Estudio de la rentabilidad de la reutilización de paneles solares en pequeñas plantas fotovoltaicas

GRADO EN INGENIERÍA EN ORGANIZACIÓN INDUSTRIAL Escuela de Ingenierías Industriales Universidad de Valladolid 06/09/2021 ESTUDIO DE LA RENTABILIDAD DE LA REUTILIZACIÓN DE PANELES SOLARES EN PEQUEÑAS PLANTAS FOTOVOLTAICAS Mario Obispo Alonso Trabajo de fin de grado Tutor: MIGUEL ÁNGEL GONZÁLEZ REBOLLO Departamento de Física de la Materia Condensada, Cristalografía y Mineralogía Cotutora: NATALIA MARTÍN CRUZ Departamento de Organización de Empresas 2 3 Agradecimientos: Me gustaría expresar mis más sinceros agradecimientos a mi tutor Miguel Ángel González Rebollo, por sus sugerencias, orientación y la idea de desarrollar este trabajo. También me gustaría agradecer a mi cotutora, Natalia Martín Cruz, por la dedicación también al correcto desarrollo de este trabajo, así como al profesor Jorge Serrano y el resto de integrantes del trabajo colaborativo. Por otro lado, me gustaría mostrar mi agradecimiento a todos los profesores de la Escuela que me han formado y ayudado a lo largo de mi etapa Universitaria. Finalmente, me quiero acordar de mi familia y amigos, por toda su ayuda, apoyo y comprensión a lo largo de toda mi vida académica. 4 RESUMEN En respuesta al Cambio Climático y en pos de una mayor independencia energética, estados, empresas y ciudadanos apuestan, cada día en mayor medida, por la Energía Solar Fotovoltaica, una energía limpia y económica, como una fuente de suministro energético. Sin embargo, pese a que en el proceso de producción energética se trata de una fuente de energía neutra en CO2 y otros gases de efecto invernadero, la gran demanda de los tiempos presentes y futuros, puede provocar numerosos problemas de gestión de residuos, debido al fin de la vida útil de muchos paneles solares. Así aunque el Silicio es un elemento común, el proceso de producción del panel requiere de grandes cantidades de energía, además del empleo de algunos materiales tóxicos, por lo que para disminuir la huella ecológica, se tratará de incrementar el tiempo de vida útil del panel. En el marco de la Economía Circular, con el objetivo de alargar el tiempo de vida de los paneles solares, en este proyecto, se valorará la posibilidad de la reutilización de paneles, desde un punto de vista económico para un particular y se creará una herramienta capaz de calcular que beneficios podría esperar un usuario en el suceso de que decida colocar una instalación fotovoltaica para reducir su tarifa eléctrica. PALABRAS CLAVE Energía solar, fotovoltaica, reutilización, cálculo de la rentabilidad, paneles 5 ABSTRACT In response to Climate Change and in pursuit of greater energy independence, states, companies and citizens are increasingly betting on Photovoltaic Solar Energy, a clean and economical energy, as a source of energy supply. However, even though in the energy production process it is a neutral energy source in CO2 and other greenhouse gases, the great demand of the present and future times, can cause numerous problems of waste management, due to the end of life of many solar panels. Although Silicon is a common element, the panel production process requires large amounts of energy, in addition to the use of some toxic materials, so to reduce the ecological footprint, we will try to increase the useful life of the panel. In the framework of the Circular Economy, in order to extend the lifetime of solar panels, in this project, the possibility of reusing panels will be assessed, from an economic point of view for an individual and a tool will be created able to calculate what benefits a user could expect in the event that he decides to install a photovoltaic installation to reduce his electricity tariff. 6 ÍNDICE Resumen .......................................................................................................................... 4 PALABRAS CLAVE ............................................................................................................. 4 Abstract ............................................................................................................................ 5 índice de ilustraciones .................................................................................................... 9 Índice de tablas ............................................................................................................. 11 1 Introducción ........................................................................................................... 13 1.1 Precedentes: ................................................................................................... 13 1.2 Estructura spin-off .......................................................................................... 13 1.3 Contexto ........................................................................................................... 14 1.4 Objetivo del trabajo ......................................................................................... 15 2 Energía solar fotovoltaica ..................................................................................... 17 2.1 Sistemas fotovoltaicos ................................................................................... 17 2.2 Partes del panel fotovoltaico ......................................................................... 19 2.3 Tipos de paneles según la estructura interna de la célula .......................... 20 2.4 Paneles más comunes ................................................................................... 21 2.5 Características eléctricas ............................................................................... 24 2.6 Curva Intensidad- Voltaje (I-V) ........................................................................ 25 2.7 Irradiancia y Curva Potencia- Voltaje (P-V) .................................................... 27 3 Ciclo de vida de los paneles solares .................................................................... 30 3.1 Desechado de los paneles ............................................................................. 31 3.2 Reutilización de paneles ................................................................................ 32 3.3 Reciclado paneles ........................................................................................... 33 4 Estado del mercado............................................................................................... 36 4.1 Las renovables en el mundo, evolución actual e histórica del mercado .... 37 4.2 Evolución actual e histórica del mercado en España .................................. 39 5 El Sistema eléctrico Español ................................................................................ 42 5.1 Funcionamiento del sistema eléctrico .......................................................... 42 5.2 El mercado eléctrico ....................................................................................... 42 5.3 Composición de la factura.............................................................................. 44 5.4 Evolución futura precios de la electricidad ................................................... 45 7 6 Explicación del cálculo de la rentabilidad ............................................................ 49 6.1 Conceptos económicos .................................................................................. 49 6.2 Como aplicamos los conceptos económicos anteriores al proyecto .......... 50 7 Justificación de la selección tecnológica ............................................................. 53 7.1 Necesidades .................................................................................................... 53 7.2 Soluciones ....................................................................................................... 54 8 Parámetros de impacto en el cálculo ................................................................... 55 8.1 El precio de la electricidad ............................................................................. 55 8.2 Impuestos ........................................................................................................ 60 8.3 Excedentes ...................................................................................................... 61 8.4 Tipo instalación ............................................................................................... 62 8.5 Localización ..................................................................................................... 63 8.6 Orientación ...................................................................................................... 65 8.7 Consumo del usuario ...................................................................................... 69 8.8 Coste de los paneles fotovoltaicos ................................................................ 70 8.9 Materiales auxiliares de la instalación .......................................................... 73 8.10 Potencia máxima paneles usados ............................................................. 75 8.11 Degradación paneles solares ..................................................................... 75 9 Funcionamiento de la Herramienta ..................................................................... 78 9.1 Inicio................................................................................................................. 79 9.2 Hoja cliente...................................................................................................... 79 9.3 Hoja BIPV ......................................................................................................... 83 9.4 Resumen ......................................................................................................... 87 10 Caso práctico ...................................................................................................... 89 10.1 Hoja de cliente ............................................................................................. 89 10.2 Hoja BIPV ..................................................................................................... 92 10.3 Resolución ................................................................................................... 93 10.4 Caso de cambio de tarifa ............................................................................ 95 11 Futuras líneas de investigación ......................................................................... 97 12 Conclusiones ....................................................................................................... 98 13 Bibliografía ....................................................................................................... 100 8 9 ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Ilustración 1: Sistema Fotovoltaico .............................................................................. 18 Ilustración 2: Capas Paneles Solares........................................................................... 20 Ilustración 3: Estructura Interna Célula Monocristalina . ¡Error! Marcador no definido. Ilustración 4: Estructura Interna Célula Policristalina..... ¡Error! Marcador no definido. Ilustración 5: Estructura Interna Célula Amorfa .............. ¡Error! Marcador no definido. Ilustración 6: Célula de Silicio Monocristalina ............................................................. 21 Ilustración 7: Célula de Silicio Policristalina ................................................................ 22 Ilustración 8: Célula Panel Silicio Amorfo .................................................................... 23 Ilustración 9: Curva I-T. Fuente: http://www.energetika.com.ar/Curva%20I-V.html 25 Ilustración 10: Curva I-V comparativa estado del módulo .......................................... 25 Ilustración 11: Curva I-V caso string roto ..................................................................... 26 Ilustración 12: Curva I-V cuando se produce oxidación en los contactos entre células ........................................................................................................................................ 26 Ilustración 13: Curva Potencia- Tensión. Fuente: https://autosolar.es/blog/aspectostecnicos/la-curva-de-intensidad-voltaje-y-la-de-potencia-voltaje-de-un-panel-solar-el- papel-del-regulador-de-carga ........................................................................................ 27 Ilustración 14: Gráfica P-V. Potecia Máxima. Fuente: https://autosolar.es/blog/aspectos-tecnicos/la-curva-de-intensidad-voltaje-y-la-de- potencia-voltaje-de-un-panel-solar-el-papel-del-regulador-de-carga .......................... 27 Ilustración 15:Ilustración 2: Eficiencia de los Módulos frente a diferentes Irradiancias [15] ................................................................................................................................. 28 Ilustración 16: Curva de Potencia según la irradiancia. Fuente: https://www.areatecnologia.com/electricidad/paneles-solares.html ...................... 29 Ilustración 17: Ciclo de Vida Paneles Solares [16] ..................................................... 30 Ilustración 18: Tendencias de las Energías Renovables. Fuente: https://irena.org/Statistics/View-Data-by-Topic/Costs/Solar-Costs ......................... 37 Ilustración 19: Consumo de Renovables por macroregiones. Fuente: https://www.bp.com/content/dam/bp/businesssites/en/global/corporate/pdfs/energy-economics/statistical-review/bp-stats- review-2020-full-report.pdf ........................................................................................... 38 Ilustración 20: Evolución del Precio de Producir Energía Fotovoltaica. Fuente: https://irena.org/Statistics/View-Data-by-Topic/Costs/Solar-Costs ......................... 39 Ilustración 21: Capacidad Fotovoltaica Instalada en la UE por países. Fuente: https://unef.es/descargas/ ......................................................................................... 40 16 La herramienta deberá ser algo visual, que permita al usuario cierta personalización, como, por ejemplo, variar el tipo de paneles que oferta y las características de éstos. También deberá tener una interfaz sencilla e intuitiva para facilitar al potencial cliente la introducción de sus datos personales para el estudio de su situación particular. Por ello en este trabajo se tratará de identificar las diferentes variables que influyen en la rentabilidad futura de una instalación de módulos solares fotovoltaicos para pequeños consumidores. Además, se intentará dar valores estándares para estas variables, así como se intentará simplificar otras para restar complejidad a la aplicación. De tal manera, se tratará de facilitar al usuario final la necesidad de incorporar información en la herramienta. También, en el presente documento se explicará el origen y funcionamiento de algunas de las diferentes variables que determinen la rentabilidad esperada de una instalación fotovoltaica, así como la selección del programa informático con el cuál se implementará la herramienta, las motivaciones que han llevado a esta elección y como se parametrizan las diferentes variables en él. Capítulo 2: Energía Solar Fotovoltaica 17 2 ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA La energía solar es la que llega a la Tierra en forma de rayos ultravioleta, luz o calor, procedente del sol. Esta es una energía limpia e ilimitada. Esta energía la podemos aprovechar de dos maneras, mediante la conversión térmica o mediante conversión fotovoltaica. La primera consiste en transformar la energía solar en energía térmica. La segunda convierte la energía luminosa en energía eléctrica. La energía solar térmica se utiliza el calor que produce el Sol para cocinar alimentos o calentar agua con el objetivo del uso doméstico. También para producir energía mecánica y a partir de ella, energía eléctrica. Otro uso más que se le puede dar, es utilizarla en una máquina de absorción que se dedique a refrigerar estancias interiores. [5] La energía solar fotovoltaica es el producto de transformar la radiación solar en electricidad gracias a un semiconductor (la célula fotovoltaica). Esta tecnología se utiliza para producir energía eléctrica a tanto a gran escala, en grandes instalaciones, como en pequeña escala en aparatos como calculadoras, siendo utilizada en muchos más campos. Al utilizar la radiación solar, se considera a la energía solar fotovoltaica una energía limpia, ya que solo produce CO2 en su proceso de fabricación, transporte e instalación, pero no durante su etapa de funcionamiento contribuyendo a reducir la emisión de gases de efecto invernadero como el CO2. [6] El principal inconveniente de esta tecnología es la falta de disponibilidad continua en la producción eléctrica, debido a su dependencia a la disponibilidad solar, viendo afectada o interrumpida la producción, ya no solo durante la noche, sino en episodios de nubosidad o contaminación atmosférica, que obliga a depender de fuentes alternativas que mantengan el suministro eléctrico. 2.1 SISTEMAS FOTOVOLTAICOS Los sistemas fotovoltaicos se pueden presentar de diferentes maneras. Para mostrar los diferentes sistemas, se van a dividir en dos categorías, una para los que no están conectados a la red eléctrica y otra para los que, si están conectados e intercambian energía con la red eléctrica, ya sea de entrada de energía para el consumo o vertido de esta a la red. [7] 2.1.1 Sistemas sin acceso a la red Sistemas autónomos sin almacenamiento: La energía solar se utiliza directamente de la célula solar. El sistema que se quiera hacer funcionar solo lo hará mientras Capítulo 2: Energía Solar Fotovoltaica 18 haya la luz suficiente. Es necesario calcular la célula solar para que tenga potencia suficiente para el aparato. Un ejemplo son algunas calculadoras solares. [7] Sistemas autónomos con almacenamiento: Este sistema además de la célula solar dispone de una batería, que funciona como depósito permanente de energía. Además, es usual que el sistema funcione con corriente continua, no obstante, los aparatos receptores se servirán de corriente alterna por lo que se necesitará un convertidor DC/AC. El esquema de una instalación de este tipo puede ser [7]: Ilustración 1: Sistema Fotovoltaico. Fuente: https://es.slideshare.net/ayalin/sistemas-de-energa-fotovoltaica Sistemas autónomos híbridos: Surge como respuesta a una de las limitaciones de los sistemas autónomos con almacenamiento, y es que la potencia generada depende del clima en ese momento del año. Por ello, los sistemas híbridos incluyen otra fuente generadora de energía como puede ser un sistema eólico. [7] 2.1.2 Sistemas Conectados a la Red Sistemas conectados a la red con vertido de excedentes: Estos sistemas fotovoltaicos se conectan a la red de la zona en la que se encuentran. No necesitan baterías ya que cuando se genera más energía de la que se necesita esta se vierte a la red eléctrica, recibiendo una compensación, y si en cambio se necesita más de la que se produce se toma de esta red. Por otra parte, se necesita convertir la corriente continua generada en los paneles a la corriente alterna con la que funciona la red eléctrica. [7] Sistemas conectados a la red sin compensación de excedentes: Son similares a los anteriores, sin embargo, no se recibe compensación alguna por el excedente. [7] Capítulo 2: Energía Solar Fotovoltaica 19 Sistemas de autoconsumo colectivo: Este sistema funciona para abastecer de energía a diferentes usuarios que compartan una misma instalación. Este tipo de sistemas suele estar orientado a comunidades de vecinos, un polígono de empresas o una urbanización y podrá estar acogido también a una compensación por excedente. En este proyecto no se recogerá esta opción, debido a la complejidad que supone la previsión de la interactuación de los diferentes usuarios, en términos de compensación de excedentes o de consumo de energía, ya que se necesitaría conocer los datos de todos los usuarios, y aumentar la potencia de cálculo de la herramienta. [8] Sistemas de venta a la red: Son grandes instalaciones que participan en el mercado mayorista de electricidad, vierten toda la energía producida en la red recibiendo a cambio un beneficio económico. Estos sistemas aportan una cantidad significativa de la mezcla de energía en España. La licencia para explotar en régimen económico uno de estos sistemas se consigue a través de la subasta de las renovables a nivel estatal. [8] 2.2 PARTES DEL PANEL FOTOVOLTAICO Los paneles fotovoltaicos tienen la siguiente estructura: • Cubierta exterior: La cubierta exterior tiene una función protectora frente a los agentes externos. La calidad de esta cubierta frontal influye sobre el rendimiento de la célula por lo que se utilizan materiales como el vidrio templado, gran conductor de la luz solar y también tiene cierta resistencia a impactos. [9] • Capas Encapsuladas: Protegen la célula fotovoltaica tanto del agua como del oxígeno. Un material utilizado para encapsular la célula es la EVA (etil-vinil-acetato). La EVA, un polímero termoplástico formado por unidades repetitivas de etileno y acetato de vinilo, permite una buena transmisión de la luz solar a la vez que ofrece nula degradación frente a la luz ultravioleta. Pese a ocupar el hueco entre las células y la cubierta aportando cohesión y amortiguando vibraciones, tiene algunos inconvenientes como su limitada vida útil y la tendencia a la adherencia de polvo. [9] Un ejemplo de encapsulamiento es el de la imagen siguiente: Capítulo 2: Energía Solar Fotovoltaica 20 Ilustración 2: Capas Paneles Solares. Fuente: https://www.diariorenovables.com/2017/06/tipos-de- encapsulamiento-en-celulas.html El encapsulado PVB destaca por su por su adherencia, transparencia y durabilidad. También tiene cierta resistencia mecánica. Sin embargo, el PVB presenta ciertos inconvenientes como el tener una tendencia mucho mayor a permear el agua que la EVA o una menor resistencia a las inclemencias climáticas. [10] Otros encapsulados comunes son el encapsulado Teflon, muy resistente a la radiación ultravioleta y repelente de la suciedad, que se suele utilizar en módulos especiales de pequeña escala y el encapsulado de resina, mediante el cual dos láminas de cristal se adhieren entre sí mediante resina fundida. Se utiliza generalmente en módulos hechos a medida en fachadas, tejados y en dispositivos de protección solar. [11] • Marco de Apoyo: Tiene la utilidad de servir de apoyo a la placa, así como de darle robustez y consistencia. • Protección posterior: Es una capa que se coloca debajo de la célula para dotarla de una protección adicional. El material más utilizado para esta cubierta posterior es el Tedlar por su buena resistencia frente a las condiciones atmosféricas. • Caja de conexiones eléctricas: Es por donde se extrae la electricidad. • Células fotovoltaicas: También conocida como célula fotoeléctrica, utiliza el efecto fotoeléctrico para transformar la energía lumínica de los fotones en Capítulo 2: Energía Solar Fotovoltaica 21 2.3 PANELES MÁS COMUNES Como se dijo anteriormente, en este trabajo nos centraremos en los Paneles de Silicio por ser los más comunes en el mercado, formando hasta el 95% de este. [12] 2.3.1 Panel de Silicio Monocristalino La célula está constituida por un único cristal de Silicio con estructura muy uniforme. Dota al panel de un rendimiento superior al del resto de materiales ya que los átomos de silicio están perfectamente alineados facilitando la conductividad. Las células de silicio monocristalino suelen presentar una forma cuadrada con esquinas redondeadas, aunque antiguamente tenías forma redondeada [13]. La esquina de conexiones tiene forma ortogonal. [9] Un ejemplo de célula es el siguiente: Ilustración 3: Célula de Silicio Monocristalina. Fuente: https://www.sfe-solar.com/panelessolares/tipos/#Tipos_de_placas_fotovoltaicas_segun_su_uso_o_aplicacion Ventajas - Rendimiento de entre el 18%-25%. (Porcentaje de la energía solar recibida que se transforma en energía eléctrica) - Mayor vida útil. - Mejor funcionamiento a baja radiación solar. - Mejor funcionamiento a bajas temperaturas. - Mayor eficiencia a largo plazo. Inconvenientes - Proceso de fabricación más largo. - Proceso de fabricación más costoso energéticamente. - Disminuye su rendimiento cuando aumenta la temperatura ambiente. - Gran derroche de silicio en el proceso de fabricación - Peor comportamiento de una instalación en el caso de sombras parciales. Capítulo 2: Energía Solar Fotovoltaica 22 2.3.2 Panel de Silicio Policristalino Tiene una superficie y color irregular (el más común es el azulado) y una estructura totalmente cuadrada. Una manera de diferenciarlos de los monocristalinos es la forma ya que la esquina forma un ángulo de 90º.El panel tienen un rendimiento inferior al monocristalino, aunque el coste de fabricación es aún menor. [14] Ilustración 4: Célula de Silicio Policristalina. Fuente: https://autosolar.es/blog/placas-fotovoltaicas/que-es-el- silicio-policristalino Ventajas - Mejor funcionamiento a temperaturas altas. - Se desperdicia menos silicio en el proceso de fabricación. - Menor coste de fabricación Inconvenientes - Menor rendimiento que la célula monocristalina, entre el 16% y el 20%. - Al tener un rendimiento inferior se necesita utilizar una mayor superficie para obtener la misma potencia. - Peor rendimiento que el monocristalino en zonas de baja radiación solar 2.3.3 Panel de Silicio Amorfo Son los más económicos (tienen cincuenta veces menos espesor que los monocristalinos) aunque proporcionan un menor rendimiento. El rendimiento en el laboratorio ronda el 16% mientras que en la práctica este no suele llegar al 10%. La fabricación de estos paneles consiste en colocar una fina capa de amorfo de silicio sobre una superficie, ya sea vidrio, plástico u otro material. Los medios para fabricar estos módulos son caros, sin embargo, el ahorro en silicio que se produce les dota de cierta competitividad en precios. [15] Capítulo 2: Energía Solar Fotovoltaica 23 Ilustración 5: Célula Panel Silicio Amorfo. Fuente: https://www.tiendafotovoltaica.es/Modulo-solar-12V/4W- silicio-amorfo-con-marco-aluminio Ventajas - El proceso de fabricación es sencillo. - Se produce en gran ahorro en Silicio en comparación con los Monocristalinos. - Se pueden incluir diferentes formas o colores en la fabricación lo cual potencia la integración arquitectónica. - Aportan un buen rendimiento a altas temperaturas - Buen comportamiento en zonas de sombras parciales. Inconvenientes - Tiene un rendimiento bastante bajo, entre el 10% y el 15% - Menor vida útil que otro tipo de módulos 2.3.4 Paneles bifaciales Son paneles solares de Silicio, comúnmente monocristalinos, de doble cara, es decir, convierten en corriente eléctrica la energía solar que les llega a cualquiera de sus caras. Estos paneles se empezaron a fabricar con el objetivo de mejorar la eficiencia energética, es decir, producir una mayor energía ocupando un mismo espacio físico. Los paneles bifaciales no suponen una tecnología distinta (en el aspecto físicomolecular), sino que consiste en incorporar también una célula de silicio u otro material a la capa inferior del módulo, que en las células convencionales es opaca. Capítulo 2: Energía Solar Fotovoltaica 24 Las principales áreas de utilización son superficies industriales planas o instalaciones ancladas al suelo. 2.4 CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS Algunas de las características eléctricas más importantes de un módulo son [16] [17]: • Potencia Nominal o Potencia Pico (Pnom): Medida en Vatios es la máxima potencia que puede entregar un panel en condiciones determinadas de radiación y temperatura. • Tolerancia de Potencia: Se puede medir en vatios o en % sobre la potencia nominal y es la potencia pico real que puede tener un panel. • Eficiencia del Panel: Relación entre la potencia producida por el panel solar y la potencia de radiación que incide sobre él. • Tensión Máxima de Potencia (Vmp): Voltaje que proporcionará un panel en su punto de máxima potencia en unas condiciones estándar de medida. • Corriente Máxima de Potencia (Imp): Corriente que proporcionará el panel en su punto de máxima potencia en unas condiciones estándar de medida. • Tensión de Circuito (Voc): Utilizando un voltímetro sin tener ninguna carga conectada al panel, tensión máxima del panel suponiendo que trabaja como generador. Variará con las condiciones atmosféricas. • Corriente de Corto Circuito (Isc): Es la corriente que se produce cuando la tensión es 0V. Sería la máxima corriente que se podría obtener en un estado ideal. • Tolerancia: Pequeña variación en la eficiencia que presentan los paneles solares ya que tras el proceso de fabricación los paneles no son 100% idénticos Capítulo 2: Energía Solar Fotovoltaica 25 2.5 CURVA INTENSIDADVOLTAJE (I-V) Es una curva que relaciona la intensidad de corriente que produce un panel con la tensión entre sus terminales. Esta curva tiene la misma forma para todos los paneles, concediendo una alta intensidad de corriente cuando la tensión es muy baja, y cuando esta tensión aumenta mucho, la intensidad tiende a 0. La curva tiene esta forma: Ilustración 6: Curva I-T. Fuente: http://www.energetika.com.ar/Curva%20I-V.html El experimento se realiza en laboratorio y siguiendo la norma, bajo el efecto de una irradiancia de 1000 W/m2. Esta curva es muy útil para medir posibles defectos del panel. Como se puede ver en la ilustración 7, el panel en buen estado producirá una mayor intensidad de corriente a la misma potencia, que un módulo más desgastado. [18] Ilustración 7: Curva I-V comparativa estado del módulo buen estado-vs-deteriorado. Fuente: https://www.cleversd.com/es/blog/que-son-tan-importantes-curvas-iv Capítulo 3: Ciclo de Vida de los Paneles Solares 32 3.1.2 Incineración La incineración de módulos solares, como de desechos electrónicos en general, s se considera bastante perjudicial para el medio ambiente debido a que se liberan a la atmósfera metales pesados tóxicos, como el plomo. Alguno de los materiales que forman los paneles solares son persistentes y acumulativos cuando se liberan, lo que significa efectos a largo plazo para los seres humanos, la fauna y la flora. [22] La principal ventaja es que los paneles no necesitan separarse de otros residuos comerciales o industriales, aunque se eliminan las posibilidades de recuperación de materias primas. 3.2 REUTILIZACIÓN DE PANELES Muchos de los módulos que se retiran de las instalaciones fotovoltaicas, siguen funcionando, aunque normalmente a aproximadamente un 70% de la eficiencia inicial. [2] Los principales pasos que se debería seguir a la hora de reutilizar un módulo son [22]: 1) Limpieza de los módulos. La presencia de estos en lugares al aire libre propicia el asentamiento de partículas como el polvo u otros sedimentos, que dificultan la llegada de luz a los paneles. 2) Inspección visual. Se comprobará que las células no hayan sufrido daños o que el cristal protector no haya sufrido ningún impacto. 3) Test de eficiencia. Una prueba de eficiencia en laboratorio certificaría el correcto funcionamiento de los módulos También puede suceder que los módulos presenten algunos defectos de fácil solución como son la reparación del marco de aluminio, la sustitución de la caja de conexiones o el reemplazo de diodos o enchufes. 3.2.1 Ejemplos reutilización El sector de los paneles solares usados se encuentra aún en una fase de nacimiento, aunque ya es posible encontrar algunas iniciativas para la venta de estos paneles usados. La web www.secondsol.com está especializada en poner en contacto a vendedores y compradores, de materiales de segunda mano relacionados con la energía fotovoltaica, entre ellos paneles, estos tienden a tener un precio cercano al 70% del precio en mercado, presentan buenas eficiencias y son vendidos en lotes. Por otra parte, en la web www.pvxchange.com también se pueden encontrar paneles solares usados vendidos en lotes, así como otros materiales auxiliares utilizados en las instalaciones fotovoltaicas. Capítulo 3: Ciclo de Vida de los Paneles Solares 33 3.3 RECICLADO PANELES La última etapa del ciclo de vida del panel debe ser el reciclado. La reutilización es una manera eficaz de reducir la demanda de nuevos paneles, así como de alargar la vida útil de los ya existentes. Además, el reciclado reduce la demanda y extracción de nuevos materiales completando el “circulo” económico”. Hasta el año 2010 la mayoría de los estudios sobre el reciclaje se basaban en los paneles de película delgada, principalmente Teluro de Cadmio (CdTe) por su gran poder contaminante y por la gran rentabilidad que poseían esos materiales raros, sin embargo, dado que el 95% del mercado está formado por paneles de Silicio, y que tanto los monocristalinos como los policristalinos se reciclan igual, nos centraremos en estos paneles. [23] 3.3.1 Actores en el Reciclaje La Unión Europea es prácticamente la única reguladora a nivel mundial sobre el reciclaje de paneles solares. En su directiva de sobre residuos de aparatos eléctricos y electrónicos RAEE 2012/19/UE, obliga a los productores de este tipo de aparatos a participar después en el reciclaje de los productos. Por ello, los módulos deben tener una tasa de recolección del 85% y una de reciclaje del 80%. [23] La organización belga PV Cycle, fundada en 2007, es una asociación sin ánimo de lucro dedicada a ofrecer soluciones de gestión de residuos a nivel global. Esta asociación firmando un acuerdo de colaboración con Recyclia en 2013 para la recogida, tratamiento y gestión de los residuos de materiales fotovoltaicos. [24] 3.3.2 Elemento reciclable El panel solar es en gran medida reciclable. Sus principales componentes son el vidrio (75%) y el aluminio (9%) que son fácilmente reciclables. Otros materiales metálicos como el silicio (3%), el cobre (1%) o la plata (0,16%) también pueden ser extraídos y reaprovechados. 3.3.3 Posible beneficio económico reciclado El reciclado de los módulos solares puede enfocarse principalmente en dos direcciones. Una que consistiría separar los diferentes materiales que forman el módulo y transformarlos en materia prima de nuevo, según los distintos procedimientos que correspondan a los diferentes materiales. Materiales como el Vidrio, Aluminio, la Plata o el cobre podrían ser transformados de nuevo al 100% y vendidos como materia prima, otros como el silicio debido al desgaste sufrido durante el funcionamiento podrían ser transformados únicamente en un 90%. En la tabla a continuación, extraída del artículo: “Major challenges and opportunities in silicon solar module recycling” de Meng Tao et al [21], se muestran los diferentes materiales que forman el panel solar, junto con otros datos como el peso, y sobre Capítulo 3: Ciclo de Vida de los Paneles Solares 34 todo, el valor total que se podría extraer por cada módulo reciclado en relación al valor de los materiales. Material % Recuperable Peso (kg) Precio ($/kg) Valor($/modulo) % Total Vidrio 100 13,5 0,10 1,35 12,7 Aluminio 100 1,83 0,95 1,74 16,4 Polímeros 0 1,18 0 0 Silicio 90 0,56 5,52 3,09 29,1 Plata 100 0,0065 574,23 3,73 35,2 Cobre 100 0,11 5 0,55 5,2 Plomo 100 0,0183 1,1 0,02 0,2 Estaño 100 0,0219 6,06 0,13 1,2 Total 10,61$ 100 Tabla 1: Beneficio Potencial Extracción Materiales [21] El posible beneficio extrayendo los diferentes materiales y comercializándolo de nuevo sería de unos 10 dólares. La otra opción posible a la hora de reciclar el panel sería separar los diferentes componentes que componen el módulo y venderlos para su posterior uso en otros paneles. Los siguientes precios, extraídos de nuevo del artículo “Major challenges and opportunities in silicon solar module recycling”, donde se observa el precio al que podría ser vendida cada parte extraída del módulo. Componente % Recuperable Precio Unitario Cantidad Valor($/modulo) % Total Panel de Vidrio 100 $4,05/m2 1,6 m2 3,25 17,9 Marco Aluminio 100 $0,95/kg 1,83 kg 1,74 9,6 Células BFS de aluminio 100 $0,42/célula 60 células 12,60 69,4 Cinta de cobre 100 $5/kg 0,11kg 0,55 3 Total 18,14$ 100 Tabla 2: Beneficio Potencial de la Extracción de Componentes [21] Vendiendo los diferentes componentes en el mercado, se estimaría un beneficio potencia del uno 18$, sin embargo, estos valores son suponiendo que no existen Capítulo 3: Ciclo de Vida de los Paneles Solares 35 defectos, como impactos en el panel y que las células siguen funcionando correctamente. En estos casos, se debería proceder al supuesto de separar los diferentes materiales y tratarlos. Capítulo 4: Estado del Mercado 36 4 ESTADO DEL MERCADO En los últimos tiempos, debido a la búsqueda de un cambio en el modelo energético por parte de estados, empresas, consumidores debido al cambio climático y el agotamiento de los combustibles fósiles, las energías renovables y en concreto, la energía solar fotovoltaica ha mantenido unas tasas de demanda muy elevadas, que han propiciado un gran desarrollo tecnológico, desembocando en mejores eficiencias y precios más bajos [25]. Este boom, a la larga puede tener varios efectos perjudiciales debido a que las diferentes tecnologías, entre las que encontramos a los paneles solares, tienen vidas útiles finitas, y los materiales deberán ser desechados o reciclados al final de esta. También un incremento de la demanda podría provocar problemas de abastecimiento o un rápido agotamiento de los materiales necesarios para producir estas tecnologías, lo cual puede ser compensado en cierta manera gracias a la reutilización. Capítulo 4: Estado del Mercado 37 4.1 LAS RENOVABLES EN EL MUNDO, EVOLUCIÓN ACTUAL E HISTÓRICA DEL MERCADO 4.1.1.1 Potencia Instalada La potencia instalada de energías renovables crece anualmente a nivel mundial, pero no todas las tecnologías crecen de la misma manera, como se puede ver en la Ilustración 15. Mientras que la energía hidroeléctrica (en azul oscuro) ha llegado a una etapa de cierta madurez, debido principalmente a la falta de aguas para construir nuevas centrales hidroeléctricas, otras tecnologías como la energía eólica (en morado claro) o la energía solar fotovoltaica (amarillo) aumentan en miles de MW su capacidad instalada, llegando la fotovoltaica incluso a duplicar su capacidad instalada cada 2-3 años. Ilustración 15: Tendencias de las Energías Renovables. Fuente: https://irena.org/Statistics/View-Data-by- Topic/Costs/Solar-Costs Hidroeléctrica (Plantas Mixtas) Hidroeléctrica Eólica Eólica en el Mar Solar Fotovoltaica Bioenergía-Combustibles Sólidos Otros Capítulo 4: Estado del Mercado 38 El consumo de energía renovable se encuentra en un incesante aumento, aunque, como se puede ver en la siguiente se destaca principalmente en 3 zonas del mundo, Asia-Pacífico, Europa y Norteamérica, básicamente las regiones más desarrolladas económicamente. El consumo por energías renovables ronda los 10 exajulios (1018), tanto en la región Asia-Pacífico, principalmente por el gran crecimiento económico chino [26], como en Europa por la apuesta de la Unión Europea por realizar un cambio rápido a un modelo económico más limpio. Por otro lado, regiones como África, Oriente Medio o la Comunidad de Estados Independientes (Rusia y Asia y Central), apenas han desarrollado aún cierta capacidad renovable. Ilustración 16: Consumo de Renovables por macroregiones. Fuente: https://www.bp.com/content/dam/bp/business-sites/en/global/corporate/pdfs/energy-economics/statisticalreview/bp-stats-review-2020-full-report.pdf Capítulo 4: Estado del Mercado 39 4.1.2 Precios El precio de producir energía mediante módulos fotovoltaicos se ha ido reduciendo paulatinamente en los últimos tiempos. Mientras que en 2009 el precio de producir un kWh se encontraba en el mejor de los casos, ligeramente por encima de los 0,2 dólares, en 2019 este ya estaba por debajo de los 0,1 dólares, habiéndose reducido a la mitad estos costes, como se puede observar en la ilustración 17. Ilustración 17: Evolución del Precio de Producir Energía Fotovoltaica. Fuente: https://irena.org/Statistics/View- Data-by-Topic/Costs/Solar-Costs En España en concreto se ha reducido el coste de producir 1 kWh en más de un 66% en los últimos diez años 4.2 EVOLUCIÓN ACTUAL E HISTÓRICA DEL MERCADO EN ESPAÑA La potencia fotovoltaica instalada en la Unión Europea sigue ciclos bastante irregulares, y va fluctuando en función de los distintos países. En el caso de España, en los años 2007-2008 se produjo, una importante apuesta por la fotovoltaica con una instalación masiva de capacidad, que, sin embargo, tras ese boom, el crecimiento de la potencia instalada ha sido bastante tenue hasta de nuevo el año 2019. Capítulo 4: Estado del Mercado 40 Ilustración 18: Capacidad Fotovoltaica Instalada en la UE por países. Fuente: https://unef.es/descargas/ Como se puede comprobar en la Ilustración 18, En España la energía solar ha ido aumentando su generación horaria hasta alcanzar en el año 2019 los 9223 GW/h de potencia generada, Ilustración 19: Generación Solar Anual en España en GW/h. Fuente: https://unef.es/descargas/ siendo Andalucía y Castilla-La Mancha las principales productoras de España, aunque teniendo Extremadura y la Región de Murcia con muy altas tasas de producción eléctrica mediante tecnología fotovoltaica para la superficie de la que Capítulo 4: Estado del Mercado 41 disponen. Castilla y León, debido a su gran superficie y escasa densidad poblacional, tiene un elevado potencial fotovoltaico, aunque aún se encuentra lejos de otras Comunidades como podemos observar en el mapa a continuación. Ilustración 20: Generación por Comunidades. Fuente: https://unef.es/descargas/ Capítulo 5: El Sistema Eléctrico Español 48 necesita la entrada de energía generada mediante combustibles fósiles, esta energía sea mucho más cara, y esta tendencia se puede ir prolongando en los próximos años. También, en respuesta a un informe de Goldman Sachs que declaraba que la factura de la luz en España se podría reducir en torno a un 40% en los próximos años [38], la empresa especializada en previsión de los precios de la electricidad AleaSoft, consideraba que esas previsiones de Goldman Sachs, no eran realistas y que no se iban a poder mantener en el tiempo, comentando incluso que la situación actual muestra que los precios podrían aumentar aún más con el tiempo, aunque admiten que la entrada masiva de renovables reduciría sensiblemente el precio. AleaSoft también reporta, como unos precios muy bajos de la energía no serían realistas ni sostenibles, ya que desincentivan la generación, y las renovables tenderían a subir el suelo de sus ofertas. En 2021 debido al encarecimiento del gas natural y el aumento de los derechos de emisión de CO2 [39], la electricidad está alcanzando precios históricos. Se espera que los precios suban en 2022 un 50% respecto a junio de 2021. [39] La tendencia se repite en todos los países europeos y en el próximo año, el precio de la luz se mantendrá igual de alto, o incluso crecerá aún más. [40] , estimándose un precio de 119€/MWh para el primer trimestre del año próximo. Finalmente, Endesa prevé que los precios de la electricidad se mantengan altos, y en el año 2023 año comiencen a descender. [41] 5.4.1 Conclusión Debido a que diferentes fuentes, difieren ampliamente en el cómo se van a comportar los precios de la electricidad en los próximos años, ya que el comportamiento histórico parece tender a una subida del precio, aunque el incremento de la producción mediante renovables parece poder invertir esta tendencia. Por otra parte, la coyuntura de precios esperada para los años 2021, 2022 y 2023, al ser un análisis en el largo plazo, una bajada de precios en el largo plazo, por la mejorar de las eficiencias de las energías renovables, provocarían una compensación en el análisis de la rentabilidad 20-25 años. Por ello, se supondrá que el precio de la electricidad se mantendrá constante en los próximos años, aunque se recomendará introducir, si se tuviesen, datos de los precios de la tarifa del año 2019 Capítulo 6: Explicación del Cálculo de la Rentabilidad 49 6 EXPLICACIÓN DEL CÁLCULO DE LA RENTABILIDAD Se explicarán en este capítulo los diferentes conceptos que se aplican a la hora de realizar el cálculo de la rentabilidad de instalar paneles usados. 6.1 CONCEPTOS ECONÓMICOS • Flujos de Caja: Los flujos de caja son todos los movimientos de dinero, ya sean pagos o cobros que se producen en una empresa en el ejercicio de su actividad económica. [42] Estos flujos de caja son, por ejemplo: la inversión inicial, cobro/pago de facturas, pago de alquileres, etc. • VAN (Valor Actual Neto): Es un método que sirve para valorar inversiones. La clave de las inversiones es entender cómo se relaciona el sacrificio monetario que se realiza en el momento de la inversión con las esperanzas de ingresos futuras. Para esto se deben analizar los flujos de caja, pero teniendo en cuenta la pérdida de valor del dinero. El VAN se basa en el cálculo del valor actual descontado de todos los flujos de caja que se esperan que se produzcan en el proyecto, es decir el proyecto será económicamente viable si la suma del valor actualizado de todos los flujos de caja del proyecto es positiva. [43] La fórmula que utilizaríamos será: 𝑉𝐴𝑁=∑ 𝐹𝐶𝑖 (1+𝑟)𝑖 𝑛 𝑖=0 Siendo: • FC: Los flujos de caja • (1+r) i: Factor de actualización o descuento (factor por el que hay que multiplicar al capital futuro para conocer su equivalencia el día de hoy) • r: La tasa libre de riesgo • i: Año de ejecución del proyecto • TIR (Tasa Interna de Retorno): Es una media de la rentabilidad del proyecto. [42] Se calcula como la tasa (r) a la que habría que actualizar los flujos de caja generados por el proyecto para que su valor actual fuese nulo [43]: Esto se consigue igualando el VAN a 0, y obteniendo la r: 0=∑ 𝐹𝐶𝑖 (1+𝑟)𝑖 𝑛 𝑖=0 Capítulo 6: Explicación del Cálculo de la Rentabilidad 50 • TIR > r, el proyecto es viable económicamente • TIR < r, el proyecto no es viable económicamente Siendo esta r, la tasa libre de riesgo. • Tasa Libre de Riesgo: La tasa libre de riesgo nos indica la rentabilidad esperada al invertir en activos que estén considerados como “libres” de riesgo. Se entrecomilla libres, porque ninguna inversión está exenta de riesgo, sin embargo, algunos activos que no cambien su rentabilidad durante su ciclo de vida acostumbren a tener una mínima fluctuación de mercado, y que sean emitidos por emisores de reconocida solvencia, se podrían considerar activos libres de riesgo. [44] Normalmente se suelen utilizar como ejemplo de activos libres de riesgo los Bonos del Estado, ya que lo estados suelen tener el suficiente margen de maniobra para no tener que incumplir sus pagos. En Europa, se suelen utilizar los Bonos que emite el estado alemán como activos libres de riesgo, ya que. debido a la seguridad y solvencia de la economía alemana, la probabilidad de impagos es muy remota. Debido a la seguridad que depositan los inversores en este activo, en los últimos años los intereses de los bonos alemanes son negativos, es decir, los ahorradores e inversores pagan para que el estado alemán les guarde su dinero. [45] 6.2 COMO APLICAMOS LOS CONCEPTOS ECONÓMICOS ANTERIORES AL PROYECTO • Flujos de Caja y valoración mediante el VAN: La inversión en una instalación fotovoltaica tiene algunas particularidades que le hacen diferente a otros proyectos de inversión. Normalmente, los proyectos de inversión consisten en realizar flujos de cajas salientes, ( como por ejemplo la inversión inicial en paneles, el inversor, los soportes, la mano de obra, etc), con el objetivo de obtener unos flujos de caja entrantes( ingresos). Sin embargo, este proyecto tiene como objetivo obtener unos ingresos o unos flujos de caja entrantes, sino disminuir los gastos, por tanto, consideraremos como ingresos, el ahorro que supone en la factura el tener instalado el módulo fotovoltaico, en vez de realizar el consumo íntegro de una manera tradicional extrayéndolo de la red a través de una comercializadora eléctrica. El desglose de los flujos de caja será: Capítulo 6: Explicación del Cálculo de la Rentabilidad 51 • Pagos: - Inversión Inicial: Aquí se incluirá el coste total de todos los paneles, los materiales auxiliares de estos que se detallarán más adelante y el coste de la mano de obra para la instalación. - Gatos de Mantenimiento: Las instalaciones solares fotovoltaicas deben someterse a un mantenimiento y limpieza periódico que tienen un determinado coste. Algunos de estos problemas de suciedad que reducen la eficiencia del módulo solar se producen por problemas de polvo o excreciones aviares. Además, si el BIPV (Business In PhotoVoltaics) decide incluir una especie de seguro, para la reparación o sustitución de un panel en caso de avería o en el caso de existir un fallo del cableado, se incluiría en este tipo de flujo de caja, que, a diferencia de la inversión, inicial que se computa en el año 0, se repartirá a lo largo de los años que dure el proyecto. - Coste de desechado: Aquí se incluirá el coste de desechar estos paneles al final de su vida útil. Estos paneles solares deben ser reciclados por normativa y esto es un coste que se debe abonar - Intereses: Se abrirá la opción de que la empresa pueda conceder un crédito al usuario • Cobros: - Se supondrán como cobros, aunque en realidad no lo sean, los ahorros que se producen en la factura de la luz A la hora de realizar el VAN, se considerará que se realiza la inversión inicial en el año 0. Los flujos de los posteriores años se irán sumando y finalmente se hallará la rentabilidad del proyecto. Como se indicó en el apartado 5.4, evolución futura del precio de la electricidad, para calcular cuánto se ahorra con la factura, se supondrá que el precio de la electricidad será estable en los años en los que se evalúe el proyecto • TIR: La TIR se calcula con la fórmula mostrada en el apartado anterior y con unos supuestos de cálculo de los flujos de caja que hemos descrito para el cálculo del VAN, suponiendo un VAN 0 y calculado la r, dando esto la Tasa Interna de Retorno. • Tasa libre de riesgo: Se tomará como referencia el Bono Español a 10 años como Tasa “Libre de Riesgo”. Según los datos de la web datosmacro.com del diario Expansión [46], Capítulo 6: Explicación del Cálculo de la Rentabilidad 52 en el mes de Julio de 2021, este bono ha ido fluctuando entorno al 0,45% de rentabilidad. En el proyecto se tomará como referencia una tasa libre de riesgo del 0,45%. Capítulo 7: Justificación de la Selección Tecnológica 53 7 JUSTIFICACIÓN DE LA SELECCIÓN TECNOLÓGICA Se explicará en este capítulo las motivaciones que han llevado a escoger los programas sobre los que se realiza la herramienta. 7.1 NECESIDADES Como se explica en el apartado 1.4, el objetivo de la herramienta consiste en servir como soporte y guía, principalmente a una empresa BIPV (Business In PhotoVoltaics) , dedicada a la comercialización y/o instalación de paneles solares fotovoltaicosaunque también podría ser utilizado por un particular-, a la hora de dar servicio a un cliente para poder predecir el comportamiento que tendrían los paneles de cara a ese cliente, y ofrecerle una previsión de una posible rentabilidad instalando paneles, o una muestra de las posibilidades económicas valorando diferentes escenarios, como instalar nuevos o usados, cambiar la tarifa eléctrica, la potencia instalada, etc. Todos los parámetros que entren en la aplicación serán números o se buscará la forma de transformarlos en valores numéricos para dotar a la aplicación de un sentido matemático, que permita un cálculo de una capacidad de producción y posteriormente de una rentabilidad económica. Por ello se necesita utilizar un programa de base con una potente capacidad de cálculo y también una cierta sencillez para realizar estos. La idea también será separar, por un lado, la parte que utilizará el BIPV (Business In PhotoVoltaics) y la interfaz que utilizará el cliente. La parte que utiliza el BIPV debe estar dotada de una cierta flexibilidad, puesto que este debe ser capaz de cambiar diferentes parámetros que dependan de este, como por ejemplo, el tipo de panel, la potencia pico asociada al panel, el precio o los costes de la obra civil y de los diferentes materiales auxiliares que participarán en funcionamiento de la instalación fotovoltaica, o parámetros que puedan acabar dejando la aplicación desfasada, como por ejemplo, la tasa que se cobra por desechar los paneles o la tasa libre de riesgo. En el otro lado, encontramos la interfaz que utilizará el cliente, que quiera valorar la opción de instalar paneles solares con esa determinada empresa. Las necesidades de este cliente serán: 1) Visibilidad y comodidad: Las diferentes variables deben aparecer de una manera clara, el cliente debe saber que parámetros debe introducir, y cuáles no es necesario. 2) Una herramienta intuitiva: La aplicación debe guiar y ayudar al cliente,. Las indicaciones deben de ser simples y concisas. 3) Una pequeña guía para los términos que el cliente no conozca. Hay términos relacionados con el sector eléctrico, bastante desconocidos para el público Capítulo 7: Justificación de la Selección Tecnológica 54 general, pero que con una pequeña explicación pueden ser fácilmente reconocibles y entendibles. 4) Un proceso que no se alargue en el tiempo, ya que tanto la paciencia, como el tiempo de un potencial cliente no es ilimitado, por eso, el proceso de introducción de los datos debe ser lo más rápido posible Finalmente, resulta interesante, que, si el BIPV (Business In PhotoVoltaics) tiene capacidad e interés, abrirle la puerta al potencial cliente a financiar la instalación solar, de cara disminuir la inversión inicial que este deba afrontar, incentivando de esta manera la inversión permitiendo al BIPV incluso obtener unos ingresos extra. 7.2 SOLUCIONES Tras valorar diferentes opciones como, por ejemplo, crear una aplicación de escritorio, mediante la implementación de código a través del uso de algún compilador como Visual Studio, finalmente se optó por realizar la parte del cálculo numérico, y de gestión de parámetros por parte del BIPV (Business In PhotoVoltaics) a través de una hoja de Excel y la parte del cliente, mediante una aplicación web con forma de formulario, creada gracias la plataforma Appsheet, explicada más abajo. 7.2.1 Excel La hoja de cálculo de Microsoft destaca por su velocidad de cálculo, la capacidad de operar simultáneamente diferentes valores, y, su gran flexibilidad, por ello, se ha determinado este programa como base sobre la cual se van a introducir todos los cálculos de la herramienta. Además, se dejará una pestaña para la personalización de aquellos campos que dependan del BIPV. La herramienta de Excel se explicará con un mayor detalle en el apartado 10 de este documento. 7.2.2 Appsheet Appsheet [47] es una plataforma que permite crear aplicaciones a través de bases de datos, como puede ser una tabla de Excel. Para dar un servicio al cliente que cumpla los requisitos del apartado 7.1, se creará una aplicación con aspecto de formulario, que de una manera intuitiva y lineal vaya permitiendo introducir al cliente todos los datos que puedan tener un impacto a la hora del cálculo de la rentabilidad. Esta aplicación, estará conectada con la hoja Excel que maneje el BIPV, siendo posible que este tenga también acceso a los datos del cliente. Se permitirá también que el cliente pueda introducir sus datos en la hoja Excel, siendo quizá la opción de Appsheet, más proclive a una situación online, y la de Excel a una situación presencial. Capítulo 8: Parámetros de Impacto en el Cálculo 55 8 PARÁMETROS DE IMPACTO EN EL CÁLCULO En este apartado, se tratarán algunos de los distintos parámetros que acabarán afectando en el resultado de la valoración realizada con la herramienta, así como su parametrización en esta. 8.1 EL PRECIO DE LA ELECTRICIDAD El precio de la electricidad, como ya se ha comentado con anterioridad, es un factor fundamental que puede empujar a un pequeño usuario a instalar paneles solares, con el objetivo de disminuir el coste de su factura eléctrica. Es por ello, que unos precios de la electricidad altos pueden aumentar la rentabilidad de instalar paneles solares en una vivienda ya que estos podrían ser una alternativa mucho más barata. Por otro lado, hay muchas tarifas que presentan diferencias horarias de precio, haciendo distinta la rentabilidad en función de la tarifa y los hábitos de consumo del usuario. 8.1.1 Conceptos • Término de Potencia: Hace referencia a la capacidad máxima de energía eléctrica que un usuario podrá consumir en un instante determinado. Cada aparato eléctrico requiere una cierta potencia para funcionar y cuando la suma de estas potencias excede al término de potencia contratado el sistema colapsará y se interrumpirá el suministro eléctrico. El término de potencia tiene un importe fijo, por permitir el acceso a la red, aunque en determinadas tarifas pueda verse dividido en dos. [48] • Término de Consumo: También conocido como término de energía se refiere al consumo efectivo que realiza el usuario en el periodo de facturación acordado con la compañía. [48] • Peaje de Acceso: Es el importe que hay que abonar para tener acceso al sistema eléctrico. Se paga a la comercializadora a través de la factura de la luz. [49] 8.1.2 Mercado regulado frente al mercado libre En España, tras la liberalización del Mercado realizada en el año 1997 con la promulgación de la Ley del Sector Eléctrico 54/1997, se crearon dos tipos de mercados para el acceso de los consumidores. Por un lado, encontramos el Mercado Libre, que cuenta con casi tres centenares de comercializadoras [50], y donde como dice la palabra “Libre”, la comercializadora es la encargada de fijar un precio libre y el consumidor de elegir su tarifa. En el Mercado Capítulo 8: Parámetros de Impacto en el Cálculo 56 Libre el precio que el consumidor pagará por el kWh es el que se fije en el contrato con la compañía comercializadora. Por otro lado, se encuentra el Mercado Regulado, cuyo acceso lo pueden solicitar consumidores que no lleguen a los 10 kW de Potencia Instalada. Este mercado refleja los precios que se producen en el mercado mayorista, y este será el importe que se cobre al consumidor utilizando los datos del contador eléctrico. Al estar el precio en continua fluctuación el consumidor no será conocedor del precio del kW que está utilizando. El acceso a este mercado únicamente se puede realizar por alguna de las compañías de referencia. Ambos mercados comparten el mismo tipo impositivo, así como el coste de los peajes de acceso, diferenciándose únicamente en el precio. 8.1.3 Mercado regulado El nombre recibido por la tarifa disponible en el mercado regulado era el de PVPC (Precio de Venta al Pequeño Consumidor). Hasta la reforma actual del mercado eléctrico con entrada en vigor el 1 de junio de 2021, este precio era igual al marcado por el mercado mayorista, donde los productores de electricidad ofertan un precio de venta y las comercializadoras uno de compra. Este precio era el que se aplicaba al consumidor en función de las horas en las que se produjese su consumo. Tras la reforma del mercado eléctrico realizada por el Ministerio para la Transición Ecológica y el reto Demográfico, plasmada en el Boletín Oficial del Estado del día 30 de abril de 2021, el Precio de Venta al Pequeño consumidor pasó a fecha de 1 de junio de 2021 a estar fijado por el Gobierno dividiéndose en 3 tramos, un tramo pico, un tramo llano y un tramo valle, con un precio único y diferente para cada día. 8.1.4 Mercado libre Hasta el 31 de mayo del 2021 se encontraban muy diferentes tipos de tarifas, donde las diferentes compañías fijaban unos precios para el kW y los consumidores elegían la tarifa que más les convenía, sin embargo, tras la reforma del mercado eléctrico con el Real Decreto-ley 12/2021 [51], algunas de estas tarifas fueron suspendidas para adaptarse a la nueva legalidad. Las tarifas anteriores a la reforma del 31 de mayo de 2021 se mantendrán en la aplicación, ya que es probable que vuelvan a aparecer en un futuro, Además, se incluirá la nueva tarifa tipo. Por tanto, analizaremos las tarifas según los tipos de peaje de acceso. Capítulo 8: Parámetros de Impacto en el Cálculo 57 Tarifas de Acceso 2.0 A / 2.1 A Siendo la 2.0A aplicada a consumidores con potencias instaladas menores a 10kW y la 2.1A a los consumidores con potencias instaladas de entre 10 y 15 kW, estas tarifas se caracterizaban por ofrecer al consumidor un precio fijo sobre los términos de potencia y consumo. Estos términos de potencia y consumo serían fijos durante el año, variando el precio de la factura por la cantidad de kW/h consumidos. [52] Tarifa Compañía Término Potencia Precio kW/h Easy Luz Naturgy 0,1233€/kW día 0,1134€/kWh Tabla 3: Tarifa de Acceso 2.0 A/2.1 A. Fuente: https://tarifaluzhora.es/comparador/tarifas-electricas Tarifas de Acceso 2.0 DHA / 2.1 DHA Siendo la 2.0 DHA aplicada a consumidores con potencias instaladas menores a 10kW y la 2.1 DHA a los consumidores con potencias instaladas de entre 10 y 15 kW, estas tarifas se caracterizaban por ofrecer al consumidor un precio fijo sobre los términos de potencia y consumo, siendo este último dividido en dos tramos diferentes cada día, un tramo punta y otro valle. El tramo punta (o pico) sería el comprendido entre las horas 13:00h y 23:00h en verano, y 12:00h y 22:00h en invierno y tendría un precio más elevado al tramo valle, comprendido entre las 23:00h y las 13:00h en verano y las 22:00h y las 12:00h en invierno. Este tipo de tarifas incentivan el consumo en las horas valle donde es sensiblemente más barato el precio de la electricidad [52]. Tarifa Compañía Término Potencia Precio kW/h punta Precio kW/h valle Tarifa Digital Noche Luz Naturgy 0,0875 €/kW día 0,2061 €/kW h 0,1128€/kWh Noche y día Gesternova energía 0,1152 €/kW día 0,1617 €/kWh 0,0864 €/kWh Tabla 4: Tarifa de Acceso 2.0 DHA/2.1 DHA. Fuente: https://tarifaluzhora.es/comparador/tarifas-electricas Capítulo 8: Parámetros de Impacto en el Cálculo 64 Por otro lado, la estacionalidad de las residencias de los clientes y también de los consumos (con picos en invierno y verano) hacen de la localización un factor que otorga variabilidad a la rentabilidad. Por ello, en la aplicación, se permitirá elegir como localización, a través de un desplegable, una provincia española, que tendrá asociados los datos de irradiancia recibida mensualmente, los cuales intervendrán en el cálculo de la producción eléctrica de los paneles solares. Los datos de número de horas de luz cada mes serán extraídos de la web: https://www.epdata.es/horas-luz-provincias-2019/6841c77e-e946-420e-a0c4- cff4de1154f3 Las condiciones meteorológicas son un factor que influye también en el desgaste y la evolución de la eficiencia de los paneles, ya que las altas temperaturas, el hielo, la lluvia, el polvo o la nieve pueden ir deteriorando los módulos, sin embargo, este tema no se tratará en el presente trabajo, por lo que podría quedar como una futura línea de investigación. Capítulo 8: Parámetros de Impacto en el Cálculo 65 8.6 ORIENTACIÓN La orientación es un factor de notable importancia a la hora de instalar las placas solares, ya que la rotación de la tierra provoca diferentes ángulos de incidencia de los rayos del sol sobre los módulos fotovoltaicos, provocando rendimientos dispares. La mejor orientación es la orientación sur por recibir de manera directa los rayos durante la mayor parte del día, y en su incidencia máxima en las horas centrales, por eso es la orientación recomendada por norma general. Si el tejado no tuviese orientación sur, pero esta orientación no excede los 45º con el sur, apenas habría una pérdida en la eficiencia de los paneles de entre el 1 y el 4%. [56] Si por el contrario, el tejado estuviese orientado en dirección este u en dirección oeste, la eficiencia de los paneles sería un 20% inferior a la eficiencia con orientación sur. [56] Sin embargo, pese a esta pérdida de eficiencia la configuración oeste puede ser muy buena opción, ya que, aunque en términos generales se genere una producción menor a la orientación sur, en las horas donde el consumo suele ser más elevado como son las horas de la tarde, es donde mayor eficiencia tienen los paneles con una orientación oeste. Ilustración 23: Producción de los Módulos con Orientación Sur(verde) frente a los de Orientación Oeste(amarillo) [57] Como se puede ver en la Ilustración anterior, si los consumos se realizan principalmente en las horas finales del día (el sol por la tarde se encuentra en el oeste) puede ser más rentable por los paneles en esa dirección. Capítulo 8: Parámetros de Impacto en el Cálculo 66 8.6.1 Configuración Este-Oeste En los últimos tiempos se está empezando a adoptar en mayor medida esta distribución, en contraposición con la sur, ya que permite distribuir de una manera más homogénea durante el día la producción de energía solar. Ilustración 24: Módulos Orientación Este-Oeste (https://cambioenergetico.com/blog/como-oriento-las-placas- solares/) En esta configuración, la mitad de las placas estarían distribuidas mirando al este y la mitad mirando al oeste. De esta manera los paneles orientados al este producirían energía desde el alba y los orientados al oeste producirían hasta el anochecer. [57] Algunas de las ventajas de esta configuración es que evita las sombras que produce la configuración Sur, además ocupa menos espacio al ser más compacta. La potencia de salida en las instalaciones este-oeste respecto a la sur es más compacta y abarca un mayor espacio de tiempo como se puede ver en la siguiente imagen: Ilustración 25: Producción Orientación Sur vs Orientación Este-Oeste [57] Capítulo 8: Parámetros de Impacto en el Cálculo 67 8.6.2 Parametrización de la localización en la aplicación Como el sol no siempre incide como la misma perpendicularidad, y ni con la siempre con la misma irradiancia, las placas solares no van a estar durante todo el día trabajando a su potencia máxima. Por ello, se tratará de buscar un valor, para corregir la potencia máxima del módulo, y encontrar a que potencia media trabajará según la orientación. Con una orientación sur, el módulo recibirá escasa luminosidad en las horas iniciales y finales del día, sin embargo, justo a las horas centrales, trabajará a su potencia máxima, como se puede ver en la ilustración 25 del apartado anterior. Suponiendo un eje y, como el porcentaje de la potencia máxima, y un eje x como las horas del día. Para modelar la orientación sur se buscará una curva, que a las 8:00 de la mañana y a las 20:00 de la noche, corte con una eficiencia 0 (eficiencia 0 durante los primeros momentos de la mañana y los últimos de la tarde) y que a las 14:00h, la hora central del día, tenga una eficiencia máxima de 1. Además, que tenga un crecimiento exponencial. La curva sería aproximadamente la siguiente: Ilustración 26: Curva Orientación Sur. Fuente: Propia elaboración Y su función de distribución: 𝑦=−(14−𝑥)2 36 +1 Si realizamos una integral definida en x, entre los valores de 8 y 20, ∫−(14−𝑥)2 36 + 1 𝑑𝑥 20 8 resulta que el área bajo la línea azul es 8. Si hallamos el área total entre x=8, y x=20, cuando la eficiencia es máxima: Capítulo 8: Parámetros de Impacto en el Cálculo 68 Ilustración 27: Horas totales día -vs- Potencia a la que produce un panel. Fuente: Propia elaboración Es decir, si la eficiencia fuese máxima y desde el amanecer al anochecer se generase a eficiencia máxima, el área bajo la línea roja sería de 12. Por tanto, del total de eficiencia posible, el instalar las placas solares al sur, hace que la instalación funcione de media al 8/12= 66,6666% de su eficiencia máxima. Supongamos ahora una orientación Este-Oeste. Esta no alcanzará la potencia pico de todas las placas como puede propiciar una orientación sur, sin embargo, tanto en los momentos iniciales del día como en los momentos finales, tendrá mucha más capacidad de generación. Según la ilustración 25 del apartado anterior, la instalación se comportará más bien como una curva cuadrática. Como se explica en el punto 9.7 de este documento, una orientación este, o una oeste, tienen un 20% menos de eficiencia que la sur, por tanto, se supondrá que la potencia pico que alcanzará esta instalación será un 80% de la alcanzada por una con orientación sur, pero esta potencia pico será más constante a lo largo del día. La curva que represente una instalación este-oeste será la siguiente: Ilustración 28: Curva Este-Oeste. Fuente: Propia elaboración Y la función de distribución: 𝑦=−(14−𝑥)4 2401 +0,8 Integrándola: Capítulo 8: Parámetros de Impacto en el Cálculo 69 ∫−(14−𝑥)4 2401 + 0,8 𝑑𝑥 20 8 Nos arroja un área de: 8,3 Que sería un 69,16% (8/12) del área si la eficiencia fuera máxima. Por tanto, la orientación este-oeste tiene una eficiencia ligeramente superior a la sur, y esta está más distribuida a lo largo del día. En la aplicación por tanto se utilizarán los siguientes valores para corregir la potencia máxima y que al multiplicar por las horas del día nos de la producción real: ORIENTACIÓN MULTIPLICADOR APLICACIÓN SUR 0,666666 ESTE-OESTE 0,69166 ESTE 0,53333 OESTE 0,533333 Ilustración 29: Parametrización Orientación Ya que la orientación esta y la oeste producen un 20% menos de eficiencia que la sur. 8.7 CONSUMO DEL USUARIO La distribución horaria del consumo del usuario es un factor fundamental a la hora del cálculo de la rentabilidad de las instalaciones fotovoltaicas. Como hemos visto, los paneles solares no tienen una producción homogénea a lo largo del día y dependen de la forma en que los rayos inciden sobre su superficie, esto hace que no estén todo el día produciendo a su máxima potencia, y que el usuario no pueda hacer uso siempre de esa potencia instalada. Si el usuario está demandando más electricidad de la que los paneles de su vivienda están produciendo en ese momento, y la instalación está conectada a la red eléctrica, se demandará energía a la red para abastecer el consumo del usuario, aumentando esto el coste de la factura. Si por el contrario el usuario dispone de una instalación aislada, la instalación no tendría capacidad para satisfacer la demanda del usuario (a no ser que existiesen unas baterías). Lo mismo sucedería si los paneles no están produciendo ningún tipo de energía durante la noche. Por otro lado, si el usuario está consumiendo (o no haciéndolo) menos recursos energéticos de los que suministra la instalación fotovoltaica, estos “excedentes” pueden ser vertidos a la red, siempre y cuando se tengan los permisos para ello como se explica en el apartado 8.3. Por estos excedentes se obtiene una reducción Capítulo 8: Parámetros de Impacto en el Cálculo 70 monetaria del coste de la electricidad de la factura. Si la instalación no está conectada a la red estos se perderán, aunque también pueden ser almacenados en baterías para la posterior utilización. 8.7.1 Parametrización del consumo del usuario en la herramienta Las tendencias de consumo del usuario pueden suponer una gran diferencia a la hora de instalar paneles sobre todo cuando no se compensan los excedentes, por ello, pese a la dificultad para parametrizarlo por parte del usuario, se decide incluirlo en la aplicación. Desde el lado de un usuario, se erige bastante complicado conocer los horarios de consumo, o extraer conclusiones sólidas a través de los datos que pueda aportar el contador. En la aplicación, se le pedirá al cliente introducir un porcentaje de la electricidad que estima que consume en las horas del día, cuando se reciba luz solar, y los paneles se encuentren en funcionamiento. En esos instantes, la electricidad utilizada tendrá su procedencia en los módulos fotovoltaicos, en vez de, en la red eléctrica. Por ello se tratará de dar algunas cifras orientativas a los clientes sobre cuáles son sus pautas de consumo, de cara a introducirlo en la aplicación. Los electrodomésticos suponen un 56% del consumo eléctrico de una vivienda. De los electrodomésticos, únicamente el frigorífico supone un 30% del consumo total y es principalmente un consumo que se distribuye de manera lineal durante todas las horas del día. [58] El modo stand-by de las televisiones, que es otro coste que se distribuirá básicamente de manera lineal, supone otro 7% del consumo de los electrodomésticos [58]. Por ello, suponiendo que siempre existirán unos consumos eléctricos fijos, distribuidos a lo largo del día, se recomendará a los clientes que introduzcan el valor de 25% de su consumo en horas luminosas, si la mayoría de sus actividades (ver la televisión, planchar, poner lavadoras, lavavajillas, cocinar, encender luces, etc) se realizan en horas a partir del atardecer. En cambio, se recomendará introducir un valor del 75% (en su consumo en horas luminosas), si la mayoría de las tareas y consumos son realizados durante las horas luminosas del día. Si por el contrario, el cliente no detecta ninguna pauta propia de consumo, se recomendará introducir un 50% con dato de entrada en la aplicación. 8.8 COSTE DE LOS PANELES FOTOVOLTAICOS El coste de los paneles es un factor que aumentará el coste de la inversión inicial de la Instalación, y el aumentar el coste de la instalación puede disminuir la rentabilidad de esta. Esto no siempre es así porque dependerá de la eficiencia del panel también, encontrándonos en la dicotomía de eficiencia-precio. En el mercado, el coste del panel está marcado por el tipo de panel, ya sea monocristalino, policristalino o de otro material. Otros factores que determinarán el Capítulo 8: Parámetros de Impacto en el Cálculo 71 precio serán la potencia máxima, la pérdida de eficiencia anual, la garantía de la que se disponga o la resistencia a soportar viento o nieve. Se van a mostrar algunos paneles nuevos que se pueden encontrar en el mercado (los precios serán extraídos de los vendedores online TECNOSOLAB [59] Y DAMIASOLAR [60]): Tipo Panel Potencia máxima Dimensiones Garantía Otras especificacion es Precio Policristalino Placa Solar JINKO 275Wp policristalina 275W 1650 x 992 x 40 mm Ofrecen una garantía de 12 años y aseguran que mantenga el 80% de la potencia nominal al menos 25 años Eficiencia del 16,8% 119€ Placa solar Sharp 250w 24V policristalina: 250W 1652 x 994 x 46mm Se asegura una eficiencia superior al 90% los diez primeros años de uso del panel y del 80% a los 25 años de vida. 250€ Monocristalino Placa Solar JINKO Cheetah 330Wp 60M 330 W 1684×1002 ×30mm Las placas 330w JINKO CHEETAH tiene una garantía de producto de 10 años y 25 años de garantía de potencia lineal Eficiencia: 19.56% 144,00 € Placa Solar JINKO TIGER Pro 525Wp 525W 2.230 ×1.134×35 mm Ofrece una garantía de producto de 10 años y 25 años de garantía de potencia lineal. Eficiencia: 20,76% 238€ Capítulo 8: Parámetros de Impacto en el Cálculo 72 Placa solar Pevafersa 180w monocristali na 180W 1600 x 800 x 45 mm Garantía de rendimiento. 10 años al 90%, 25 años al 80%. 210€ Tabla 8: Precios Placas Solares. Fuentes: https://tecnosolab.com/placas-solares-por-unidad // https://www.damiasolar.com/productos/paneles-solares-1 8.8.1 Precio Paneles Usados Uno de los grandes problemas a la hora de tratar la reutilización de paneles, es la ausencia de un mercado establecido. Existen iniciativas en algunos países europeos como las que se nombran en el capítulo 3, donde algunas empresas empiezan a comercializar paneles usados, pero nada parecido a un mercado competitivo, con diferentes fabricantes y comercializadores. La ausencia de este mercado hace que el precio de los paneles usados llegue a ser muy variable y dependa de los acuerdos a los que llegue el futuro vendedor/instalador con la empresa gestora del huerto solar del que se retiren los paneles. Además, se pueden incluir costes extras como la inspección, el transporte o la reparación de los módulos Debido a que en el capítulo 3, se obtuvo que el precio que podría obtenerse por la venta de los diferentes componentes (en estado de correcto funcionamiento), rondaría los $18,2, de cara al caso práctico se le van a asignar de cara al caso práctico un valor de 20€ a cada uno de los paneles usados, a modo de mejorar el coste de oportunidad, sin embargo, este coste se dejará abierto para la modificación por parte del BIPV. Capítulo 8: Parámetros de Impacto en el Cálculo 73 8.9 MATERIALES AUXILIARES DE LA INSTALACIÓN Los paneles solares no son el único coste que se encuentra a la hora de realizar una instalación fotovoltaica. Esta debe ir acompañada de otros elementos auxiliares y procesos que conformarán un coste añadido extra. Algunos de estos elementos son: • Estructura de las Placas Fotovoltaicas: La estructura soportante es la encargada de mantener estables los paneles, así como de encargarse que tengan la orientación adecuada. [61] Ilustración 30: Estructura Soportante [61] • Contador bidireccional: Los contadores bidireccionales son unos instrumentos que sirven para medir la energía que se obtiene de la red eléctrica, es decir, la que obtiene el usuario, así como la que se vierte a esta. [62] Los contadores bidireccionales son fundamentales en las instalaciones con vertido de excedentes, ya que sirven para contabilizar estos. • Inversor: Convierte la corriente continua que producen los paneles solares, en la corriente alterna que utiliza la red eléctrica, y que se utiliza en los domicilios. Es necesario para cualquier tipo de instalación, ya sea aislada o conectada a la red. [63] Capítulo 9: Funcionamiento de la Herramienta 80 9.4 HOJA CLIENTE Estará dividida en 6 pequeños bloques: 9.4.1 Tipo de Instalación Formada por un desplegable en el que podrá elegir el tipo de instalación que deseará el usuario. • Autoconsumo Aislado: Instalación no conectada a la red eléctrica que se autoabastezca de electricidad. • Autoconsumo Individual con Excedentes: Instalación de potencia inferior a 15kW que vierta excedentes a la red, y reciba una compensación por estos excedentes. • Autoconsumo Individual sin Excedentes: Instalación de potencia inferior a 15kW que no vierta excedentes a la red La recomendada será el autoconsumo con excedentes para mantener siempre conexión eléctrica y aparte reducir la factura compensando excedentes, aunque determinadas circunstancias podrán hacer al cliente decantarse por alguno de los otros dos tipos. La vista será la siguiente: Ilustración 35: Tipo de Instalación. Hoja Cliente 9.4.2 Situación y Orientación Aquí se encontrarán dos desplegables donde se elegirá tanto la provincia donde se realizará la instalación como la orientación de los paneles. Ilustración 36: Situación y Orientación Herramienta Capítulo 9: Funcionamiento de la Herramienta 81 9.4.3 Tarifa Actual La herramienta dispondrá de un desplegable donde se seleccionará la tarifa que tiene actualmente el cliente. Según la selección que se haga en este desplegable la herramienta mostrará a rellenar únicamente los campos que formen esa tarifa. En todas las tarifas habrá que introducir el término de potencia y también la potencia contratada. En cuanto al término de energía si la selección es 2.0 A, 2.0 DHA o 2.0 TD, únicamente habrá que introducir el precio fijo del kW/h, en cambio si la selección es una tarifa PVPC o de Precio Indexado, el usuario deberá introducir los costes que tuvo el kW/h para ese cliente en un periodo de facturación anterior. La vista se verá de la siguiente manera: Ilustración 37: Ejemplo bloque Tarifa Actual en la Herramienta 9.4.4 Consumo Usuario El usuario deberá responder si conoce o no su consumo eléctrico mensual en kW. En el caso de que la respuesta sea afirmativa la herramienta habilitará las casillas donde se deberá introducir ese consumo mensual, de lo contrario, el usuario únicamente deberá introducir su consumo en mes, y el programa extrapolará este consumo utilizando el consumo de un hogar medio obtenido de la Red Eléctrica Española (REE - CÓMO CONSUMIMOS ELECTRICIDAD REE - CÓMO CONSUMIMOS ELECTRICIDAD) El consumo del usuario se proyectará en la aplicación de la siguiente manera: Capítulo 9: Funcionamiento de la Herramienta 82 Ilustración 38: Consumo Usuario Herramienta 9.4.5 Excedentes Factura El usuario incluirá aquí el precio al que la comercializadora compensará el excedente. Si no se conoce el valor de este excedente se recomienda introducir el valor de 0,05 €/kW compensado, ya que es el precio que se suele encontrar en el mercado. [68] También se podrá incluir un límite a la compensación. En la herramienta tendrá la siguiente presentación: Ilustración 39: Excedentes Factura Herramienta Capítulo 9: Funcionamiento de la Herramienta 83 9.4.6 Años Inversión Se incluirá el periodo sobre el que se quiere valorar la rentabilidad. Como se ha dicho en el apartado 8.8, la garantía de los paneles suele ofrecerse a 25 años, por lo que puede ser un buen margen temporal para valorar esta inversión. 9.5 HOJA BIPV El BIPV dispondrá también de una hoja propia, donde se encargará de actualizar los datos que puedan variar con el tiempo, o datos que dependan de él, como el tipo de paneles que se instalan, si se realiza un recambio a los paneles, la degradación anual de estos paneles, los costes de la instalación, la existencia o no de una subvención, el coste del desechado de los paneles, las condiciones de la financiación o la tasa libre de riesgo. Estos datos pueden ser los mismo para todos los clientes, o dependiendo de las vicisitudes de estos, el BIPV puede realizar determinadas variaciones, alguno de los parámetros enumerados anteriormente. 9.5.1 Paneles Disponibles La vista donde el BIPV elegirá que paneles usar será la siguiente: Ilustración 40: Paneles Disponibles BIPV herramienta En ella el BIPV incorporará los paneles disponibles en su catálogo, junto con la potencia pico de estos paneles y su precio unitario. Posteriormente en los desplegables de la derecha elegirá cuales utilizar con el cliente. Si el cliente buscase minimizar el volumen que ocupe la instalación se podría optar por incluir los de mayor potencia para reducir el número de paneles o si por el contrario se buscase reducir el precio de la instalación al máximo se recomendaría incluir los que dispongan de un menor precio unitario. 9.5.2 Recambio Paneles Usados Como se dijo en el apartado 8.11.1. Se contempla la opción de un recambio de los paneles usados, siempre que el BIPV contemple esa opción. Este recambio está disponible para ser realizado tanto a la mitad del periodo de vida útil de la instalación como a los 10 años de comenzar esta, a criterio del BIPV. Además también se podrá Capítulo 9: Funcionamiento de la Herramienta 84 seleccionar que porcentaje de estos paneles se desea sustituir y el precio que tendrá esta operación para el cliente. La disposición en la herramienta será la siguiente: Ilustración 41: Recambio Paneles BIPV herramienta 9.5.3 Degradación Se incluirá la pérdida de eficiencia que sufran los paneles, donde explica la siguiente imagen: Ilustración 42: Degradación Hoja BIPV, herramienta 9.5.4 Costes Instalación El BIPV deberá introducir los siguientes costes: • Coste de la Obra Civil • Coste del Inversor • Coste de la Estructura Soportantes • Otros: Aquí se podrían incluir materiales auxiliares u otros componentes de la instalación fotovoltaica que se utilicen de manera excepcional para un tipo de instalación, como pueden ser las baterías. • Mantenimiento: Las instalaciones fotovoltaicas necesitan de un mantenimiento periódico para mantener los niveles de eficiencia. [69] Por ello si el encargado es el BIPV se incluirá este coste aquí. Este coste se distribuye anualmente por ello, si se quisiese incluir un seguro orientado a un posible fallo en algún panel que requiera una reparación o sustitución y que sea abonado año a año, también se podría incluir aquí. Capítulo 9: Funcionamiento de la Herramienta 85 Ilustración 43: Costes Instalación BIPV herramienta 9.5.5 Subvención En el momento actual no encontramos ninguna subvención aplicable a la instalación paneles solares, sin embargo, si apareciesen en un futuro, estas podrían incluirse aquí, tanto como para usados, como para nuevos. En la herramienta aparece de la siguiente manera: Ilustración 44: Subvención BIPV herramienta 9.5.6 Otros En España, como se dijo en el apartado 3.4 el reciclaje lo realiza Recyclia en colaboración con PV Cycle, y la recogida la realizan directamente de los puntos limpios, sin embargo, la aplicación estará abierta a poder introducir una pequeña tasa. Por otro lado el BIPV podrá ofrecer un préstamo al cliente para financiar la instalación. Aquí en esta hoja se incluirán las condiciones de ese préstamo, tanto el tipo de interés como el tiempo de préstamo También el BIPV podrá actualizar la tasa libre de riesgo si fuera necesario. También podrá introducir los impuestos. Estos datos se introducirán en sus respectivos huecos como indica la siguiente imagen: Capítulo 9: Funcionamiento de la Herramienta 86 Ilustración 45: Otro , hoja BIPV herramienta Capítulo 9: Funcionamiento de la Herramienta 87 9.6 RESUMEN La hoja de resumen estará compuesta de cuatro bloques. Uno primero donde se introduce la potencia que se buscará instalar en la aplicación, otro que calcula la rentabilidad de instalar paneles fotovoltaicos respecto a la situación actual del cliente, un tercer bloque en el que se calcula esta rentabilidad, pero con un cambio en la tarifa eléctrica, y finalmente otro donde se puede añadir una ayuda a la financiación de la instalación donde se incluirían los nuevos costes de instalación y se calcularía una nueva rentabilidad. 9.6.1 Instalación Aquí el usuario introducirá la potencia máxima que desee instalar y el programa calculará el número de paneles que se necesitarán para alcanzar esa potencia, como se ve en la ilustración siguiente: Ilustración 46: Hoja Resumen, Instalación, Herramienta 9.6.2 Rentabilidad manteniendo la misma tarifa eléctrica En este bloque se verán reflejados tanto el coste de instalar los paneles, como el Valor Actual Neto y la Tasa Interna de Retorno, de instalarlos, tanto de los paneles usados como de los paneles nuevos, como se ve en la siguiente ilustración: Ilustración 47: Hoja Resumen, Rentabilidad Manteniendo la Tarifa 9.6.3 Rentabilidad cambiando la tarifa eléctrica Posteriormente se rellenarán si se desean, los datos de una nueva tarifa eléctrica. A la hora del recálculo el BIPV podría incluir una de las tarifas mostradas anteriormente en el presente documento recomendablemente una 2.0 TD, la principal en el mercado libre, ya que permite disminuir el término de potencia en las horas del día (lo cual es sustituido por los paneles solares) y así aumentar la rentabilidad. Se Capítulo 9: Funcionamiento de la Herramienta 88 indicará en el desplegable que se busca recalcular la rentabilidad, se rellenarán los datos correspondientes y la aplicación nos dará la nueva rentabilidad. Ilustración 48: Hoja Resumen, Rentabilidad Escogiendo Otra Tarifa, Herramienta 9.6.4 Préstamo Se debe responder al desplegable de si se quiere acceder a financiación, y posteriormente introducir el valor del préstamo que se desea recibir, dando la aplicación una cuota para sufragar ese préstamo y un nuevo VAN, observándose en la aplicación de la siguiente manera: Ilustración 49: Hoja Resumen, Préstamo, Herramienta Capítulo 10: Caso Práctico 89 10 CASO PRÁCTICO En este apartado se dará una muestra del funcionamiento de la Aplicación con unos datos reales, los de la propia vivienda del autor del trabajo. Se calculará la rentabilidad que obtendría al instalar paneles en el tejado de su propia vivienda a través de sus datos de consumo. 10.1 HOJA DE CLIENTE Como potencial cliente, la hoja destinada a cliente irá rellena con los siguientes datos: 10.1.1 Tipo de Instalación Autoconsumo Individual con Excedentes. Al ser una instalación en una zona residencial, se buscará mantener el suministro eléctrico en las horas en las que no hay luz solar, para proseguir con las actividades diarias, así como también, cuando se produzcan excedentes recibir una compensación en la factura. 10.1.2 Ubicación y Orientación La instalación estará ubicada en la Provincia de Palencia, y debido a la orientación del tejado de la vivienda, esta se hará con orientación sur. 10.1.3 Tarifa de Acceso En la tabla se muestra la tarifa del usuario con sus correspondientes términos de consumo y término de potencia. TARIFA 2.0 A PRECIO TÉRMINO DE POTENCIA 4, 23 €/mes PRECIO TÉRMINO DE ENERGÍA 0,146 €/kW Tabla 10: Tarifa Usuario Capítulo 10: Caso Práctico 96 Además, se ofrece la posibilidad de recibir un préstamo para financiar la instalación. En este caso, se solicitará un préstamo de 4500€, para realizar la instalación de 3kW. Las condiciones serán las elegidas por el prestamista, en este caso el BIPV. Se supondrán unos intereses del 5% anual y una duración de 10 años, siendo el coste de la instalación una entrada de 1170€ y 10 cuotas anuales de 583€. Ilustración 55: Resultado tras ejecución del préstamo Capítulo 11: Futuras Líneas de Investigación 97 11 FUTURAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN Las principales líneas detectadas por el autor de este documento, en las que se podría trabajar en el futuro son: • Implementar la opción de realizar instalaciones, en las que el autoconsumo en vez de realizarse de manera individual se realizase para comunidades de personas, ya sea un bloque de edificios, una urbanización, etc. Estas instalaciones serían un tipo de autoconsumo colectivo y cuenta con una reglamentación algo diferente al autoconsumo individual. • Las instalaciones que cubre la herramienta son únicamente, instalaciones menores de 15kW de potencia máxima instalada. Esto es debido a que cuando la potencia se encuentra entre los 15 y los 100 kW, el número de trámites burocráticos varía, lo cual es difícil de parametrizar. Además, este tipo de instalaciones serían principalmente las elegidas por industrias o comunidades de personas, y no se han incluido las primeras por la dificultad de parametrizar la tarifa eléctrica, y las segundas por la no implementación del autoconsumo colectivo. • El trabajo ha sido orientado principalmente a instalaciones sin almacenamiento, sin embargo, hay instalaciones que pueden utilizar baterías para después verter el excedente a la red. Esta opción podría ser contemplada en un futuro también. • La tarifa eléctrica industrial no ha sido incluida en el trabajo debido a su complejidad (presentando 6 términos de potencia y 6 términos de energía [70]), aunque podría ser interesante poder valorar la rentabilidad, pero para consumidores más grandes. • Durante la realización del presente trabajo, se produjo un cambio en la composición de las tarifas eléctricas. Estas pueden ser susceptibles de cambio en un futuro también, por ello, podría investigarse la manera de poder personalizar las tarifas y mejorar la aplicación actualizando estas cuando cambien, • Como se dijo en el presente documento, los paneles solares sufren también un grado de degradación u otro dependiendo de las condiciones climáticas, por lo que podría ser un factor a tener en cuenta también a la hora de analizar la rentabilidad de instalar módulos fotovoltaicos. • Finalmente, como se dijo anteriormente, uno de los factores que más influye a la hora de instalar paneles fotovoltaicos, es el precio de la electricidad. Precios muy elevados pueden empujar a muchos clientes a instalar módulos fotovoltaicos en su vivienda. Estos precios altos también ayudarán a mejorar el valor de la rentabilidad. Sin embargo, el desconocimiento y la difícil previsión de una evolución futura de este mercado, hace que la proyección de la rentabilidad sea más incierta. Una buena línea de trabajo podría ser el trabajar con diferentes escenarios de un precio de la luz más elevado, otro constante y otro más reducido. Capítulo 12: Conclusiones 98 12 CONCLUSIONES La energía fotovoltaica, es un sector relativamente nuevo, que está recibiendo un gran impulso en los últimos años. Además, la economía circular, está todavía en sus primeras fases de desarrollo, lo cual hace que los mercados de productos usados, y las técnicas de reciclaje (influidas por la manera de fabricar), estén en sus primeras fases. Estos dos factores hacen que muchas fuentes de información brillen por su ausencia y para el trabajo se necesite partir de numerosas suposiciones. La limitada regulación de algunos aspectos por su novedad hace también difícil encontrar puntos de partida a algunos temas. A partir del planteamiento de la reutilización de los paneles solares, y la parametrización de muchas de las variables que influyen en su cálculo de la rentabilidad se extraen las siguientes conclusiones: • Debido a la cantidad de módulos solares, que se prevé que se irán desechando en los próximos tiempos, es necesario intentar aumentar la vida útil de estos paneles, sin embargo, aún no existe un mercado que se encargue de la reutilización de los paneles solares. • La rentabilidad de instalar módulos fotovoltaicos depende en gran medida del precio de la electricidad, que es la otra alternativa a la hora de consumir energía. Manteniéndose estos precios altos, el instalar paneles solares es probable que sea muy rentable. • La entrada en vigor en el año 2021 de nuevas tarifas que permiten separar el término de potencia en diferentes tramos, lo cuál puede ser compensado con la entrada de otra fuente de energía como la fotovoltaica, ayuda a reducir aún más la tarifa. • La compensación de excedentes provoca que, aunque el consumo del usuario se realice en horas nocturnas, donde no entran los paneles solares, esta compensación hace que el precio del término de energía pueda llegar ser nulo, siempre que se haya vertido suficiente excedente. • En base a la resolución del caso práctico, vemos que el realizar una instalación fotovoltaica es muy rentable, tanto con paneles con paneles nuevos, como con paneles usados, consiguiéndose grandes descuentos en la factura. • Finalmente, la larga vida útil de los paneles hace la idea de reutilizar paneles muy atractiva, ya que, el precio más bajo de estos, unido a una eficiencia aceptable con el paso del tiempo, hacen de la idea de reutilizar paneles una solución muy buena económicamente, especialmente cuanta más potencia sea instalada. Capítulo 8: Parámetros de Impacto en el Cálculo 99 Bibliografía 100 13 BIBLIOGRAFÍA [1] M. A.-G. J.D. Santos, «Projection of the photovoltaic waste in Spain until 2050,» Journal of Cleaner Production, vol. 196, pp. 1613-1628, 2018. [2] E. MEZA, «pv-magazine,» 08 Marzo 2021. [En línea]. Available: https://www.pvmagazine.com/2021/03/08/reusing-pv-modules-pose-opportunities-and- challenges/. [Último acceso: 15 Junio 2021]. [3] A. F. Muerza, «consumer.es,» 14 Octubre 2009. [En línea]. Available: https://www.consumer.es/medio-ambiente/paneles-solares-asi- evolucionan.html. [4] V. Mengual, «blog.solarnub.com,» 2021. [En línea]. Available: https://blog.solarnub.com/paneles-solares-mas-eficientes-2021/. [Último acceso: 08 Agosto 2021]. [5] A. Greene, «greenrednecks.com,» [En línea]. Available: https://web.archive.org/web/20130708075717/http://greenrednecks.com/ 2009/05/09/solar-thermal-vs-photovolatic-pv-%E2%80%93-which-should-you- choose/. [Último acceso: 17 Mayo 2021]. [6] J. 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