Repositorio Institucional de Documentos

Agradecimientos Mi más sincero agradecimiento a José Luis Bernal, director de este proyecto, por su tutela durante todo este tiempo de trabajo. Gracias a todos mis amigos que me han hecho ver las cosas con humor, especialmente a Nano que de él fue el empujón para este proyecto y para Víctor, ayuda fundamental en el aspecto avícola. Gracias a mi familia y a Marga por apoyarme y tener paciencia. 2 Estudio de la aplicación de instalaciones fotovoltaicas en granjas avícolas Resumen Se pretende en este proyecto final de carrera estudiar posibles soluciones de suministro de energía eléctrica mediante paneles fotovoltaicos a granjas avícolas que no posean conexión a red, así como estudiar la mejor opción de venta de energía eléctrica en una instalación sobre cubierta conectada a red. Será necesario determinar el consumo típico de energía en granjas avícolas, en particular se estudiarán las de pollos de engorde y las de gallinas ponedoras. Se llevaran a cabo varias soluciones que permitan suministrar la demanda de energía mediante paneles fotovoltaicos en dichas granjas aisladas de red, así como estudiar la idoneidad económica de las instalaciones. Se estudiará la mejor opción en una instalación sobre cubierta, discutiendo entre distintas tecnologías, distintas inclinaciones, distintos tamaños, etc. También se hará una comparación económica de las distintas alternativas estudiadas, en este caso la instalación irá encaminada a la venta de electricidad considerando el precio de venta actual. Por el último se explicará un método fotográfico para conocer las pérdidas que se producirían en función de los obstáculos, en este caso distintos tipos de horizonte. Las pérdidas vendrán dadas en porcentaje de irradiación solar global anual perdido. 3 Índice 1 INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................................... 4 1.1 OBJETO .................................................................................................................................................... 4 1.2 ALCANCE ................................................................................................................................................. 4 2. EQUIPOS CARACTERÍSTICOS DE UNA EXPLOTACIÓN AVIAR .................................................... 5 2.1 EQUIPOS CARACTERÍSTICOS DE UNA GRANJA DE GALLINAS PONEDORAS ............................................................. 5 2.2 EQUIPOS CARACTERÍSTICOS DE UNA GRANJA DE POLLOS DE ENGORDE ................................................................ 5 3 INSTALACIONES CONECTADAS A LA RED ELÉCTRICA ................................................................. 6 3.1 LA HERRAMIENTA PVSYST ................................................................................................................................ 6 3.2 SIMULACIONES ................................................................................................................................................. 7 3.2.1 SIMULACIÓN 1: PANELES 220 W. SILICIO MONOCRISTALINO ..................................................................... 8 3.2.2 SIMULACIÓN 2: PANELES 180 W. SILICIO MONOCRISTALINO ..................................................................... 8 3.2.3 SIMULACIÓN 3: PANELES 180 W. SUPERPOSICIÓN CON LA CUBIERTA ........................................................ 9 3.2.4 SIMULACIÓN 4: PANELES DE SILICIO AMORFO ......................................................................................... 9 3.3 CONCLUSIONES ............................................................................................................................................... 11 4 INSTALACIONES AISLADAS DE RED ................................................................................................... 13 4.1 DIMENSIONADO DE LA INSTALACIÓN EN LA GRANJA DE GALLINAS ................................................................... 13 4.1.1 SITUACIÓN ........................................................................................................................................... 13 4.1.2 PERFIL DE CONSUMOS ........................................................................................................................ 13 4.1.3 CÁLCULOS ........................................................................................................................................... 14 4.1.4 EQUIPOS SELECCIONADOS .................................................................................................................... 16 4.1.5 ESTUDIO ECONÓMICO ........................................................................................................................... 16 4.1.6 CONCLUSIONES .................................................................................................................................... 17 4.2 GRANJA DE POLLOS DE ENGORDE .................................................................................................................... 17 4.2.1 SITUACIÓN ........................................................................................................................................... 17 4.2.2 CONSUMOS ........................................................................................................................................ 17 4.2.3 CÁLCULO ............................................................................................................................................. 19 4.2.4 COMPONENTES ................................................................................................................................... 21 4.2.5 ESTUDIO ECONÓMICO ......................................................................................................................... 21 4.2.5 CONCLUSIONES.................................................................................................................................... 22 5. INFLUENCIA DE LAS SOMBRAS EN UNA INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA. INFLUENCIA DEL HORIZONTE .......................................................................................................................................... 23 5.1 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................................... 23 5.2 LOS CASOS ESTUDIADOS .................................................................................................................................. 26 5.3 CONCLUSIONES ............................................................................................................................................... 28 6 CONCLUSIONES ......................................................................................................................................... 29 7 BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................................... 30 ANEXOS .......................................................................................................................................................... 31 1 RESULTADOS SIMULACIÓN PVSYST 220 W ......................................................................................................... 31 2 RESULTADOS SIMULACIÓN PVSYST 180 W SI MONOCRISTALINO ......................................................................... 34 3 RESULTADOS SIMULACIÓN PVSYST 180 W SUPERPOSICIÓN ................................................................................. 38 4 RESULTADOS PVSYST PANELES SI AMORFO ........................................................................................................ 42 5 BALANCE ECONÓMICO PANELES 220 W .............................................................................................................. 50 6 BALANCE ECONÓMICO PANELES 180 W .............................................................................................................. 51 7 BALANCE ECONÓMICO PANELES 180 W SUPERPOSICIÓN ...................................................................................... 52 8 BALANCE ECONÓMICO PANELES AMORFOS .......................................................................................................... 53 9 CONSUMO ELÉCTRICO DE LA GRANJA DE GALLINAS (20000 GALLINAS PONEDORAS) ............................................ 54 10 BALANCE ECONÓMICO GRANJA DE GALLINAS .................................................................................................... 55 11 BALANCE ECONÓMICO GRANJA DE POLLOS ........................................................................................................ 57 12 FICHAS TÉCNICAS ............................................................................................................................................. 58 13 SECCIÓN HE 5 DEL DOCUMENTO BÁSICO HE AHORRO DE ENERGÍA .................................................................. 75 4 1 Introducción 1.1 Objeto En este proyecto se realiza un estudio técnico y económico sobre la posible aplicación de instalaciones fotovoltaicas en granjas avícolas. Se han considerado granjas de pollos de engorde y granjas de gallinas ponedoras. En primer lugar se ha considerado la posibilidad de aprovechar las cubiertas de las naves de las granjas con el fin de llevar a cabo una instalación fotovoltaica conectada a la red eléctrica, considerando dos tecnologías de paneles, y determinando sus ventajas e inconvenientes. Para la simulación de los sistemas conectados a la red eléctrica se ha utilizado la herramienta PVsyst. Además, se ha tenido en cuenta la posibilidad de que las instalaciones estén aisladas de la red eléctrica, determinando si son viables económicamente y si puede suministrarse toda la energía necesaria mediante paneles fotovoltaicos. Se han obtenido conclusiones que pueden aplicarse a este tipo de instalaciones. Finalmente, con el fin de determinar la influencia del horizonte en la producción de energía de las instalaciones, se ha aplicado un método que hace uso de fotografías, basado en una metodología propuesta por el IDAE (Instituto de Diversificación y Ahorro Energético). 1.2 Alcance A continuación se describe, brevemente, el contenido de este documento. En primer lugar se indican los equipos básicos que son necesarios en las granjas avícolas que se han considerado en este proyecto. La diferencia entre los consumos de energía de una granja de engorde de pollos y una granja de gallinas ponedoras, es un dato de gran interés, tal y como se puede comprobar al realizar los cálculos correspondientes de las instalaciones fotovoltaicas para cada uno de los dos tipos de granjas. Estos consumos son de interés para el estudio que se realiza en el proyecto en el caso de instalaciones asiladas de la red eléctrica, e irrelevante en el caso de instalaciones conectadas a la red. En la siguiente parte del proyecto se realiza un estudio considerando que la instalación fotovoltaica está conectada a la red eléctrica. Los resultados alcanzados al considerar dos tipos diferentes de tecnologías de paneles, permiten determinar cuál es el más adecuado tanto desde un punto de vista energético como económico. Para las simulaciones que han permitido obtener los resultados se ha utilizando la herramienta informática PVsyst. En la siguiente parte del proyecto se lleva a cabo un estudio de la posible aplicación de instalaciones fotovoltaicas a granjas de engorde de pollos y de gallinas ponedoras, considerando que se desea suministrar parte del consumo de las granjas mediante paneles fotovoltaicos. Además, se estudia la posible viabilidad económica de ambas instalaciones. A continuación se muestra un método que permite calcular, de forma aproximada, el porcentaje de irradiación solar global que se podría perder por los obstáculos existentes en el horizonte (montañas, casas, edificios, etc.). Finalmente se indican las conclusiones que se obtienen tras analizar los resultados que se han alcanzado a lo largo de la realización de este proyecto. 5 2. Equipos característicos de una explotación aviar 2.1 Equipos característicos de una granja de gallinas ponedoras Para este tipo de explotación hay que prestar atención a cinco aspectos básicos: La alimentación, la ventilación, la iluminación, la extracción de estiércol y la recogida de huevos. Para ello es necesario disponer de ciertos equipos que funcionarán a lo largo del día en aquellos momentos en que sean necesarios. A continuación se indican brevemente las características que deben tener. Más adelante, cuando se realicen los cálculos técnicos de las instalaciones, se detallarán los consumos de los equipos. Alimentación: Es necesario suministrar agua y alimento a las gallinas. El agua, generalmente, suele proceder de algún pozo, por lo que será necesaria una motobomba para extraerla. Para suministrar alimento serán necesarios unos motores que trabajen intermitentemente, y que generalmente funcionarán en seis ocasiones al día durante 15 minutos. Ventilación: Es necesario mantener la nave ventilada, para ello se dispondrá de ventiladores que trabajen intermitentemente a lo largo del día. Iluminación: Las gallinas necesitan 15 horas de luz al día (luz natural o artificial), y 2 horas de luz durante la noche. Dependiendo de la época del año será necesario un mayor o menor número de horas de luz artificial, y por lo tanto un mayor o menor consumo energético. Extracción de estiércol: Será necesario un motor que evacue el estiércol de la nave. Dependiendo de las dimensiones de la nave tendrá más o menos potencia. Recogida de huevos: Para la recogida de huevos serán necesarios unos motores que muevan las cintas transportadoras. Su funcionamiento será intermitente a lo largo del día. 2.2 Equipos característicos de una granja de pollos de engorde Para mantener un óptimo rendimiento en el engorde de los pollos, es fundamental conseguir unas condiciones ambientales que se mantengan estables, especialmente en el periodo de cría, siendo además fundamental un buen aislamiento de la instalación. Por lo tanto, serán necesarios ventiladores, un sistema de calefacción (ambiental y para el suelo) y un sistema de apertura de ventanas (cortinas). Para la alimentación y suministro de agua se necesitará de un sistema de fontanería y de suministro de alimento. Por último, y no menos importante, es necesario disponer de los equipos de iluminación, distinguiendo entre las luces de atracción, que tienen especial importancia durante los cinco primeros días, y las luces ambientales. Estas últimas irán aumentando su potencia de forma gradual a partir del quinto día hasta alcanzar una intensidad equivalente a la iluminación natural en el décimo día. 6 3 Instalaciones conectadas a la red eléctrica. 3.1 La herramienta PVsyst PVsyst (Figura 1) es una herramienta para el estudio, dimensionado, simulación y análisis de instalaciones fotovoltaicas. Figura 1. Pantalla inicial de la herramienta PVsyst PVsyst es una potente herramienta que permite realizar diseños y simulaciones de una forma fiable y bastante detallada. Posee varias opciones (Figura 2) que permiten desarrollar paso a paso el proyecto de una instalación fotovoltaica. Permite abordar el diseño de instalaciones conectadas a red o aisladas. Una característica muy interesante es su base de datos, siendo posible actualizarla a través de Internet, o manualmente por parte del usuario. Figura 2. Menú de la herramienta PVsyst Permite ubicar con exactitud la instalación e introducir los datos meteorológicos, tanto desde su base de datos o manualmente. 7 Aunque no es necesario para obtener resultados, permite dibujar la instalación (Figura 3), introduciendo sombras, variando la inclinación, azimut, etc. Figura 3. Instalación dibujada con PVsyst Una vez realizado el dimensionado, la ubicación de los paneles, el cálculo de sombras, etc., se introducen los parámetros. Así, por ejemplo, en el caso de sistemas conectados a la red eléctrica, es posible indicar la potencia prevista, seleccionar el inversor y los paneles, así como la configuración en que se van a conectar (Figura 4). Figura 4. Selección del inversor y los paneles en PVsyst Finalmente, tras introducir todos los datos necesarios, se puede realizar la simulación del sistema, donde PVsyst ofrece gran abanico de tablas y gráficos, siendo posible exportarlos a varios formatos. 3.2 Simulaciones Las simulaciones que se van a mostrar a continuación se han realizado sobre la cubierta de cinco naves de una explotación aviar situada en las proximidades de Ejea de Los Caballeros, (más datos de la ubicación se pueden encontrar en los anexos 1, 2 , 3 y 4), cada nave tiene unas dimensiones de 155 metros de largo por 14 metros de ancho. Las 8 naves están orientadas hacia el Sur y las cubiertas son a dos aguas, con una inclinación de 13 grados. Se va a intentar cubrir el máximo espacio posible en dichas cubiertas para conseguir el máximo rendimiento. 3.2.1 Simulación 1: Paneles 220 W. Silicio monocristalino En esta primera simulación se ha utilizado el panel Trinasolar Tsm-Dc 05 de 220 W. Es un módulo de tecnología monocristalina. Los paneles se han instalado sobre cubierta con 35º (inclinación óptima), orientados al Sur con 0º de azimut. Con las dimensiones de este panel (ver en anexos las fichas técnicas), se ha calculado que se pueden instalar cinco filas en la vertiente Sur y una fila en la vertiente Norte. La distancia mínima entre módulos es de 1700 milímetros, esta distancia asegura que las sombras producidas por los propios módulos sean mínimas. Por las dimensiones de las naves en cada fila caben 88 paneles, lo que haría un total de 2640 módulos. Finalmente el programa ha calculado un total de 2618 paneles, obteniendo una potencia de 463 kWp. La energía total producida alcanza los 624 MWh al año. Tabla 1. Resultados de la Simulación 1. En la Tabla 1 se muestran los resultados de la simulación, destacando el dato de la eficiencia del sistema, que alcanza el 9.08%. En el anexo 1 pueden encontrarse más resultados correspondientes a esta simulación. 3.2.2 Simulación 2: Paneles 180 W. Silicio monocristalino En esta segunda simulación se ha escogido el módulo YE618M de 180 W. Se han instalado los paneles con orientación Sur, con una inclinación óptima de 35º y azimut 0º. Con las dimensiones de este panel (ver en anexos las fichas técnicas), se ha calculado que se pueden instalar seis filas en la vertiente Sur y una fila en la vertiente Norte. La distancia mínima entre módulos es de 1300 milímetros. Dadas las dimensiones de las naves, en cada fila caben 95 paneles, lo que haría un total de 3325 módulos. El programa ha calculado un total de 3294 módulos, cantidad que está dentro de los límites de capacidad por espacio. Se ha obtenido una potencia de 533 kWp, llegando a alcanzar anualmente una producción energética de 667 MWh. 9 Tal y como se puede observar en la Tabla 2 la eficiencia anual del sistema es del 10.25%. En el anexo 2 pueden encontrarse más resultados correspondientes a esta simulación. Tabla 2. Balances y resultados de la simulación 2. 3.2.3 Simulación 3: Paneles 180 W. Superposición con la cubierta. En esta simulación se han utilizado los mismos paneles que en la simulación 2 (módulo monocristalino YE618M de 180 W). Como se hizo en los casos anteriores, previamente se ha calculado el número máximo de paneles que se pueden instalar sobre los tejados. En este caso se pueden instalar ocho filas en la vertiente Sur con 95 paneles por cada fila. Finalmente se han instalado un total de 3294 paneles de los 3800 posibles. Los paneles poseen la inclinación del tejado, es decir, están colocados directamente sobre la cubierta, a 13 grados. Se obtienen 533 kWp y una producción anual de 665 MWh, con una eficiencia del 10,61%, tal y como se muestra en la tabla 3. En el anexo 3 pueden encontrarse más resultados correspondientes a esta simulación. Tabla 3. Balance y resultados de la Simulación 3. 3.2.4 Simulación 4: Paneles de Silicio amorfo. En este caso se han realizado dos simulaciones. En la primera se han colocado paneles distribuidos sobre cubierta en la vertiente Norte, y en una segunda simulación se han colocado en la vertiente Sur, también con la misma inclinación de la cubierta. 16 Donde: max( ) inv I Intensidad máxima de entrada al inversor [A]. ( ) cc ramal I Intensidad de cortocircuito de cada ramal [A]. El valor obtenido es 2,99 ramales en paralelo, por lo que para no hacer trabajar al inversor al límite de la corriente máxima de trabajo, se ajusta el valor a 2 ramales. Tras realizar estos cálculos se han seleccionado cuatro inversores. Seis paneles en serie por ramal y dos ramales en paralelo por cada inversor. En total constituyen el campo generador 48 paneles fotovoltaicos. Se instalan sobre el tejado orientado al Sur, con una inclinación de 33 grados y con una separación entra filas de 2 metros. Para la acumulación de energía se han calculado 24 baterías de 2 V cada una. Doce baterías en serie conectadas en dos ramas en paralelo. 4.1.4 Equipos seleccionados Módulo kyocera KD180GH-2P. Inversor XantreX DR1548E. Baterías OPzS Solar 1320. Regulador Mornigstar Prostar PS30. Las fichas de cada equipo se encuentran en el anexo 12 (fichas técnicas). 4.1.5 Estudio económico Para realizar el estudio económico de esta instalación se ha tenido en cuenta el coste en electricidad que tiene dicha explotación y su valor revisado cada año por el incremento del IPC, durante los 25 años de vida útil de la instalación. Este ahorro en la factura eléctrica correspondería en este balance a los beneficios anuales. Como gastos anuales se han estimado 200 euros de mantenimiento. Por último se ha calculado el coste de la inversión que asciende a 86427,28 euros, tal y como se puede observar en la tabla 8. unidades Precio (euros) IVA coste total (euros) inversor Xantrex Dr series 4 2782 16% 12908,48 regulador postar ps30 1 270 16% 313,2 bateria opsz 1320 24 538 16% 14977,92 modulo kyocera 180 48 1026 16% 57127,68 grupo electrogeno 1100 1100 Total 86427,28 Tabla 8: Coste de los equipos 17 Se ha calculado el plazo de recuperación (véase anexo 10), que mide el plazo que ha de transcurrir hasta que los rendimientos netos igualen al desembolso o coste de la inversión, dando un resultado de 20 años y 2 meses. También se calculó el TIR (tasa interna de retorno, véase anexo 10), que es un indicador de la rentabilidad del proyecto, a mayor TIR mayor rentabilidad. Dando un resultado del 1 %. 4.1.6 Conclusiones A la vista de los resultados económicos se puede observar el pésimo resultado que se obtiene en términos de rentabilidad económica. El PR (plazo de recuperación) es demasiado elevado (20 años y 2 meses), ya que en una instalación que se calcula con una vida útil de 25 años da lugar a un margen de beneficio muy pequeño. Por lo tanto, este tipo de instalaciones aisladas de la red sólo son recomendables en situaciones en las que no sea posible la conexión a la red eléctrica. 4.2 Granja de pollos de engorde 4.2.1 Situación Se parte de una nave situada en las proximidades de Calatayud, en la provincia de Zaragoza. La nave tiene unas dimensiones de 15x150 metros. Los datos de radiación se han obtenido de la aplicación PVGIS a través del atlas europeo, para la inclinación de 33º. 4.2.2 Consumos Como sucedía en la granja de gallinas el consumo de la granja es muy elevado para este tipo de instalaciones fotovoltaicas aisladas de red. En este caso se ha optado por separar la instalación en tres subgeneradores. Se ha escogido esta solución con el fin de comparar ambas soluciones. A continuación se muestra la distribución de consumo mensual de cada uno de los subgeneradores (Tablas 9,10 y 11). Subgenerador 1 Corriente alterna Equipo Tiempo utilización (horas/día) Consumo diario (kWh/día) Calefacción 4,2 Motor de alimentación 14,7 Consumo total Eca 19,0 Rendimiento del inversor 0,8 Rendimiento del regulador 1,0 Consumo total con pérdidas 24,2 Consumo total 24,2 Tabla 9. Consumo diario generador 1 18 Subgenerador 2 Corriente alterna Equipo Tiempo utilización (horas/día) Consumo diario (kWh/día) Ventilación 37,50 Consumo total Eca 37,50 Rendimiento del inversor 0,80 Rendimiento del regulador 0,98 Consumo total con pérdidas 47,83 Consumo total 47,83 Tabla 10. Consumo diario generador 2 Subgenerador 3 Corriente alterna Equipo Tiempo utilización (horas/día) Consumo diario (kWh/día) Apertura de ventanas 5,88 Motor de bombeo 2,0 Consumo total Eca 7,9 Rendimiento del inversor 0,8 Rendimiento del regulador 1,0 Consumo total con pérdidas 10,0 Corriente continua Equipo Tiempo utilización (horas/día) Consumo diario (kWh/día) Iluminación 5,0 Consumo total Ecc 5,0 Rendimiento del regulador 1,0 Consumo total con pérdidas 5,1 Consumo total 15,1 Tabla 11. Consumo diario generador 3 19 4.2.3 Cálculo El procedimiento de cálculo es idéntico al utilizado en el caso de la granja de gallinas ponedoras. Este apartado es el mismo para los tres subgeneradores, ya que se van a utilizar los mismos equipos, sólo va a cambiar la distribución de ellos. Sólo hay que seguir las fórmulas e ir calculando los valores. Número máximo de módulos por ramal. 20 800 ONC p a T T T I −   = +     i Donde: p T Temperatura del módulo [º C]. a T Temperatura ambiente [-5º C]. ONC T Temperatura nominal de funcionamiento de la célula [45º C]. I Irradiancia [100 W/ 2 m ]. Aplicando la fórmula anterior nos da un valor de p T = -1,87. ( ) min ( ) ( ) 25º ca ca p U T U STC C T V   = − + ⋅∆   Donde: ca U Tensión en circuito abierto del módulo [V]. ∆ V Variación de la tensión con la temperatura. ca U (-1,87º C) =33,63 El número máximo de módulos por ramal corresponde a: max( ) max ( min) 9,13 inv ca T U NU = = Que ajustamos a 9 para asegurarnos de no sobrepasar la tensión máxima del inversor. Numero mínimo de módulos por ramal. ( ) ( max) ( ) max 25º PMP T PMP STC U U T C V = + − ⋅∆     Donde: ( ) PMP STC U Tensión de máxima potencia del módulo [V]. V ∆ Variación de la tensión. Se obtiene un resultado de 31,83. 20 El número mínimo de módulos por ramal corresponde a: ( ) min ( max) 5,65 PMP inv PMP T U NU = = Donde: ( ) PMP inv U Tensión mínima de seguimiento del punto de máxima potencia [V]. ( max) PMP T U Valor de la tensión de máxima potencia a la temperatura máxima del módulo. El valor obtenido al aplicar la fórmula es de 5,65, que ajustamos a 6 módulos para asegurar que no se trabaja con tensiones dentro de los rangos de máxima potencia. El número de ramales en paralelo debe cumplir que la corriente de cortocircuito máxima de un ramal por el número de ramales conectados en paralelo sea menor que la corriente máxima admisible a la entrada del inversor. max( ) ( ) inv ramales cc ramal I NI = Donde: max( ) inv I Intensidad máxima de entrada al inversor [A]. ( ) cc ramal I Intensidad de cortocircuito de cada ramal [A]. El valor obtenido es 3,47 ramales en paralelo, por lo que para no hacer trabajar al inversor al límite de la corriente máxima de trabajo ajustamos el valor a 3 ramales. Una vez calculado lo necesario para dimensionar la instalación se procede a calcular cada uno de los subgeneradores por separado. Subgenerador 1 Para cubrir los 25 kW de consumo diario se necesitan 62 paneles. Jugando con las limitaciones y las necesidades se llega a la conclusión de instalar 7 paneles en serie y 2 ramales en paralelo por cada inversor, siendo el número de inversores de 5, lo que hace un total de 70 módulos fotovoltaicos. Para la acumulación de energía se instalarán 24 baterías de 2350 Ah. 2 líneas paralelas de 12 acumuladores en serie. Subgerador 2 Para cubrir los 48 kW de consumo diario se necesitan 119 paneles. Jugando con las limitaciones y las necesidades se llega a la conclusión de instalar 7 paneles en serie y 2 ramales en paralelo por cada inversor, siendo el número de inversores de 9, lo que hace un total de 126 módulos fotovoltaicos. Para la acumulación de energía se instalarán 24 baterías de 4500 Ah. 2 líneas paralelas de 12 acumuladores en serie. 21 Subgenerador 3 Para cubrir los 15 kW de consumo diario se necesitan 38 paneles. Jugando con las limitaciones y las necesidades se llega a la conclusión de instalar 7 paneles en serie y 2 ramales en paralelo por cada inversor, siendo el número de inversores de 3, lo que hace un total de 42 módulos fotovoltaicos. Para la acumulación de energía se instalarán 24 baterías de 1320 Ah. 2 líneas paralelas de 12 acumuladores en serie. Todos los paneles se instalarán con una inclinación de 33 grados, orientados al Sur y sobre la cubierta. Debido a las dimensiones de la nave no hay problemas de espacio para la instalación de los paneles. 4.2.4 Componentes Módulos fotovoltaicos msk 210. Inversor outback Fx 3000. Regulador Mornigstar Prostar PS30. Baterías OPzS Solar. Las fichas técnicas de los productos se pueden encontrar en el anexo “fichas técnicas”. 4.2.5 Estudio económico Para realizar el estudio económico de esta instalación se ha tenido en cuenta el coste de la electricidad que tiene dicha explotación y su valor revisado cada año por el incremento del IPC, durante los 25 años de vida útil de la instalación. Este ahorro en la factura eléctrica correspondería en este balance a los beneficios anuales. Como gastos anuales se han estimado 200 euros de mantenimiento. Por último se ha calculado el coste de la inversión, que asciende a 395904,9 euros, tal y como se puede observar en la tabla 12. Precio (euros) IVA Coste total (euros) N º paneles 238,0 876,8 16 % 242053,1 N º inversores 17,0 3549,9 16 % 70004,6 N º baterías subgerador 1 24,0 815,0 16 % 22689,6 N º baterías subgenerador 2 24,0 1625,0 16 % 45240,0 N º baterías subgenerdor 3 24,0 538,0 16 % 14977,9 N º reguladores 3,0 270,0 16 % 939,6 Total 395904,9 Tabla 12. Coste de los equipos instalados Teniendo en cuenta el ahorro que supondría en gasto de luz de un total de 8975 euros anuales como se puede ver en los cálculos del anexo 11, la instalación no es viable económicamente ya que en los 25 años de vida de la instalación no se recupera la inversión. 22 4.2.5 Conclusiones Es lógico pensar que la instalación fotovoltaica asilada, dado que no se puede recuperar la inversión, solamente se recomendaría en el caso de no tener la posibilidad de acceso a la red eléctrica. 23 5. Influencia de las sombras en una instalación fotovoltaica. Influencia del horizonte 5.1 Introducción A continuación se muestra y aplica un método que permite calcular, de forma aproximada, el porcentaje de irradiación solar global que se podría perder por los obstáculos existentes en el horizonte (montañas, casas, edificios, etc.). El método está basado en el proporcionado por el IDAE (Instituto de Diversificación y Ahorro Energético), (ver anexo 13). El procedimiento consiste en la comparación del perfil de obstáculos que afecta a la superficie de estudio con el diagrama de trayectorias del sol (Figura 6). Hay que seguir los siguientes pasos. En primer lugar se deben localizar los obstáculos que afectan a la superficie, en términos de sus coordenadas de posición azimut (ángulo de desviación con respecto al Sur) y elevación (ángulo de inclinación con respecto al plano horizontal). Se debe representar el perfil de obstáculos en el diagrama que se muestra en la Figura 6, en el que se muestra la banda de trayectorias del sol a lo largo de todo el año, válido para la península Ibérica y Baleares, siendo necesario desplazarlo 12º para las islas Canarias en sentido vertical ascendente. Dicha banda se encuentra dividida en porciones, delimitadas por las horas solares (negativas antes del mediodía solar y positivas después de éste) e identificadas por una letra y un número (A1, A2,…., D14). Figura 6. Diagrama de trayectorias del Sol Cada una de las porciones de la Figura 6 representa el recorrido del sol en un cierto periodo de tiempo (una hora a lo largo de varios días) y tiene, por tanto, una determinada contribución a la irradiación solar global anual que incide sobre la superficie de estudio. Así, el hecho de que un obstáculo cubra una de las porciones supone unas cierta pérdida de irradiación, en particular aquella que resulte interceptada por el obstáculo. Existen unas tablas (anexo 13) que se refieren a distintas superficies caracterizadas por sus ángulos de inclinación y orientación (β y α, respectivamente). Debe escogerse la que 24 resulte más parecida a la superficie en estudio. Los números que figuran en cada casilla se corresponden con el porcentaje de irradiación solar global anual que se perdería si la porción correspondiente resultase interceptada por un obstáculo. La comparación del perfil de obstáculos con el diagrama de trayectorias del Sol, permite calcular las pérdidas por sombreado de la irradiación solar que incide sobre la superficie a lo largo de todo el año. Para ello se han de sumar las contribuciones de aquellas porciones que resulten total o parcialmente ocultas por el perfil de obstáculos representado. En caso de ocultación parcial se utilizará el factor de llenado (fracción oculta respecto del total de la porción) más próximo a los valores 0.25, 0.50, 0.75 ó 1. En este caso, como se han tomado fotografías directamente, hay que tener en cuenta algunos detalles para representarlas y superponerlas en el diagrama. Se parte de la descripción de la zona de visión de una cámara (Figura 7) con una lente de longitud focal de 35mm. El ángulo de visión de la misma es de 54.4º en horizontal y 37.8 en vertical Figura 7. Zona de visión de una cámara fotográfica La plantilla para la estimación de sombras del IDAE cubre un sector esférico entre -120º y 120º en azimut y entre 0 y 80º de inclinación. Hay que tener en cuenta que la plantilla representa una proyección esférica 3D (figura 8) en la que se representan valores angulares, por lo que por cada cuadrícula rectangular de la plantilla que representa un sector de 30º x 20º, en la realidad es un sector esférico, cuyo área proyectada es menor cuanto mayor sea la inclinación. Figura 8. Proyección esférica del diagrama de trayectorias 25 Si se superpone la zona de visión de nuestra cámara con la gráfica del IDAE, la zona cubierta es la que se ve en la figura 9. Figura 9: Superposición zona visión con proyección gráfica 3D Si se busca cubrir más ángulo de visión, se podrían sacar más fotos en el mismo plano del horizonte dirigiéndose más hacia el Este o al Oeste. En el ejemplo de la cámara de 35mm, deberíamos tomar al menos 5 fotografías para cubrir los 240º de azimut, suponiendo que se empieza una fotografía exactamente donde acaba la siguiente (figura 10). Es importante remarcar que con la cámara se está describiendo un “cilindro”, no una esfera. Figura 10. 5 fotografías superpuestas en la bóveda tridimensional En la Figura 11 se puede ver la proyección en planta y lateral de la figura anterior, mostrando en la zona rayada el ángulo de visión de la cámara para una fotografía. Se aprecia que al estar tomando las fotos según un “cilindro”, hay una distorsión en sentido vertical, tanto mayor cuanto mayor fuera el ángulo de apertura de la cámara de la plantilla del IDAE. Como modo práctico de funcionamiento, si se toman las 5 fotografías y se ponen una al lado de otra “desenvolviendo” el “cilindro” (Figura 11), el diagrama del IDAE podría escalarse para inclinaciones pequeñas y medirse más o menos directamente sobre las fotografías. Sin embargo, para inclinaciones mayores debería tenerse en cuenta la distorsión anteriormente mencionada