitud) βmín a 38° =βmín a 41° −(41°−Latitud) On, βmàx a 38° Angle màxim d’inclinació a una latitud de 38º (º) βmín a 38° Angle mínim d’inclinació a una latitud de 38º (º) βmàx a 41° Angle màxim d’inclinació a una latitud de 41º (º) 40 Font: IDAE Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 95 Per al subgrup 3, es tenen les següents dades: Icc(STC),subgrup 33,66 A Lc 36 m UPMP(STC),subgrup 672,0 V ∆U 1,5% C 56mΩ∗mm2 ⁄ Si substituïm aquests valors a les dues expressions anteriors, s’obté: Imàx,branques =1,3∗33,66 1=43,76 A S= 2∗36∗33,66 1,5%∗672,0∗56=4,29 mm2 D’acord aquests resultats, s’elegeix cables amb secció de 4 mm2 i amb capacitat per suportar un corrent màxim de 52 A. Per al subgrup 4, es tenen les següents dades: Icc(STC),subgrup 33,66 A Lc 49 m UPMP(STC),subgrup 672,0 V ∆U 1,5% C 56mΩ∗mm2 ⁄ Si substituïm aquests valors a les dues expressions anteriors, s’obté: Imàx,branques =1,3∗33,66 1=43,76 A S= 2∗49∗33,66 1,5%∗672,0∗56=5,84 mm2 D’acord aquests resultats, s’elegeix cables amb secció de 6 mm2 i amb capacitat per suportar un corrent màxim de 67 A. Per tant, es el cable a utilitzar per la connexió des de la caixa de connexió de cada subgrup fins a l’inversor corresponent ubicat en la sala de màquines, seran de 4 mm2 en tots els circuits. 1.4.2. Dimensionat dels conductors en la part de corrent altern 1.4.2.1. Dimensionat dels conductors de corrent altern Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 96 Per al dimensionat d’aquest tipus de cables, dividim la instal·lació de corrent altern en 2 trams, el primer que anirà des de l’inversor fins al quadre de proteccions i el segon des de el quadre de proteccions fins al convertidor de freqüència del motor del compressor d’aire. Per tots dos trams, s’escolliran seccions de cable comercial unipolars aïllats en PVC (instal·lació trifàsica) amb tubs en muntatge superficial (B-4), segons el que indica el REBT en ITC-BT-19 (veure Taula 48). Taula 48: Intensitats admissibles (A) a l’aire 40ºC. Nombre de conductors en carrega i naturalesa de l’aïllament. 44 A efectes de càlcul es considera la longitud del primer tram com la distància enter l’inversor més allunyat i el quadre de proteccions, mentre que la longitud 44 Font: REBT ITC-BT-19 Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 97 del segon tram correspon a la distància mes allunyada entre el quadre de protecció i el convertidor de freqüència. La tensió i la intensitat de la línia està determinada pels valors de sortida dels inversors. D’acord a les característiques tècniques dels inversors seleccionats es té una tensió de 400V, mentre que la intensitat la calcularem a partir de la potència esperada, tensió i factor de potència o podem obtenir-la directament de la fitxa tècnica de l’inversor on la intensitat màxima és de 29A. Imàx(INV AC)=PN(INV) √3∗UN(INV)∗cosφ On, Imàx(INV AC) Corrent màxim en la sortida de l’inversor (A) PN(INV) Potència nominal de l’inversor (W) UN(INV) Tensió nominal en la sortida de l’inversor (V) cosφ Factor de potència de l’inversor I s’obté, Imàx(INV AC)=20.000 √3∗400∗1=28,87 A Per tant agafem el corrent màxim que ens indica el fabricant de 29 A. Per al càlcul de la secció del conductor seguirem els dos criteris utilitzats anteriorment, el criteri de corrent màxim i el de caiguda de tensió. Per tant s’utilitzaran les següents expressions: Imàx(AC)=1,3∗Imàx(INV AC) FT S= 2∗Lc∗Imàx(AC) 1,5%∗UN(INV)∗C Per al circuit Inversor – Quadre de proteccions, es tenen les següents dades: Imàx(INV AC) 29,0 A Lc 7 m UN(INV) 400,0 V ∆U 1,5% C 56mΩ∗mm2 ⁄ Substituint a les expressions anteriors, s’obté: Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 98 Imàx(AC)=1,3∗29 1=37,7 A S= 2∗7∗37,7 1,5%∗400∗56=1,57 mm2 D’acord aquests resultats, s’elegeix cables amb secció de 10 mm2 i amb capacitat per suportar un corrent màxim de 44 A. Quadre de proteccions-Quadre de sortida, es tenen les següents dades: ITmàx(INV AC) 116,0 A Lc 30 m UN(INV) 400,0 V ∆U 1,5% C 56mΩ∗mm2 ⁄ El corrent circulant serà el que arribarà dels 4 inversors, per tant: ITmàx(INV AC)=n° Inversors ∗ Imàx(INV AC) Per tant, ITmàx(INV AC)=4∗29=116 A Seguint amb el mateix procediment i substituint a les expressions anteriors, s’obté: ITmàx(AC)=1,3∗116 1=150,8 A S= 2∗30∗150,8 1,5%∗400∗56=26,93 mm2 D’acord aquests resultats, s’elegeix cables amb secció de 95 mm2 i amb capacitat per suportar un corrent màxim de 180 A. Quadre de sortida-Convertidor de freqüència, es té les següents dades: ITmàx(INV AC) 116,0 A Lc 15 m UN(INV) 400,0 V ∆U 1,5% Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 99 C 56mΩ∗mm2 ⁄ Seguint amb el mateix procediment i substituint a les expressions anteriors, s’obté: ITmàx(AC)=1,3∗116 1=150,8 A S= 2∗15∗150,8 1,5%∗400∗56=13,46 mm2 D’acord aquests resultats, s’elegeix cables amb secció de 95 mm2 i amb capacitat per suportar un corrent màxim de 180 A. 1.5. Dimensionat elements de protecció 1.5.1. Proteccions de corrent continu Fusibles Per tal de protegir les branques contra curtcircuits i sobrecarregues, s’utilitzaran dos fusibles per branca del tipus gPV, ubicats a la caixa de connexions i ajustats a un valor de tall de 1,5 cops el corrent màxim que pot circular per branca, segons aconsellen els fabricants dels fusibles. Segons el fabricant Ferraz Shawmut el sobredimensionat ha de ser 1,51xIcc. Imax.(fusible) >1,5∗Icc (branques) Substituint, s’obté que: Imax.(fusible) >1,5∗5,61=8,42 A Per cada branca tenim una tensió en punt de màxima potència de: UPMP(STC),bran. =756,0 V Llavors, el calibre del fusible ha de complir: IB≤IN≤IZ I2≤1,45∗IZ On, IB Intensitat nominal de la càrrega IN Intensitat nominal del dispositiu de protecció Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 100 IZ Màxima intensitat admesa pel cable I2 Intensitat convencional de tall del fusible Per un fusible gPV: I2≤1,6∗IN Per tant, el fusible ha de complir amb els següents paràmetres: IB=8,42 A I2=1,6∗8,42=13,46 A 8,42≤IN≤13,46 D’acord aquests paràmetres, s’instal·laran fusibles del tipus gPV de valor nominal mínim de 10 A – 1000 V, amb poder de tall de 30 kA. Així complint amb la següent condició. I2≤1,45∗IZ→1,6∗10≤1,45∗13,46→16≤19,52 1.5.2. Proteccions de corrent altern Interruptors magnetotèrmics S’instal·laran com elements de tall i protecció contra curtcircuits i sobreintensitats, un magnetotèrmic per cada línia, a la sortida de l’inversor, segons ITC-BT-22. Aquest interruptor ha de permetre, suportar el corrent en condicions normals, i suportat durant un determinat temps sobreintensitats i no permetre pas de corrent de curtcircuit. Ajustats a un valor de de 1,3 cops el corrent màxim que pot circular, segons aconsellen els fabricants. Segons el fabricant Ferraz Shawmut el sobredimensionat ha de ser 1,27xIcc. Imax.(magneto) >1,3∗Imax (INV AC) On, Imax (INV AC) Intensitat màxima a la sortida de l’inversor Substituint, s’obté que: Imax.(magneto) >1,3∗29=37,7 A Llavors, el magnetotèrmic ha de complir: IB≤IN≤IZ Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 101 On, IB=37,7 A IZ=44 A 37,7 A≤IN≤44 A D’acord aquests paràmetres, s’instal·larà un IGA de valor nominal mínim de 40 A – 400 V, amb poder de tall mínim de 4.500 A. Interruptor general automàtic (IGA) S’instal·larà com element de tall i protecció contra curtcircuits i sobreintensitats, un interruptor general automàtic (IGA), segons ITC-BT-22. Aquest interruptor ha de permetre, suportar el corrent en condicions normals, i suportat durant un determinat temps sobreintensitats i no permetre pas de corrent de curtcircuit. Ajustats a un valor de de 1,3 cops el corrent màxim que pot circular, segons aconsellen els fabricants. Segons el fabricant Ferraz Shawmut el sobredimensionat ha de ser 1,27xIcc. Imax.(IGA) >1,3∗Imax(INV AC)∗n° Inversors Substituint, s’obté que: Imax.(magneto) >1,3∗29∗4=150,8 A Llavors, el IGA ha de complir: IB≤IN≤IZ On, IB=150,8 A IZ=208 A 150,8 A≤IN≤208 A D’acord aquests paràmetres, s’instal·larà un IGA de valor nominal mínim de 160 A – 400 V, amb poder de tall mínim de 4.500 A. 1.6. Dimensionat de la posada a terra D’acord al reglament de baixa tensió, el ITC-BT-18, la resistència de terra, en ohms, d’un conductor soterrat al terreny, ve definit per: Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 102 R=2∗ρ L On, RT Resistència de terra (Ω) ρ Resistivitat del terreny (Ω*m) L Longitud del conductor (m) Si es té en compte que el terreny està compost per sorra argilosa, es considera una resistivitat de 300 ohms i la resistència màxima de pas en una instal·lació sense parallamps ha de ser inferior a 80Ω, llavors s’ha de calcular quina és la longitud màxima que pot tenir el conductor soterrat. Partint de l’expressió anterior, s’obté: L≥2∗ρ R=2∗300 80 =7,5 metres Aleshores, la tensió de pas i de contacte ha de ser inferior a 24V, tal com indica el ITC-BT-18. Per tal de comprovar-ho s’ha de complir la següent expressió: Vp<24 V On, Vp Tensió màxima de pas i contacte (V) Si la tensió de pas, està definida per la resistència de terra i per el corrent que hi circula, aquesta serà: Vp=RT∗I On, I Corrent que màxim que circula pel conductor de terra (A) I tal com s’ha definit abans, la resistència de terra és de 80Ω i es coneix que el màxim corrent és de 30mA, aquest està definit pels interruptors diferencials. Substituint a l’expressió anterior s’obté: Vp=80∗0.03=2,4 V Per tant inferior a la tensió màxima de pas i contacte permesa de 24 V. Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 103 Per tant la instal·lació de posada a terra, la definició de les seccions està d’acord al REBT ITC-BT-18. Aquesta constarà, per la línia principal de terra, d’un conductor nuu de coure classe 2 de secció 25 mm2 i pels conductors de protecció que connectaran les masses amb el conductor principal de terra seran de secció 4mm2 per als marcs, els mòduls fotovoltaics, per les caixes de connexions de CC i els inversors. 1.7. Simulacions 1.7.1. PVGIS Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 104 Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 111 Taula 17: Anàlisis compressor nº 5 amb motor elèctric d’eficiència classe IE3. Aquesta taula s’ha elaborat per simular el consum que tindria el compressor numero 5 amb un motor de eficiència classe IE3 i amb el mateix funcionament que actualment. La dinàmica seguida per l’elaboració de la taula, es la mateixa que s’ha explicat anteriorment per la Taula 10, però amb el rendiment del motor més convertidor de freqüència per un motor de nivell d’eficiència IE3. Dades obtingudes de Emerson Industrial Automation. Hores anuals de funcionament: 7.091 hores. Potència útil màxima requerida: 182 kW; Potència nominal: 200kW. Regulació per convertidor de freqüència motor asíncron Velocitat (rpm) Pu (kW) Pabs (kW) Treball Treball (h) Consum (kWh) η conjunt motor - convertidor Pf/Pu 3.000 182,00 196,41 11% 780 153.203,22 0,927 1 2.700 163,80 177,47 20% 1418 251.688,94 0,923 0,9 2.400 145,60 158,53 15% 1064 168.619,92 0,918 0,8 2.100 127,40 139,59 14% 993 138.574,93 0,913 0,7 1.800 109,20 120,65 15% 1064 128.326,36 0,905 0,6 1.500 91,00 101,71 13% 922 93.755,64 0,895 0,5 1.200 72,80 82,76 9% 638 52.819,68 0,880 0,4 900,0 54,60 63,82 3% 213 13.577,20 0,855 0,3 600,0 36,40 44,88 0% 0 0,00 0,811 0,2 300,0 18,20 25,94 0% 0 0,00 0,702 0,1 Total - - 100% 7.091,00 1.000.565,90 - - Taula 18: Anàlisis compressor nº 1 amb motor elèctric d’eficiència classe IE3. Aquesta taula s’ha elaborat per simular el consum que tindria el compressor numero 1 amb un motor de eficiència classe IE3 i amb el mateix funcionament que actualment. La dinàmica seguida per l’elaboració de la taula, es la mateixa que s’ha explicat anteriorment per la Taula 11, però amb el rendiment del motor per un motor de nivell d’eficiència IE3. Dades obtingudes de Emerson Industrial Automation. Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 112 Hores anuals de funcionament: 5.209 hores. Potència útil màxima requerida: 138 kW; Potència nominal: 160kW. Regulació Tot o Res Estat Pu (kW) Pabs (kW) Treball Treball (h) Consum (kWh) η motor Pf/Pu Càrrega 138 144,35 100% 5209 751.926,78 0,956 1 Total - - 100% 5.209 751.926,78 - - Taula 19: Anàlisis compressor nº 2 amb motor elèctric d’eficiència classe IE3. Per l’elaboració de la següent taula s’ha seguit la mateixa dinàmica que la taula anterior. Hores anuals de funcionament: 4.269 hores. Potència útil màxima requerida: 138 kW; Potència nominal: 160kW. Regulació Tot o Res Estat Pu (kW) Pabs (kW) Treball Treball (h) Consum (kWh) η motor Pf/Pu Càrrega 138 144,35 100% 4269 616.236,40 0,956 1 Total - - 100% 4.269 616.236,40 - - Taula 20: Anàlisis compressor nº 3 amb motor elèctric d’eficiència classe IE3. Per l’elaboració de la següent taula s’ha seguit la mateixa dinàmica que la taula anterior. Hores anuals de funcionament: 3.052 hores. Potència útil màxima requerida: 64 kW; Potència nominal: 75kW. Regulació Tot o Res Estat Pu (kW) Pabs (kW) Treball Treball (h) Consum (kWh) η motor Pf/Pu Càrrega 64 67,65 100% 3052 206.477,80 0,946 1 Total - - 100% 3.052 206.477,80 - - Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 113 Taula 21: Anàlisis compressor nº 4 amb motor elèctric d’eficiència classe IE3. Per l’elaboració de la següent taula s’ha seguit la mateixa dinàmica que la taula anterior. Hores anuals de funcionament: 4.674 hores. Potència útil màxima requerida: 96 kW; Potència nominal: 110kW. Regulació Tot o Res Estat Pu (kW) Pabs (kW) Treball Treball (h) Consum (kWh) η motor Pf/Pu Càrrega 96 100,95 100% 4674 471.823,34 0,951 1 Total - - 100% 4.674 471.823,34 - - Taula 22: Comparativa motor IE3 amb actual del compressors nº1, 2 i 3. Aquesta taula s’ha elaborat per comparar el consum total dels compressors numero 1, 2 i 3 que tenen actualment respecte amb el consum total d’aquests amb motors de eficiència classe IE3. Els valors de consum total s’han obtingut de la Taula 11, Taula 12, Taula 13, Taula 18, Taula 19 i Taula 20. El procediment que s’ha seguit per l’elaboració de la taula ha estat el mateix que s’ha explicat anteriorment en la Taula 16. Solució Compressor 1 Compressor 2 Compressor 3 Consum (kWh) Estalvi vs Actual (%) Estalvi vs Actual (€) Consum (kWh) Estalvi vs Actual (%) Estalvi vs Actual (€) Consum (kWh) Estalvi vs Actual (%) Estalvi vs Actual (€) Actual 759.875 - - 622.751 - - 208.907 - - IE3 751.927 1,05% 953,82 € 616.236 1,05% 781,70 € 206.478 1,16% 291,50 € Taula 23: Comparativa motor IE3 amb actual del compressors nº4 i 5. Aquesta taula s’ha elaborat per comparar el consum total dels compressors numero 4 i 5 que tenen actualment respecte amb el consum total d’aquests amb motors de eficiència classe IE3. Els valors de consum total s’han obtingut de la Taula 10, Taula 14, Taula 17 i Taula 21. Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 114 El procediment que s’ha seguit per l’elaboració de la taula ha estat el mateix que s’ha explicat anteriorment en la Taula 16. Solució Compressor 4 Compressor 5 Consum (kWh) Estalvi vs Actual (%) Estalvi vs Actual (€) Consum (kWh) Estalvi vs Actual (%) Estalvi vs Actual (€) Actual 476.837 - - 1.013.754 - - IE3 471.823 1,05% 601,69 € 1.000.566 1,30% 1.582,55 € Taula 24: Anàlisis compressor nº 5 amb motor elèctric d’eficiència classe IE4. Aquesta taula s’ha elaborat per simular el consum que tindria el compressor numero 5 amb un motor de eficiència classe IE4 i amb el mateix funcionament que actualment. La dinàmica seguida per l’elaboració de la taula, es la mateixa que s’ha explicat anteriorment per la Taula 10, però amb el rendiment del motor més convertidor de freqüència per un motor de nivell d’eficiència IE4. Dades obtingudes de Emerson Industrial Automation. Hores anuals de funcionament: 7.091 hores. Potència útil màxima requerida: 182 kW; Potència nominal: 200kW. Regulació per convertidor de freqüència motor asíncron Velocitat (rpm) Pu (kW) Pabs (kW) Treball Treball (h) Consum (kWh) η conjunt motor - convertidor Pf/Pu 3.000 182,00 193,78 11% 780 151.152,10 0,939 1 2.700 163,80 175,09 20% 1418 248.319,26 0,935 0,9 2.400 145,60 156,41 15% 1064 166.362,40 0,931 0,8 2.100 127,40 137,72 14% 993 136.719,66 0,925 0,7 1.800 109,20 119,03 15% 1064 126.608,30 0,917 0,6 1.500 91,00 100,34 13% 922 92.500,41 0,907 0,5 1.200 72,80 81,66 9% 638 52.112,52 0,892 0,4 900,0 54,60 62,97 3% 213 13.395,43 0,867 0,3 600,0 36,40 44,28 0% 0 0,00 0,822 0,2 300,0 18,20 25,59 0% 0 0,00 0,711 0,1 Total - - 100% 7.091,00 987.170,06 - - Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 115 Taula 25: Anàlisis compressor nº 1 amb motor elèctric d’eficiència classe IE4. Aquesta taula s’ha elaborat per simular el consum que tindria el compressor numero 1 amb un motor de eficiència classe IE4 i amb el mateix funcionament que actualment. La dinàmica seguida per l’elaboració de la taula, es la mateixa que s’ha explicat anteriorment per la Taula 11, però amb el rendiment del motor per un motor de nivell d’eficiència IE4. Dades obtingudes de ABB. Hores anuals de funcionament: 5.209 hores. Potència útil màxima requerida: 138 kW; Potència nominal: 160kW. Regulació Tot o Res Estat Pu (kW) Pabs (kW) Treball Treball (h) Consum (kWh) η motor Pf/Pu Càrrega 138 142,12 100% 5209 740.311,02 0,971 1 Total - - 100% 5.209 740.311,02 - - Taula 26: Anàlisis compressor nº 2 amb motor elèctric d’eficiència classe IE4. Per l’elaboració de la següent taula s’ha seguit la mateixa dinàmica que la taula anterior. Hores anuals de funcionament: 4.269 hores. Potència útil màxima requerida: 138 kW; Potència nominal: 160kW. Regulació Tot o Res Estat Pu (kW) Pabs (kW) Treball Treball (h) Consum (kWh) η motor Pf/Pu Càrrega 138 142,12 100% 4269 606.716,79 0,971 1 Total - - 100% 4.269 606.716,79 - - Taula 27: Anàlisis compressor nº 3 amb motor elèctric d’eficiència classe IE4. Per l’elaboració de la següent taula s’ha seguit la mateixa dinàmica que la taula anterior. Hores anuals de funcionament: 3.052 hores. Potència útil màxima requerida: 64 kW; Potència nominal: 75kW. Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 116 Regulació Tot o Res Estat Pu (kW) Pabs (kW) Treball Treball (h) Consum (kWh) η motor Pf/Pu Càrrega 64 66,46 100% 3052 202.832,81 0,963 1 Total - - 100% 3.052 202.832,81 - - Taula 28: Anàlisis compressor nº 4 amb motor elèctric d’eficiència classe IE4. Per l’elaboració de la següent taula s’ha seguit la mateixa dinàmica que la taula anterior. Hores anuals de funcionament: 4.674 hores. Potència útil màxima requerida: 96 kW; Potència nominal: 110kW. Regulació Tot o Res Estat Pu (kW) Pabs (kW) Treball Treball (h) Consum (kWh) η motor Pf/Pu Càrrega 96 99,69 100% 4674 465.943,93 0,963 1 Total - - 100% 4.674 465.943,93 - - Taula 29: Comparativa motor IE4 amb actual del compressors nº1, 2 i 3. Aquesta taula s’ha elaborat per comparar el consum total dels compressors numero 1, 2 i 3 que tenen actualment respecte amb el consum total d’aquests amb motors de eficiència classe IE4. Els valors de consum total s’han obtingut de la Taula 11, Taula 12, Taula 13, Taula 25, Taula 26 i Taula 27. El procediment que s’ha seguit per l’elaboració de la taula ha estat el mateix que s’ha explicat anteriorment en la Taula 16 Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 117 Solució Compressor 1 Compressor 2 Compressor 3 Consum (kWh) Estalvi vs Actual (%) Estalvi vs Actual (€) Consum (kWh) Estalvi vs Actual (%) Estalvi vs Actual (€) Consum (kWh) Estalvi vs Actual (%) Estalvi vs Actual (€) Actual 759.875 - - 622.751 - - 208.907 - - IE4 740.311 2,57% 2.347,71 € 606.717 2,57% 1.924,05 € 202.833 2,91% 728,90 € Taula 30: Comparativa motor IE4 amb actual del compressors nº4 i 5. Aquesta taula s’ha elaborat per comparar el consum total dels compressors numero 4 i 5 que tenen actualment respecte amb el consum total d’aquests amb motors de eficiència classe IE4. Els valors de consum total s’han obtingut de la Taula 10, Taula 14, Taula 24 i Taula 28. El procediment que s’ha seguit per l’elaboració de la taula ha estat el mateix que s’ha explicat anteriorment en la Taula 16. Solució Compressor 4 Compressor 5 Consum (kWh) Estalvi vs Actual (%) Estalvi vs Actual (€) Consum (kWh) Estalvi vs Actual (%) Estalvi vs Actual (€) Actual 476.837 - - 1.013.754 - - IE4 465.944 2,28% 1.307,22 € 987.170 2,62% 3.190,05 € Taula 31: Anàlisis compressor nº 5 amb motor elèctric síncron d’imants permanents. Aquesta taula s’ha elaborat per simular el consum que tindria el compressor numero 5 amb un motor síncron d’imants permanents i amb el mateix funcionament que actualment. La dinàmica seguida per l’elaboració de la taula, es la mateixa que s’ha explicat anteriorment per la Taula 10, però amb el rendiment del motor més convertidor de freqüència per un motor síncron d’imants permanents. Dades obtingudes de Emerson Industrial Automation. Hores anuals de funcionament: 7.091 hores. Potència útil màxima requerida: 182 kW; Potència nominal: 200kW. Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 118 Regulació per convertidor de freqüència motor asíncron Velocitat (rpm) Pu (kW) Pabs (kW) Treball Treball (h) Consum (kWh) η conjunt motor - convertidor Pf/Pu 3.000 182,00 190,38 11% 780 148.497,18 0,956 1 2.700 163,80 171,29 20% 1418 242.930,56 0,956 0,9 2.400 145,60 152,25 15% 1064 161.941,36 0,956 0,8 2.100 127,40 133,25 14% 993 132.278,04 0,956 0,7 1.800 109,20 114,28 15% 1064 121.553,26 0,956 0,6 1.500 91,00 95,35 13% 922 87.898,82 0,954 0,5 1.200 72,80 76,46 9% 638 48.799,11 0,952 0,4 900,0 54,60 57,62 3% 213 12.256,73 0,948 0,3 600,0 36,40 38,81 0% 0 0,00 0,938 0,2 300,0 18,20 20,04 0% 0 0,00 0,908 0,1 Total - - 100% 7.091,00 956.155,07 - - Taula 32: Comparativa motor síncron d’imants permanents amb actual del compressors nº5. Aquesta taula s’ha elaborat per comparar el consum total del compressor numero 5 actualment respecte amb el consum total d’aquest mateix compressor amb un motor síncron d’imants permanents. Els valors de consum total s’han obtingut de la Taula 31 i Taula 10. El procediment que s’ha seguit per l’elaboració de la taula ha estat el mateix que s’ha explicat anteriorment en la Taula 16. Solució Compressor 5 Consum (kWh) Estalvi vs Actual (%) Estalvi vs Actual (€) Actual 759.875 - - Imants permanents 956.155 5,68% 6.911,85 € Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 119 Taula 33: Comparativa econòmica dels diferents motors analitzats per la millora de la instal·lació d’aire comprimit. Aquesta taula s’ha elaborat per comparar econòmicament els diferents motors analitzats per la millora de la instal·lació d’aire comprimit. Els valors de consum total per a cada compressor i per a cada tipus de motor s’han obtingut de: - Compressor nº 1: Taula 11, Taula 18 i Taula 25 - Compressor nº 2: Taula 12, Taula 19 i Taula 26 - Compressor nº 3: Taula 13, Taula 20 i Taula 27 - Compressor nº 4: Taula 14, Taula 21 i Taula 28 - Compressor nº 5: Taula 10, Taula 17, Taula 24 i Taula 31 El cost d’adquisició ha estat obtingut de Emerson Industrial Automation. L’estalvi obtingut percentualment per cada tipus de motor s’obté de dividir el consum obtingut amb cada tipus de motor entre el consum actual. Aquest resultat el restem a 1 i s’obté el percentatge d’estalvi respecte l’actual. L’estalvi econòmic obtingut, s’obté de resta el consum amb cada tipus de motor a el consum actual. Aquesta diferència de consum, en kWh, es multiplica pel cost de l’electricitat de 0,12 €/kWh i llavors s’obté l’estalvi econòmic respecte la situació actual per a cada tipus de motor. Finalment el temps d’amortització, en anys, es el resultat de dividir el cost d’adquisició de cada tipus de motor entre l’estalvi que aporta cadascun d’ells respecte la situació actual. Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 120 Solució Actual IE2 IE3 IE4 Imants Permanents Compressor 1 (160kW) Cost adquisició (€) - - 7.755,49 10.071,58 - Amortització (Anys) - - 8,13 4,29 - Consum (kWh/any) 759.875 - 751.927 740.311 - Estalvi vs Actual (%) - - 1,05% 2,57% - Estalvi vs Actual (€/any) - - 953,82 2.347,71 - Compressor 2 (160kW) Cost adquisició (€) - - 7.755,49 10.071,58 - Amortització (Anys) - - 9,92 5,23 - Consum (kWh) 622.751 - 616.236 606.717 - Estalvi vs Actual (%) - - 1,05% 2,57% - Estalvi vs Actual (€) - - 781,70 1.924,05 - Compressor 3 (75kW) Cost adquisició (€) - - 3.710,00 4.689,53 - Amortització (Anys) - - 12,73 6,43 - Consum (kWh) 208.907 - 206.478 202.833 - Estalvi vs Actual (%) - - 1,16% 2,91% - Estalvi vs Actual (€) - - 291,50 728,90 - Compressor 4 (110kW) Cost adquisició (€) - - 5.455,35 6.606,07 - Amortització (Anys) - - 9,07 5,05 - Consum (kWh) 476.837 - 471.823 465.944 - Estalvi vs Actual (%) - - 1,05% 2,28% - Estalvi vs Actual (€) - - 601,69 1.307,22 - Compressor 5 (200kW) Cost adquisició (€) - 7.485,03 9.467,92 12.861,60 28.202,31 Amortització (Anys) - 7,86 5,98 4,03 4,08 Consum (kWh) 1.013.754 1.005.815 1.000.566 987.170 956.155 Estalvi vs Actual (%) - 0,78% 1,30% 2,62% 5,68% Estalvi vs Actual (€) - 952,61 1.582,55 3.190,05 6.911,85 Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 127 Potència (kW) Rendiment IE1 IE2 IE3 IE4 Imants Permanents 3 0,815 0,855 0,877 0,904 0,87 4 0,831 0,866 0,886 0,911 0,9 5,5 0,847 0,877 0,896 0,919 0,91 7,5 0,86 0,887 0,904 0,926 0,915 11 0,876 0,898 0,914 0,933 0,92 15 0,887 0,906 0,921 0,939 0,925 18,5 0,893 0,912 0,926 0,942 0,93 22 0,899 0,916 0,93 0,945 0,935 30 0,907 0,923 0,936 0,949 0,94 37 0,912 0,927 0,939 0,952 0,946 45 0,917 0,931 0,942 0,954 0,952 55 0,921 0,935 0,946 0,957 0,955 75 0,927 0,94 0,95 0,96 0,957 90 0,93 0,942 0,952 0,961 0,956 110 0,933 0,945 0,954 0,963 0,963 132 0,935 0,947 0,956 0,964 0,964 160 0,938 0,949 0,958 0,966 0,965 200 0,94 0,951 0,96 0,967 0,967 250 0,94 0,951 0,96 0,967 0,97 315 0,94 0,951 0,96 0,967 0,97 355 0,94 0,951 0,96 0,967 0,97 Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 128 Gràfic 6: Comparativa rendiment motor elèctric alimentat per convertidor de freqüència. El següent gràfic ha estat elaborat per fer una comparativa del comportament, a nivell de rendiment, que tenen els diferents motors elèctrics al ser alimentats per convertidor de freqüència. Les dades dels rendiment dels motors més convertidor de freqüència han estat obtingudes de Emerson Industrial Automation. Velocidad (rpm) η motor IE1 + VV η motor IE2 + VV η motor IE3 + VV η motor IE4 + VV η motor imants + VV 3000 0,916 0,922 0,927 0,939 0,956 2700 0,912 0,918 0,923 0,935 0,956 2400 0,907 0,914 0,918 0,931 0,956 2100 0,901 0,908 0,913 0,925 0,956 1800 0,893 0,900 0,905 0,917 0,956 1500 0,881 0,890 0,895 0,907 0,954 1200 0,865 0,875 0,880 0,892 0,952 900 0,839 0,851 0,855 0,867 0,948 600 0,792 0,807 0,811 0,822 0,938 300 0,677 0,698 0,702 0,711 0,908 0,8 0,82 0,84 0,86 0,88 0,9 0,92 0,94 0,96 0,98 3 5,5 11 18,5 30 45 75 110 160 250 355 Rendiment Potència Eficiència motors 4 pols IE1 IE2 IE3 IE4 Imants Permanents Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 129 Gràfic 7: Comparació de la demanda diària amb la màxima generada diària. El següent gràfic ha estat elaborat per comparar la potència màxima que pot ser generada per la instal·lació fotovoltaica amb la demanda al llarg d’un dia en el procés de producció de l’empresa. Els valors de consum diari han estat obtinguts de Dulcegan. El valor de potència màxima generada en la instal·lació fotovoltaica és la màxima que pot aportar la instal·lació. S’expressa com a una línia les 24h, per fer-se una idea ràpida que no hi ha demanda inferior al nivell màxim generat en cap moment del dia. Si hi existís possibilitat s’hauria de mirar les hores principals de sol i veure si la demanda llavors pot estar sota la produïda. 0,700 0,800 0,900 1,000 3000 2700 2400 2100 1800 1500 1200 900 600 300 Rendiment Velocitat (rpm) Compartiva rendiments motor elèctric alimentat amb convertidor de freqüència η motor IE1 + VV η motor IE2 + VV η motor IE3 + VV η motor IE4 + VV η motor imants + VV 0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00 600,00 700,00 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Potència Hora Comparació demanda d'aire amb generada en FV Consum (KWh) Potència màxima FV Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 130 3. Catàlegs 3.1. Mòdul fotovoltaic Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 131 Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 132 3.2. Inversor Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 133 Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 134 Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 135 3.3. Convertidor de freqüència Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 136 3.4. Fusibles Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 143 3.6. Interruptor diferencial general Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 144 3.7. Magnetotèrmic Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 145 3.8. Interruptor general Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 146 3.9. Cable Exzhellent solar Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 147 Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 148 Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 149 Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 150 3.10. Cable Energy RV-K FOC Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 151 Estudi i millora d'una instal·lació d'aire comprimit mitjançant panells fotovoltaics Annexos 152 3.11. Conductor principal de Terra