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Proyecto Fin de Carrera EVAULACIÓN TÉCNICA Y ECONÓMICA DE LAS DISTINTAS OPCIONES DE AUTOCONSUMO Y BALANCE NETO FOTOVOLTAICO Mariángeles Aterido Galdón Eina / Ingeniería Indus 1 Proyecto Fin de Carrera EVAULACIÓN TÉCNICA Y ECONÓMICA DE LAS DISTINTAS OPCIONES DE AUTOCONSUMO Y BALANCE NETO FOTOVOLTAICO Autor Mariángeles Aterido Galdón Director/ Codirector José Luis Bernal Agustín Rodolfo Dufo López Eina / Ingeniería Indus trial 2014 Proyecto Fin de Carrera EVAULACIÓN TÉCNICA Y ECONÓMICA DE LAS DISTINTAS OPCIONES DE AUTOCONSUMO Y BALANCE NETO FOTOVOLTAICO 2 EVALUACIÓN TÉCNICA Y ECONÓMICA DE LAS DISTINTAS OPCIONES DE AUTOCONSUMO Y BALANCE NETO FOTOVOLTAICO Resumen Con este proyecto final de carrera se pretende dar una visión global de las diferentes opciones de autoconsumo y balance neto existentes en varios países, para instalaciones fotovoltaicas conectadas a la red eléctrica. El balance neto es el mecanismo de autoconsumo por el cual la energía excedentaria vertida a la red se puede recuperar cuando la producción fotovoltaica no cubre toda la demanda. Existen diferentes opciones de balance neto regulados por la legislación vigente en distintos países: balance neto energético, balance neto económico, por periodos mensuales o anuales. Se han analizado los borradores de los proyectos de Real Decreto (RD) sobre autoconsumo y balance neto existentes en España, y sus respectivos informes de la Comisión Nacional de la Energía (CNE), a la espera de que se apruebe la ley. El primer borrador del RD sobre autoconsumo del gobierno contemplaba el balance neto energético anual, mientras que el primer informe de la CNE era partidario del balance neto económico anual; el segundo borrador no incentiva el autoconsumo debido al peaje de respaldo impuesto a la energía consumida de la propia instalación fotovoltaica ya que no contempla el balance neto, mientras que el segundo informe de la CNE se opone a dicho peaje de respaldo. En este proyecto se comparan las diferentes opciones para autoconsumo en España, los modelos de los dos borradores y los dos informes de la CNE, aplicados a una instalación fotovoltaica con conexión a red de un consumidor convencional. Se realizan ensayos modificando los precios de los componentes más importantes y la ubicación. También se ensayan otros modelos como el balance neto energético y económico mensual, la opción de no necesitar préstamo para la instalación, y la modificación del interés y de la inflación. Estos ensayos se realizan a través de la herramienta iHOGA, un programa informático que simulará los casos y, analizando los resultados y comparándolos entre sí, se obtendrán las conclusiones acerca de la viabilidad económica de los casos de ensayo. 3 Índice 1. INTRODUCCIÓN 4 1.1 OBJETO 4 1.2 ALCANCE 4 2. SITUACIÓN DEL AUTOCONSUMO Y BALANCE NETO EN ALGUNOS PAÍSES 5 2.1 ALGUNAS DEFINICIONES 5 2.2 CONSIDERACIONES SOBRE LA ENERGIA FOTOVOLTAICA 7 2.3 BENECIOS DEL AUTOCONSUMO 8 2.4 EJEMPLOS REPRESENTATIVOS 8 2.5 REFLEXIONES 10 3. NORMATIVA EN ESPAÑA 11 3.1 INTRODUCCIÓN 11 3.2 PRIMER BORRADOR 12 3.2.1 PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS 12 3.2.2 CONSIDERACIONES 13 3.3 PRIMER INFORME DE LA CNE 13 3.3.1 PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS 12 3.3.2 CONSIDERACIONES 13 3.4 SEGUNDO BORRADOR 14 3.4.1 PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS 14 3.4.2 CONSIDERACIONES 15 3.5 SEGUNDO INFORME DE LA CNE 15 3.5.1 PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS 15 3.5.2 CONSIDERACIONES 16 3.6 CONCLUSIONES 16 4. INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA CON CONEXIÓN A RED 17 4.1 PRECIOS, IMPUESTOS Y PEAJES A LA ELECTRICIDAD 17 4.2 PROGRAMA iHOGA 17 4.3 CASOS DE ESTUDIO 19 4.4 RESULTADOS 23 4.5 CONCLUSIONES 28 5 CONCLUSIONES 30 6 BIBLIOGRAFÍA 31 Anexos 32 1 Curvas horarias representativas de un día de cada mes. Simulación iHOGA 32 2 Flujos de caja. Resultados simulación 36 3 Simulaciones varias 37 4 Hojas de características 41 4 Introducción 1.1 Objeto En este proyecto se han revisado las normativas sobre autoconsumo y balance neto en diferentes países para instalaciones fotovoltaicas de conexión a red. Se han visto los beneficios que aporta el autoconsumo a la red y al usuario, y se ha realizado una reflexión sobre las políticas que deberían seguir los gobiernos para fomentar el autoconsumo. Debido a los últimos proyectos de real decreto sobre balance neto y autoconsumo que el gobierno ha dado a conocer, se han realizado diversos ensayos de un caso de una residencia convencional con autoconsumo fotovoltaico aplicando esa posible normativa y las diversas correcciones de la CNE al respecto, a la vista de que se apruebe la ley. Se ha utilizado el programa informático iHOGA para la simulación del sistema, el cálculo de las distintas energías (energía autoconsumida, energía comprada a red, energía inyectada a red, y energía involucrada en el balance neto)y de la rentabilidad de la instalación, calculando el coste total del sistema trasladado al momento inicial de la inversión. Finalmente, con los resultados logrados se han deducido las opciones mejores para el desarrollo del autoconsumo en España. 1.2 Alcance A continuación se describe brevemente el contenido de este documento. En primer lugar se plantean los beneficios de la energía fotovoltaica, luego se analizan diferentes modelos de autoconsumo y balance neto en varios países representativos y se contemplan los beneficios del autoconsumo. En el siguiente apartado se analizan los últimos proyectos de Real Decreto sobre autoconsumo y balance neto, y sus respectivos informes de la Comisión Nacional de la Energía, a la espera de que se apruebe una ley. Por último se plantea el caso de estudio de una residencia convencional con autoconsumo fotovoltaico, y se analizan los resultados obtenidos con la simulación de diferentes casos aplicando los proyectos del RD e informes antes citados, y viendo cómo influye el préstamo a la instalación fotovoltaica, el precio de los paneles y del inversor o la ubicación. Se analizan los resultados obtenidos, comparándolos entre sí. Finalmente se indican las conclusiones que se obtienen al analizar los resultados obtenidos. 5 2. Situación del autoconsumo y balance neto en algunos países. 2.1 Definiciones Para poder entender los diversos modelos de retribución fotovoltaica existente en diferentes países, es necesario primero definir algunos términos. Autoconsumo fotovoltaico ( Self-consumption): Posibilidad de que cualquier consumidor de electricidad conectado a un sistema fotovoltaico con la capacidad correspondiente a su consumo, use esa electricidad obtenida en el momento para su propio consumo y pueda verter a la red la que no necesite y obtener un valor por ello. Balance neto (Net-metering): Sistema de compensación de saldos de energía de manera instantánea o diferida, que permite a los consumidores la producción individual de energía para su propio consumo para compatibilizar su curva de producción con su curva de demanda. La electricidad no consumida genera unos derechos de consumo diferido con una duración en el tiempo, durante el cual, el propietario de esos derechos puede obtener electricidad a cambio de ellos (balance neto puro o energético). Cuando existe una prestación económica por la energía excedentaria se trata del balance neto económico o mixto. Figura 1. Esquema balance neto. Fuente: Piernavieja, 2012, Instituto Tecnológico de Canarias. 6 FIT (feed-in tariff): Tarifa de inyección a red de la energía producida mediante energía renovable (toda la producción se inyecta y vende a la red). Figura 2. Esquema FIT. Fuente: Piernavieja, 2012, Instituto Tecnológico de Canarias. Green Certificates ("certificados verdes"): Medida de apoyo a la generación renovables. Los certificados representan la energía generada mediante fuentes renovables y tiene un valor económico. T-O-U tariff (Time-Of-Use): Tarifa con discriminación horaria según el momento de inyección a red de la energía obtenida mediante fuentes renovables. 7 2.2 Consideraciones sobre la energía fotovoltaica A estas alturas nadie duda de las grandes excelencias de las energías renovables, su generación es gratuita y no contaminan mientras producen electricidad. Centrándonos en la energía solar fotovoltaica, podemos describir algunas de sus principales ventajas y las barreras a las que se enfrenta. Las instalaciones fotovoltaicas se clasifican en dos grandes grupos, aisladas o con conexión a red. Las instalaciones fotovoltaicas aisladas permiten obtener energía en los lugares más remotos del mundo donde no se tiene acceso a la red eléctrica. Muchos hogares han conseguido tener electricidad al menos para el alumbrado, un frigorífico (tan esencial para conservar los alimentos), sistemas de comunicaciones, etc., gracias a la energía solar. En la actualidad existen iniciativas de ayuda al desarrollo que subvencionan este tipo de instalaciones. Por ejemplo, el programa Euro Solar, financiado el 80% por la Unión Europea, llevó la electricidad mediante energías renovables a 600 comunidades aisladas latinoamericanas. Los sistemas fotovoltaicos con conexión a red se diseñan para producir un ahorro en la factura del consumidor pero conducen a otros beneficios para todo el sistema eléctrico, como la menor dependencia energética del país, la descongestión de la red o la disminución de las emisiones de CO 2 . Una de las desventajas de las instalaciones fotovoltaicas es que dependen de los incentivos fiscales y de las subvenciones en muchos casos para ser rentables. Aunque en algunos países se ha conseguido la paridad con la red, todavía no son casos representativos. El uso de este tipo de sistemas sin ayudas suele compensar en algunas islas donde se dan dos situaciones ventajosas para la fotovoltaica: precios altos de la electricidad y un alto nivel de irradiación. Pero en otros lugares, el beneficio para el usuario depende de las políticas energéticas del país y del precio final de la instalación fotovoltaica. La energía solar también se encuentra enfrentada a veces a los intereses de las compañías de energías eléctricas convencionales, como las centrales nucleares, de carbón, de gas natural, de fuel/gas, cogeneración... Hasta la entrada de las energías renovables en el sector eléctrico, las eléctricas adecuaban la demanda base con las centrales de carbón y nuclear que están preparadas para operar al 100%, y cubrían los picos de demanda con las de gas, más modulables. Con la llegada de las renovables el mercado eléctrico empezó a cambiar. La energía eólica y la solar son fuentes intermitentes de energía y que tienen un vertido a la red preferente en Europa y algunos otros países. A mitad del día es justo cuando la producción de la energía solar es más fuerte y gracias a su prioridad de red cubre parte de la demanda en las horas puntas, las de mayor coste. En los picos de demanda es donde las eléctricas obtienen sus mayores beneficios, pero la solar ha hecho bajar los precios y disminuir los ingresos de las grandes empresas eléctricas que acaparan los mercados. Una de las pegas que siempre se pone a las energías renovables es que son poco fiables, pero tenemos el caso de Alemania que cubre un 22% de su demanda total de electricidad con este tipo de energía, y que hasta la fecha no ha fallado, es más, Alemania tiene unas de las puntuaciones más altas de Europa en índice de fiabilidad. 8 2.3 Beneficios del autoconsumo El autoconsumo premia directamente al consumidor al utilizar su propia energía para su consumo. Consigue una reducción de su factura eléctrica, hace al consumidor más consciente de su demanda energética y se vuelve más eficiente para conseguir el mayor aprovechamiento de su generación y, si las leyes lo permiten, puede obtener un beneficio económico de su excedente de energía al verterla a la red. Un reto clave es la integración de las energías renovables en las redes eléctricas. El autoconsumo puede mejorar la capacidad de las redes existentes disminuyendo la carga de la red y las pérdidas, aumentando su estabilidad, y evita costes en el sistema como la inversión en la capacidad de la red o su mantenimiento. Otros aspectos importantes que ya hemos destacado antes de las energías renovables, es que se consigue una menor dependencia energética del país, y se disminuye el impacto ambiental al ser menores las emisiones de CO 2. A pesar de sus grandes ventajas, son los precios finales de la electricidad los que harán atractivo el autoconsumo en una política energética que se plantea a largo plazo sin incentivos. El autoconsumo fotovoltaico conlleva grandes beneficios y debe formar parte de un futuro energético sostenible. 2.4 Ejemplos representativos En la actualidad, están emergiendo diferentes modelos de autoconsumo basándose en sus características legales y monetarias. (Photon International, 2013; SunEdison, 2013; Yamamoto/ Solar Energy 86 (2012) 2678-2685; Darghouth et al./ Energy Policy 67 (2014) 290-300). Las barreras jurídicas y económicas impiden despegar el autoconsumo en los cinco mercados eléctricos más grandes de Europa. -Francia: Incentiva sólo la energía renovable inyectada a la red que puede optar a las ayudas del gobierno. El autoconsumo con los bajos precios de la electricidad para usuarios finales y sin subvenciones se hace poco atractivo. Ahora mismo está fuera de juego por sus grandes barreras legales al autoconsumo. -Italia: Es favorable al autoconsumo pero tiene unos trámites burocráticos complejos y pone un tope de 200 kW para instalaciones que opten al balance neto. Da la opción de elegir entre FIT o balance neto. Remunera económicamente el excedente a través de lo que denominan el "Scambio sul posto", aunque estos incentivos empezaron a disminuir ya en 2013. -Alemania: Tiene un buen soporte económico y legal pero es restrictivo para instalaciones fotovoltaicas integradas en edificios y también para las instaladas en tejado. Fomenta el autoconsumo con un pago específico, "dedicated payment", que limita este tipo de remuneración a instalaciones inferiores a 500 kW en tejado. -Reino Unido: Incertidumbre legal para el autoconsumo. Tienen un coste bajo de la electricidad y no concede ayudas al autoconsumidor. Permite un pago a los sistemas de generación a pequeña escala, menores de 50 kW, (los sistemas más grandes reciben una remuneración menor). El pago es independiente del destino de la electricidad, ya sea consumida o inyectada a la red. Si la electricidad generada es vertida a la red, reciben una remuneración extra, por "pago a la exportación", que es significativamente menor que el precio que pagaría un usuario final residencial o comercial. -España: Hablaremos de ella en el siguiente punto, de momento adelantamos que con el último borrador del RD de autoconsumo pendiente de aprobación se ha dado un paso hacia atrás no contemplando el balance neto (permitiendo únicamente el autoconsumo 9 instantáneo) y pretendiendo imponer un peaje de respaldo sobre la energía fotovoltaica generada autoconsumida, que desincentiva absolutamente este tipo de instalaciones. Otros países en Europa que contemplan el balance neto son: -Dinamarca: Balance Neto con tarifa preferente y eliminación del impuesto PSO, (Public Service Obligation), que pagan el resto de productores de energía renovable. Hace rentable el autoconsumo. -Bélgica: Contempla el balance neto y los certificados verdes (green certificates). En Europa existen sistemas de incentivos que consiguen que 3 de cada 5 casos sean un modelo de negocio para autoconsumo. Fundamentalmente, las tarifas que pagan los consumidores proporcionan diferentes niveles de incentivos económicos en los distintos países. A medio-largo plazo, podría ser modificada la actual estructura de tarifa (pago de energía + coste de la red + cargos + impuestos), para asegurar la financiación de la red y los ingresos fiscales. El balance-neto es un instrumento importante para fomentar el autoconsumo en otros mercados y podría facilitar la transición del FIT (feed-in tariff), a un mercado competitivo y beneficioso para el consumidor. Fuera de Europa podemos señalar otros casos, tenemos el ejemplo de EE.UU. cuyo sistema de balance neto es ampliamente usado en 43 de sus 50 estados que tienen una política fotovoltaica. -California, (EE.UU): Balance neto con tarifa TOU (time of use metering). -Nueva Jersey, (EE.UU): Balance neto y certificados verdes. -Colorado, (EE:UU): Tiene desde el 2004 la política de balance neto mejor considerada en todos los EE.UU. Permite el balance neto, para sistemas sobredimensionados, hasta un 120% del consumo medio anual, del que pueden hacer uso todos los inversores. En los siguientes países también podemos encontrar modalidades de balance neto: -Japón: FIT para excedentes junto con tarifa TOU (time of use metering). Las eléctricas tienen la obligación de comprar los excedentes de la energía generada por fotovoltaica durante al menos 10 años para instalaciones menores de 500 kW. También están incentivando la fotovoltaica en las horas punta con las llamadas tarifas TOU, que permiten la discriminación de precios según el momento del día. -Tailandia: "Dedicated payment", pagos para incentivar el auto consumo. -Namibia: Tiene un sistema de préstamos y subvenciones. Con una densidad de población muy baja, se enfrenta a altos costes de una expansión de red. Para llevar la electricidad a más gente, el gobierno impulsó un plan de energía "offgrid", proporcionando préstamos subsidiarios por la compra de sistemas fotovoltaicos. Los propietarios pueden vender esta energía y ofrecen servicios de carga del móvil o de baterías, refrigeración de bebidas... -México: Fomenta el autoconsumo pero su implementación es muy reciente todavía y le faltan incentivos como el FIT o los Green Certificates. Disponen de una tarifa plana de transmisión por el uso de la red eléctrica, " flat transmission fee", para la energía generada por las renovables, y también tienen prioridad de red. La fotovoltaica es competitiva en los lugares de alta irradiación de México pero el mayor problema que tiene es su complicada burocracia y la corrupción. -Brasil: Modelo emergente de fomento de la fotovoltaica. Implanta el balance neto con un periodo de compensación de 12 meses. 16 Propone eliminar el peaje de respaldo a la energía que es autoconsumida de forma instantánea sin llegar a ser inyectada al sistema, por su insuficiente justificación e imposibilitar el desarrollo del autoconsumo. Está de acuerdo en mantener los peajes de generación por la energía excedentaria y vertida a la red. Propone la revisión del actual sistema de peajes de acceso que se compone de un término variable por la energía consumida, y un término fijo por la potencia contratada, y establecer un término fijo por cliente para evitar la discriminación y garantizar que todos los consumidores y productores contribuyan a la cobertura de costes y servicios del sistema eléctrico. 3.5.2 Consideraciones El peaje de respaldo hace inviable las modalidades de suministro y producción con autoconsumo y por eso debería eliminarse, tal y como propone la CNE, y volver a regular el autoconsumo con el sistema de balance neto. 3.6 Conclusiones Las instalaciones fotovoltaicas con conexión a red para usuarios, bien sean residenciales o industriales, tienen como función reducir su consumo de la red y por lo tanto conseguir un ahorro en su factura. En menos de dos años se han presentado dos modelos de proyectos de Real Decreto sobre autoconsumo, con sus respectivos informes de la Comisión Nacional de la Energía y no sabemos si aparecerá un tercer proyecto ya que de momento sigue sin ver la luz el Real Decreto. Con el primer borrador la fotovoltaica para pequeñas instalaciones tuvo lugar con el anuncio del balance neto, aunque no contemplara una compensación económica como pretendía el primer informe de la CNE, sino una compensación de saldos de energía. Pero antes de que se llegara a aprobar, salió el segundo borrador empeorando la situación, no contemplando el balance neto e introduciendo un peaje de respaldo discriminatorio para el autoconsumo. Si este segundo proyecto se aprueba y no se hace caso a las consideraciones de la CNE de eliminar el peaje de respaldo, el autoconsumidor actual tendrá que ver si le sale rentable el autoconsumo instantáneo con todas las tasas y peajes que conlleva, o si le sale más rentable desenchufar la instalación. Después del auge de la solar en 2007 y 2008 con las primas a las renovables, el gobierno ha llevado a cabo una política restrictiva. En estos momentos la prioridad del gobierno español está centrada en la reducción del déficit de tarifa del sector eléctrico, con una deuda que ascendía en mayo del 2013 a 26.000 millones de euros. Esto ha llevado al gobierno a imponer unos costes al autoconsumidor para que se haga responsable, al igual que el resto de consumidores, de los costes del sistema eléctrico por la energía que autoconsume. Pero los demás consumidores no ha invertido en una instalación fotovoltaica ni benefician al sistema con su propio consumo generado descongestionando la red, reduciendo pérdidas que aumentan la eficiencia, disminuyendo la dependencia energética del país o consiguiendo un menor impacto ambiental. A la vista de la figura 2 podemos asegurar que España dista todavía del objetivo comunitario sobre renovables para el 2020, y con una fuerte dependencia de la energía extranjera, un 20%, superior a la media europea, no puede escudarse en el déficit tarifario para frenar las renovables, debe encontrar los mecanismos adecuados para su desarrollo e integración en la red. Para conseguirlo la energía fotovoltaica debe jugar un papel importante. 17 4. Instalación fotovoltaica con conexión a red 4.1 Precios, impuestos y peajes a la electricidad En este apartado se hace un breve resumen de los Reales Decretos de Ley, Órdenes y proyectos de reales decretos donde aparecen los precios y peajes a pagar por los consumidores y productores de energía solar fotovoltaica que aplicaremos en el caso de estudio, consumidor con tarifa de último recurso (TUR), para instalaciones inferiores a 10 kW de potencia instalada, y sin discriminación horaria. -BOE 235 de 1 de octubre de 2013 (TUR) Término de potencia: TPU= 35,649473 euros/ kWh/año Término de energía: TEU 0 = 0,130845 euros/ kWh, (incluido el peaje de acceso para consumidor) -Orden IET/1491/2013, 1 agosto Peajes de acceso para consumidores de baja tensión Peaje de acceso a la red: TEA= 0,053255 euros/ kWh Se aplica a la energía consumida de la red -RD 1544/2011, 16 noviembre Peaje de acceso para productores de energía eléctrica. Peaje de acceso de generación= 0,5 euros/ MWh Se aplica a la energía inyectada a la red -Ley 15/2012, 28 diciembre Impuesto del valor de la producción de la energía eléctrica Tipo de gravamen: IPVEE= 7% Sobre el valor de la energía inyectada a la red antes de aplicar el IVA -Ley 66/1997 Impuesto a la electricidad= 5,1127% Se aplica al valor de la energía consumida de la red antes de aplicar el IVA -Proyecto RD autoconsumo, julio 2013. (Segundo borrador) Peaje de respaldo= 0,067568 euros/ kWh Sobre la energía consumida procedente de la instalación fotovoltaica 4.2 Programa iHOGA Es una herramienta informática para la simulación y optimización de sistemas híbridos de energías renovables mediante el uso de algoritmos genéticos. En este proyecto se ha utilizado iHOGA para simular un sistema fotovoltaico con conexión a red. La optimización se basa en la minimización de los costes totales del sistema a lo largo de su vida útil trasladados al momento actual de la inversión, denominado Coste total (VAN), por las siglas del Valor Actual Neto. Figura 8. Esquema de la instalación. 18 El sistema de energía solar consta de unos paneles fotovoltaicos, un inversor, (conversor DC/AC), y un contador de energía. Al no haber baterías la energía sobrante se pierde o se vierte a la red. El generador fotovoltaico está formado por módulos fotovoltaicos. Los paneles o módulos fotovoltaicos se encuentran conectados eléctricamente en serie, configurando una rama, para obtener la tensión nominal necesaria. Las ramas se conectan en paralelo para conseguir la potencia deseada. El inversor transforma la corriente continua generada por los módulos fotovoltaicos, en corriente alterna con el voltaje y frecuencia adecuada para ser traspasada a la red, hace trabajar al campo fotovoltaico en su punto de máxima potencia, (MPPT, Maximum Power Point Tracking), supervisa la red de posibles averías y corta la conexión en caso de fallo, evitando el funcionamiento en isla. Se escoge en función del tamaño de la instalación, y supone entre un 10 y un 15% del coste total de la instalación, aunque con la tendencia a la baja de los precios de los paneles fotovoltaicos ese procentaje está aumentando. El programa consta de una base de datos para los diversos componentes de la instalación, y se pueden añadir elementos o modificar los existentes. Introduciendo la ubicación del lugar de ensayo el programa puede dirigir a la web de la NASA donde encontrar los datos de irradiación mensuales promedio de ese lugar y luego poder introducirlos en el apartado de irradiación. Figura 9. Irradiación, web NASA Después de dar al programa todos los datos económicos para el cálculo del Coste Total (VAN): costes de la instalación, interés del mercado, inflación esperada, periodo de estudio, cantidad prestada, interés del préstamo y su duración, y los datos relativos a la compra y venta de electricidad, el programa, con una modalidad determinada de balance neto, nos da la rentabilidad esperada, indicando además la inclinación de los paneles óptima para ese caso. 19 4.3 . Casos de estudio Se ha establecido para la mayoría de los casos Zaragoza como lugar de ensayo, y se ha calculado la rentabilidad de la instalación aplicando los dos proyectos de RD y las respectivas propuestas de la CNE explicadas anteriormente. Se han tenido en cuenta además otros casos que incluyen el balance neto mensual (en lugar de anual) de balance neto económico y balance neto energético. También se han hecho diferentes ensayos modificando el precio de adquisición del inversor (suponiendo que este disminuyera en un futuro próximo si aumentase su producción), y bajando el precio de adquisición de los módulos (se espera que sigan bajando conforme la tecnología sigue madurando). Se ha contemplado también el caso de no necesitar un préstamo para costear la instalación fotovoltaica, y con esta base se ha ensayado además la opción de un inversor más barato. Otro de los casos de ensayo se centra en disminuir el interés y aumentar o decrecer la inflación para comprobar diversas situaciones que de podrían dar en el futuro. Más adelante veremos también qué pasaría si la residencia estuviera en Almería, Las Palmas de Gran Canaria, Sevilla o Palma de Mayorca, lugares dónde la irradiación puede ser mayor. Como lo que interesa en este proyecto es obtener la rentabilidad de una instalación fotovoltaica para uso residencial, se han escogido datos generales de consumo de lo que sería un hogar típico de potencia contratada de 4,6 kW (correspondiente a ICP de 20 A). De la base de datos se ha obtenido un perfil genérico del consumo medio horario de una residencia convencional, donde el consumo medio horario es distinto para cada mes (figura 10). Nótese que el consumo que aparece para cada hora del día del día medio de cada mes se refiere al consumo medio de esa hora. Por ejemplo, en enero de las 14 a las 15 h el consumo que aparece en la figura es de 400 W. Eso significa que, de media, en enero entre las 14 y 15 h se consumió 400 W de potencia media, es decir, 400 W·1h = 400 Wh de energía. Sin embargo lo habitual es que esos 400 Wh no se consuman en forma de 400 W de potencia constante durante una hora, sino que dentro de esa hora habrá intervalos de tiempo en que se consuman por ejemplo 3500 W, otros intervalos en que se consuman por ejemplo 300 W, otros intervalos en que no haya casi nada de consumo de potencia, etc., pero el valor medio de consumo de potencia de esa hora es de 400 W. Figura 10. Consumos medios mensuales para cada hora del día (W). 20 Consumo de electricidad total de la instalación = 2369,10 kWh/año, correspondiente a un valor medio de 6,49 kWh/día. Los modelos escogidos para inversor y panel fotovoltaico, sin seguidor solar, son los que se adecúan al consumo del hogar. En el anexo se encuentran las hojas de especificaciones de los elementos utilizados. En las siguientes tablas resumimos los principales datos de la instalación. Zaragoza DATOS ECONÓMICOS INSTALACIÓN FV Irradiación media diaria superficie horizontal 4,41 kWh/m² Interés del mercado (precio del dinero) 4% Irradiación total anual sup.horizontal 1612,97 kWh/m² Inflación general esperada 2% Periodo de estudio 25 años RED AC CONVENCIONAL Préstamo( cuota constante, sistema francés) 80% Consumo residencial medio 6,49 kWh/dia Interés del préstamo 7% Tensión DC 200 V Duración del préstamo 10 años Tensión AC 230 V Cableado, instalación y costes variables iniciales 300€ fijo + 2% sobre coste inicial Potencia contratada 4,6 kW Coste total instalación 3.000 € Mantenimiento 100€/ año GENERADOR FOTOVOLTAICO INVERSOR modelo Atersa SiP A135P, 12 V modelo Sunny Boy 1200 VA potencia unitaria pico 135 Wp (potencia pico) potencia 1200 VA número de paneles 12 coste 1.075 € potencia pico instalada 1620 Wp vida útil 10 años coste unitario 170 € coste fijo de operación y mantenimiento 40€/ año Inflación anual esperada del precio de los paneles 2% vida útil 25 años Tabla 2. Datos de la Instalación Se ha elegido el generador fotovoltaico de esta potencia porque la energía generada total en el año es similar a la consumida total en el año por nuestra vivienda. Un generador más grande no tendría sentido porque la energía de más que se produjera en el año no sería compensada con la consumida.( En el balance neto no se puede inyectar a la red más energía de la consumida). 21 El inversor es de potencia nominal algo menor que la potencia pico del generador fotovoltaico ya que normalmente el generador nunca llega a su potencia pico, sino menos, además los inversores permiten cierta sobrecargas. COMPRA DE ENERGÍA A LA RED: Términos variables de energía en función del consumo: Precio de la energía: 0,07223 €/ kWh Peaje de acceso: 0,053255 €/ kWh Término fijo en función de la potencia instalada: Potencia instalada: 5 kW Potencia contratada: 4,6 kW (ICP de 20 A) Coste del término de potencia: 35,65 €/kW/año Inflación anual del precio de la energía: 3% Peaje de acceso: 0,067568 €/ kWh Impuestos totales sobre el coste de la electricidad: 27,18% ( Impuesto electricidad + IVA:[ Total energía consumida * (1+5,1127)] * (1+0,21) = Total energía consumida * (1+0,2718) ) Los impuestos totales sobre el coste de la electricidad se aplican sobre todos los costes: Energía, peajes de acceso, peaje de respaldo, término de potencia y peaje de acceso de generación por la inyección de electricidad a la red. VENTA DE ENERGÍA A LA RED: Precio de venta: 0,050215 €/ kWh Pactado con el comercializador, en este caso se ha obtenido una media del precio de la electricidad en el mercado libre del año 2013 de las horas centrales del día donde hay mayor producción fotovoltaica. (CNE, Precio final medio de cada hora de los días de cada mes de los comercializadores libres + consumidor directo en el mercado eléctrico). Peaje de acceso de generación: 0,000535 €/ kWh, (incluye el impuesto a la generación del 7%) Límite potencia de venta a la red: 4,6 kW (La potencia de venta a red no puede sobrepasar la capacidad de la instalación convencional AC) Inflación anual del precio de la energía: 3% Impuestos totales sobre los ingresos de venta de la electricidad: 21% Los impuestos totales sobre ingresos de la venta de electricidad se aplican sobre todos los ingresos obtenidos por la venta de energía a la red, (a la compañía eléctrica se le factura por el precio de la electricidad vendida más este impuesto). Para los ensayos de casos con el primer borrador, se aplica el esquema de costes vistos en la figura 4. Lo mismo con el primer informe de la CNE, segundo borrador, y segundo informe de la CNE, que se sigue el esquema comentado anteriormente de las figuras 5, 6 y 7 respectivamente. Los resultados más importantes que obtenemos con la simulación de los casos en iHOGA, son el Coste Total (VAN), la inclinación óptima de los paneles y los años de amortización. 22 Fórmula que hemos utilizado para el cálculo del Coste Total (VAN): C= ∑ó+∑   ∑ó   ·  · + ∑ "##        +∑"#$ %      + ∑" %    +   =" ó+%++=" +%+−=' "$+%+ ; Dónde: g = 2%, inflación esperada para operación y mantenimiento de la instalación y para el precio de reposición del inversor (ser repone cada A años, cuando finaliza su vida útil, un total de Nrep veces durante la vdia del sistema, por ejemplo, si la vida útil del sistema es 25 años y la vida del inversor es 10 años, se repondrá un total de Nrep=2 veces, a los 10 años y a los 20 años) i =4%, interés del mercado, precio del dinero f = 3%; inflación esperada de los precios de la electricidad A = 10; número de años de vida útil del inversor N = 25 vida útil de la instalación de generación En la ecuación anterior debe tenerse en cuenta que: • El “Coste anual compra E” es la energía total obtenida de la red multiplicada por el precio de compra de la energía (precio del kWh, sin contar peajes de acceso), más impuestos. • El término “Ingresos anuales venta E red” depende del tipo de balance neto: o Si el balance neto es energético: es la energía inyectada a la red tal que no supere a la comprada de la red (balance neto), multiplicada por el mismo precio de compra de la energía (precio de compra del kWh, sin contar peajes de acceso), más impuestos. De esta forma, toda la energía involucrada en el balance neto (la inyectada a red que luego se obtiene de la red) se cuenta como costes de compra pero la misma energía también se cuenta como ingresos de venta, al mismo precio, y por tanto cancelándose ambos conceptos. o Si el balance neto es económico: es la energía inyectada a la red tal que su importe no supere al importe de la obtenida de la red (balance neto), multiplicada por el precio de venta de la energía (precio del kWh, sin contar peajes de generación), más impuestos. • El término “Coste anual peajes de respaldo” solo se aplica en el caso del 2º borrador del RD (en el resto de casos no se contempla su aplicación). 23 Si obtuviéramos un Coste Total (VAN) negativo significaría que habríamos obtenido beneficios globales (nunca será el caso si el generador fotovoltaico es de un tamaño razonable respecto del consumo, ya que se trata de cubrir unas necesidades de consumo de energía eléctrica, que tienen un coste y por tanto el Coste Total será positivo, es decir, costes globales).. Para el cálculo de la amortización real hemos hecho lo siguiente: Con los flujos de caja de cada año de vida útil de la instalación calculamos el Coste Total (VAN) acumulado, y lo comparamos con el Coste Total (VAN) acumulado de ese año que hemos calculado para el caso de que no hubiera paneles fotovoltaicos, caso sólo red. En primer año j en el que se cumple que el Coste Total (VAN) acumulado del caso sólo red del año j >= Coste Total (VAN) acumulado del caso con PV del año j, ese es el año de la amortización de la instalación. Cuando la instalación no se amortiza en toda su vida útil, hemos realizado un cálculo aproximado de la amortización. á"). #+ó = '  íñó −  íñ" De la simulación obtenemos también la energía total consumida por el usuario, la consumida de la red y la de su propia generación (autoconsumida), así como la energía generada por sus paneles fotovoltaicos y la energía vertida a la red. 4.4 Resultados Todos los casos analizados se comparan para el cálculo de la amortización que hemos explicado en el anterior apartado con el de sólo red, es decir, lo que nos costaría nuestro consumo si no tuviéramos la instalación fotovoltaica, durante los 25 años de vida. Caso sólo red: Coste Total (VAN)= 9005 € Coste nivelado de la electricidad (levelized cost of energy): 0.16 €/kWh. Donde el coste nivelado de la electricidad (levelized cost of energy) se calcula como: €/012 = € $ í""# 012 ñ ·34ñ A continuación se muestra un resumen de los casos ensayados con los datos descritos anteriormente. Los resultados que hemos extraído son el Coste Total (VAN), el coste nivelado de la electricidad con el caso de ensayo, la inclinación óptima del panel y el año en el que se amortiza la instalación. La mayoría de los casos, y si no se especifica lo contrario ,se han realizado con un interés del mercado i=4%, una inflación general g=2% y una inflación de de la electricidad f=3%. En las tablas se marcan los resultados que dan un Coste Total (VAN) menor o igual que el caso de sólo red calculado con sus mismos datos económicos, (interés del mercado, inflación general y la inflación esperada de la electricidad) es decir, los casos en que valdría la pena económicamente invertir en paneles fotovoltaicos para autoconsumo. Respecto a la amortización mostrada en las tablas, los casos con Coste Total (VAN) menor o igual al del caso de solo red suelen tener valores de amortización relativamente 24 bajos (10-15 años en general), aunque el Coste Total (VAN) no es muy inferior. Esto se debe a la forma en que se ha calculado la amortización, si bien hay que tener en cuenta que en años posteriores hay un coste importante, correspondiente a la reposición del inversor (en el año 20 se repone por segunda vez). Por tanto, esta “amortización” no da una idea de cuándo se obtendrían ya beneficios, debido como se ha comentado al importante coste de reposición del inversor en el año 20. La forma correcta de comparar inversiones es mediante el VAN y no mediante la amortización, si bien esta última puede darnos una idea de cuándo se igualan los VAN acumulados. CASO SÓLO RED VAN ( € ) € / kWh i=4 g=2 f=3 9.005 0,15 i=4 g=3 f=3 9.254 0,16 i=3 g=3 f=3 10.074 0,17 i=3 g=2 f=3 9.782 0,16 i=2 g=4 f=3 11.455 0,19 i=4 g=2 f=4 9.535 0,16 Tabla 3. Casos sin instalación fotovoltaica. Siendo i= interés del mercado, g= inflación general, f= inflación de la electricidad. Resultados con el inversor inicial de 1075€: CASOS PARA INVERSOR 1075€ Coste Total (VAN) ( € ) Coste nivelado electricidad (€ / kWh) Inclinación Óptima (º) AMORTIZACIÓN (años) 1 borrador 9.617 0,16 30 14 1 CNE 10.485 0,18 30 16 2 borrador 14.058 0,24 40 99 2 CNE 12.046 0,20 40 24 1 borr sin préstamo 9.186 0,16 30 13 1 CNE sin préstamo 10.054 0,17 30 15 2 borr sin préstamo 13.618 0,23 40 99 2 CNE sin préstamo 11.615 0,20 40 19 BN energético mes 10.189 0,17 50 16 BN económico mes 10.583 0,18 40 16 ALMERIA 1 borrador 9.223 0,16 30 14 ALMERIA 1 CNE 10.016 0,17 30 15 ALMERIA 2 borrador 13.970 0,24 30 89 ALMERIA 2 CNE 11.878 0,20 30 24 CANARIAS 1 borrador 9.194 0,16 30 14 CANARIAS 1 CNE 9.881 0,17 30 15 CANARIAS 2 borrador 13.934 0,24 40 85 CANARIAS 2 cne 11.810 0,20 40 23 MAYORCA 1 borrador 9.231 0,16 40 14 MAYORCA 1 CNE 10.037 0,17 40 15 MAYORCA 2 borrador 13.979 0,24 40 90 MAYORCA 2 CNE 11.896 0,20 40 24 SEVILLA 1borrador 9.240 0,16 30 14 SEVILLA 1 CNE 10.146 0,17 30 16 SEVILLA 2 borrador 13.988 0,24 30 91 SEVILLA 2CNE 11.916 0,20 30 24 Tabla 4. Inversor 1075 € 25 Resultados con el inversor inicial y un menor coste de los paneles fotovoltaicos: Inversor 1075 €. Modulo PV 0,79c€/W Coste Total (VAN) ( € ) Coste nivelado electricidad (€ / kWh) Inclinación Óptima (º) AMORTIZACIÓN (años) 1 borrador 8.654 0,15 30 6 1 CNE 9.522 0,16 30 13 2 borrador 16.095 0,22 40 75 2 CNE 11.083 0,19 40 17 Tabla5. Inversor 1075. Paneles de 0.79 c€/W. Resultados para inversor de 1075€ variando el interés del mercado y la inflación general. CASOS PARA INVERSOR 1075€ Coste Total (VAN) ( € ) Coste nivelado electricidad (€ / kWh) Inclinación Óptima (º) AMORTIZACIÓN (años) 1borr i=4, g=3 9.924 0,17 30 15 1CNE i=4, g=3 10.792 0,18 30 17 2borr i=4, g=3 14.365 0,24 40 99 2CNE i=4, g=3 12.352 0,21 40 25 1borr i=3, g=3 10.862 0,18 30 15 1CNE i=3, g=3 11.844 0,20 30 16 2borr i=3, g=3 15.886 0,27 40 99 2CNE i=3, g=3 16.609 0,23 40 25 1borr i=3, g=2 10.512 0,18 30 14 1CNE i=3, g=2 11.493 0,19 30 16 2borr i=3, g=2 15.553 0,26 40 99 2CNE i=3, g=2 13.259 0,22 40 23 1borr i=2, g=4 12.405 0,21 30 15 1CNE i=2, g=4 13.522 0,23 30 16 2borr i=2, g=4 18.122 0,31 40 99 2CNE i=2, g=4 15.531 0,26 40 25 Tabla 6. Inversor 1075€ variando "i", "g". Si bajasen los precios de los inversores y pudiéramos comprar uno por 700€, estos son los resultados que obtendríamos: CASOS PARA INVERSOR 700€ Coste Total (VAN) ( € ) Coste nivelado electricidad (€ / kWh) Inclinación Óptima (º) AMORTIZACIÓN (años) 1 borrador 8.283 0,14 30 10 1 CNE 9.151 0,15 30 12 2 borrador 12.725 0,21 40 88 2 CNE 10.712 0,18 40 17 1borr sin préstamo 7.900 0,13 30 9 1CNE sin préstamo 8.768 0,15 30 10 2borr sin préstamo 12.341 0,21 40 24 2CNE sin préstamo 10.329 0,17 40 15 Tabla7. Inversor 700€ 32 Anexos 1 Curvas horarias representativas de un día de cada mes. Simulación iHoga Leyenda de las curvas de energía: 33 34 35 36 2 37 3 Simulaciones varias Simulación tipo primer borrador 38 Simulación tipo 1 CNC 39 Simulación tipo segundo borrador 40 Simulación tipo 2 CNC Resultados 2 CNC 41 4 Hojas de características