Combinación de energía solar fotovoltaica y energía minieólica como alternativas limpias para el parcial abastecimiento de una vivienda

Equation Chapter 1 Section 1 Proyecto Fin de Máster Ingeniería Industrial Combinación de energía solar fotovoltaica y energía minieólica como alternativas limpias para el parcial abastecimiento de una vivienda Autor: Pablo Asensio Gómez Tutor: Jesús Manuel Riquelme Santos Dpto. Energía Eléctrica Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2020 ii Proyecto Fin de Máster Ingeniería Industrial Combinación de energía solar fotovoltaica y energía minieólica como alternativas limpias para el parcial abastecimiento de una vivienda Autor: Pablo Asensio Gómez Tutor: Jesús Manuel Riquelme Santos Profesor titular Dpto. de Energía Eléctrica Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2020 Proyecto Fin de Máster: Combinación de energía solar fotovoltaica y energía minieólica como alternativas limpias para el parcial abastecimiento de una vivienda Autor: Pablo Asensio Gómez Tutor: Jesús Manuel Riquelme Santos iii Agradecimientos En primer lugar, agradecer a mi familia, la que siempre está cuando se la necesita, sobre todo durante estos duros meses de cuarentena. A mis amigos, mi otra familia, sin los cuales no tendría esos momentos especiales que tan importantes son y que espero siempre conservar. A Elena, por sus consejos y por saber escucharme cuando más necesitaba desahogarme. A mi tutor, Jesús, por mantener activa nuestra conversación pese a no estar presentes físicamente. Pablo Asensio Gómez Sevilla, 2020 iv Resumen La necesidad de abonar las facturas de luz en las viviendas y locales se hace evidente por el continuo uso de la electricidad para desarrollar diversas actividades dentro de dichos emplazamientos. Por otro lado, la contaminación, debido a las grandes emisiones de CO2 a la atmósfera, produce impactos negativos a tener en cuenta para el futuro desarrollo sostenible que se desea conseguir. Es por esto que, mediante el uso apropiado de energías renovables, a través de un estudio energético y económico de los elementos que intervienen en el proyecto, pueden verse alteradas positivamente ambas premisas, desde una reducción económica por el abastecimiento parcial de dichas energías, a una disminución en la emisión de gases procedentes de combustible fósil. Palabras Clave: facturas de luz, viviendas, electricidad, renovables, reducción económica v Abstract Electricity use in houses and venues leads to the mandatory payment of expensive monthly bills in order to sustain the different activities which might take place there. Moreover, high CO2 emissions into the atmosphere are the main source of pollution these days, whose negative impact should be take into account when talking about promoting the much desired sustainable development. This is why, by means of the appropiate use of renewable energy, through an energy and economic study of the elements involved in the project, both premises can be positively altered, from an economic reduction due to the partial supply of these energies, to a decrease in the emissions of fossil fuel gases. Keywords: electricity bills, homes, electricity, renewable, economic reduction vi Índice Agradecimientos .......................................................................................................................... iii Resumen ....................................................................................................................................... iv Abstract ......................................................................................................................................... v Índice ............................................................................................................................................ vi Índice de Tablas ......................................................................................................................... viii Índice de Figuras .......................................................................................................................... ix Notación ........................................................................................................................................ x Introducción ........................................................................................................................ 1 1.1. Objetivos ........................................................................................................................... 2 Marco normativo ................................................................................................................. 2 Antecedentes ........................................................................................................................ 3 3.1. Factura eléctrica ................................................................................................................. 3 3.1.1. Definición ...................................................................................................................... 3 3.1.2. Partes de la factura ......................................................................................................... 3 3.1.2.1. Factura resumen ....................................................................................................... 3 3.1.2.2. Consumo eléctrico .................................................................................................... 4 3.1.2.3. Datos del contrato .................................................................................................... 4 3.1.2.4. Destino del importe de la factura .............................................................................. 4 3.1.2.5. Detalle de la factura.................................................................................................. 4 3.1.2.6. Información adicional............................................................................................... 4 3.2. Energías renovables ........................................................................................................... 5 3.2.1. Definición ...................................................................................................................... 5 3.2.2. Ventajas del uso de energía renovable ............................................................................. 5 3.2.3. Situación nacional de las energías renovables ................................................................. 6 3.3. Energía solar fotovoltaica ................................................................................................... 6 3.3.1. Introducción ................................................................................................................... 6 3.3.2. Efecto fotovoltaico ......................................................................................................... 7 3.3.3. Tipos de células fotovoltaicas ......................................................................................... 8 3.3.4. Composición de módulos fotovoltaicos ........................................................................... 9 3.3.5. Curva característica I-V .................................................................................................. 9 3.3.6. Distancia de seguridad entre módulos ........................................................................... 11 Energía Minieólica ........................................................................................................... 12 3.4.1. Introducción ................................................................................................................. 12 3.4.2. Tecnología minieólica .................................................................................................. 13 3.4.3. Configuración de los aerogeneradores ........................................................................... 14 3.4.4. Potencia eólica ............................................................................................................. 15 3.4.5. Curva de potencia ......................................................................................................... 16 4. Memoria Descriptiva ......................................................................................................... 17 Emplazamiento ................................................................................................................ 17 Vivienda tipo ................................................................................................................... 18 Datos meteorológicos ....................................................................................................... 19 4.3.1. Temperatura ................................................................................................................. 19 4.3.2. Radiación solar ............................................................................................................. 20 4.3.3. Viento .......................................................................................................................... 20 Instalaciones .................................................................................................................... 21 Memoria constructiva ....................................................................................................... 23 Aerogeneradores minieólicos ........................................................................................... 23 5.1.1. Enair 30 PRO ............................................................................................................... 23 vii 5.1.2. Enair 70 PRO ............................................................................................................... 24 5.1.3. Bornay 13+ .................................................................................................................. 25 Sistema fotovoltaico ......................................................................................................... 26 5.2.1. Módulo Atersa A-255P ................................................................................................. 26 5.2.2. Módulo Zytech ZT320S................................................................................................ 27 5.2.3. Módulo Eurener MEPV300 .......................................................................................... 28 Energía consumida ............................................................................................................ 29 Energía generada ............................................................................................................... 30 Energía generada minieólica ............................................................................................ 31 Energía generada fotovoltaica .......................................................................................... 33 Rentabilidad del autoconsumo .......................................................................................... 36 Introducción al VAN ........................................................................................................ 36 Herramienta de optimización ............................................................................................ 36 Resultados y discusiones .................................................................................................... 39 Análisis 1 ......................................................................................................................... 39 9.1.1. Casos 1 y 2: Atersa y Enair 30 PRO / Atersa y Enair 70 PRO....................................... 40 9.1.2. Casos 3 y 4: Atersa y Bornay 13+ / Zytech y Enair 30 PRO .......................................... 40 9.1.3. Casos 5 y 6: Zytech y Enair 70 PRO / Zytech y Bornay 13+ ......................................... 40 9.1.4. Casos 7 y 8: Eurener y Enair 30 PRO / Eurener y Enair 70 PRO ................................... 41 9.1.5. Caso 9: Eurener y Bornay 13+ ...................................................................................... 41 Análisis 2 ......................................................................................................................... 42 Análisis 3 ......................................................................................................................... 43 9.3.1. Sin subvención ............................................................................................................. 44 9.3.2. Con subvención ............................................................................................................ 44 Análisis 4 ......................................................................................................................... 45 9.4.1. Sin subvención ............................................................................................................. 46 9.4.2. Con subvención ............................................................................................................ 46 Análisis 5 ......................................................................................................................... 47 9.5.1. Casos 1 y 2: Atersa y Enair 30 PRO / Atersa y Enair 70 PRO....................................... 48 9.5.2. Casos 3 y 4: Atersa y Bornay 13+ / Zytech y Enair 30 PRO .......................................... 48 9.5.3. Casos 5 y 6: Zytech y Enair 70 PRO / Zytech y Bornay 13+ ......................................... 49 9.5.4. Casos 7 y 8: Eurener y Enair 30 PRO / Eurener y Enair 70 PRO ................................... 49 9.5.5. Caso 9: Eurener y Bornay 13+ ...................................................................................... 50 Conclusiones y líneas futuras ............................................................................................ 50 Glosario .............................................................................................................................. 52 Bibliografía ........................................................................................................................ 53 viii ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Temperaturas mensuales Cádiz ........................................................................................ 19 Tabla 2. Irradiancias mensuales Cádiz ........................................................................................... 20 Tabla 3. Velocidades y rachas máximas mensuales Cádiz .............................................................. 20 Tabla 4. Características Enair 30PR .............................................................................................. 23 Tabla 5. Características Enair 70PRO ............................................................................................ 24 Tabla 6. Características Bornay 13+ .............................................................................................. 25 Tabla 7. Características módulo A-255P ........................................................................................ 26 Tabla 8. Características módulo ZT320S ....................................................................................... 27 Tabla 9. Características módulo MEPV300 ................................................................................... 28 Tabla 10. Potencia pico instalada unitaria por modelo ................................................................... 31 Tabla 11. Datos energía por kWp Atersa A-255P .......................................................................... 34 Tabla 12. Datos energía por kWp Zytech ZT320S ......................................................................... 34 Tabla 13. Datos energía por kWp Eurener MEPV300 .................................................................... 35 Tabla 14. Datos económicos Análisis 1 ......................................................................................... 41 Tabla 15. Datos económicos Análisis 2 ......................................................................................... 42 Tabla 16. Nº de módulos y potencia instalada máxima................................................................... 43 Tabla 17. Datos económicos Análisis 3 (sin subvención) ............................................................... 44 Tabla 18. Datos económicos Análisis 3 (con subvención) .............................................................. 44 Tabla 19. Nº de aerogeneradores y potencia instalada máxima ....................................................... 45 Tabla 20. Datos económicos Análisis 4 (sin subvención) ............................................................... 46 Tabla 21. Datos económicos Análisis 4 (con subvención) .............................................................. 46 ix ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Generación energética del sistema nacional ...................................................................... 6 Figura 2. Efecto fotovoltaico ........................................................................................................... 7 Figura 3. Tipos de células fotovoltaicas ........................................................................................... 8 Figura 4. Composición de módulos fotovoltaicos ............................................................................ 9 Figura 5. Curva característica I-V .................................................................................................. 10 Figura 7. Curva I-V (según temperatura) ....................................................................................... 10 Figura 6. Curva I-V (según irradiancia) ......................................................................................... 10 Figura 8. Ángulos de inclinación de módulos en función de pérdidas ............................................. 11 Figura 9. Distancia y medidas de módulos ..................................................................................... 11 Figura 10. Distancia de sombreado ................................................................................................ 12 Figura 11. Componentes del aerogenerador ................................................................................... 13 Figura 12. Aerogenerador lento ..................................................................................................... 15 Figura 13. Aerogenerador rápido ................................................................................................... 15 Figura 14. Aerogenerador Darrieus ............................................................................................... 15 Figura 15. Aerogenerador Savonius............................................................................................... 15 Figura 16. Curvas de coeficiente de potencia del rotor ................................................................... 16 Figura 17. Curva de potencia aerogenerador .................................................................................. 17 Figura 18. Emplazamiento de la vivienda ...................................................................................... 17 Figura 19. Croquis vivienda .......................................................................................................... 18 Figura 20. Evolución gráfica de las temperaturas ........................................................................... 19 Figura 21. Evolución gráfica de las irradiancias ............................................................................. 20 Figura 22. Evolución gráfica de las velocidades y rachas máximas de vientos................................ 21 Figura 23. Esquema de funcionamiento de las instalaciones .......................................................... 22 Figura 25. Aerogenerador Bornay ................................................................................................. 23 Figura 24. Aerogenerador Enair .................................................................................................... 23 Figura 26. Energía anual Enair 30PRO .......................................................................................... 24 Figura 27. Curva de potencia Enair 30PRO ................................................................................... 24 Figura 28. Energía anual Enair 70PRO .......................................................................................... 25 Figura 29. Curva de potencia Enair 70PRO ................................................................................... 25 Figura 30. Energía anual Bornay 13+ ............................................................................................ 26 Figura 31. Curva de potencia Bornay 13+ ..................................................................................... 26 Figura 32. Curva I-V Atersa 255P ................................................................................................. 27 Figura 33. Curva I-V Atersa 255P (temperatura) ........................................................................... 27 Figura 34. Curva I-V Atersa 255P (irradiancia) ............................................................................. 27 Figura 35. Curva I-V ZT320S (irradiancia).................................................................................... 28 Figura 36. Curva P-V ZT320S (irradiancia) ................................................................................... 28 Figura 37. Curva I-V MEPV300 (irradiancia) ................................................................................ 29 Figura 38. Consumo horario anual................................................................................................. 29 Figura 39. Generación minieólica Cádiz 2019 ............................................................................... 31 Figura 40. Generación minieólica Enair 30PRO ............................................................................ 32 Figura 41. Generación minieólica Enair 70PRO ............................................................................ 32 Figura 42. Generación minieólica Bornay 13+ ............................................................................... 33 Figura 43. Generación fotovoltaica Cádiz 2019 ............................................................................. 33 Figura 44. Generación fotovoltaica Atersa A-255P ........................................................................ 34 Figura 45. Generación fotovoltaica Zytech ZT320S....................................................................... 35 Figura 46. Generación fotovoltaica Eurener MEPV300 ................................................................. 35 Figura 47. Gráfica datos económicos Análisis 1 ............................................................................ 42 Figura 48. Gráfica datos económicos Análisis 2 ............................................................................ 43 Figura 49. Gráfica datos económicos Análisis 3 (sin subvención) .................................................. 44 Figura 50. Gráfica datos económicos Análisis 3 (con subvención) ................................................. 45 Figura 51. Gráfica datos económicos Análisis 4 (sin subvención) .................................................. 46 Figura 52. Gráfica datos económicos Análisis 4 (con subvención) ................................................. 47 6 3.2.3. Situación nacional de las energías renovables Las energías renovables en España conforman un conjunto a tener en cuenta para la generación de electricidad. A lo largo del tiempo, se ha fomentado el uso de tecnologías que permiten su obtención, apostando por su desarrollo y su uso casi indiscutible para el futuro. El objetivo según el Plan de Fomento de las Energías Renovables para el año 2010 era generar hasta el 30% de energía eléctrica a partir de fuentes renovables, alcanzándose dicha cifra mediante la energía eólica, principalmente, junto con la hidráulica (con un 16% de demanda nacional en ambas energías). La energía solar quedaba a la vanguardia de sufrir una expansión y generación del mismo nivel que las anteriores, pese a la favorable situación geográfica en la que se encuentra el país (2% de demanda).[4] Durante el año 2016, casi el 16% de toda la energía consumida en España provenía de fuentes de energía renovables, con casi el 40% de generación de electricidad, unas cifras que se asemejan a lo obtenido durante el año 2018. Este progresivo aumento de las energías renovables permitió un descenso considerable en las emisiones de CO2, contribuyendo al desarrollo sostenible y al cumplimiento de la Directiva 20/20/20 por la que se pretende reducir un 20% el consumo de energías primarias y emisiones de gases de efecto invernadero y aumentar un 20% las energías renovables para el año 2020, establecidas por los dirigentes de la Unión Europea en 2007 e incorporadas a la legislación en 2009. [4] Actualmente, la producción de energía renovable se mantiene en unos valores similares a los del año anterior (36,8% frente a los 38,5% del año 2018), aunque la potencia instalada se ha visto incrementada un 4,3%, suponiendo un récord con respecto a los años anteriores. A su vez, se ha conseguido una disminución considerable en las emisiones de CO2 debido al fuerte descenso de la generación con carbón, pasando a proveer del 14,3% de la electricidad en 2018 a un 5% en 2019, figura 1. [4] Figura 1. Generación energética del sistema nacional [4] De los datos que se obtienen hasta la fecha, se deduce la gran participación de España en la apuesta por las energías renovables, siendo el séptimo país del mundo que más produce con energía eólica y el octavo que más produce con solar, con un crecimiento interanual del 12% y del 22%, respectivamente. 3.3. Energía solar fotovoltaica 3.3.1. Introducción La energía solar fotovoltaica es una fuente de energía renovable que utiliza la radiación procedente del Sol para producir electricidad, por lo que se clasifica como energía renovable no contaminante. Se trata de un sistema de producción eléctrica que ha avanzado considerablemente a lo largo de los últimos 7 años, convirtiéndose en la tercera fuente de energía renovable con más capacidad instalada a nivel global, después de la energía eólica e hidroeléctrica. Una de las desventajas que presenta este tipo de energía es la dependencia a la radiación solar, por lo que son factores influyentes en la producción las condiciones meteorológicas características como cielo nublado y período nocturno. Asimismo, una correcta orientación de los paneles consiguiendo una incidencia perpendicular de la radiación solar sobre las células aumenta la eficiencia de las mismas, evitando pérdidas de entre un 10-25% de la energía incidente. Las aplicaciones de la energía solar fotovoltaica son numerosas, entre las que destacan la generación eléctrica para usos domésticos, la electrificación rural de pueblos que se encuentran alejados de las principales redes eléctricas, sistemas autónomos de iluminación y señalización, etcétera. Su enorme versatilidad, junto con los avances tecnológicos y economías de escala, ha ocasionado una reducción de su coste de forma constante, logrando que dicha energía sea competitiva con las fuentes de energía convencionales. Económicamente, la inversión que se realiza estriba del coste de los equipos que permiten la producción de electricidad, su almacenamiento y su preparación para que los receptores puedan aprovecharlas, así como de elementos reguladores que permiten la correcta coordinación del sistema fotovoltaico. 3.3.2. Efecto fotovoltaico El efecto fotovoltaico, figura 2, consiste en convertir la radiación solar en energía eléctrica a través de dispositivos semiconductores denominados células fotovoltaicas. Estas células pueden estar compuestas a partir de silicio puro (aunque existen otro materiales como el arseniuro de galio) con adición de impurezas de ciertos elementos químicos. Durante el fenómeno, las células generan la electricidad en corriente continua de 2 a 4 A y un voltaje de 0,46 a 0,48 V. [5] Cuando la célula capta la radiación solar, se produce un choque entre los fotones y los electrones procedentes de los átomos del material semiconductor, cediendo la suficiente energía y liberando dichos electrones, lo que permite su circulación de forma permanente sobre el material por la presencia de un campo eléctrico. El campo eléctrico se genera gracias a una unión P-N, donde una capa del material tiene exceso de electrones (carga negativa) y otra, una carencia de ellos (carga positiva). Un conductor externo permite el flujo de los electrones de una capa a otra para que vuelva a su zona origen, produciéndose así la corriente eléctrica continua. [5] Figura 2. Efecto fotovoltaico [5] 8 3.3.3. Tipos de células fotovoltaicas La manera de fabricar las células fotovoltaicas repercute en la eficiencia a la hora de captar la radiación solar. El material principal de la composición de dichas células es el silicio, aunque dependiendo del método de fabricación de las mismas, se obtienen distintos tipos de células con rendimientos variables, figura 3. ➢ Células monocristalinas. Constituidas por un único cristal de silicio con estructura uniforme. Se trata de un material de alta pureza, en el que los átomos se encuentran dispuestos en una perfecta alineación que facilita la conductividad, por lo que se garantiza un mayor rendimiento en comparación con el resto de células del mercado, alcanzando rendimientos del 20-25%. La vida útil de estas células es superior y se distinguen por su color oscuro y sus bordes redondeados. Por contra, presentan un coeficiente térmico bajo y un mal comportamiento en caso de sombras parciales. Su fabricación resulta costosa y lenta, y se necesita una considerable cantidad de silicio con respecto a las demás para su elaboración.[7] ➢ Células policristalinas. Constituidas por muchos cristales de silicio. Se vierte el silicio en moldes cuadrados, evitando la necesidad de biselarlos como los monocristalinos. Su proceso de fabricación es más económico debido a la menor cantidad de silicio utilizada, aunque presentan un mejor coeficiente térmico. El rendimiento de este tipo de células es ligeramente inferior, con un 16-20%, por lo que se necesita disponer de más superficie de células para conseguir la misma potencia. Estas células son reconocibles por la irregularidad en su superficie y color, además de la forma cuadrada que las caracteriza. [7] ➢ Células amorfas. Se obtienen al depositar el silicio sobre una base de vidrio, plástico u otro material. Resulta la célula más económica debido al mayor aprovechamiento del silicio y a la necesidad de emplear menos cantidad. El proceso de fabricación es sencillo y flexible en cuanto a superficie y color, por lo que facilita la integración arquitectónica del conjunto de módulos. Presenta un buen comportamiento a las sombras parciales y a las altas temperaturas, aunque su rendimiento es el más bajo del mercado, con un 10-15%. [7] Figura 3. Tipos de células fotovoltaicas [8] 9 3.3.4. Composición de módulos fotovoltaicos Los módulos o paneles solares están constituidos por la interconexción de las células fotovoltaicas, las cuales pueden estar en serie o en paralelo, dependiendo de los niveles de tensión y corriente requeridos por el panel. La tensión se calculará primeramente con la colocación de las células en serie hasta alcanzar el valor requerido, y la corriente, con la posterior colocación de células en paralelo. Esta disposición también se tiene en cuenta en los paneles solares, los cuales se organizan de la misma forma entre ellos para conseguir los valores de corriente y tensión deseados del generador fotovoltaico. Los elementos que componen un módulo fotovoltaico, figura 4, son los siguientes: • Una superficie exterior de cristal templado con un grosor de 3-4 mm, con la cara exterior texturada para la correcta absorción de la radiación solar. • Un relleno interior fabricado a partir de acetato etileno que realiza la función de encapsulante de las células fotovoltaicas, protegiéndolas de la humedad, abrasión y de los rayos UV, al igual que de las posibles vibraciones. • Una superficie posterior fabricada normalmente a partir de fluoruro de polivinilo para ofrecer protección al módulo y adhesión al material del encapsulante. • Las células fotovoltaicas. • Una caja de conexiones con bornes de conexión y diodos bypass para la conexión con otros módulos y la evitación de los efectos que se producen por puntos calientes y sombreados, respectivamente. • Un marco de aluminio que permite la instalación sobre un determinado soporte. [9] Figura 4. Composición de módulos fotovoltaicos [10] 3.3.5. Curva característica I-V El comportamiento eléctrico del módulo fotovoltaico se representa a partir de la curva característica intensidad-tensión, figura 5. Los datos que se abaten en dicha gráfica vienen determinados por unas condiciones ambientales concretas y normalizadas con las que se ensaya su comportamiento (radiación solar de 1000 W/m2, temperatura ambiente de 25ºC y distribución espectral de 1,5 AM). Las condiciones reales de operación pueden variar dependiendo del emplazamiento geográfico, por lo que es necesario aplicar factores de corrección en los cálculos obtenidos. 10 Figura 5. Curva característica I-V [11] Los parámetros que intervienen son los siguientes: • Intensidad de cortocircuito (Isc): máxima corriente que se mide en el módulo cuando la tensión de salida es cero. • Intensidad en el punto de máxima potencia (Imp): valor de la corriente cuando la potencia producida por el módulo es la máxima. • Tensión de circuito abierto (Voc): máxima tensión que se mide en el módulo cuando la corriente entre sus bornes es cero. • Tensión en el punto de máxima potencia (Vmp): valor de la tensión cuando la potencia producida por el módulo es la máxima. • Potencia máxima: máxima potencia que producirá el módulo en unas condiciones determinadas de iluminación y temperatura, correspondiente al par máximo I-V. La calidad del dispositivo fotovoltaico resulta de gran interés en la selección de un modelo. La relación entre el punto de máxima potencia proporcionada por el módulo y el punto hipotético de máxima potencia cuando se trabaja con un rendimiento del 100% se denomina factor de forma, cuyo valor será menor cuanto más eficiente sea el módulo. Las condiciones ambientales determinan el funcionamiento del módulo fotovoltaico, alterando los valores de la curva característica en función de dichos datos. La irradiancia condiciona la intensidad generada por el módulo aumentando su valor cuanto mayor radiación solar capte el mismo, figura 6. Sin embargo, la tensión que aparece en bornes del módulo disminuye cuanto mayor es la temperatura ambiente y, por lo tanto, la temperatura que alcanza las células del módulo, figura 7. Figura 6. Curva I-V (según temperatura) [9] Figura 7. Curva I-V (según irradiancia) [9] 11 3.3.6. Distancia de seguridad entre módulos Para la instalación fotovoltaica, es imprescindible tener en cuenta el sombreado que produce la presencia de módulos próximos a otros. Es por esto que se calcula analíticamente la mínima distancia permitida para que las sombras no ocasionen pérdidas energéticas y, por lo tanto, económicas en dichos paneles. Para ello, la orientación de los módulos es hacia el Sur debido al emplazamiento de la vivienda, de modo que se capte la máxima radiación para que la producción energética sea la máxima posible (ángulo de azimut = 0º). A partir del Código Técnico de Edificación (Sección HE 5 “Contribución fotovoltaica mínima de energía eléctrica”), se calculan los límites de inclinación de los paneles solares en función de la máxima pérdida permitida, figura 8. Figura 8. Ángulos de inclinación de módulos en función de pérdidas [12] Fuente: CTE Para una pérdida máxima del 10%, se obtiene un límite inferior de inclinación de 6º y un máximo de 60º, escogiéndose como ángulo de inclinación final para todo el año de β=33º. La separación entre filas de paneles, figura 9, debe ser tal que garantice la ausencia de sombreados ente las 10 y las 12 horas solares en el solsticio de invierno, en el que se tienen menos horas de luz y el sol al mediodía se encuentra en su mínima altura anual. Por lo que se determina el ángulo de la radiación solar con la horizontal como α=22º. Figura 9. Distancia y medidas de módulos [13] Con apoyo en la arista más pequeña, se calculan los parámetros que permiten obtener la superficie completa del módulo y la sombra que genera, con el fin de conocer, a partir de la superficie de la cubierta, el número máximo de paneles solares que se pueden instalar. 12 𝑠′=𝑙∗𝑐𝑜𝑠𝛽 ( 1) ℎ =𝑙∗𝑠𝑒𝑛𝛽 ( 2) 𝑠 = ℎ 𝑡𝑔𝛼 ( 3) 𝑑 =𝑠+𝑠′ ( 4) 𝑑𝑢=𝑑∗𝑐𝑜𝑠𝜑 ( 5) La longitud de sombreado “d” se da sobre la proyección del rayo solar sobre la base horizontal de apoyo de los paneles, pero no será la distancia útil “du”, la cual se sitúa perpendicular a la línea de apoyo Este-Oeste, formando un ángulo con la proyección solar igual a su azimut, figura 10. Figura 10. Distancia de sombreado [13] 𝑆𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒 (𝑠𝑜𝑚𝑏𝑟𝑎+𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜)=𝑎𝑛𝑐ℎ𝑜∗𝑑𝑢 ( 6) Atendiendo a la superficie de la cubierta, es posible obtener el número máximo de módulos que se pueden instalar en ella y, por lo tanto, la potencia pico máxima. Energía Minieólica 3.4.1. Introducción La energía eólica es una fuente de energía renovable que utiliza la energía cinética del viento para producir electricidad. Se considera como una de las fuentes de energías más antiguas utilizadas por el hombre para diferentes actividades como el funcionamiento de la maquinaria de los molinos, el movimiento de los barcos mediante el uso de velas, etcétera. En la actualidad, la energía eólica es la más madura y eficiente de todas las energías renovables, con una potencia instalada mundial de 591 GW. Al igual que la energía solar, la energía eólica es autóctona, es decir, se encuentra disponible en la totalidad 13 del planeta, por lo que resulta interesante su implementación para reducir las importaciones energéticas a nivel mundial. A pesar de ser una fuente de energía que inagotable, hay que tener en cuenta la imprevisibilidad del viento, alterando la producción y evitando la seguridad de las previsiones que se realicen. Es por esto que la instalación de este tipo de tecnología (aerogeneradores) debe situarse en una zona donde las ráfagas de viento se encuentren aseguradas dentro del intervalo de funcionamiento de las máquinas, ya que por debajo de la velocidad mínima disminuye considerablemente la potencia, y por encima supone un riesgo físico para la estructura. Para el ámbito doméstico, la idea de implantar aerogeneradores de menor tamaño está cobrando cada vez mayor importancia. Los avances tecnológicos y las reducciones de precio de este tipo de instalaciones han propiciado su frecuente uso por parte de los pequeños consumidores, tanto para zonas aisladas, como para aquellas zonas conectadas a la red. En España, a pesar de contar con regímenes de viento regulares, el aprovechamiento de la energía minieólica todavía no ha sido explotado en su totalidad. Aún así, es evidente el continuo crecimiento de esta tecnología, desde una potencia instalada nacional de 60 MW en el año 2015, hasta los 300 MW que se espera que se instale a finales del 2020, según el Plan de Energías Renovables. [6] 3.4.2. Tecnología minieólica La generación de electricidad a pequeña escala se produce de la misma manera que los aerogeneradores de potencias más altas y propios de parques eólicos. Al ser el tamaño menor, la potencia a suministrar también se ve reducida, ya que el área que barren las palas no es equiparable en cuanto a tamaño. Las potencias que producen son inferiores a los 100kW y, de acuerdo con las normas internacionales, el área de barrido no debe superar los 200 m2. El funcionamiento de los aerogeneradores viene regido por la energía cinética del viento, cuyas ráfagas provocan una fuerza giratoria sobre las palas. La producción de energía eléctrica viene determinada por una serie de elementos que hacen del aerogenerador un excelente sistema de producción eléctrica para suplir el consumo existente en la vivienda, figura 11. Figura 11. Componentes del aerogenerador [14] Las ráfagas de viento producen un giro en las palas del aerogenerador, también denominados álabes, los cuáles convierten la energía cinética del viento en energía de rotación. Estos elementos se encuentran unidos al eje del aerogenerador a través del buje, formando en su conjunto el rotor, encargado de transformar la energía cinética del viento en energía mecánica. Los componentes que hacen posible la conversión de la energía mecánica en energía eléctrica se encuentran en el interior de un chasis situado 14 en la parte superior de la torre, denominado góndola. En su interior, se sitúa primeramente el eje de baja velocidad, el cual une el buje del rotor al generador. [15] En aerogeneradores de baja potencia, el generador eléctrico más comúnmente usado es el síncrono de imanes permanentes, el cual funciona bajo la acción directa del giro del rotor, sin la presencia de una caja de cambio (o multiplicador). El uso de un generador de excitación de alta velocidad implica la función del multiplicador, la cual es aumentar el número de revoluciones al que se mueve el eje de baja velocidad, por lo que a su salida se conecta con el generador a través del eje de alta velocidad. [15] Una vez aprovechado el aumento de las revoluciones (para casos de uso del multiplicador), el generador transforma la energía mecánica en energía eléctrica, con un rectificador a su salida cuya función sea mantener constante la tensión de entrada en el inversor. Además de los elementos que participan en la transformación de la energía, el aerogenerador cuenta con otros elementos para la correcta coordinación y seguridad en su funcionamiento. La unidad de refrigeración, encargada de enfriar el generador eléctrico a partir de un ventilador eléctrico y una unidad refrigerante empleada para que no se sobrecaliente el aceite del multiplicador. La monitorización y el control (en caso de que se traten de aerogeneradores de eje horizontal) se lleva a cabo a partir del sistema de control, realizando un análisis de las señales captadas por sensores que miden temperatura, presión, velocidad, vibraciones, etcétera. [15] El sistema de frenado permite detener el funcionamiento del aerogenerador en caso de mantenimiento o para altas velocidades del viento que sobrepasen su rango de generación eficiente. Dependiendo del tipo de aerogenerador, estos frenos puede ser eléctricos, aerodinámicos o mecánicos. [15] Por último, para orientar en la dirección más favorable de viento se hace uso de la veleta o cola, junto con un anemómetro, calculando en todo momento la velocidad del viento para que el aerogenerador pueda trabajar dentro de su rango nominal. [15] 3.4.3. Configuración de los aerogeneradores Los aerogeneradores presentan distintas configuraciones en función de su orientación. Se distinguen aeroturbinas de eje horizontal y de eje vertical. Las aerogeneradores de eje horizontal se caracterizan por una disposición de las palas en un plano perpendicular a la dirección del viento. Este tipo de configuración es la comúnmente usada, con una tecnología más revisada y probada. Requieren de una torre o soporte que permita la estabilidad de la turbina y el distanciamiento con respecto al suelo (se aconseja una distancia mínima de 10 metros). En función de la utilidad a la que se destine el aerogenerador, se pueden dividir en aeroturbinas rápidas o lentas. Las aeroturbinas rápidas, figura 13, se destinan a la producción de electricidad, debido a una mayor velocidad de sus palas (con un coeficiente λ, relación entre velocidad lineal en la punta de la pala y la velocidad del viento, mayor de 4). Estas aeroturbinas se clasifican a su vez según la localización del rotor, distinguiéndose la disposición a barvolento, con el rotor delante de la torre y con el viento incidiendo primeramente en él, y la disposición a sotavento, en cuyo caso el rotor se encuentra detrás de la torre sin que el viento incida directamente sobre el rotor. Las aeroturbinas lentas, figura 12, se destinan a aplicaciones propias de bombeo. Se caracterizan por tener más palas por aerogenerador, lo que les confiere elevados pares de arranque y una reducida velocidad de rotación, alcanzando coeficientes λ igual a la unidad. [16] 15 Los aerogeneradores de eje vertical se caracterizan por la disposición de la palas en un plano paralelo a la dirección del viento. Este tipo de aerogeneradores presenta claras diferencias con respecto a los de eje horizontal, en cuanto a que no precisan de sistema de orientación y a una ubicación del generador y multiplicador en el suelo, sin la necesidad del uso de una torre. El escaso uso que presenta este tipo de configuración emana de diferentes puntos clave a tener en cuenta, como la baja velocidad del viento a nivel del suelo, que repercute en una disminución de generación eléctrica, con un rendimiento por debajo de su configuración antagónica y un coste más elevado. [16] Esta configuración se divide en dos tipos de aerogeneradores de eje vertical: tipo Darrieus, figura 14, con una necesidad de monitorización para realizar el autoarranque y tipo Savonious, figura 15, con rendimientos bajos y escasa velocidad de giro, aunque sí permite el autoarranque. 3.4.4. Potencia eólica La potencia eólica resulta especialmente importante a la hora de determinar la potencia del aerogenerador. Sin embargo, al hablar de potencia, se deben diferenciar dos términos, la potencia eólica disponible y la potencia eólica aprovechable. La energía que fluye por unidad de tiempo o la potencia eólica disponible, antes de pasar por el rotor del aerogenerador, viene dada de la siguiente forma: Figura 15. Aerogenerador Savonius [16] Figura 14. Aerogenerador Darrieus [16] Figura 13. Aerogenerador rápido [16] Figura 12. Aerogenerador lento [16] 22 Figura 23. Esquema de funcionamiento de las instalaciones [22] Se trata de una instalación conectada a la red eléctrica, es decir, el suministro de energía eléctrica a las cargas estaría asegurado por la conexión a la red, abasteciendo en paralelo a dichos receptores cuando el consumo supera los valores obtenidos de la generación fotovoltaica y eólica, figura 23. La garantía del abastecimiento de energía eléctrica es mayor que la de sistemas aislados, los cuales dependen de grupos electrógenos (generadores eléctricos diésel) y acumuladores eléctricos (baterías) para su obtención, además de la sencillez de la instalación y la ocupación de menor espacio que conlleva el ahorro de dichos elementos. Los generadores permiten la producción de electridad, alternativa a los captadores fotovoltaicos y eólicos, en el caso de cubrir picos puntuales de consumo o en períodos largos donde la captación energética no sea suficiente, mientras que las baterías almacenan la energía obtenida para poder utilizarla en momentos de escasa irradiancia o velocidad del viento. Los costes de operación y mantenimiento también se ven reducidos en comparación al sistema aislado, así como un aumento en la protección del medioambiente debido a que se evita el funcionamiento de grupos electrógenos que emiten dióxido de carbono u óxidos de nitrógeno durante su funcionamiento y acumuladores, los cuales utilizan componentes tóxicos como las baterías electroquímicas. En el caso de un sistema híbrido fotovoltaico-minieólico, la función del regulador de carga recae exclusivamente en el aerogenerador, de modo que controle y ofrezca seguridad al sistema, evitando situaciones de embalamiento del rotor. El uso de los reguladores de carga en los paneles fotovoltaicos resulta innecesario debido a la inexistencia de un banco de baterías que permita el almecenaje de energía procedente de los captadores solares. La incorporación de un banco de baterías haría necesaria la introducción de reguladores de carga tanto en el sistema eólico como en el fotovoltaico, ejerciendo una doble función de controlador de carga y protección de baterías. [22] El sistema eólico, al generar electricidad de forma alterna en función de la frecuencia de giro del rotor, debe disponer a la salida del mismo un rectificador que permita la conversión de corriente alterna en continua, con su respectivo convertidor electrónico para adecuar la frecuencia de la tensión generada a la de la red. Los inversores son dispositivos que transforman la corriente continua en corriente alterna, dispuesta a ser utilizada por los receptores de la vivienda o para ser inyectada en la red. La corriente alterna que proporcionen debe contar con la tensión y frecuencia requeridas para la instalación receptora o red, al igual que la potencia del mismo debe ser igual o superior a la potencia instalada fotovoltaica + eólica, por lo que su elección resulta imprescindible para el correcto funcionamiento del conjunto. 23 Por último, el cableado y los elementos de protección deben estar regidos por la legislación vigente, de modo que se garantice el funcionamiento del sistema y la protección tanto de los equipos como de las personas. MEMORIA CONSTRUCTIVA Para la instalación fotovoltaica-minieólica a realizar, se seleccionan varios modelos con el objetivo de realizar una futura comparación tanto energética como económica, seleccionando la combinación de equipos que resulte óptima. Los modelos de los equipos captadores que se evalúan proceden de fabricantes españoles con una reconocida experiencia en el sector energético. Las características completas de los aerogeneradores según el fabricante se representan en los catálogos proporcionados en el Anexo II. Aerogeneradores minieólicos Los aerogeneradores a implementar provienen de los fabricantes ENAIR y BORNAY, figuras 24 y 25. Teniendo en cuenta la utilidad doméstica, se van a escoger tres tipos de aerogeneradores minieólicos para el desarrollo del estudio energético. 5.1.1. Enair 30 PRO Las características principales de los aerogeneradores Enair 30PRO, tabla 4 y figuras 26 y 27, se representan a continuación: Tabla 4. Características Enair 30PRO [23] Potencia máxima 3000 W Potencia nominal 1900 W Tensión 24/48/220 V Velocidad de arranque 2 m/s Velocidad de corte 60 m/s Diámetro 3,8 m Nº de palas 3 Figura 25. Aerogenerador Enair [23] Figura 24. Aerogenerador Bornay [24] 24 Los aerogeneradores Enair 30PRO proporcionan una producción energética alrededor de 30kWh al día, con una velocidad nominal de 11 m/s. Están compuestos por un generador de imanes permanentes (de neodimio) con una velocidad nominal de 250 rpm y un rotor de eje horizontal a barvolento, con una disposición frontal del rotor sobre la torre. El aerogenerador dispone de un controlador eólico como convertidor de alterna a continua debido al uso del tipo de generador descrito, junto con sistema de orientación pasivo con timón que permite la óptima orientación en función de la dirección del viento. [23] En cuanto a las características de las palas, dichos elementos se fabrican a partir de fibra de vidrio, con un núcleo de poliuretano de alta densidad y un refuerzo en la raíz que le proporciona un factor de seguridad 9. El aerogenerador cuenta con dos velocidades de actuación en función del ángulo de las palas, con los primeros 30º para absorber rachas de viento y los 15º siguientes en caso de vientos fuertes mantenidos. [23] 5.1.2. Enair 70 PRO Las características principales de los aerogeneradores Enair 70PRO, tabla 5 y figuras 28 y 29, se representan a continuación: Tabla 5. Características Enair 70PRO [25] Potencia máxima 5500 W Potencia nominal 4000 W Tensión 24/48/220 V Velocidad de arranque 2 m/s Velocidad de corte 60 m/s Diámetro 4,3 m Nº de palas 3 Los aerogeneradores Enair 70PRO proporcionan una producción energética alrededor de 80kWh al día, con una velocidad nominal de 11 m/s. Sus características técnicas y de fabricación son exactamente iguales al aerogenerador Enair 30 PRO, diferenciándose en aspectos constructivos (mayor área de barrido y peso) y, por consiguiente, en un aumento de la potencia generada. [25] Figura 26. Energía anual Enair 30PRO [23] Figura 27. Curva de potencia Enair 30PRO [23] 25 Un aspecto a tener en cuenta para el funcionamiento óptimo de los aerogeneradores es la velocidad de corte, la cual no sobrepasa los 60 m/s. Es necesario que los aerogeneradores dispongan de sistemas de frenado óptimos que aseguren la reducción o la parada del aerogenerador ante rachas de vientos puntuales superiores a ese límite de velocidad (según la tabla 3, existen rachas de viento máxima de hasta 44 m/s, por lo que la instalación no supone problemas al no exceder la velocidad de supervivencia). 5.1.3. Bornay 13+ Las características principales de los aerogeneradores Bornay 13+, tabla 6 y figuras 30 y 31, se representan a continuación: Tabla 6. Características Bornay 13+ [24] Potencia máxima 1000 W Potencia nominal 1000 W Tensión 24/48/220 V Velocidad de arranque 3 m/s Velocidad de corte 60 m/s Diámetro 2,65 m Nº de palas 2 Los aerogeneradores Bornay 13+ poseen una potencia menor que los modelos del fabricante Enair, con 1000W de potencia producidos a partir de dos palas. La velocidad nominal se alcanza a los 12 m/s, con una velocidad de frenado automático a partir de los 14 m/s. Están compuestos por un generador de imanes permanentes (de neodimio) y un rotor de eje horizontal a barvolento, con una disposición frontal del rotor sobre la torre. El aerogenerador dispone de un controlador eólico como convertidor de alterna a continua, junto con sistema de orientación pasivo con timón. En cuanto a las características de las palas, dichos elementos se fabrican a partir de fibra de vidrio o carbono, y su funcionamiento óptimo se encuentra entre 2-30 m/s de viento. El diseño de estos aerogeneradores con dos palas permite un ahorro económico de una tercera, aunque necesitan de mayores velocidades de viento para producir la misma energía de salida. [24] Figura 29. Curva de potencia Enair 70PRO [25] Figura 28. Energía anual Enair 70PRO [25] 26 Sistema fotovoltaico Las placas fotovoltaicas que se van a utilizar proceden distintos fabricantes, entre los que destacan ATERSA, EURENER y ZYTECH. Se tratan de células tanto monocristalinas como policristalinas, entre un rango de potencia de 255W a 380W. Las características de los módulos fotovoltaicos se miden en condiciones estándar (STC: 1kW/m2, 25ºC ± 2ºC, AM 1,5). Las características completas de los módulos fotovoltaicos según el fabricante se representan en los catálogos proporcionados en el Anexo III. 5.2.1. Módulo Atersa A-255P Las características principales de los módulos fotovoltaicos A-255P, tabla 7 y figuras 32, 33 y 34, se representan a continuación: Tabla 7. Características módulo A-255P [25] Potencia nominal 255 W Eficiencia 15,66 % Corriente (máx. potencia) 8,29 A Corriente cortocircuito 8,88 A Tensión (máx. potencia) 30,76 V Tensión circuito abierto 37,80 V Dimensiones 1645x990x40 mm Tipo de célula Policristalina 156x156 mm Rango temperatura -40ºC a 85ºC Se tratan de células policristalinas de 6 pulgadas, con un número total de 60 células en cada módulo (6x10). El cristal delantero es templado ultra claro de 3,2 mm, mientras que el marco que recubre el módulo está compuesto de aleación de aluminio anodizado. El encapsulante es de EVA (Etileno-Vinil- Acetato), lo que permite un sellado y un aislamiento en torno a las células solares al aplicar calor al conjunto. El peso de cada módulo es de 19,20 kg. A continuación, se representan las curvas intensidadvoltaje, observando la variación de dichos datos con respecto a la temperatura y a la irradiancia. [25] Figura 31. Curva de potencia Bornay 13+ [24] Figura 30. Energía anual Bornay 13+ [24] 27 Figura 32. Curva I-V Atersa 255P [25] Figura 34. Curva I-V Atersa 255P (irradiancia) [25] 5.2.2. Módulo Zytech ZT320S Las características principales de los módulos fotovoltaicos ZT320S, tabla 8 y figuras 35 y 36, se representan a continuación: Tabla 8. Características módulo ZT320S [26] Potencia nominal 320 W Eficiencia 18,97 % Corriente (máx. potencia) 8,51 A Corriente cortocircuito 8,94 A Tensión (máx. potencia) 37,60 V Tensión circuito abierto 46,62 V Dimensiones 1956x992x50 mm Tipo de célula Monocristalina 156x156 mm Rango temperatura -40ºC a 85ºC Los módulos fotovoltaicos ZT320S están formados por células monocristalinas de silicona, con un total de 72 células en cada módulo. El cristal delantero es templado de 3,2 mm, con un marco de aluminio anodizado. El encapsulante es de EVA. El peso de cada módulo es de 23 kg. [26] Figura 33. Curva I-V Atersa 255P (temperatura) [25] 28 Figura 35. Curva I-V ZT320S (irradiancia) [26] Figura 36. Curva P-V ZT320S (irradiancia) [26] 5.2.3. Módulo Eurener MEPV300 Las características principales de los módulos fotovoltaicos MEPV300, tabla 9 y figura 37, se representan a continuación: Tabla 9. Características módulo MEPV300 [27] Potencia nominal 300 W Eficiencia 18,52 % Corriente (máx. potencia) 9,37 A Corriente cortocircuito 9,89 A Tensión (máx. potencia) 32,02 V Tensión circuito abierto 39,79 V Dimensiones 1640x992x40 mm Tipo de célula Monocristalina 156 x 156 mm Rango temperatura -40ºC a 85ºC Los módulos fotovoltaicos MEPV300 están formados por células monocristalinas de silicona, con un total de 60 células en cada módulo. El cristal delantero es templado de 3,2 mm, con un marco de aluminio anodizado. El encapsulante es de EVA. El peso de cada módulo es de 19 kg. [24] 29 Figura 37. Curva I-V MEPV300 (irradiancia) [24] ENERGÍA CONSUMIDA La energía consumida es aquel gasto energético derivado del uso de aparatos conectados a red. Dicha energía depende de la potencia a la hora de conectar más o menos aparatos de forma simultánea, de modo que, dependiendo de la potencia contratada, el número de aparatos eléctricos conectados al mismo tiempo varía. El uso de equipos de medida (contadores) permite la lectura horaria del perfil de consumo anual. Con los datos reflejados, la observación de picos de energía resulta fácilmente visibles, permitiendo un cambio o modificación de la tarifa contratada para conseguir un ahorro económico mayor. La energía consumida que se representa pertenece al consumo derivado de una vivienda situada en Mijas (Málaga), figura 38. Figura 38. Consumo horario anual 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 01000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 kW Horas Energía consumida 30 La representación de la energía horaria permite conocer con exactitud el consumo que se está realizando, de modo que se procede a un análisis y un estudio comparativo con la energía generada más preciso. Durante los primeros y últimos meses del año, se dispara el consumo de energía, sobre todo por el uso de calefacción debido a las bajas temperaturas existentes en la zona, sobrepasando los 3kW. Esto contrasta con el menor consumo de energía durante el resto del año, con una media por hora de 1kW, aproximadamente. La situación geográfica influye en dicha curva, puesto que, al situarse cerca de la costa, las temperaturas no son tan agresivas como en el interior del país, representándose una curva con altos picos durante los meses de invierno y, en menor medida, durante los meses de verano. A su vez, la ilustración de la curva de consumo permite conocer los límites energéticos a los que se llega anualmente. En este caso, con una tarifa 2.0 con potencia contratada de 5,5 kW y sin discriminación horaria, se puede reducir dicha potencia en escalones de 0,1 kW, pudiendo elegir una potencia contratada menor, optimizando la tarifa y el gasto que conlleva. El consumo anual alcanza los 2042,07 kW, dato que se establece como fijo y necesario para el dimensionamiento de las instalaciones fotovoltaicas y minieólicas (número de módulos fotovoltaicos, potencia nominal del aerogenerador, etcétera). ENERGÍA GENERADA La energía generada es aquella que se obtiene a partir de diversas instalaciones mediante la conversión de una fuente de energía en energía eléctrica. La energía primaria a transformar puede ser renovable (radiación solar, viento, mareas…) o no renovable (petróleo, gas natural, carbón…). En el caso a estudiar, se van a utilizar dos sistemas de producción de energía: fotovoltaica y minieólica. En función del sistema a utilizar para la conversión energética, los elementos que intervienen en el proceso son variados, aunque destacan los captadores y productores de la energía y los inversores para transformar la corriente continua en alterna para el suministro correcto de la electricidad generada en los receptores o en la propia red. La energía generada permite plantear dos estrategias: ✓ Autoabastecimiento ✓ Inyección de la generación a la red El autoabastecimiento a partir de la generación permite consumir menos energía ya que se está recibiendo, de forma complementaria, energía primaria procedente del sol y/o viento. La repercusión de dicha actividad incide en la reducción económica de la factura eléctrica, siendo una alternativa viable a largo plazo. La inyección de la energía generada sobrante a la red permite la venta a la comercializadora de dicha fracción de energía a cambio de una compensación económica. Esta modalidad (compensación con excedentes) puede suprimirse, es decir, no verter energía a la red mediante un sistema de vertido cero (compensación sin excedentes), derivando dicha energía a baterías para almacenarlas para su posterior uso (esta opción no se ha analizado en el presente proyecto). Por lo tanto, es imprescindible la selección y el dimensionamiento de las instalaciones a implantar, de modo que la energía generada sea la máxima posible a partir de una inversión económica asumible 31 por parte del cliente, con objeto de que el período de amortización de las instalaciones no supere los años de vida útil de los elementos. Para conocer la rentabilidad de la inversión de los distintos modelos, el estudio se realizará en función de los kilowatios pico instalados, es decir, la variación de dicha cantidad repercute en el valor actual neto a un período de tiempo relacionado con la vida útil de los equipos. Por ello, es necesario obtener las curvas de generación por kWp instalado para todos los modelos, analizando la cantidad máxima de potencia instalable que desemboque en la mayor rentabilidad posible. Energía generada minieólica La energía horaria anual que generan los captadores minieólicos (Enair 30 PRO, Enair 70 PRO y Bornay 13+) se ha obtenido de manera experimental, realizando una aproximación a partir de un escalado de la energía generada total de cada modelo con la energía generada horaria de la provincia de Cádiz durante el año 2019, cuyos datos han sido proporcionados por Red Eléctrica Española. El factor de escalado se obtiene a partir de la energía generada total del sistema minieólico durante el año 2019. A partir de la velocidad media del viento durante ese período (tabla 3), mediante las curvas de producción anual de cada modelo, se realiza una aproximación de la generación anual de cada uno de ellos. La relación entre la generación anual de la totalidad de las plantas eólicas instaladas en Cádiz y la generación anual del modelo a estudiar permite obtener un factor que escala las curvas obtenidas de REE a unas curvas correspondientes con los aerogeneradores a implantar. De este modo, es posible la visualización de la generación horaria del sistema eólico que se instalará, figura 39. Figura 39. Generación minieólica Cádiz 2019 Si bien no resulta una curva exactamente precisa de los modelos planteados, puesto que los modelos utilizados en toda la ciudad son variados, representa una buena aproximación de la generación horaria anual de los mismos, a falta de dichas curvas proporcionadas por los fabricantes. Según el modelo, los kWp instalados varían, tabla 10, por lo que, a las curvas obtenidas del escalado se dividen la potencia pico instalada de cada equipo, obteniendo un estudio de las curvas de generación por kWp instalado. Tabla 10. Potencia pico instalada unitaria por modelo Modelo Kwp instalado Enair 30PRO 3 Enair 70PRO 5,5 Bornay 13+ 1 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 01000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 MW Horas Energía Generada Eólica 38 𝐼𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖ó𝑛 (𝑒𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜𝑠 𝑝𝑟𝑖𝑛𝑐𝑖𝑝𝑎𝑙𝑒𝑠)=0,1∗ 𝐼𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖ó𝑛 (𝑐𝑜𝑠𝑡𝑒 𝐾𝑤𝑝) ( 11) • Cálculo del flujo de caja en función de la potencia instalada 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑗𝑎 =𝐴ℎ𝑜𝑟𝑟𝑜 (𝐶𝑎𝑠𝑜 𝐴)+ 𝐴ℎ𝑜𝑟𝑟𝑜 (𝐶𝑎𝑠𝑜 𝐵) + 𝐸𝑥𝑐𝑒𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠 (𝐶𝑎𝑠𝑜 𝐴)− 𝐶𝑜𝑠𝑡𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 ( 12) Los costes de mantenimiento se aproximan a un 2% de la inversión realizada. 𝐶𝑜𝑠𝑡𝑒𝑠 𝑚𝑎𝑛𝑡𝑒𝑛𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜=0,02∗ 𝐼𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖ó𝑛 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 ( 13) Las horas en las que se genera o se consume más se calculan a partir de la diferencia entre el consumo y la generación de ambos captadores (valores negativos implican horas con consumo mayor, y positivos implican horas con generación mayor). A partir de las curvas obtenidas de generación fotovoltaica y eólica (por kWp instalado) de los distintos modelos estudiados, se multiplican los valores de las curvas por los kWp instalados (incógnita del problema), cuya suma permite obtener los valores totales de generación de ambas instalaciones. Teniendo el precio de la energía horaria obtenida por REE, se procede a la obtención de aquellos datos que representan el ahorro del consumo cuando existe mayor generación y el ahorro de la generación cuando existe un consumo mayor. Los valores de generación que coincidan con las horas donde se genere más se englobarán en un sumatorio que representa el caso A mencionado anteriormente, mientras que los valores de consumo que coincidan con las horas donde se consuma más se englobarán en un sumatorio que representa el caso B. 𝐴ℎ𝑜𝑟𝑟𝑜 𝑐𝑎𝑠𝑜 𝐴=𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 ∗ 𝐷𝑎𝑡𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑞𝑢𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 ( 14) 𝐴ℎ𝑜𝑟𝑟𝑜 𝑐𝑎𝑠𝑜 𝐵 =𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 ∗ 𝐷𝑎𝑡𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑚𝑎𝑦𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑞𝑢𝑒 𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 ( 15) El precio total de la energía excedentaria a la red se calcula a partir de los valores positivos que surgen de la diferencia entre la generación total y el consumo. A partir del precio de la energía excendetaria horaria por kWh obtenida de REE, se multiplican ambos valores, obteniendo las ventas realizadas para los kWp de fotovoltaica y eólica que se desean calcular. 𝑉𝑒𝑛𝑡𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑒𝑥𝑐𝑒𝑑𝑒𝑛𝑡𝑎𝑟𝑖𝑎 =𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟𝑒𝑠 𝑝𝑜𝑠𝑖𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠 (𝑑𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑦 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜) ∗ 𝑃𝑟𝑒𝑐𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑒𝑥𝑐𝑒𝑛𝑑𝑒𝑡𝑎𝑟𝑖𝑎/𝑘𝑊ℎ ( 16) Por lo tanto, se pueden diferenciar parámetros fijos que intervienen en la fórmula del VAN, como el tipo de interés fijo y el período de evaluación. Las variables que dependen de la potencia instalada fotovoltaica y eólica como la inversión y el flujo de caja. Por último, las restricciones impuestas por la superficie de la cubierta y lo mínimo instalable. Con todos los parámetros definidos, se procede a la maximización y cálculo del VAN según distintas condiciones, analizando la potencia instalada de cada uno de los captadores a partir de una inversión determinada. Si bien no resulta un procedimiento exacto de la realidad, supone una gran aproximación del estudio que se quiere llevar a cabo: si los proyectos propuestos resultan rentables y cuál es el dimensionamiento que optimiza el VAN. 39 RESULTADOS Y DISCUSIONES La vivienda a estudiar, sin la presencia de las instalaciones fotovoltaicas y eólicas, factura al año un importe de 524,69 €, teniendo en cuenta todos los puntos a tratar de la factura eléctrica relativas al punto 3.1 “Factura eléctrica” del presente trabajo. Si se mantienen fijos los gastos del consumo anual durante 25 años, se obtiene un gasto final de 13.117,25 €. A partir de la inclusión de las instalaciones fotovoltaicas, eólicas y equipos derivados para el correcto funcionamiento del sistema, se realiza un análisis económico acerca de la rentabilidad que supone su instalación para cada uno de los modelos planteados. El algoritmo creado permite obtener cualquier parámetro económico que intervenga en la función del VAN. Debido a la amplia utilidad que tiene el mismo, se realizan varios tipos de análisis económico: • En el primer análisis, se reflejan todas las combinaciones entre los distintos modelos de módulos y aerogeneradores, representando las inversiones máximas y mínimas que se puede realizar en función de la superficie de la cubierta y de la necesidad de implantar un solo aerogenerador, así como otros parámetros de relevancia para el estudio en cuestión. No se tiene en cuenta las subvenciones de autoconsumo. • En el segundo análisis, se realiza el mismo procedimiento que en el anterior, teniendo en cuenta la subvención que proporciona la comunidad de Andalucía para autoconsumo en viviendas privadas. • En el tercer análisis, únicamente se instalan módulos fotovoltaicos de los distintos fabricantes planteados, de modo que se compara la viabilidad económica entre la instación de dichos equipos y entre la coexistencia de módulos y aerogeneradores. • En el cuarto análisis, se instalan aerogeneradores de los fabricantes planteados. • En el quinto análisis, se plantean algunos casos hipóteticos para determinadas inversiones, donde se busca la maximización del VAN. En este caso, la distribución entre módulos y aerogeneradores será distinta al caso anterior, de modo que pueda observarse la evolución del VAN en función del número de captadores solares y eólicos a instalar. Análisis 1 En el cálculo del VAN para el análisis 1, no se tiene en cuenta las subvenciones propias de autoconsumo fotovoltaico y minieólico, cuya concesión se realiza para inversiones superiores a 500 €, en torno a un 40% de la inversión. El motivo de la misma, y según uno de los requisitos para ser beneficiario de las subvenciones de autoconsumo por la Agencia Andaluza de la Energía, estriba en la necesidad de que la vivienda tenga cédula de habitabilidad con anterioridad a la fecha de publicación de las bases (esto es, diciembre de 2016). Debido a que se trata de una obra nueva, no se recibirá subvenciones al respecto. El planteamiento de analizar las situaciones de máxima y mínima inversión se centra en conocer los casos límite del proyecto económico. La evolución del VAN respecto a la potencia instalada se considera lineal, tal y como se desprende del algoritmo creado. Las hipótesis de linealización de los costes de los captadores solares y eólicos y el escalado de la energía generada en función de la potencia instalada explican este hecho. Por otra parte, la elección de instalar un solo aerogenerador reside en el elevado coste de cada equipo, cuyo estudio económico se expone en los análisis 4 y 5, donde la instalación de más aerogeneradores 40 supone un receso en el beneficio esperado, tanto si el proyecto lo conforman solo aerogeneradores, como si existe una hibridación con el sistema fotovoltaico. Para este análisis, al igual que para el análisis 2,3 y 4 se fijan las variables de la potencia instalada fotovoltaica y eólica entre el mínimo permitido (1 módulo fotovoltaico y/o 1 aerogenerador) y el máximo permitido por la superficie de la cubierta, siendo la variable a calcular el VAN. 9.1.1. Casos 1 y 2: Atersa y Enair 30 PRO / Atersa y Enair 70 PRO 9.1.2. Casos 3 y 4: Atersa y Bornay 13+ / Zytech y Enair 30 PRO 9.1.3. Casos 5 y 6: Zytech y Enair 70 PRO / Zytech y Bornay 13+ Mínima Máxima Inversión (€) 7.428,27 15.261,97 Coste kW PV (€/kWp) 792,43 792,43 Coste kW Eólica (€/kWp) 2.200 2.200 Pot. Instalada PV (kWp) 0,255 9,18 Nº de módulos 1 36 Pot. Instalada Eólica (kWp) 3 3 Nº de aerogenadores 1 1 Ahorro consumo (más generación) (€) 40,01 69,34 Ahorro consumo (menos generación) (€) 25,35 14,69 Ventas (€) 92,10 539,776 Coste mantenimiento (€) 149,64 305,24 Flujo de Caja (€)* 7,83 318,59 Flujo de Caja (€) 170,37 6.930,56 VAN (€) -7.311,9 -8.331,41 Mínima Máxima Inversión (€) 8.802,27 16.581,97 Coste kW PV (€/kWp) 792,43 792,43 Coste kW Eólica (€/kWp) 1.418,18 1.418,18 Pot. Instalada PV (kWp) 0,255 9,18 Nº de módulos 1 36 Pot. Instalada Eólica (kWp) 5,5 5,5 Nº de aerogenadores 1 1 Ahorro consumo (más generación) (€) 49,43 74,94 Ahorro consumo (menos generación) (€) 23,96 13,98 Ventas (€) 150,32 600,44 Coste mantenimiento (€) 176,04 331,63 Flujo de Caja (€)* 47,67 357,72 Flujo de Caja (€) 1.037,03 7.781,70 VAN (€) -7.765,24 -8.800,26 Mínima Máxima Inversión (€) 4.402,27 12.181,97 Coste kW PV (€/kWp) 792,43 792,43 Coste kW Eólica (€/kWp) 2.533,33 2.533,33 Pot. Instalada PV (kWp) 0,255 9,18 Nº de módulos 1 36 Pot. Instalada Eólica (kWp) 1,5 1,5 Nº de aerogenadores 1 1 Ahorro consumo (más generación) (€) 30,95 64,49 Ahorro consumo (menos generación) (€) 25,77 14,45 Ventas (€) 53,09 498 Coste mantenimiento (€) 88,04 243,64 Flujo de Caja (€)* 21,77 333,32 Flujo de Caja (€) 473,62 7.520,88 VAN (€) -3.928,65 -4.931,08 Mínima Máxima Inversión (€) 7.582,46 16.933,95 Coste kW PV (€/kWp) 916,09 916,09 Coste kW Eólica (€/kWp) 2.200 2.200 Pot. Instalada PV (kWp) 0,32 9,6 Nº de módulos 1 30 Pot. Instalada Eólica (kWp) 3 3 Nº de aerogenadores 1 1 Ahorro consumo (más generación) (€) 41,90 67,54 Ahorro consumo (menos generación) (€) 25,32 14,98 Ventas (€) 96,59 640,41 Coste mantenimiento (€) 151,64 338,68 Flujo de Caja (€)* 12,17 384,26 Flujo de Caja (€) 264,83 8.359,04 VAN (€) -7.317,63 -8.574,91 Mínima Máxima Inversión (€) 8.902,46 18.253,95 Coste kW PV (€/kWp) 916,09 916,09 Coste kW Eólica (€/kWp) 1.418,18 1.418,18 Pot. Instalada PV (kWp) 0,32 9,6 Nº de módulos 1 30 Pot. Instalada Eólica (kWp) 5,5 5,5 Nº de aerogenadores 1 1 Ahorro consumo (más generación) (€) 51,22 73,10 Ahorro consumo (menos generación) (€) 23,73 14,56 Ventas (€) 155,04 700,83 Coste mantenimiento (€) 178,05 365,08 Flujo de Caja (€)* 51,96 423,41 Flujo de Caja (€) 1.130,29 9.210,71 VAN (€) -7.772,17 -9.043,24 Mínima Máxima Inversión (€) 4.502,46 13.853,95 Coste kW PV (€/kWp) 916,09 916,09 Coste kW Eólica (€/kWp) 2.533,33 2.533,33 Pot. Instalada PV (kWp) 0,32 9,6 Nº de módulos 1 30 Pot. Instalada Eólica (kWp) 1,5 1,5 Nº de aerogenadores 1 1 Ahorro consumo (más generación) (€) 33,33 61,86 Ahorro consumo (menos generación) (€) 25,54 15,19 Ventas (€) 57,34 598,97 Coste mantenimiento (€) 90,04 277,07 Flujo de Caja (€)* 26,17 398,94 Flujo de Caja (€) 569,46 8.678,48 VAN (€) -3.933 -5.175,46 41 9.1.4. Casos 7 y 8: Eurener y Enair 30 PRO / Eurener y Enair 70 PRO 9.1.5. Caso 9: Eurener y Bornay 13+ Anual A los 25 años *El flujo de caja representa el beneficio obtenido en el primer año. A partir del mismo, el valor se va devaluando debido al tipo de interés anual. Los datos económicos de interés se muestran en la tabla 14 y gráficamente en la figura 47: Tabla 14. Datos económicos Análisis 1 Mínimo Máximo Mínimo Máximo Mínimo Máximo Casos Inversión (€) VAN (€) Ahorro (%) 1 -7.482,27 -15.261,97 -7.311,9 -8.331,41 2,28 45,41 2 -8.802,27 -16.581,97 -7.765,24 -8.800,27 11,78 46,93 3 -4.402,27 -12.181,97 -3.928,65 -4.931,08 10,76 59,52 4 -7.582,46 -16.933,95 -7.317,63 -8.574,91 3,49 49,36 5 -8.902,46 -18.253,95 -7.772,17 -9.043,24 12,70 50,46 6 -4.502,46 -13.853,95 -3.933,01 -5.175,46 12,65 62,64 7 -7.557 -18.249 -7.366,2 -10.486,8 2,52 42,53 8 -8.877 -19.569 -7.819,71 -10.953,4 11,91 44.03 9 -4.477 -15.169 -3.924,41 -5.108,83 12,34 66,32 Mínima Máxima Inversión (€) 7.557 18.249 Coste kW PV (€/kWp) 900 900 Coste kW Eólica (€/kWp) 2.200 2.200 Pot. Instalada PV (kWp) 0,3 11,1 Nº de módulos 1 37 Pot. Instalada Eólica (kWp) 3 3 Nº de aerogenadores 1 1 Ahorro consumo (más generación) (€) 40,66 64,55 Ahorro consumo (menos generación) (€) 25,26 16,64 Ventas (€) 93,98 640,61 Coste mantenimiento (€) 151,14 364,98 Flujo de Caja (€)* 8,77 356,83 Flujo de Caja (€) 190,80 7.762,20 VAN (€) 7.366,2 -10.486,8 Mínima Máxima Inversión (€) 8.877 19.569 Coste kW PV (€/kWp) 900 900 Coste kW Eólica (€/kWp) 1.418,18 1.418,18 Pot. Instalada PV (kWp) 0,3 11,1 Nº de módulos 1 37 Pot. Instalada Eólica (kWp) 5,5 5,5 Nº de aerogenadores 1 1 Ahorro consumo (más generación) (€) 50,15 70,95 Ahorro consumo (menos generación) (€) 23,76 15,85 Ventas (€) 152,22 700,63 Coste mantenimiento (€) 177,54 391,38 Flujo de Caja (€)* 48,60 396,06 Flujo de Caja (€) 1.057,29 8.615,61 VAN (€) -7.819,71 -10.953,4 Mínima Máxima Inversión (€) 4.477 15.169 Coste kW PV (€/kWp) 900 900 Coste kW Eólica (€/kWp) 2.533,33 2.533,33 Pot. Instalada PV (kWp) 0,3 11,1 Nº de módulos 1 37 Pot. Instalada Eólica (kWp) 1,5 1,5 Nº de aerogenadores 1 1 Ahorro consumo (más generación) (€) 32,04 58,83 Ahorro consumo (menos generación) (€) 25,25 16,39 Ventas (€) 54,96 599,58 Coste mantenimiento (€) 89,54 303,38 Flujo de Caja (€)* 27,71 371,44 Flujo de Caja (€) 494,12 8.080,14 VAN (€) -3.982,87 -7.088,85 42 Figura 47. Gráfica datos económicos Análisis 1 De los casos expuestos, se observa que el mayor ahorro económico obtenido al final del período de estudio con respecto a la inversión realizada es para el caso 9, con una inversión máxima, aunque la rentabilidad es negativa para todos los casos, por lo que se hace evidente la pérdida económica. Análisis 2 En la situación anterior, no se ha tenido en cuenta la subvención que se otorga para construcciones de autoconsumo. Dicha ayuda económica permite reducir la inversión hasta un 40%, por lo que los datos obtenidos se ven afectados de manera considerable. A continuación, se supone que la vivienda tiene una cédula de habitabilidad anterior al año 2016, de modo que pueda ser partícipe de la subvención planteada. Tabla 15. Datos económicos Análisis 2 Mínimo Máximo Mínimo Máximo Mínimo Máximo Casos Inversión (€) VAN (€) Ahorro (%) 1 -4.489,36 -9.157,18 -3.016,87 +22,78 32,80 100,25 2 -5.281,36 -9.949,18 -2.712,5 +380,43 48,64 103,82 3 -2.641,36 -7.309,18 -1.401,63 +1.578,18 46,94 121,59 4 -4.549,48 -10.160,37 -2.965,09 +812,64 34,83 108,00 5 -5.341,48 -10.952,37 -2.661,92 +1.435,01 50,17 113,10 6 -2.701,48 -8.312,37 -1.348,46 +2.777,06 50,08 133,41 7 -4.534,2 -10.949,4 -3.028,28 -11,38 33,21 99,90 8 -5.326,2 -11.741,4 -2.724,08 +279,74 48,86 102,38 9 -2.689,38 -9.219,30 -1.359,06 +3.429,37 49,47 137,20 -12.000 -10.000 -8.000 -6.000 -4.000 -2.000 0 -20.000 -15.000 -10.000 -5.000 VAN (€) Inversión (€) Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4 Caso 5 Caso 6 Caso 7 Caso 8 Caso 9 43 Figura 48. Gráfica datos económicos Análisis 2 En el análisis planteado aparece, en ciertos casos, un VAN positivo, según la tabla 15 y figura 48, de modo que la inversión correspondiente es rentable a lo largo de los 25 años. Como casos a destacar, se encuentran el 3, 6 y 9, con una clara diferencia respecto al análisis anterior, correspondientes a la combinación “Eurener-Enair 30PRO, Eurener-Enair 70PRO y Eurener-Bornay”, aunque el caso que mayor ahorro presenta es el 9, para un máximo número de módulos fotovoltaicos posible. Análisis 3 La combinación de fotovoltaica y minieólica es una solución que resulta viable técnica y económicamente, aunque las condiciones de viabilidad dependen del rendimiento de los modelos seleccionados y de su coste. El análisis de estos dos tipos de equipos, en conjunto, puede llegar a perjudicar la rentabilidad futura que se espera obtener, por lo que resulta interesante analizar la situación para la instalación de ambos equipos por separado. En este análisis, se propone la instalación, únicamente, de módulos fotovoltaicos, de modo que la superficie de la cubierta quede ocupada por éstos, manteniendo las distancias para evitar el sombreado. Para cada uno de los modelos seleccionados, según el punto 3.3.6 “Distancia de seguridad entre módulos”, se calcula la superficie que involucra cada módulo con su respectiva sombra, para obtener, finalmente, el máximo número de kWp a instalar en la cubierta, tabla 16. Tabla 16. Nº de módulos y potencia instalada máxima Módulos Superficie (módulo+sombra) (m2) Nº módulos máximo Potencia instalada máxima (kWp) Atersa 2,9549 36 9,18 Zytech 3,5206 30 9,6 Eurener 2,8927 37 11,1 -4.000 -3.000 -2.000 -1.000 0 1.000 2.000 3.000 4.000 -20.000 -15.000 -10.000 -5.000 VAN (€) Inversión (€) Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4 Caso 5 Caso 6 Caso 7 Caso 8 Caso 9 44 9.3.1. Sin subvención Tabla 17. Datos económicos Análisis 3 (sin subvención) Mínimo Máximo Mínimo Máximo Mínimo Máximo Módulos Inversión (€) VAN (€) Ahorro (%) Atersa -222,27 -8.001,97 +27,67 -889,28 112,45 88,89 Zytech -322,46 -9.673,95 +32,21 -1.138,32 109,99 88,23 Eurener -297 -10.989 -22,95 -3.085,83 92,27 71,92 Figura 49. Gráfica datos económicos Análisis 3 (sin subvención) La inversión que resulta de mayor interés, según la tabla 17 y la figura 49, es la mínima posible (1 módulo) debido a que el VAN en el período a estudiar es positivo o cercano, así como el ahorro obtenido, el cual es mayor en esta situación a la inversión máxima. El coste que supone la instalación de un mayor número de módulos afecta considerablemente a la situación del proyecto, el cual no ha recibido ningún tipo de subvención. Por lo tanto, los módulos que aportan una mayor rentabilidad son los del fabricante Atersa y Zytech, con un beneficio positivo, entre el que destaca Atersa con un mayor ahorro económico. 9.3.2. Con subvención Tabla 18. Datos económicos Análisis 3 (con subvención) Máximo Máximo Máximo Módulos Inversión (€) VAN (€) Ahorro (%) Atersa -4.801,18 +3.704,06 177,15 Zytech -5.804,37 +4.414,78 176,06 Eurener -6.593,4 +3.249,14 149,28 -3.500 -3.000 -2.500 -2.000 -1.500 -1.000 -500 0 500 -20.000 -15.000 -10.000 -5.000 VAN (€) Inversión (€) Atersa Zytech Eurener 45 Figura 50. Gráfica datos económicos Análisis 3 (con subvención) Para optar a la subvención, la inversión a realizar debe superar el importe de 500 €, por lo que se descarta para la situación de mínima inversión, la cual se encuentra por debajo del mismo. La mejoría del VAN en este caso es evidente, pues los beneficios obtenidos son de gran importancia en comparación con la inversión realizada, tabla 18 y figura 50. Aquel que presenta una mejor situación económica es el modelo Atersa, con una ganancia del 77,15% de la inversión a lo largo de la vida útil de los equipos. Análisis 4 De la misma forma que se planteó en el análisis 3, en este caso, se estudia la generación eléctrica a partir de aerogeneradores. Para ello, se tiene en cuenta el diámetro de las aspas y la longitud de la veleta, de modo que se estipule una superficie a ocupar para cada aerogenerador (sumando una distancia de seguridad de 0,5m) y se calcule, finalmente, el número máximo en la cubierta y, por lo tanto, el máximo número de kWp a instalar, tabla 19. Tabla 19. Nº de aerogeneradores y potencia instalada máxima Aerogeneradores Superficie aerogenerador (m2) Nº aerogeneradores máximo Potencia instalada máxima (kWp) Enair 30PRO 14,5221 8 24 Enair 70PRO 18,0955 6 33 Bornay 13+ 7,7931 16 24 0 500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 4.000 4.500 5.000 -20.000 -15.000 -10.000 -5.000 VAN (€) Inversión (€) Atersa Zytech Eurener 46 9.4.1. Sin subvención Tabla 20. Datos económicos Análisis 4 (sin subvención) Mínimo Máximo Mínimo Máximo Mínimo Máximo Aerogeneradores Inversión (€) VAN (€) Ahorro (%) Enair 30PRO -7.260 -58.080 -7.307,74 -60.007,7 -0,66 -3,32 Enair 70PRO -8.580 -51.480 -7.756,6 -47.830,5 9,60 7,09 Bornay 13+ -4.180 -66.880 -3.929,34 -65.694,36 6,00 1,77 Figura 51. Gráfica datos económicos Análisis 4 (sin subvención) La inversión de aerogeneradores sin obtener incentivo repercute negativamente en el resultado final, tabla 20 y figura 51. El VAN obtenido para los casos de inversiones máximas y mínimas en el modelo Enair 30PRO es mayor a éstas, por lo que el flujo de caja, y por lo tanto, los beneficios obtenidos, son negativos. Esto se debe a que el ahorro de energía en las horas de más/menos generación y la energía excedente no son suficiente para paliar el coste anual del mantenimiento de los equipos. Sin embargo, en los modelos restantes sí se produce un beneficio por la inversión realizada, destacando Enair 70PRO para una inversión mínima, aunque la rentabilidad al final del período es negativa. 9.4.2. Con subvención Tabla 21. Datos económicos Análisis 4 (con subvención) Mínimo Máximo Mínimo Máximo Mínimo Máximo Aerogeneradores Inversión (€) VAN (€) Ahorro (%) Enair 30PRO -4.356 -34.848 -3.140,3 -26.668,2 27,91 23,47 Enair 70PRO -5.148 -30.888 -2.831,45 -18.279,7 45,00 40,82 Bornay 13+ -2.508 -40.128 -1.529,91 -27.303,46 39,00 31,96 -70.000 -60.000 -50.000 -40.000 -30.000 -20.000 -10.000 0 -70.000 -60.000 -50.000 -40.000 -30.000 -20.000 -10.000 VAN (€) Inversión (€) Enair 30 PRO Enair 70 PRO Bornay 47 Figura 52. Gráfica datos económicos Análisis 4 (con subvención) En la situación de incentivos, la idea de instalar aerogeneradores sigue ocasionando una pérdida económica, aunque en menor grado. El coste por kWp de cada aerogenerador es muy elevado, sumado a la pérdida de beneficios por el coste de mantenimiento, hacen que la idea de instalar únicamente este tipo de captador no resulte viable. El modelo que presenta un mayor ahorro con respecto a la inversión realizada es Enair 70PRO, con un 45%, para una inversión mínima. Análisis 5 La distribución superficial de los módulos fotovoltaicos y de los aerogeneradores se considera distinta de los análisis anteriores. En este caso, se supone una ocupación de la superficie de la cubierta del 50% para ambos captadores. Así, estableciendo distintas inversiones, es posible observar la distribución óptima de los mismos con el objetivo de maximizar el VAN. En este análisis no se tiene en cuenta la subvención por autoconsumo. Para cada una de las combinaciones, se establecen inversiones de 9.000, 10.000 y 12.000 € las cuales se encuentran comprendidas entre los valores de inversión máxima y mínima de todos los casos, de modo que permita comprobar la evolución de la distribución de los módulos y aerogeneradores. -30.000 -25.000 -20.000 -15.000 -10.000 -5.000 0 -70.000 -60.000 -50.000 -40.000 -30.000 -20.000 -10.000 VAN (€) Inversión (€) Enair 30 PRO Enair 70 PRO Bornay 54 [14] SANZ, David, 2012. Componentes de un aerogenerador [en línea]. Energías renovadas. Disponible en: < https://energiasrenovadas.com/componentes-de-un-aerogenerador/> [Consulta 10 Abr. 2020]. [15] Energiza, 2018. Principales componentes de un aerogenerador [en línea]. Disponible en: <http://www.energiza.org/index.php?option=com_k2&view=item&id=1246:principalescomponentes-de-un-aerogenerador> [Consulta 10 Abr. 2020]. [16] Structuralia, 2018. Aerogeneradores de eje vertical y horizontal: tipos, ventajas e inconvenientes [en línea]. 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Generación medida Solar Fotovoltaica [en línea] Disponible en: <https://www.esios.ree.es/es/analisis/1161?vis=1&start_date=06-06- 2020T00%3A00&end_date=06-06-2020T23%3A00&compare_start_date=05-06- 2020T00%3A00&groupby=hour> [Consulta 9 May. 2020]. [31] Red Eléctrica Española, 2020. Precio de la energía excedentaria del autoconsumo para el mecanismo de compensación simplificada [en línea] Disponible en: <https://www.esios.ree.es/es/analisis/1739?vis=1&start_date=31-01- 2019T00%3A00&end_date=30-04-2020T23%3A00&compare_start_date=30-01- 2019T00%3A00&groupby=hour> [Consulta 16 May. 2020]. [32] Red Eléctrica Española, 2020. Precio medio horario final suma de componentes [en línea] Disponible en: <https://www.esios.ree.es/es/analisis/10211?vis=2&start_date=06-06- 2020T00%3A00&end_date=06-06-2020T23%3A50&compare_start_date=05-06- 2020T00%3A00&groupby=hour&compare_indicators=805,806,807,808,809,810,811,812,813,81 4,815,816,1277,1286,1368> [Consulta 16 May. 2020]. ANEXOS ANEXO I. PLANOS DE LA EDIFICACIÓN ANEXO II. CATÁLOGOS FABRICANTES MÓDULOS FOTOVOLTAICOS ANEXO III. CATÁLOGOS FABRICANTES AEROGENERADORES