Diseño de una instalación fotovoltaica autónoma en un ámbito rural con registro paramétrico de energía

5:09 5:09 PROJECTE FI DE CARRERA TÍTOL: DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA AUTOR: NÚRIA BERMEJO LÓPEZ - MANZANARES TITULACIÓ: INGENIERÍA TÉCNICA DE TELECOMUNICACIONES, ESPECIALIDAD EN SISTEMAS ELECTRÓNICOS. DIRECTOR: ANTONIO MIGUEL LÓPEZ MARTÍNEZ DEPARTAMENT: INGENIERÍA ELECTRÓNICA (710) 5:09 5:09 TÍTOL: DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA COGNOMS: BERMEJO NOM: NÚRIA TITULACIÓ: INGENIERÍA TÉCNICA DE TELECOMUNICACIONES ESPECIALITAT: SISTEMAS ELECTRÓNICOS PLA: 95 DIRECTOR: ANTONIO MIGUEL LÓPEZ MARTÍNEZ DEPARTAMENT: INGENIERÍA ELECTRÓNICA (710) QUALIFICACIÓ DEL PFC TRIBUNAL PRESIDENT SECRETARI VOCAL DATA DE LECTURA: 5:09 5:09 Aquest Projecte té en compte aspectes mediambientals: √ Sí  No PROJECTE FI DE CARRERA RESUM (màxim 50 línies) Este proyecto nace de la creciente necesidad de apostar por las energías renovables. Cada vez más se invierte en mejorar el rendimiento de éstas, que no sólo son importantes porque son energías limpias, si no porque es una energía inagotable a escala humana. Tras hacer una pequeña introducción a las energías renovables, concretamente a la energía solar fotovoltaica, el primer tema que se plantea es la situación geográfica donde se realizará el estudio. En este proyecto se ha elegido la localidad de Gavet de la Conca, que al tratarse de una zona rural en un lugar con elevados índices de radiación solar, hace que se convierta en un candidato que se amolda por completo al estudio que se quiere realizar. Antes de empezar a elegir los elementos necesarios para la instalación fotovoltaica, se ha realizado un estudio del consumo eléctrico y de los mapas característicos de la zona geográfica. De esta forma se podrán implementar los elementos más óptimos para obtener el máximo rendimiento de la instalación. Otro dato importante a analizar será el tipo de movimiento de los paneles. Al tratarse de una instalación fotovoltaica autónoma nos resulta más eficiente el uso de paneles estáticos, ya que intentamos que el consumo sea lo más bajo posible. Utilizar paneles con seguimiento solar, ya sea de un eje o dos ejes, en una instalación de estas características resulta poco rentable. Una vez el sistema a implementar ha sido elegido, éste desencadenará un estudio económico del coste que suponen todos los elementos necesarios para el presente proyecto, incluyendo información sobre las ayudas y préstamos que propiciarán que la instalación sea viable. No cabe olvidar que para hacer realidad este proyecto, se tendrá que tener en cuenta el marco legal en que se encuentran este tipo de instalaciones. Mediante la aplicación Simulink del software de Matlab, se simulará el comportamiento de los paneles fotovoltaicos. Con este programa podremos obtener las curvas características para encontrar datos tan importantes como la tensión de circuito abierto (Voc), la corriente de cortocircuito (Isc) y el punto de máxima potencia (MPP). 5:09 5:09 Finalmente, una de las partes más importantes de este proyecto es el registro paramétrico de datos meteorológicos y de comportamiento de la instalación con la ayuda de los sensores que se han diseñado, fabricado y calibrado para obtener unos datos con suficiente exactitud. Para la adquisición de datos se ha usado el software Labview, junto a la tarjeta de adquisición de datos DAQ NI USB 6009. Se ha implementado un circuito para convertir las señales de entrada del DAQ en las unidades que las medidas requieran. Paraules clau (màxim 10): SOLAR INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA AUTÓNOMA RURAL RADIACIÓN CONSUMO REGISTRO PARÁMETRICO ADQUISICIÓN MONITORIZACIÓN LABVIEW 1 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 1. INTRODUCCIÓN _______________________________________________________________ 5 1.1. Objetivos del P.F.C. ……………………………………………………………...……… 5 1.2. Justificación del P.F.C. ……………………………………………………………...…... 5 2. ENERGÍAS RENOVABLES ______________________________________________________ 7 2.1. Introducción …………………………………………………………………………...… 7 2.2. Energía solar …………………………………………………………………………….. 8 2.3. Ventajas e inconvenientes ……………………………………………………………….. 9 3. ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA ____________________________________________ 11 3.1. Antecedentes …………………………………………………………………...……… 11 3.2. Estado del arte …………………………………………………………………...…..… 14 3.3. Estructura y tipos de sistemas fotovoltaicos ……………………………………...…… 15 3.4. Funcionamiento del efecto fotovoltaico …………………………………..…….…..… 18 3.5. Curva característica de las células fotovoltaicas ………………………..……….……. 19 4. ESTUDIO DEL SISTEMA SOLAR FOTOVOLTAICO A IMPLEMENTAR ____________ 22 4.1. Situación geográfica ………………………………………………………………….. 22 4.2. Mapas de características ……………………………………………………………… 22 4.2.1. Mapa del ángulo óptimo de inclinación del panel ……………….………….. 23 4.2.2. Mapas de temperatura ………………………………………………….…… 23 4.2.3. Mapas de radiación ………………………………………………………..… 24 4.2.4. Mapas de productividad …………………………………………………….. 26 4.3. Evitar el sombreado …………………………………………………………………... 27 4.4. Cálculo y estudio del consumo panel ………………………………………………… 29 4.4.1. Introducción al software Censol 5.0 ………………………………………... 30 4.4.2. Resultados obtenidos con Censol 5.0 ………………………………………. 31 5. MOTORIZACIÓN DE PANELES FOTOVOLTAICOS ______________________________ 33 5.1. Tipo de paneles según su movimiento ……………………………………………….... 33 5.1.1. Paneles estáticos …………………………………………………………….. 33 5.1.2. Paneles de un eje de movimiento (un grado de libertad) …………………… 33 5.1.3. Paneles de dos ejes de movimiento (dos grados de libertad) ……………..… 35 5.1.4. Elección y justificación del movimiento ………………………………….… 36 5.2. Accionamiento ………………………………………………………………………... 36 5.2.1. Manual ………………………………………………………………………. 37 5.2.2. Motor eléctrico ……………………………………………………………… 37 5.2.3. Hidráulico …………………………………………………………………… 37 5.2.4. Por gravedad ………………………………………………………………… 37 5.2.5. Elección y justificación del accionamiento …………………………….…… 38 2 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 6. ELEMENTOS DE LA INSTALACIÓN ____________________________________________ 39 6.1. Paneles fotovoltaicos ………………………………………………………………..… 39 6.2. Acumulador …………………………………………………………………………… 41 6.2.1. Baterías de plomo-ácido …………………………………………………….. 43 6.2.2. Baterías de Níquel-Cadmio …………………………………………………. 45 6.2.3. Normativa para el mantenimiento de las baterías …………………………. 45 6.3. Regulador …………………………………………………………………………..…... 46 6.4. Inversor ……………………………………………………………………………….... 46 6.5. Cableado y elementos de protección del circuito ……………………………………… 47 6.6. Sensores ……………………………………………………………………………..… 48 6.6.1. Sensor de radiación solar ……………………………………………………. 48 6.6.2. Sensor de velocidad del viento ……………………………………………… 51 6.6.3. Sensor de temperatura ………………………………………………………. 50 6.6.4. Sensor de corriente ………………………………………………………….. 55 6.7. Adquisición de datos …………………………………………………………………... 55 7. ELECCIÓN Y JUSTIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS ESCOGIDOS ________________ 56 7.1. Elección del panel fotovoltaico y del soporte …………………………………………. 56 7.2. Elección de las baterías ………………………………………………………………... 57 7.3. Elección del regulador ……………………………………………………………….... 58 7.4. Elección del inversor ………………………………………………………………….. 59 7.5. Elección del cableado y elementos de protección …………………………………….. 59 7.6. Elección de los aparatos eléctricos de la instalación autónoma ………………………. 61 7.6.1. Televisor …………………………………………………………………….. 61 7.6.2. Bombillas ……………………………………………………………………. 62 7.6.3. Bomba de agua ……………………………………………………………… 62 7.6.4. Nevera ………………………………………………………………………. 63 7.6.5. Lavadora …………………………………………………………………..… 64 7.6.6. Secador de pelo ………………………………………………...…………… 64 7.7. Elección de los sensores …………………………………………………………….… 65 7.7.1. Sensor de temperatura y circuito de acondicionamiento de señal escogido ... 65 7.7.2. Sensor de radiación y circuito de acondicionamiento de señal escogido …… 68 7.7.3. Sensor de corriente y circuito de acondicionamiento de señal escogido ...…. 69 7.8. Elección de la tarjeta de adquisición de datos y elementos de monitorización ………. 70 8. LEGISLACIÓN ________________________________________________________________ 72 8.1. Legislación Plan de energías renovables (PER) …………………………………….… 72 8.2. Importancia de la Ley 54/1997 ………………………………………………………... 73 3 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 9. ESTUDIO ECONÓMICO DE LA INSTALACIÓN _________________________________ 74 9.1. Presupuesto de la instalación i monitorización fotovoltaica …………………………… 74 9.2. Presupuesto de la monitorización ……………………………………………………… 74 9.3. Presupuesto de los electrodomésticos de bajo consumo …………………………….… 75 9.4. Subvenciones y ayudas ………………………………………………………………... 75 9.4.1. Subvenciones europeas ……………………………………………………… 75 9.4.2. Subvenciones estatales ……………………………………………………… 76 9.4.3. Subvenciones autonómicas………………………………………………….. 76 9.5. Préstamos bancarios …………………………………………………………………… 77 9.5.1. Préstamo BBVA…………………………………………………………….. 77 9.5.2. Préstamo Banco Santander ………………………………………………….. 78 9.5.3. Préstamo La Caixa ………………………………………………………….. 78 9.5.4. Préstamo Catalunya Caixa ………………………………………………….. 78 9.5.5. Comparación préstamos …………………………………………………….. 79 9.5.6. Simulación del préstamo ……………………………………………………. 79 9.6. Amortización ………………………………………………………………………….. 82 9.6.1. Estudio del consumo eléctrico ………………………………………………. 82 9.6.2. Parámetros a tener en cuenta para la rentabilidad …………………………. 82 10. CALIBRACIÓN DE LOS SENSORES ____________________________________________ 85 10.1. Calibración del sensor de temperatura ………………………………………………... 85 10.1.1. Tabla y curva característica de las medidas experimentales ……………….. 86 10.2. Calibración del sensor de radiación ………………………………………………....... 87 10.2.1. Tabla y curva característica de las medidas experimentales ……………….. 87 10.3. Calibración del sensor de corriente y potencia ……………………………………...... 88 10.3.1. Tabla y curvas características de las medidas experimentales ……………… 89 11. SIMULACIÓN DEL COMPÒRTAMIENTO DE LOS PANELES CON SIMULIK ________ 91 11.1. Entorno Matlab-Simulik …………………………………………………………….... 91 11.2. Diseño de la instalación de los paneles fotovoltaicos ……………………………….... 92 11.3. Obtención de las gráficas …………………………………………………………….. 95 11.3.3. Curva V-I ……………………………………………………………………... 95 11.3.2. Curva para hallar el MPP ……………………………………………………... 95 12. MONITORIZACIÓN Y CONTROL MEDIANTE LABVIEW _________________________ 97 12.1. Entorno LabVIEW ……………………………………………………………………. 97 12.2. Familiarización con LabVIEW ……………………………………………………….. 97 12.2.1. Paleta de controles …………………………………………………………... 98 12.2.2. Paleta de funciones ………………………………………………………..… 98 12.3. Adquisición de datos …………………………………………………………………. 99 4 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 12.4. Circuitos para el control paramétrico mediante sensores …………………………….. 99 12.5. Visualización …………………………………………………………………………. 99 12.6. Herramienta Web Publishing …………………………………………………………. 99 13. RESULTADOS EXPERIMENTALES_____________________________________________ 101 13.1. Circuito físico a experimentar ………………………………………………………. 101 13.2. Circuito implementado con LabVIEW ……………………………………………… 102 13.2.1. Panel de control…………………………………………………………..… 103 13.2.2. Panel frontal ……………………………………………………………….. 104 13.3. Adquisición de datos ……………………………………………………………….. 105 13.4. Resultados obtenidos ………………………………………………………………... 110 13.5. Publicación y control remoto mediante la herramienta Web publishing ………….… 111 14. LÍNEAS FUTURAS DE DESARROLLO__________________________________________ 116 15. CONCLUSIONES _____________________________________________________________ 117 16. BIBLIOGRAFÍA ______________________________________________________________ 118 16.1. Libros ……………………………………………………………………………...… 118 16.2. Artículos …………………………………………………………………………..… 118 16.3. Tesis y P.F.C. ……………………………………………………………………...… 118 16.4. Páginas Web ………………………………………………………………………… 119 16.5. Normas técnicas y legislaciones ………………………………………………….…. 120 17. ANEXOS _____________________________________________________________________ 121 17.1. Datasheets …………………………………………………………………………… 121 17.1.1. Datasheet del LM355Z………………………………………………...…… 121 17.1.2. Datasheet del fotodetector BPW34………………………………................ 135 17.1.3. Datasheet del ISM 410………………………………………………...…… 140 17.2. Manuales …………………………………………………………………………….. 141 17.2.1. Manual del sensor de temperatura K8067……………………………….… 141 17.2.2. Manual del DAQ NI USB 6009 …………………………….…………..…. 149 5 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 1. INTRODUCCIÓN: OBJETIVOS Y JUSTIFICACIÓN DEL PFC 1.1. Objetivos del P.F.C. El objetivo de este proyecto se basa en dos partes, el diseño de una instalación fotovoltaica autónoma aislada, y por otro lado, el control paramétrico de energía de dicha instalación. Para el diseño de la instalación se deberá hacer un estudio en profundidad de los elementos que requiere, los más adecuados según sus circunstancias y el estudio económico y legislativo correspondiente a dicha instalación. En cuanto al control paramétrico de energía, se deberá elegir los parámetros que se quieren analizar, los sensores con los que se trabajará y la implementación de éstos en el entorno LabVIEW para una correcta monitorización. Finalmente, una vez esté todo el estudio hecho, se tomarán unos resultados experimentales para observar el correcto funcionamiento de los sensores. 1.2. Justificación del P.F.C A causa del gran crecimiento del uso de las energías renovables y el control del impacto medioambiental que las energías convencionales provocan en la Tierra, se hace necesario profundizar en el futuro de las energías, las energías renovables. A pesar de que la finalidad más frecuente de estas energías sea la de venta a red, no se debe olvidar que existen muchos lugares donde la electrificación es difícil de llevar a cabo. Es por este motivo que las energías renovables no sólo evitan una contaminación masiva y aportan una energía inagotable, sino que además puede ayudar a mejorar las zonas de difícil acceso, incluso en un futuro podría caber la posibilidad que cada vivienda administrara su propio consumo, dando lugar a una reducción de la contaminación incalculable. Todo ello, junto a un estudio económico del mercado para elegir los elementos más correctos para cada instalación, y un estudio de la zona geográfica en que se desea implementar, crea la posibilidad de diseñar una instalación fotovoltaica de manera autónoma y sin grandes dificultades. 12 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA • 1902, Philipp von Lenard, realizó observaciones del efecto fotoeléctrico en las que demostraba que los electrones variaban su energía con la frecuencia de los luz incidente, a mayor frecuencia más diferencia de potencial era necesario para frenarlos dentro de un tubo de rayos catódicos. • 1904, Albert Einstein publica su trabajo acerca del efecto fotovoltaico. • 1918, Jan Czochralski, científico polaco, publica un método para crecer cristales metálicos ("Einneues Verfahren zur Messung der Kristallisationsgeschwindigkeit der Metalle“), que décadas más tarde, se usa para el crecimiento de lingotes de silicio cristalino. • 1921, Einstein gana el premio Nobel de 1921 por sus teorías de 1904 explicando el efecto fotovoltaico (“for his services to Theoretical Physics, and especially for his discovery of the law of the photoelectric effect”. ). Recibe el premio y lee el discurso en Gotemburgo- Suecia, en 1923). • 1954, Los investigadores de los Laboratorios Bell (Murray Hill, NJ) D.M. Chapin, C.S. Fuller, y G.L. Pearson publican los resultados de su descubrimiento celdas solares de silicio con una eficiencia del 4,5%. • 1955, Se comercializa el primer producto fotovoltaico, con una eficiencia del 2% al precio de $25 cada celda de 14 mW. • 1957, Hoffman Electronic alcanza el 8 % de rendimiento en sus células. • 1958, El 17 de marzo se lanza el Vanguard I, el primer satélite artificial alimentado parcialmente con energía fotovoltaica. El sistema FV de 0,1 W duró 8 años. • 1959, Hoffman Electronic alcanza el 10 % de rendimiento en sus células comerciales. • 1960, Hoffman Electronic alcanza el 14 % de rendimiento en sus células comerciales. • 1962, Se lanza el primer satélite comercial de telecomunicaciones, el Telstar, con una potencia fotovoltaica de 14W. 13 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA • 1963, En Japón se instala un sistema fotovoltaico de 242 W en un faro. • 1964, El navío espacial Nimbus se lanza con 470W de paneles fotovoltaicos. • 1966, El observatorio astronómico espacial lleva 1kW de paneles solares. • 1967, El Soyuz, es el primer satélite tripulado con paneles fotovoltaicos. • 1973, La Universidad de Delaware construye "Solar One", una de las primeras viviendas con EFV. Las placas fotovoltaicas instaladas en el techo tienen un doble efecto: generar energía eléctrica y actuar de colector solar (calentado el aire bajo ellas, el aire era llevado a un intercambiador de calor para acumularlo). • 1974-1977, Se fundan las primeras compañías de energía solar. El Lewis Research Center (LeRC) de la NASA coloca los primeras aplicaciones en lugares aislados. La potencia instalada de EFV supera los 500 kW. • 1978 El NASA LeRC instala un sistema FV de 3.5-kWp en la reserva india Papago (Arizona). Es utilizado para bombear agua y abastecer 15 casas (iluminación, bombeo de agua, refrigeración, lavadora, etc.). Es utilizado hasta la llegada de las líneas eléctricas en 1983, y partir de entonces se dedica exclusivamente al bombeo de agua. • 1980, La empresa ARCO Solar es la primera en producir más de 1 MW en módulos Fotovoltaicos en un año. • 1981, Se instala en Jeddah, Arabia Saudita, una planta desalinizadora por ósmosisinversa abastecida por un sistema Fotovoltaico de 8-kW. • 1982, La producción mundial de EFV supera los 9.3 MW. Entra en funcionamiento la planta ARCO Solar Hisperia en California de 1-MW. 14 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA • 1983, La producción mundial de EFV supera los 21.3 MW, y las ventas superan los 250 millones de dólares. El Solar Trek, un vehículo alimentado por EFV con 1 kW atraviesa Australia; 4000 km en menos de 27 días. La velocidad máxima es 72 km/h, y la media 24 km/h. ARCO Solar construye una planta de EFV de 6-MW en California, en una extensión de 120 acres; conectado a la red eléctrica general suministra energía para 2000-2500 casas. • 1985, La Universidad de New SouthWales, crea células con el 20%de rendimiento. • 1994, Se celebra la primera Conferencia Mundial fotovoltaica en Hawái. • 1996, El Ícaro, avión movido por energía solar fotovoltaica (21 m2 de paneles) sobrevuela Alemania. • 1998, Se alcanza un total de 1.000 MWp de sistemas fotovoltaicos instalados. • 2002, Se produce más de 500 MW de módulos fotovoltaicos ese año. • 2004, Se producen más de 1.000 MWde módulos fotovoltaicas ese año. • 2007, Se producen más de 2.000 MW de módulos fotovoltaicas ese año. • 2009, Hay más de 20 .000 MW fotovoltaicos instalados por todo el mundo (potencia teórica de 20 grupos de centrales nucleares). 3.2. Estado del arte El desarrollo de la energía solar fotovoltaica en el siglo XXI sufre año tras año un acelerado avance tecnológico y económico. Todo esto conlleva que la instalación de placas fotovoltaicas este cada vez más al alcance de todos, facilitando así, un rápido crecimiento de su consumo. Son cada vez más los países que reconocen el enorme potencial de la energía solar para la protección del clima, el establecimiento de una red de suministro energético doméstico autónomo y la estabilización a largo plazo de los precios de la energía. 15 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA Se estima que antes del 2020 las energías renovables cubran el 20% de la demanda energética. Es aquí donde juega un papel muy importante la energía solar fotovoltaica. Los principales propulsores de la energía solar fotovoltaica en Europa son España y Alemania. Actualmente los países del sur de Europa como Italia, Francia y Grecia ya siguen el modelo de los propulsores y aspiran a ser grandes referentes. En cuanto al panorama mundial, debemos considerar las grandes potencias como EEUU y Japón, que ocupan el tercero y cuarto lugar en el mercado mundial y que están realizando importantes inversiones en este sector. Pero no sólo ellos contribuyen al avance de la energía fotovoltaica, en más de 100 países ha obtenido el crecimiento de generación de electricidad más rápido de todas las energías. Entre 2004 y 2009 la capacidad fotovoltaica conectada a red se ha incrementado en una tasa promedio anual del 60%. Es fácil imaginar que a finales del 2020 la energía solar fotovoltaica será una de las energías renovables más usadas y más asequibles en todo el mundo. Con toda esta información podrías afirmar que estamos en el siglo de las energías renovables y principalmente en el crecimiento imparable de la energía solar fotovoltaica. 3.3. Estructura y tipos de sistemas fotovoltaicos Consideramos un sistema fotovoltaico el conjunto de elementos conexionados entre sí capaces de suministrar energía eléctrica, a partir de la transformación directa de la energía solar. El principal elemento del que consta el sistema son los módulos fotovoltaicos, encargados de transformar la energía solar en energía eléctrica mediante el efecto fotovoltaico. Estos elementos conectados entre sí se encargan de obtener la potencia requerida. Al el conjunto de todos ellos se denomina generador fotovoltaico. Dependiendo si están conectados en serie, paralelo, o de forma mixta se obtiene diversos valores de intensidad y tensión a la salida del generador fotovoltaico. A parte de los paneles fotovoltaicos, hay otros elementos importantes que forman una instalación fotovoltaica. Su aparición dentro del sistema depende del tipo de instalación que sea. Nos podemos encontrar con tres tipos de instalación, autónomos, mixtos y conectados a red. 16 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA En cuanto a la instalación autónoma hay que destacar como elementos un regulador, un acumulador y un inversor. La necesidad de energía no siempre coincide en el tiempo con la captación del sol, lo que hace necesario disponer de algún tipo de acumulador o batería que pueda cubrir la posible demanda de energía eléctrica en momentos del día que el sol no produce radiación. El regulador es el equipo encargado de controlar el proceso de carga y descarga del acumulador, evitando así que si la batería se encuentra en plena capacidad los módulos fotovoltaicos no puedan seguir inyectando energía. El regulador también es una fuente de información de los parámetros eléctricos. Podemos obtener la tensión, intensidad, estado de las baterías, etc. Figura3.3.1. Sistema típico de instalación fotovoltaica autónoma. Por otro lado encontramos las instalaciones mixtas, o también denominadas híbridas, que se caracterizan por incluir, además de todo los elementos de una autónoma, un generador y rectificador para obtener una o varias fuentes auxiliares de potencia, generalmente se utiliza la energía eólica. En muchas ocasiones, puesto que fiabilidad es mucho mayor, incluyen baterías más pequeñas al ser muy difícil quedarse sin energía. El principal inconveniente de este tipo de instalaciones es que requiere una mayor complejidad del sistema regulador. 17 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA Tanto en las simples como las mixtas, se requiere de elementos de protección para evitar problemas en el circuito en caso de fallo o sobrecarga. Figura 3.3.2. Sistema típico de instalación fotovoltaica mixta. Finalmente, no debemos olvidarnos de las instalaciones conectadas a red, ya que son las más comunes. Este tipo de instalación no requiere de baterías. La conexión entre los paneles fotovoltaicos y la red se realiza a través de un inversor, capaz de aceptar las variaciones de voltaje y potencia propias de los paneles, trabajar en el punto de máxima potencia del generador fotovoltaico y enviar a la red energía con una calidad aceptable. Para tensiones más elevadas de 220 o 380 V, necesitaremos transformadores con las protecciones adecuadas. También se incluyen, como en los casos anteriores, elementos de protección. En caso de querer consumir de la red eléctrica deberán incorporar un contador capaz de identificar cuanta energía se da a la red y cuanta consumimos. 18 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 3.4. Funcionamiento del efecto fotovoltaico Una vez procesada toda esta información, sólo nos queda saber cómo funcionan estas células y en que se basa el efecto fotovoltaico. La palabra fotovoltaico es de origen griego y está formada por dos palabras, foto que significa luz y voltaico que quiere decir eléctrico. Su nombre hace referencia a su función, transformar la energía solar en energía eléctrica. Por otro lado, se puede entender como efecto fotovoltaico, el proceso que hace posible esta transformación. El efecto fotovoltaico consiste en la excitación de un material semiconductor (silicio), por la incidencia de la radiación solar, provocando el movimiento de los electrones del material por el interior del mismo. Este movimiento se transforma en corriente eléctrica continua cuando se cierra el circuito. Figura 3.3.3. Sistema típico de instalación fotovoltaica conectada a red. Figura 3.4.1. Efecto fotovoltaico en una célula solar 19 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA Estos semiconductores son especialmente tratados para formar dos capas diferentemente dopadas (tipo p y tipo n) para formar un campo eléctrico, positivo en una parte y negativo en la otra. Estas zonas se logran añadiendo impurezas en el silicio (dopaje). Cuando la luz solar incide se genera una fuerza electromotriz por el movimiento de electrones (cargas -) en exceso de la zona n hacia los huecos (cargas +) de la zona p. Estas células se fabrican a partir materiales que actúan como aislantes a bajas temperaturas y como conductores cuando se aumenta la energía. Para cerrar el circuito y permitir el movimiento exterior de los electrones se disponen en la parte frontal de las células mallas metálicas, mientras que en la parte posterior se encuentra en forma de plancha, al no recibir radiación solar. Su unión se realiza mediante conductores eléctricos para extraer la corriente generada por la célula. 3.5. Curva característica de las células fotovoltaicas La curva característica típica de una célula fotovoltaica (módulo o sistema a grande escala), es la curva de intensidad-tensión (curva I-V). Esta corriente y tensión está determinada por la radiación solar incidente, la temperatura ambiente, y las características de la carga conectada al dispositivo fotovoltaico. Figura3.5.1. Curva característica típica Intensidad - Tensión 20 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA Dónde: • Tensión de circuito abierto (Vca): se trata de la tensión máxima que entrega una célula cuando la corriente es nula, en determinadas condiciones de temperatura y radiación. Para realizar la medida se debe conectar un voltímetro entre los bornes. • Corriente de cortocircuito (Icc): es la corriente máxima que entrega una célula cuando la tensión es nula, en determinadas condiciones de temperatura y radiación. Para realizar su medida se debe conectar un amperímetro a la salida de la célula. • Potencia de pico (Pp): Se trata de la potencia máxima que puede entregar una célula, y lo hayamos donde la tensión y la corriente es máxima. • Tensión a máxima potencia (Vmp): tensión que entrega la célula cuando está en potencia máxima bajo unas determinadas condiciones de radiación y temperatura. • Corriente a máxima potencia (Imp): corriente que entrega la célula cuando se encuentra en la potencia máxima bajo unas determinadas condiciones de radiación y temperatura. En caso de que la temperatura varíe, la tensión variará. Por el contrario, si lo que varía es la radiación, la corriente variará. Es sencillo obtener los valores de un módulo fotovoltaico, ya que está formado por la agrupación de células fotovoltaicas. Sabiendo el valor de estás por individual se obtiene el resultado de una forma muy sencilla. Para obtener la intensidad se multiplica la corriente de cortocircuito de cada célula por el número de células que tiene el módulo en paralelo. 21 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA Para obtener la tensión se multiplica la tensión de circuito abierto de cada célula por el número de células que tiene el módulo en serie. Para hallar la potencia se multiplica el parámetro de potencia pico de cada célula por el número de células que tiene el módulo en paralelo y en serie. Obtenemos de esta forma una curva característica intensidad-tensión de la misma forma que la de una célula y por tanto, expuesta a los mismos efectos a causa de la variación de radiación y temperatura. 28 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA β Figura 3.6.1. Posicionamiento de las placas fotovoltaicas para evitar el sombreado Dónde: D min= distancia entre paneles. l= longitud del módulo (incluido marco y soporte). H= Altura solar mediodía del mes más desfavorable. β= Grado de inclinación de los módulos respecto a la horizontal. H a b D min 29 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA Siendo: Latitud del lugar = 42 Ángulo solar peor día del año (21 de diciembre) = 25 Encontramos que la altura solar (H) es de: Siendo: H= 23 Β= 36 l= 1,308 metros Encontramos que la distancia mínima entre los módulos tiene que ser: Según nuestros datos obtenemos una distancia mínima entre los paneles de 2,87 metros, por tanto colocaremos los paneles con 3 metros de distancia entre ellos. 4.4. Cálculo y estudio del consumo panel Al contrario que en las instalaciones fotovoltaicas conectadas a red, donde se intenta maximizar la producción anual orientando los paneles con la inclinación más favorable para el mes de mayor producción (normalmente julio), cuando se trata de instalaciones aisladas se debe orientar para que en el mes más desfavorable (normalmente diciembre) produzca el máximo, así el resto del año tendrá como mínimo la energía calculada para el peor mes, y nos aseguraremos que podemos cubrir todas las necesidades que requiera la instalación. 30 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 4.3.1. Introducción al software Censol 5.0 Censol 5.0 es un software desarrollado por el Centro de Estudios de la Energía Solar (Censolar), centro pionero en el campo de la energía solar formando a los profesionales. El programa Censol nació como material didáctico en uno de sus cursos de Proyectista Instalador de Energía Solar. En la versión Censol 5.0 se amplían sus funciones, dando lugar a un amplio software capaz de analizar y estudiar el aprovechamiento energético de la radiación solar, a demás del cálculo del dimensionado de la instalación que ya incluía inicialmente, convirtiéndose así en una herramienta de alto valor didáctico y profesional. Censol 5.0 se ha convertido en un software indiscutible para estudiar los sistemas de aprovechamiento de la energía solar, analizar su comportamiento y realizar el dimensionado de la instalación. En su menú principal encontramos 12 módulos, adecuados al estudio que queramos realizar. Figura 4.3.1.1. Menú principal de Censol 5.0 31 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 4.3.2. Resultados obtenidos con Censol 5.0 Figura 4.3.2.1. Submenú Solar fotovoltaica de Censol 5.0 Donde: Kb: coeficiente de pérdidas por rendimiento en el acumulador (a falta de datos se toma 0,05) Ka: coeficiente de autodescarga de las baterías • 0,02 para baterías de Ni-cd • 0,05 para baterías de Pb-ácido • 0,012 para baterías alta autodescarga (automóviles) Pd: profundidad de descarga (suele estar entre el 50% y el 60 %) Kc: coeficiente de pérdidas en el inversor Kv: coeficiente de otras pérdidas (un valor medio suele ser 0,15) Autonomía (N): número de días en que la instalación opera en radiación mínima (días nublados) 32 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA Con todos estos datos podemos encontrar el rendimiento con la siguiente fórmula: Para obtener el consumo diario (W*h) necesitamos saber cuántos aparatos eléctricos tenemos, cuál es su consumo y durante cuántas horas al día están en funcionamiento. En la pestaña descripción de los elementos de consumo rellenaremos el tipo de elemento del que hablamos, su potencia y el tiempo que requerimos de él al día, Censol 5.0 nos calculara el total de energía consumida por aparato y el total de la suma de todos ellos, obteniendo así de forma sencilla el consumo diario. Figura 4.3.2.2. Listado de los elementos de la instalación y su consumo. 33 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 5. MOTORIZACIÓN DE PANELES FOTOVOLTAICOS 5.1. Tipo de paneles según su movimiento Una parte muy importante de la instalación de paneles fotovoltaicos, es el grado de orientación de la placa respecto al sol. Es muy habitual ver paneles solares en tejados orientados al sol con una inclinación óptima durante el día, consiguiendo así el máximo rendimiento de su exposición al sol. A pesar de ello, obtenemos un rendimiento muy bajo. Es por este motivo que cada vez más se está optando por la utilización de seguidores solares de uno y dos ejes para aprovechar más las horas solares y su radiación, obteniendo de las placas un rendimiento mucho mayor. 5.1.1. Paneles estáticos Como ya he comentado en el apartado anterior, se trata de un panel cuyo rendimiento depende del grado de inclinación dado por el instalador. Para obtener el mayor rendimiento se busca la inclinación óptima respecto a todas las horas solares. Estás instalaciones se encuentran normalmente en tejados, donde el movimiento de los paneles se hace complicado; en edificios urbanos, aprovechando así toda su fachada; en naves industriales; en casas de campo, dónde no se requiere mucho consumo, etc. El principal inconveniente de este tipo de instalación es el poco rendimiento que podemos sacar de nuestras placas. Por otro lado, la ventaja que encontramos es que su instalación es más económica, y se pueden integrar prácticamente en cualquier sitio, sin quitar demasiado espacio. 5.1.2. Paneles de un eje de movimiento (un grado de libertad) Cuando el consumo requerido es mayor al que nos proporciona una instalación de paneles fotovoltaicos fijos, o simplemente queremos aprovechar al máximo la radiación solar, sea para uso propio o para vender a la red eléctrica, utilizaremos seguidores solares. Figura 5.1.1.1 . Panales fotovoltaicos estáticos instalados en el tejado de una casa. 34 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA Se habla de paneles solares de un eje o grado de libertad, cuando su rotación solo puede ser en una sola dirección, dependiendo de la orientación que se instale. • Eje polar Su superficie gira sobre un eje orientado Sur e inclinando un ángulo igual a la latitud. El giro se ajusta para que la normal a la superficie coincida siempre con el meridiano terrestre del Sol. Su velocidad de giro será aproximadamente de 15º por hora. Figura 5.1.2.1. Seguidor solar de eje polar. • Eje horizontal Su superficie gira en un eje horizontal orientado en la dirección Norte-Sur. Este giro se ajusta también, para que la normal a la superficie coincida en todo momento con el meridiano terrestre del Sol. Figura 5.1.2.2. Seguidor solar de eje horizontal. 35 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA • Eje acimutal Su superficie gira sobre un eje vertical de Este a Oeste, donde el ángulo de la superficie es constante e igual a la latitud. Como los demás tipos de ejes, el giro se ajusta para que la normal a la superficie coincida con el meridiano local que contiene el Sol. Su velocidad dependerá del momento del día en que nos encontremos. Esta rotación es la que consigue un mayor rendimiento de un grado de libertad, pudiendo llegar hasta un 25%. Figura 5.1.2.3. Seguidor solar de eje azimutal. 5.1.3. Paneles de dos ejes de movimiento (dos grados de libertad) Los seguidores solares de dos ejes, que permiten un seguimiento perfecto del Sol, estando en todo momento perpendicular a él. Estos seguidores disponen de un eje horizontal y de otro vertical, obteniendo así un seguimiento total en altitud y azimut. Su rendimiento puede alcanzar más de un 40%, pero el principal inconveniente es que su coste es mucho más elevado que los de un eje. 36 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA Figura 5.1.3.1. Seguidor solar de dos ejes. 5.1.4. Elección y justificación del movimiento Dado que se trata de una instalación fotovoltaica aislada en un ámbito rural con grandes extensiones de terreno, la instalación más óptima es la estática, de esta forma nos evitaremos posibles fallos de motor y nos ahorraremos la energía que estos consumen. Para otras instalaciones que requiera más energía y se disponga de menos terreno para instalar los paneles se aconseja utilizar el movimiento de un eje, concretamente el horizontal. Sólo en casos de tener una planta fotovoltaica donde se pretende explotar al máximo la energía recibida, es conveniente el movimiento de dos ejes. 5.2. Accionamiento En el caso de elegir una instalación rotacional, necesitaremos un tipo de accionamiento para que sus paneles puedan seguir la radiación solar. Existen diferentes tipos de accionamiento, desde los más sencillos como los manuales, hasta otros un poco más complejos como los mecánicos (motor eléctrico, hidráulico o por gravedad). 37 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 5.2.1 Manual Es el accionamiento más sencillo que existe, ya que no requiere de ningún tipo de mecanismo. Normalmente nos encontramos con este sistema cuando se usa la energía fotovoltaica para consumo propio, ya que sale más económico ir girando nosotros la placa según la época del año, o para aquellos seguidores de dos ejes donde la regulación de la altitud no está mecanizada y podemos hacerlo manualmente ya que el ángulo varia muy poco de un día a otro. 5.2.2. Motor eléctrico Son los más utilizados por su fácil implementación y su gran eficiencia. Se pueden aplicar en prácticamente todos los casos y normalmente los encontramos en instalaciones pequeñas que requieren de un motor para obtener el máximo de rendimiento. Los más utilizados dentro de este tipo de accionamiento son los servomotores, ya que permiten un gran control de la posición o de la velocidad. 5.4.3. Hidráulico Es un sistema usado para instalaciones de gran envergadura que requieren de un accionamiento hidráulico para poder mover paneles de un peso elevado. Gracias a la gran captación de radiación de estos paneles pueden alimentar el sistema hidráulico. 5.4.4. Por gravedad Este es un sistema original que no necesita electricidad para funcionar, si no que se basa en la fuerza de la gravedad. Está formado por una estructura que se inclina según el lugar donde detecta mayor peso. Esto es posible gracias a un sistema de pesos que hace que la zona del panel que recibe mayor radiación, por tanto tiene una temperatura elevada, pese más. Este sistema se basa en líquidos que cambian de densidad con la temperatura. Pese a no requerir ningún tipo de motorización, tiene el inconveniente de ser poco preciso, perdiendo en muchas ocasiones la posición del seguidor. 44 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA En cuanto a sus ventajas cabe destacar su bajo coste y por contrapartida como inconveniente encontramos que requieren de un alto mantenimiento, que tienen la necesidad de ventilación y protección, y que son muy pesadas. A pesar de estos inconvenientes, son las más usadas en instalaciones fotovoltaicas ya que el peso y el tamaño no son muy importantes y se adaptan a cualquier corriente de carga. Como características principales podemos destacar las siguientes: Características Valores típicos Tensión nominal (VDC) 2 Tensión en circuito abierto (VDC) 1.90 - 2-15 Tensión final de carga (VDC) 2.5 Tensión final de descarga (VDC) 1.75 Eficiencia (DC-a-DC) 75% - 85% Temperatura de trabajo (◦ C) -20 – 40 Energía específica (Wh/kg) 25 Densidad de energía (Wh/L) 80 Densidad de potencia Moderadamente alta Vida útil (años) 3 -5 Vida útil (ciclos) 1500 Tabla 6.2.1. Características y valores típicos de una batería de plomo-ácido. Figura 6.2.1.1. Batería Pb-ácido cargada Figura 6.2.1.2. Batería Pb-ácido descargada 45 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 6.2.2. Baterías de Níquel-Cadmio Las baterías de Níquel-Cadmio tienen una estructura física similar a las de Plomo-ácido. Están formadas por hidróxido de Níquel para las placas positivas y por óxido de Cadmio para las negativas. El electrolito es hidróxido de Potasio. Otra diferencia es que el voltaje nominal de cada celda de una batería Ni-Cd es de 1,2 V, en lugar de los 2 V de los elementos de batería de Plomo-ácido. Entre sus muchas ventajas, las baterías de Ni-Cd aguantan procesos de congelación y descongelación sin ningún efecto sobre su comportamiento. A pesar de que las altas temperaturas también afectan, su efecto es mucho menor que en las de Plomo-ácido. Los valores de autodescarga oscilan entre 3,1 y 6,4% al mes. Otro aspecto importante que encontramos en este tipo de acumuladores es que les afecta menos las sobrecargas. Pueden ser totalmente descargadas sin sufrir daños. El principal inconveniente es el elevado coste de las baterías de Ni-Cd, aunque requieren de un mantenimiento más bajo y una vida más larga, y que tiene un proceso de testado menos fiable que las de Plomo-ácido. 6.2.3. Normativa para el mantenimiento de las baterías Un buen uso y un correcto funcionamiento de un conjunto de baterías, debe seguir un conjunto de normas: • El lugar donde se encuentre las baterías debe estar a una temperatura de entre 15 C y 25 C. • Debemos evitar el movimiento de éstas. • Mantener los terminales de conexión limpios, apretados y secos. • Mantener el nivel de electrolito que es necesario. • Evitar la descarga total de los acumuladores. 46 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA • Calcular el número de baterías necesarias. • Evitar las cargas rápidas de las baterías. 6.3. Regulador El regulador de carga es el dispositivo encargado de proteger de sobrecargas y descargas a la batería. Otra función importante es la de evitar la descarga de las baterías sobre los paneles fotovoltaicos, para ello se emplea un diodo que evita que la energía fluya de forma inversa. Existen reguladores de una etapa y de dos etapas. Los de una etapa son más simples y solo permiten controlar una función, la de carga o la de descarga, esto conlleva que deba haber dos reguladores, uno para cada función. En cambio, los de dos etapas son más complejos pero controlan simultáneamente la carga y descarga, este tipo de regulador es el más usado en instalaciones fotovoltaicas. Para diferenciar un regulador de otro debemos fijarnos en las siguientes características: • Voltaje de desconexión de las cargas: voltaje mínimo para que se suministre electricidad a las cargas. En caso de ser inferior de dejará de suministrar dicha electricidad. • Voltaje final de carga: por encima de este voltaje se interrumpe la conexión entre el generador fotovoltaico y la batería. • Corriente de cortocircuito máxima: máxima corriente que puede soportar el regulador. 6.4. Inversor La principal función de los inversores es la de transformar la corriente continua en alterna. Su funcionamiento se lleva a cabo gracias a unos dispositivos electrónicos que actúan como interruptores que pueden interrumpir y conmutar su polaridad. Según si es una instalación aislada o conectada a red usará un tipo de inversor distinto adecuado a las necesidades de la instalación. En el caso de las aisladas los inversores son autoconmutados, no necesitan la red porque ellos fuerzan su conmutación, por el contrario, las conectadas a red disponen de un inversor que conmutan utilizando una fuente exterior. 47 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA En nuestro caso usaremos un inversor para una instalación aislada con lo cual hay que tener en cuenta también que forma de onda usaremos. Los inversores de onda senoidal pura reproducen una forma de onda prácticamente igual a la de la red eléctrica y pueden alimentar cualquier tipo de carga, no obstante son los más caros. Por otro lado, los de onda trapezoidal y cuadrada no alimentan correctamente cargas de tipo electrónico y producen más pérdidas, pese a estos inconvenientes su uso puede ser justificado en una instalación que tenga cargas no muy elevadas. 6.5. Cableado y elementos de protección del circuito Pese a que el tipo de cableado de una instalación fotovoltaica pueda parecer poco relevante, es totalmente necesario disponer de un tipo de cable que se adecue al uso de este tipo de instalaciones. Existen varias características que diferencian los cables de una instalación fotovoltaica con el cableado de cualquier otro tipo de instalación: • El cableado debe estar compuesto por cobre y encapsulado en caso de usarse en la intemperie. • Los cables deben soportar el posible movimiento constante de los paneles, por lo tanto, deben estar sometidos a un control de rozamiento contra las cubiertas. • Deben tener una vida útil de al menos 25 años. • Deben ser resisten a los rayos UV, humedad y agua. • El cableado se diseña para que la superficie entre conductores sea mínima y no exista efecto antena. Los elementos de protección de una instalación protegen la descarga y derivación en caso de sobrecarga o fallos en el circuito. Una instalación fotovoltaica debe tener los siguientes elementos de protección: • Interruptor general manual, interruptor magnetotérmico o diferencial con intensidad de cortocircuito superior a la indicada por la empresa distribuidora en el punto de conexión. 48 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA • Interruptor automático diferencial, como protección contra derivaciones en la parte de alterna de la instalación. • Interruptor automático de interconexión controlado por software, controlador permanente de aislamiento, aislamiento galvánico y protección frente a funcionamiento en isla, incluidas en el inversor. • Puesta a tierra del marco de los módulos y de la estructura mediante cable de cobre desnudo y pica de tierra, siguiendo la normativa vigente en este tipo de instalaciones. • Puesta a tierra de la carcasa del inversor. • Aislamiento doble o reforzado (clase II) en todos los componentes: módulos, cableado, cajas de conexión, etc. • Varistores entre positivo y tierra y negativo y tierra para el generador fotovoltaico, contra sobretensiones inducidas por descargas atmosféricas. • Fusible en cada polo del generador fotovoltaico, con función seccionadora. 6.6. Sensores Un buen control del estado paramétrico de la instalación se consigue gracias a los sensores. Al tratarse de una instalación fotovoltaica, los parámetros a analizar más importantes son la radiación solar, la temperatura y la velocidad del viento. 6.6.1. Sensor de radiación solar Podemos definir la radiación solar como el flujo de energía que recibimos del Sol en forma de ondas electromagnéticas de diferentes frecuencias (luz visible, infrarroja y ultravioleta). Existen diferentes tipos de radiación solar, dependiendo de cómo inciden los rayos solares en la tierra: 49 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA • Directa: Es la que recibimos sin que los rayos solares se difuminen o se desvíen a su paso por la atmósfera terrestre. • Difusa: Es aquella que si se difumina o se desvía a causa del choque con partículas en el aire, moléculas, montañas, árboles, nubes, etc. • Reflejada: Se trata de la reflejada por la superficie terrestre. Las superficies verticales son las que más radiación reflejada reciben. • Global: Se trata de la suma de las radiaciones directa y difusa. • Total: Es la suma de la radiación directa, difusa y reflejada. Hay que tener en cuenta que cuando se trata de energía solar fotovoltaica, la radiación que realmente nos importa es la directa, ya que es la de mayor potencial. También es importante darse cuenta que dependiendo del clima predominara una radiación sobre otra, por ejemplo en un día con el cielo despejado y sin nubes la radiación directa predominará sobre la difusa, en cambio, si el día está nublado no habrá prácticamente radiación directa y toda la que recibiremos será difusa. Existen diferentes tipos de sensores para medir la radiación solar, pero cada uno de ellos la mide de forma distinta. • Piranómetro Este sensor es capaz de medir la radiación solar global, es decir, la directa y la difusa. El piranómetro está diseñado para medir la densidad del flujo de la radiación solar en un campo de 180º. Existen piranómetros térmicos y fotovoltaicos. Los térmicos se basan en la diferencia de temperatura producida por dos placas, una negra y otra blanca. La negra se calienta más debido a que absorben más radiación. Mediante termocúpulas se mide la diferencia de temperatura entre ellas y así obtenemos la radiación global. Figura 6.6.1. Piranómetro. 50 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA Para evitar el enfriamiento producido por el viento y el efecto de la contaminación atmosférica sobre los sensores, éstos se aíslan mediante una cúpula de vidrio. Para medir la radiación difusa, se instala un sistema para hacer sombra que evita la radiación solar directa sobre el sensor y así obtenemos la diferencia entre las dos. A pesar de que estos sensores proporcionan una precisión del 95%, nos centraremos en los fotovoltaicos para la realización del proyecto. Estos se basan en el efecto fotoeléctrico. La radiación influye sobre un fotodiodo que es capaz de diferenciar el espectro solar por la frecuencia de la onda electromagnética, y de ese modo, mediante la lectura del voltaje, conocer los datos de radiación. • Heliógrafo Este instrumento mide la insolación, es decir, las horas en las que el Sol alumbra. El heliógrafo consiste en una esfera de vidrio que actúa como una lente concentradora de la luz solar sobre una banda de papel. Cuando la radiación solar no es interceptada por las nubes la banda se va quemando a lo largo de una línea. Al final se evalúa el periodo diario con insolación. • Pirheliómetro Este sensor es capaz de medir la radiación directa, es por ello que necesita estar constantemente bien orientado al Sol. Su funcionamiento se basa en un par termoeléctrico, encima de una superficie que recibe la radiación y el calentamiento del Sol. El extremo frío del pirheliómetro se conecta a un anillo exterior blanco o plateado que refleja la radiación solar, el cual permanece a una temperatura ambiente. Figura 6.6.2. Sistema para sombrear. Figura 6.6.3. Heliógrafo. Figura 6.6.4. Pirheliómetro. 51 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 6.6.2. Sensor de velocidad del viento El viento es el movimiento en masa del aire en la atmósfera. Su velocidad, es la rapidez y dirección de este. Por poco útil que pueda parecer este sensor para una instalación fotovoltaica, es un factor que hay que tener en cuenta, ya que estas estructuras podrían romperse con una velocidad de viento muy elevada, principalmente los seguidores solares son los que sufren más este efecto. En ese caso, la mejor posición de las placas será horizontal con respecto a la superficie, provocando así la menor resistencia al viento. El instrumento principal para medir la velocidad del viento es el anemómetro. Este consta de una veleta que determina la dirección del viento. El recorrido del viento es medido por la estrella de cazos situado encima de la veleta. Bajo la influencia de la presión del viento gira la estrella con un número de revoluciones dependientes de la presión y esto determina la velocidad del viento. Existen diferentes tipos de anemómetros según su estructura: • De empuje: formado por una esfera hueca o una pala, cuya posición respeto a un punto de suspensión varía con la velocidad del viento. • De rotación o de copelas: formado por cazoletas unidas a un eje giratorio vertical, o de una hélice con eje horizontal. La velocidad del viento es proporcional a su velocidad de giro. • De compresión: se basa en el conocido tubo de Pitot (un tubo en forma de L, con un extremo abierto hacia la corriente de aire y el otro conectado a un dispositivo medidor de presión), y está formado por dos pequeños tubos, uno de ellos con orificio frontal y lateral y el otro sólo lateral. La diferencia entre las presiones medidas determina la velocidad del viento. Figura 6.2.1. Anemómetro. 52 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA • De hilo caliente: está formado por dos hilos, uno enfrentado al viento y otro a sotavento. Mediante las pequeñas diferencias de temperatura de estos detecta la velocidad del viento. • Sónico o de efecto Doppler: detecta el desfase del sonido (anemómetro de ultrasonido) o de la luz coherente (anemómetro laser) reflejados por las moléculas de aire. 6.6.3. Sensor de temperatura Para evitar que la instalación llegue a temperaturas muy elevadas que puedan dañar el circuito es conveniente poner un sensor de temperatura. Los sensores más utilizados para estas mediciones son: • Termopares: en la unión de dos metales distintos se genera una tensión proporcional a la diferencia de temperaturas entre los puntos de unión de dos metales (efecto Seebeck). Figura 6.6.3.1. Esquema de un termopar. • Termoresistencias: dentro de ellas encontramos las termoresistencias metálicas (RTD), de coeficiente térmico positivo y con un rango de tempetarua que puede ir de -200 a 800 ; y las termoresistencias semiconductoras termistores (PTC con coeficiente de temperatura positivo -C. 53 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA • Termodiodos y termotransistores: caracterizados por su bajo coste y alta linealidad. • Sensores de silicio: Están basados en la relación entre la tensión base-emisor de una unión bipolar y su corriente de colector. Figura 6.6.3.2.Circuito de un sensor de silicio. Estos circuitos no se pueden utilizar por si solos debidos a la fuerte dependencia de IS con la temperatura, pero si la corriente IC es igual en un transistor y en los N transistores entonces la diferencia entre las dos tensiones base-emisor es proporcional a la temperatura absoluta y no depende de IS. • Integrados monolíticos: el LM35 de National Semiconductor proporciona una tensión de salida proporcional a la Tª, mientras que el AD590 de Analog Devices entrega una corriente de salida proporcional a la Tª absoluta. Figura 6.6.3.2. Circuitos de integrados monolíticos. K= constante de Boltzman T= temperatura absoluta en K q= carga de un electrón IS= corriente inversa de saturación que depende de la geometría y de la temperatura. 60 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA Donde: L: longitud del cable I: corriente que debe soportar el conductor Cte. material: constante del material que usemos de cableado % caída de tensión: porcentaje de caída de tensión admisible. Siendo: L= 10 metros de los paneles al regulador; 2 metros del regulador al acumulador; 1 metro del acumulador al inversor; 7 metros de la linea de iluminación. I= 70 Amperios Cte. material= 56 (cobre) % caída de tensión= 3% de los paneles al regulador; 1% del regulador al acumulador; 1% del acumulador al inversor; 3% linea de iluminación. Obtenemos una sección de cable mínima de: 69,44 mm² del panel al acumulador 41,67 mm² del regulador al acumulador 20,83 mm² del acumulador al inversor 48,61 mm² de la linea de iluminación Con estos cálculos podemos asegurar que nuestra instalación deberá tener un cableado con una sección ≥ 69,44 mm². En nuestro caso optaremos por el cable de sección 1x35 mm . Entre sus características encontramos las siguientes: • Diámetro del cable de 11,8 mm. • Peso de 364 Kg/Km. • Resistencia del conductor a 20 de 0,565 Ω/Km. • Intensidad admisible al aire de 174 A. • Caída de tensión continúa de 1,15 V. Figura 7.5.1. Cable Tecsun de Prysmian. 61 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA • Temperatura ambiente máxima admisible de 120 . • Temperatura ambiente mínima admisible de -40 . • Conductor tipo cobre electrolítico, estañado, clase 5 según IEC 60228, DIN VDE 0295, UNE EN 60228. • Aislamiento HEPR 120 similar a IEC 60502-1. • Cubierta de doble capa de EVA 120 basado en DIN VDE 0282-1, HD 22.1. En cuanto al cuadro eléctrico dispondremos de aquellas protecciones necesarias que no se incluyan en los elementos de la instalación. Es por ello que el cuadro eléctrico de protección térmica, magnetotérmica y diferencial 506 de CGE se adecua a nuestras necesidades. Cabe destacar: • Contactor a 12 A. • Relé térmico de 6 a 9,2. • Potencia de 1,10 KW. • Intensidad de 8,7 A. • Tensión de 230 VAC monofásico de 50 Hz. • Magnetotérmico de 2 polos y 20 A. • Diferencial de 300 mA. 7.6. Elección de los aparatos eléctricos de la instalación autónoma En cuanto a los aparatos eléctricos, se deben buscar aquellos que sean de bajo consumo, preferiblemente de clase A++, así garantizamos el correcto funcionamiento de todos ellos en caso de tener conectados todos a la vez si fuera necesario. 7.6.1. Televisor Pese a no ser un electrodoméstico necesario, no hay hogar que no disponga de uno. Al ser un aparato que puede estar conectado a diferentes franjas horarias y durante mucho tiempo debemos tener en cuenta que modelo elegiremos. El modelo 26PFL3405H de Philips, gracias a su tecnología Led, nos ofrece un televisor con grandes prestaciones y con un consumo muy bajo. Figura 7.5.2. Cuadro eléctrico 506 de CGE. 62 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA Entre sus características encontramos las siguientes: • Pantalla panorámica • Brillo: 400 cd/m² • Contraste dinámico: 150,000:1 • Tiempo de respuesta (típico): 8ms • Ángulo de visión: 178 (H) / 178 (V) • Tamaño diagonal: 26 pulgadas • Etiqueta ecológica ECO • Red eléctrica: 220V-240V, 50 Hz • Consumo de energía (típico): 47 W • Consumo en modo de espera: 0,3 W • Peso: 5,2 Kg 7.6.2. Bombillas La tecnología Led ha sido un gran avance para la iluminación, ya que puede genera una sensación de gran luminosidad con muy baja potencia. En el mercado se encuentran una gran variedad de modelos. En nuestra instalación, al no requerir de una gran iluminación usaremos el modelo Led MR-11. Sus principales características son: • Potencia consumida de 3 W. • Tensión requerida de 12 V. • Led de alto brillo con 15 diodos SMD. • De 40 a 50000 horas de vida útil. • Estructura de aluminio. 7.6.3. Bomba de agua Un elemento imprescindible para que el agua llegue del depósito a nuestros grifos es la bomba de agua. Fadisol, es una marca especializada en el equipamiento de instalaciones de energía solar. Cabe destacar como características de la bomba de agua elegida las siguientes: Figura 7.6.1.1.Televisor 26PFL3405H de Phillips. Figura 7.6.2.1. Bombilla Led MR-11. 63 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA • Requiere de una tensión de 12 V. • Consumo entre 10 y 20 W. • Caudal de 16 L/min. • Altura máxima de 6 m. • Diámetro de 48x123 mm. • Cable de 1 metro. 7.6.4. Nevera Es uno de los electrodomésticos que más necesita ser de bajo consumo, ya que necesita estar operativo todo el día. Cada vez más marcas están realizando proyectos de neveras d bajo consumo, muchas de ellas con abertura horizontal, para evitar así que el frió se escape. No obstante, otra vez, los alemanes son los que llevan la ventaja en los frigoríficos como en otros muchos electrodomésticos de clase A++. La marca Liebehrr, anteriormente dedicada sólo a grúas, ha diseñado una gran gama de frigoríficos que son ideales para instalaciones fotovoltaicas. Además su bajo coste, su gran fiabilidad y el diseño moderno de ellos, hace que sea una marca que sin duda no podemos rechazar. De entre su gran gama, destacaremos la nevera Liebehrr KTP 1430, ideal para nuestras necesidades. Entre sus características destacan: • Clase de eficiencia energética A+ • Consumo energético en 365 días de 124 kWh/año. • Descongelación automática. • Dimensiones de 85/55,4/62,3 • Capacidad útil total de 137 litros. • Material de la carcasa de acero. Figura 7.6.3.1. Bomba de agua Fadisol. Figura 7.64.1. Nevera Liebehr KTP 1430. 64 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 7.6.5. Lavadora Dado que una lavadora es un electrodoméstico que se usa como mucho una vez al día durante un periodo máximo de 2 horas, no es necesario que sea de clase A++, pero siempre es conveniente que sea de consumo bajo porque necesitan un arranque que requiere de gran potencia, al igual que si quisiéramos emplear el centrifugado. Indesit nos ofrece una amplia gama de lavadoras que van desde las de muy bajo consumo a otras de clase C. Para este caso se ha elegido el modelo Indesit IWC6105, de la cual se describen a continuación sus características: • Carga frontal • Dimensiones de 85 cm/ 59,5 cm/ 53,5 cm. • Capacidad de carga de 6 Kg. • Clase de rentabilidad energética A+. • Consumo de 1,02 kWh. 7.6.6. Secador de pelo Aparte de los electrodomésticos necesarios para una vivienda, hay otros que podemos encontrar como un secador de pelo, una afeitadora, una batidora, etc. Fadisol, aparte de ser una marca especializada en elementos una instalación solar, también fabrica electrodomésticos para ésta, como podría ser un secador de pelo. Entre sus principales características encontramos: • Conector de 12 V tipo encendedor de automóvil • 2 metros de cable. • Ventilador rotativo que impulsa el aire justo donde se necesita. • Mango plegable que facilita el transporte y almacenaje. • Potencia consumida de 150 W a 12 V. Figura 7.6.5.1. Lavadora Indesit IWC6105. Figura 7.6.6.1. Secador de pelo Fadisol. 65 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 7.7. Elección de los sensores Una parte importante de una instalación, es el control paramétrico de ésta. Para ello, debemos elegir que parámetros queremos monitorizar, y seguidamente escoger el sensor más adecuado a nuestros requisitos. 7.7.1. Sensor de temperatura y circuito de acondicionamiento de señal escogido Hay un parámetro que casi todos los tipos de instalaciones requieren, se trata de la temperatura. Es muy importante que los sistemas no tengan cambios bruscos de temperatura, ya que podría producir daños en el circuito. Existen infinidad de sensores de temperatura, como ya hemos visto en el apartado anterior. En nuestro caso se ha elegido un circuito integrado lineal, concretamente el LM335Z, ya que proporciona una tensión de salida proporcional a la Tª, no son muy caros y son muy fáciles de utilizar. Para poder detectar correctamente la temperatura en Labview, necesitamos un circuito de acondicionamiento capaz de amplificar la señal, filtrarla, y linealizarla. Existe un kit de la marca Vellman, el K8067 que facilita todo este trabajo. Gracias a este kit obtendremos a la salida de éste una fórmula para convertir el voltaje en . Este kit está compuesto por un circuito impreso, los elementos necesarios para su montaje, incluyendo el sensor de temperatura LM335Z y las instrucciones de montaje. Figura 7.7.1.1. Sensor de temperatura LM335Z calibrado para 2,982V a 25 . 66 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA Figura 7.7.1.2. Circuito para la medida de la temperatura K8067 de Vellman. Figura 7.7.1.3. Esquema circuital del sensor. 67 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA Sus especificaciones son las siguientes: • Rango de medida: de -20 a +70 • Salida: 20 mA bucle de corriente • Tensión máxima de salida: 10 v (con 500 Ω) • Precisión: 2 a escala completa • 1 solo ajuste • Sistema de 3 hilos: GND, +V y OUT • Alimentaciones: 12VDC para 0..5 V de salida / 15 VDC para 0..10 V de salida • Consumo de corriente: 30 mA máx. • Dimensiones: 55 x 35 x 15 mm Figura 7.7.1.4. Circuito implementado para la lectura de datos con el DAQ. Si aplicamos una tensión de 12 VDC obtendremos una tensión máxima de salida de 5 V, por tanto necesitaremos 4 resistencias de un 1 KΩ en paralelo para obtener una corriente de 20 mA. Por el contrario, si la tensión que aplicamos es de 15 VDC, obtendremos una tensión máxima de salida de 10 V y necesitaremos 2 resistencias de 1 KΩ en paralelo para obtener una corriente de 20 mA. La fórmula que convierte el valor de salida del AD en es de la siguiente forma: - 0,23) x 100) 68 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 7.7.2. Sensor de radiación y circuito de acondicionamiento de señal escogido Dado que los piranometros tienen un coste muy elevado, existen otro tipo de elementos capaces de detectar la radiación global, que sin ser tan precisos como los primeros, pueden resultar muy útiles para instalaciones autónomas que no requieran de gran exactitud. Estamos hablando de los fotodetectores. Un fotodetector se fabrica mediante un proceso llamado dopado. En una cara del fotodetector se introducen impurezas “tipo p” y en la otra cara “tipo n”. Estas impurezas pueden cambiar las propiedades del silicio cuando incide la luz sobre el fotodetector, liberando así algunos electrones ligados a los átomos y dejándolos circular. En nuestro caso utilizaremos el fotodetector BPW34, el cual está dotado de unas propiedas que lo hacen ser un perfecto candidato para una buena detección de la radiación. Podemos destacar de él: • Área de sensibilidad a la radiación de 7,5 mm². • Ángulo de sensibilidad de ± 65 . • Alta sensibilidad a la luz. • Tiempo de respuesta rápido. • Voltaje de inversa de 60 V (Tamb = 25 ). • Potencia de disipación de 215 mW (Tamb ≤ 25 ). • Temperatura de unión 100 (Tamb = 25 ). • Rango de almacenamiento de temperatura de -55 a + 100 (Tamb = 25 ). La corriente que circula por el fotodetector, producida por la circulación de electrones, debe ser amplificada y convertida a voltaje. Esta conversión es posible gracias a un Amplificador Operacional, concretamente usaremos un CA3130, ya que su corriente de bias es muy pequeña y la impedancia de entrada muy elevada. Este operacional no alimentaremos a una tensión de 12 Voltios. El resto de elementos necesarios en el circuito de acondicionamiento para obtener una salida detectable en voltajes son los siguientes: Figura 7.7.2.1. Fotodetector BPW34. 69 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA Figura 7.7.2.2. Esquema circuital del sensor de radiación. El condensador C1 (4,7 pF) es el encargado de estabilizar el circuito. Las resistencias R3 (P1 + 27 KΩ) junto con R4 (1KΩ) y R5 (47 KΩ), son la que determinarán la ganancia del amplificador. R6 es la encargda de polarizar el diodo dando corriente a éste, mientras que C2 estabiliza la alimentación y el sistema. Por otro lado R5 y R3 serán las encargadas de controlar el offset, obteniendo así una expresión de salida relacionada directamente con la corriente del fotodetector: Finalmente deberemos calibrar el circuito de tal forma que obtengamos un valor de radiación (W/m²) proporcional al voltaje de salida. 7.7.3. Sensor de corriente y circuito de acondicionamiento de señal escogido Para realizar un sensor de corriente/potencia de forma experimental y orientativa podemos usar una célula fotovoltaica o un conjunto de ellas en el caso de que la tensión sea muy baja. - 76 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA No obstante, cabe reconocer que gracias a estas subvenciones, orientadas a ámbitos de investigación universitaria y empresarial, hoy en día se encuentra la energía fotovoltaica al abasto de todos. Pese a que la Unión Europea no ayude directamente a los particulares a la hora de subvencionar una instalación fotovoltaica, debemos saber que parte de las ayudas estatales (IDAE) y de las autonómicas provienen de fondos europeos. 9.4.2. Subvenciones estatales El Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE) concede una ayuda directa para la amortización parcial del préstamo en el momento de la disposición, siendo ésta del 26% del coste subvencionable en el caso de la energía solar térmica y del 19% del coste subvencionable en el de la solar fotovoltaica de hasta 100 kWp. A parte de esta subvención, IDAE ha firmado un acuerdo de colaboración con el ICO (Instituto de Crédito Oficial), de tal forma que ahora no solamente subvencionan, sino que también financian a través del ICO las instalaciones de Energía Solar Térmica y Fotovoltaica, siendo inseparables la financiación y la subvención. Éste otorga una línea de préstamos de financiación a 11 años con el primero de carencia, para proyectos de energía solar térmica, fotovoltaica aislada y biomasa doméstica y de cogeneración. Este tipo de financiación tiene un interés Euribor del + 0,30%. Esta ayuda está dirigida a ser personas físicas, PYMES, comunidades de propietarios, ayuntamientos y otros organismos públicos, instituciones dependientes de ellos y otras formas jurídicas, quedando exceptúas de ella las grande empresas. Cabe destacar que una misma persona física o jurídica no podrá participar en dos o más solicitudes de ayuda de la misma tipología, independientemente del porcentaje de participación que tenga en las entidades beneficiarias. 9.4.3. Subvenciones autonómicas Según en la región de España que nos encontremos podremos optar a un tipo de ayuda distinto. En este caso se estudiarán las ayudas otorgadas por Cataluña, lugar dónde se quiere ubicar la instalación fotovoltaica. 77 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA • Subvenciones en Cataluña. La subvención que proviene del ICAEN (Instituto Catalán de la Energía) está dirigida a empresas privadas, instituciones sin ánimo de lucro, familias y comunidades de propietarios, y corporaciones locales y otros edificios públicos. La cuantía máxima de la subvención resulta de aplicar el porcentaje de ayuda máxima sobre el coste de referencia que corresponde a la instalación del solicitante. El porcentaje es del 37% para los sistemas prefabricados y por elementos y 40% para las aplicaciones especiales de refrigeración y de alta temperatura (superior a 60 ºC). Por otro lado cabe destacar el Proyecto de Electrificación Rural en Solsona de 1990, que subvencionó 574.000€ (95 millones de pesetas), el 36,5% del coste total de un proyecto que concedió a 35 masías aisladas la posibilidad de tener una red eléctrica gracias a placas fotovoltaicas. 9.5. Préstamos bancarios A pesar de parecer que con las subvenciones podemos realizar ya el proyecto, es fácil observar que las facilidades otorgadas por el Gobierno va en declive, incluso puede estar en peligro está subvención. Si ese es el caso, o simplemente si con las ayudas conseguidas no es suficiente, cabe recurrir a los préstamos bancarios. Estas entidades se han dado cuenta que la gente, a menudo, necesita préstamos a interés bajo y de pocos años para proyectos personales, son estas financiaciones las que se adaptarán mejor a nuestras necesidades. 9.5.1. Préstamo BBVA Una de los principales bancos de España es el BBVA. Dentro de sus préstamos personales encontramos el denominado “Crédito reforma hogar”, que sirve para cambiar y reformar partes de tu vivienda. En este apartado se podría incorporar una instalación fotovoltaica, ya que la reforma que harás será la de darle una instalación eléctrica a la vivienda aislada. Figura 9.4.3.1. Una de las masías subvencionada por el Proyecto de Electrificación Rural. 78 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA En caso de ser de venta a red, también se podría considerar como reforma de cara a obtener un precio más barato por la energía que la compañía eléctrica te subministre, y siempre con la idea de que todas las viviendas acaben subministrándose su propia energía. La cantidad máxima que nos pueden otorgar por esté préstamo es de 60.000 €, a devolver en un máximo de 10 años y con un interés del 4%. 9.5.2. Préstamo Banco Santander Junto al BVA, encontramos el Banco Santander como uno de los más importantes. En este banco nos ofrecen el “Préstamo personal”. Este préstamo se puede destinar a acualquier gasto personal y podemos obtener, igual que en el caso anterior, una cantidad máxima de 60.000€ a devolver en un plazo de 10 años, pero en este caso, el interés es un poco más elevado, en torno al 6%. 9.5.3. Préstamo La Caixa. En cuanto a las cajas, se han buscado las dos más importantes de Cataluña. No cabe duda que una de ellas será La Caixa. Dentro de los préstamos de esta entidad, nos dirigimos a los préstamos personales, donde podemos encontrar una gran variedad según nuestras necesidades, estudios, vehículo, reformas, etc. Será el “Préstamo estrella reforma” el que se adecue a nuestra demanda. En esta ocasión nos ofrecen un financiación máxima de 40.000€, a devolver en un periodo de 8 años a un tipo de interés entorno al 8 %. Un aspecto positivo de este préstamos es que nos ofrecen una carencia de hasta 12 meses. 9.5.4. Préstamo Catalunya Caixa Por otro lado y gracias a la fusión de Caixa Catalunya, Caixa Tarragona y Caixa Manresa, encontramos a otra gran entidad de Cataluña, se trata de Catalunya Caixa. Igual que las otras entidades, también en ésta podemos encontrar el “Préstamo reforma hogar”, para todos los cambios que necesites realizar en tu vivienda. La cantidad máxima que prestan es de 40.000€, a devolver en un plazo de 10 años y a un tipo de interés entorno al 8%. 79 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 9.5.5. Comparación préstamos Banco o Caja Nombre del préstamo Cantidad máxima a prestar Plazo de años a devolver Interés BBVA Crédito reforma Hogar 60.000 € 10 años 4% Banco Santander Préstamo personal 60.000 € 10 años 6% La Caixa Préstamo estrella reforma 40000 € 8 años 8% Catalunya Caixa Préstamo reforma Hogar 40.000 € 10 años 8% Tabla 9.5.5.1. Datos orientativos y comparativa de préstamos según las entidades. Observando la tabla comparativa anterior, podemos afirmar que el préstamo que más nos interesa es el de BBVA, por que disponemos de una cantidad de hasta 60.000€, de un largo plazo para devolverlo, 10 años, y de un interés bajo, entorno al 40%. 9.5.6. Simulación del préstamo Elegiremos un plazo de devolución de 3 años con una periodicidad mensual, a un tipo de interés del 4% y suponiendo una comisión de apertura del 0%. Tabla 9.5.6.1. Simulador de préstamos de la entidad BBVA 80 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA El simulador también nos permite ver según el mes en que nos encontramos el interes que se paga y la amortización de la cuota. Tabla 9.5.6.2. Cuota del primer mes de préstamo. Tabla 9.5.6.3. Cuota del último mes de préstamo. 81 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA Tabla 9.5.6.4. Listado de amortización de las cuotas. 82 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA Sumando los intereses del préstamo que alcanzan un valor de 468,62 €, el presupuesto final de nuestra instalación será de 8132,77 €. 9.6. Amortización La amortización es un término económico que se refiere al tiempo en que se tarda en obtener los mismos beneficios que el coste de su inversión. Para realizar estos cálculos, necesitamos saber cuánto nos va a costar dicha inversión, que tipo de interés tenemos en caso de obtener préstamos, cuánto dinero nos ahorramos cada mes, y cuál es su vida útil. Con una inversión total de 8132,27 €, sin contar con ninguna subvención y una vida útil estima de 25 años, debemos calcular si nuestra inversión es rentable, o si por el contrario no aporta beneficios. Para hallar la respuesta deberemos saber la energía que nuestra vivienda consume por año, el precio de la electricidad, y finalmente, observar si ahorramos la suficiente energía como para hacer viable este proyecto. 9.6.1. Estudio del consumo eléctrico Según datos oficiales cada hogar en España consume una electricidad media de 363 kW·h/mes, lo que supone un consumo de 4632 kW·h/año. Por otro lado, el precio de la electricidad en España en 2011 es de 0,140069 kW·h. Con estos datos se obtiene una cantidad de 648,799608 €/año de consumo eléctrico medio. Este será nuestro flujo de cajas que generará de beneficios cada año. 9.6.2. Parámetros a tener en cuenta para la rentabilidad Para demostrar que una inversión es rentable, hay una serie de factores que nos ayudan a descubrirlo. Este es el motivo que hace que el proyecto pase de algo teórico a algo práctico. • Valor actual neto (VAN). Es el valor que se obtiene de actualizar a valor presente los flujos de caja futuros que generará el proyecto, descontarlo a un tipo de interés y compararlos con el importe de la inversión inicial. Si VAN>0, consideraremos que el proyecto es rentable, por contra, si VAN<0, el proyecto no será rentable. 83 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA Dónde: A: desembolso inicial FC: flujos de caja n: número de años (1,2,...,n) r: tipo de interés ("la tasa de descuento") 1/(1+r)^n: factor de descuento para ese tipo de interés y ese número de años FCd.: flujos de caja descontados Siendo: A: 8132,77 FC: 648,8/año (precio de la factura del consumo que nos ahorramos/año) n: 25 años r: 0% (al tratarse de una instalación autónoma) N 0 1 2 3 … 13 … 25 A 8132,77 FC 648,8 648,8 648,8 648,8 648,8 R 0 % 0% 0% 0% 0% 0% (1+r)^n 1 1 1 1 1 1 1/(1+r)^n 1 1 1 1 1 1 FCd -8132,77 648,8 648,8 648,8 648,8 648,8 VAN 8087,23 Tabla 9.6.2.1. Estudio del Valor actual Neto. Como VAN > 0, el proyecto resulta rentable. Estos cálculos están realizados en el peor de los casos. Si por el contrario contamos con algún tipo de subvención y si elementos de monitorización, es evidente que el coste bajará considerablemente y por consiguiente el VAN aumentará. VAN = - A + [FC1 / (1+r)^1 ] + [ FC2 / (1+r)^2 ]+...+ [FCd / (1+r)^n ] 84 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA • Periodo de retorno de una inversión (PR). Consideramos periodo de retorno de una inversión, el tiempo que se tarda en recuperar la inversión inicial a través de los flujos de caja generados por el proyecto. La inversión se recupera en el año en el cual los flujos de caja acumulados superan a la inversión inicial. Donde: n: número de años A: inversión inicial FC: flujos de caja anuales Siendo: A: 8132,77 € FC: 648,8 €/año FCac.: flujos de caja acumulados N A FC Fcac 0 8132,77 1 648,8 648,8 2 648,8 1297,6 … … … … 12 648,8 7785,6 13 648,8 8434,4 Tabla 9.6.2.2. Estudio del Periodo de Retorno de la inversión. A los 13 años ya se cubren todos los gastos y aun disponemos de 12 años más para obtener beneficios. 85 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 10. CALIBRACIÓN DE LOS SENSORES Una vez los sensores están diseñados y implementados, es necesaria una buena calibración para poder obtener valores fiables. Para ello necesitaremos disponer un sensor de precisión para cada medida que queramos tomar. Primero linealizaremos nuestra expresión y seguidamente realizaremos las operaciones necesarias para obtener la media exacta que proporciona el sensor de precisión en nuestro sensor. 10.1. Calibración del sensor de temperatura Para calibrar el sensor de temperatura usaremos un sensor de precisión de la marca Hanna. Los pasos a seguir son: i. Encender el sensor de precisión y dejarlo durante 15 minutos para que la toma de media se estabilice. ii. Aplicar una tensión de 15 VDC en nuestro sensor y leer la tensión de salida. iii. Ajustar el potenciómetro hasta que en a salida obtengamos la tensión de salida correspondiente a la temperatura que nos marca el sensor de precisión siguiendo la siguiente fórmula: + 0,23) * 10) 92 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 11.2. Diseño de la instalación de los paneles fotovoltaicos Figura 11.2.1. Modelo de los paneles fotovoltaicos con Simulink. 93 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA Como se puede observar en la figura anterior se ha implementado una instalación de 10 paneles fotovoltaicos en paralelo, con una radiación fija de 1000 W/m² (radiación típica con cielo despejado) y una tensión de entrada de 12 voltios. Antes de realizar la simulación, deberemos introducir los parámetros de los paneles fotovoltaicos. Figura 11.2.2. Paámetros de los paneles fotovoltaicos dados por el fabricante. Una vez tengamos el circuito implementado y los parámetros correctos, ya solo faltará simular el circuito y obtener las gráficas deseadas. Si deseamos comprobar que el modelo de placa fotovoltaica es el deseado, o queremos cambiar algún dato, deberemos dar con el botón derecho encima de uno de los paneles y entrar en look under mask. 94 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA Figura 11.2.3. Primera máscara de los paneles fotovoltaicos. Simulink da la opción de entrar una vez más bajo la máscara del panel y poder observar el algoritmo completo para implementación del panel fotovoltaico deseado. Figura 11.2.4. Segunda máscara de los paneles fotovoltaicos con Simulink. 95 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 11.3. Obtención de las gráficas Una vez tenemos nuestro diseño implementado en Simulink, ejecutaremos el diseño con el botón star simulation. 11.3.1. Curva V-I Al tratarse de una instalación con 10 paneles en paralelo, en la curva característica V-I podremos observar la tensión en circuito abierto (Voc), que deberá ser la tensión nominal de un solo panel, y la corriente de cortocircuot (Isc) que deberá ser la suma de las corriente de cortocircuito de cada panel. Tabla 11.3.1.1. Simulación de la curva V-I. En la gráfica anterior se observa una Voc de 23,9 V y una Isc de 69,1 A concordando así con las especificaciones de los paneles elegidos y con su instalación en paralelo. 11.3.2. Curva para hallar el MPP Uno de las carcaterísiticas más importantes de una instalación fotovoltaica es el punto de máxima potencia de sus paneles. Este punto se obtiene de multiplicar la tensión nominal de un panel, por la suma de la corriente nominal de los 10 paneles fotovoltaicos. 96 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA Tabla 11.3.2.1.Curva característica para hallar el MPP. En la gráfica anterior se observa que el punto de máxima potencia (MPP) lo encontramos en 1031,36 W, resultado obtenido de multiplicar la tensión nominal de 17,6 V y la suma de la corriente nominal de los 10 paneles de 58,6 A. 97 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 12. MONITORIZACIÓN Y CONTROL MEDIANTE LABVIEW 12.1. Entorno Labview Labview (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbech) es un entorno de programación gráfica, que pertenece a la empresa National Instruments, destinado a la medición y test para el desarrollo de sistemas de pruebas y control. La principal característica lo diferencia de otros entornos existentes en el mercado, es el uso de íconos gráficos e intuitivos. LabVIEW permite la integración de miles de dispositivos hardware y ofrece un amplio repertorio de bibliotecas integradas para la instrumentación virtual. LabVIEW fue creado en 1986, pero no fue hasta 1992 cuando se introdujo en el mercado español. Desde entonces ha crecido notablemente tanto en el mundo educativo, como el mundo profesional, convirtiéndose en la actualidad en uno de los entornos con mayores avances y usos en el sector de la instrumentación virtual. 12.2. Familiarización con LabVIEW Lo primero que debemos saber de LabVIEW antes de empezar a usarlo es que los programas creados reciben el nombre de VI (Virtual Instruments). Cada VI consta de los siguientes componentes:  Panel frontal, es la parte que verá el usuario. Se trabaja en él con la paleta de controles.  Diagrama de bloques, es el código fuente gráfico. Se trabaja en él con la paleta de funciones. En la barra de herramientas encontraremos todos los botones para ejecutar los Vis. En el menú encontraremos todas las funciones necesarias para guardar el archivo, editarlo, operar con él, ver las propiedades, seleccionar la ventana que deseamos ver, solicitar ayuda, etc. Figura 12.1.1. Icono de LabVIEW. 98 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 12.2.1. Paleta de controles Esta paleta, como se ha indicado anteriormente, se encuentra en el panel frontal. En él se pueden seleccionar los terminales (controles e indicadores) para poder interactuar con el usuario. Los controles son las entradas de datos y los indicadores las salidas. Dentro de este menú existen submenús que se clasifican según el tipo que sean. Entre los más destacados encontramos los submenús Modern (en especial las gráficas), System, Classic, y Express, entre otros. 12.2.2. Paleta de funciones Es la paleta con la que se trabaja en el Diagrama de Bloques. Como ocurre en la paleta de controles, en esta también podemos encontrar submenús dentro de cada menú. Cabe destacar las funciones Programming, Measurement, Instument y Express como las más importantes. En especial debe hablarse detalladamente de la función Programming, ya que con sus submenús podremos crear la mayoría de programas. El primer submenú que encontramos es el de Structures, el cual contiene los elementos equivalentes a las instrucciones de control como WHILE, FOR, CASE, EVENT, etc. Seguidamente encontraremos, entre otros los submenús Array, Cluster, Numeric, Boolean y String, dependiendo del tipo de dato que queramos tratar. Figura 12.2.1.1. Paleta de controles de LabVIEW. Figura 12.2.2.1. Paleta de funciones de LabVIEW. 99 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 12.3. Adquisición de datos Una parte importante de la instrumentación virtual es la adquisición de datos. Una vez tenemos el hardware seleccionado debemos instalarlo correctamente para poder recibir señales a tratar. Mediante la función Daq Assistant podremos tomar los datos del sensor a través de la tarjeta de adquisición de datos e implementar el circuito necesario para obtener el resultado en función a las unidades que nuestro sensor requiera. 12.4. Circuitos para el control paramétrico mediante sensores. Una vez nos hemos familiarizado con el entorno LabVIEW y la forma de adquirir los datos, es el momento de empezar a crear VI. Primero debemos saber que parámetro queremos tratar, y que características deseamos observar. También es importante pensar en el tipo de estructura que usaremos, dependiendo si queremos una sola muestra, que haga un muestreo continuado durante un periodo de tiempo, que no pare de obtener datos hasta que no lo paremos, etc. Una vez tenemos claros todos estos datos es el momento de usar las paletas para obtener el VI de nuestro sensor. 12.5. Visualización Una vez tenemos todos los circuitos realizados de conversión de voltaje a la unidad que queremos medir, ya solo falta presentar los datos obtenidos de forma gráfica. Existen muchas posibilidades de visualización de los datos con LabVIEW, desde la obtención de datos ínsito, hasta hacer un control remoto de los parámetros. 12.6. Herramienta Web Publishing Una gran herramienta de visualización que incorpora LabVIEW es el Web Publishing. Esta herramienta permite publicar en la web, mediante un servidor que incorpora LabVIEW, nuestros Vis que se estén ejecutando, pudiendo monitorizar y controlar así el estado de las variables a medir desde cualquier parte del mundo con acceso a Internet. 100 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA Con Web Publishing Tool podremos crear una página web, donde aparecerá un título, un párrafo de texto, una imagen del panel frontal de nuestra aplicación o el mismo panel frontal real. Todos estos campos nos aparecerán en la ventana de configuración para la creación del archivo html. En esa ventana también encontraremos otras opciones para hacer más atractiva nuestra página web. Seleccionado las opciones Snapshot o Monitor aparecerá una captura del panel frontal en la página web, esta imagen estática se irá refrescando para ver los valores actualizados. Mediante la opción Embedded en cambio, se podrá controlar el panel de control además de visualizar los datos desde el propio navegador. Para que el navegador receptor pueda usar la opción Embedded deberá tener instalado el LabVIEW Run-Time Engine. Una vez se ha configurado correctamente debemos presionar el botón Start Web Server y salvar el documento. Seguidamente se podrá visualizar el archivo en el navegador con la siguiente dirección: http://nombre_del_pc/nombre_vi.htm 101 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 13. RESULTADOS EXPERIMENTALES 13.1. Circuito físico a experimentar Figura 13.1.1. Circuito implementado para el análisis paramétrico. En la figura anterior podemos observar los circuitos para el análisis paramétrico. En el recuadro amarillo encontramos el sensor de radiación, en el rojo el sensor de temperatura, en el verde el sensor de corriente y potencia y, por último, en el recuadro azul encontramos el circuito correspondiente a la alimentación. 108 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA Figura 13.3.4. Ventana para ajustar los parámetros de medida. En esta misma ventana encontramos una pestañita donde aparecerá el diagrama de conexión para cada sensor. Aquí podremos observar si las conexiones son correctas y evitarnos así posibles fallos. 109 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA Figura 13.3.5. Ventana para ver el diagrama de conexión. Cuando todos los parámetros del DAQ estén bien ajustados y las conexiones sean correctas, pulsaremos OK y daremos lugar a la construcción del DAQ Assistant. 110 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 13.4. Resultados obtenidos Figura 13.4.1. Panel frontal en la obtención de los datos. Para comprobar que todo el sistema funciona correctamente y nuestro diseño cumple con las expectativas propuestas, debemos poner en marcha la adquisición de datos y comprobar que no existe ningún error. Los resultados obtenidos se han realizado en la localidad de Sant Pere de Ribes, el día 24 de junio, a las 12 horas. Como datos de referencia se han tomado los facilitados por la página web del Servicio Meteorológico de Cataluña. Esta página nos brinda la posibilidad de observar los datos meteorológicos obtenidos de sus estaciones meteorológicas. 111 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA Figura 13.4.2. Datos del Servicio meteorológico de Cataluña de la estación de Sant Pere de Ribes . De esta manera se comprueba que los datos facilitados por el Servicio Meteorológico de Cataluña se acercan con bastante exactitud a los proporcionados por nuestros sensores. 13.5. Publicación y control remoto mediante la herramienta Web publishing Para llevar a cabo el control remoto, deberemos usar la herramienta Web Publishing. Primero de todo deberemos seleccionar el modo de visualización de los datos en la página web. 112 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA Figura 13.5.1. Ventana principal de la herramienta Web Publishing. Una vez se ha seleccionado el tipo de visión de los datos en la web, nos aparecerá una nueva ventana donde podremos elegir el título y texto que se le asignará a nuestra adquisición de datos. 113 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA Figura 13.5.2. Ventana donde se elige el título y texto aparecerá. Finalmente le asignaremos un nombre a nuestro circuito, el cual nos definirá la dirección URL. 114 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA Figura 13.5.3. Ventana donde se elige el nombre del archivo y de la dirección URL. Bastará con pulsar Save to Disk y la página web con control remoto ya estará creada y lista para usar siempre que se requiera. 115 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA Figura 13.5.4. Visualización de la página web creada. 116 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 14. LÍNEAS FUTURAS DE DESARROLLO Para la mejor de este proyecto se podría realizar un software SCADA (Control y Adquisición de Datos de Supervisión), capaz de monitorizar de una forma más precisa toda la instalación fotovoltaica, y así poder controlar remotamente todos los parámetros a analizar de una forma más depurada, visual e intuitiva para que de esta forma pueda ser usado por cualquier tipo de persona, tenga o no conocimientos de informática. Para ello, se podrá utilizar LabVIEW, como ya hemos hecho hasta ahora. Otra cuestión que puede surgir para desarrollar más profundamente este proyecto, sería implementar todo el sistema diseñado y estructurado de una instalación fotovoltaica autónoma a una instalación de venta a red, ya sea de consumo propio, o de explotación en un campo fotovoltaico. Al manejar un diseño de una potencia mucho más elevada y una estructura distinta, deberemos razonar desde el principio las características más óptimas para nuestra futura instalación. Para ello, habrá que estudiar qué tipo de elementos necesitaremos que no aparezcan en el presente estudio o que por el contrario podamos descartar, cuál será el montaje más adecuado y rentable para la nueva situación, que nuevos parámetros deberemos incluir en el estudio económico (precio de la electricidad de venta a red y de consumo), etc. Por último, y no por ello menos importante, existe una línea futura de desarrollo que se escapa de nuestro alcance. Esta mejora viene condicionada por la política y la legislación existente actualmente en España. Alemania instaló 20 veces más potencia fotovoltaica que España en 2010, teniendo una menor radiación que España, ya que han dado permiso a los ciudadanos a instalar sus propios sistemas fotovoltaicos autónomos, sin la necesidad de tener que vender esta electricidad a una red. Pese a que el Ministerio de Industria aprobó hace menos de un año un real decreto que permitiría el autoconsumo de la energía solar fotovoltaica en España sin tener que pasar por ningún trámite, esta idea ha quedado en papel mojado. Si la legislación no permite el autoconsumo en lugares urbanizados, nos veremos rezagados por detrás, no sólo de Alemania, de una gran cantidad de países donde las condiciones climáticas son más desfavorables que las de España. Todos los ciudadanos deberían poder aprovecharse de la principal y vital energía, el Sol, sin que las compañías eléctricas se lucren a nuestra costa de una energía que desde hace millones de años no tiene propietario, es de todos. 117 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 15. CONCLUSIONES Para concluir este trabajo quiero mencionar principalmente que se han cumplido todos los objetivos propuesto desde un principio. Se ha realizado todo el estudio que una instalación fotovoltaica requiere, tanto los elementos necesarios, el estudio económico que ésta supone, y toda la legislación necesaria para su implementación. Por otro lado se ha diseñado y fabricado todo un circuito de sensores para asegurar un correcto funcionamiento de la instalación. Seguidamente, se ha monitorizado con LabVIEW y se ha conseguido un control remoto gracias a la herramienta Web Publishing. Por otro lado, me gustaría destacar que la realización de este proyecto me ha resultado muy satisfactoria, ya que he podido ampliar mis conocimientos, muchos de ellos que partían desde cero, como en el caso de aprender a usar el software LabVIEW o Censol 5.0., y otros nuevos fuera de la ingeniería, como puede ser el estudio económico y amortización que requiere la instalación. También me resulta gratificante poder aplicar términos ecologistas dentro del mundo de la tecnología, ya que a menudo se relaciona el avance tecnológico con la contaminación y destrucción de la Tierra. Por último, desear que este trabajo ayude a muchas personas que no dispongan de herramientas o conocimientos necesarios para diseñar una instalación fotovoltaica, a acercarlas al mundo de la energía fotovoltaica y hacer de ella un uso de todos. 124 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 125 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 126 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 127 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 128 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 129 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 130 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 131 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 132 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 133 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 140 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 17.1.3. Datasheet del ISM 410 141 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 17.2. Manuales 17.2.1. Manual del sensor de temperatura K8067 142 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 143 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 144 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 145 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 146 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 147 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 148 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 149 DISEÑO DE UNA INSTALACIÓN AUTÓNOMA EN UN ÁMBITO RURAL CON REGISTRO PARAMÉTRICO DE ENERGÍA 17.2.2. Manual del DAQ NI USB 6009