P oyec o Fin de Ca e a
Ingenie ía de Telecomunicación
Fo ma o de Publicación de la Escuela Técnica
Supe io de Ingenie ía
Au o : F. Ja ie Payán Some
Tu o : Juan José Mu illo Fuen es
Dep. Teo ía de la Señal y Comunicaciones
Escuela Técnica Supe io de Ingenie ía
Uni e sidad de Se illa
Se illa, 2013
T abajo Fin de G ado
G ado en Ingenie ía de Tecnologías Indus iales
Es udio y diseño de una mic o ed DC pa a
es aciones de eca ga de ehículos eléc icos
Au o : Jo ge Ga cía Roldán
Tu o es:
Ab aham Má quez Alcaide y Ramón Ca los Po illo Guisado
Dp o. Ingenie ía Elec ónica
Escuela Técnica Supe io de Ingenie ía
Uni e sidad de Se illa
Se illa, 2025
T abajo Fin de G ado
G ado en Ingenie ía de Tecnologías Indus iales
Es udio y diseño de una mic o ed DC pa a
es aciones de eca ga de ehículos eléc icos
Au o :
Jo ge Ga cía Roldán
Tu o es:
Ab aham Má quez Alcaide, In es igado pos doc o al FEDER 23
Ramón Ca los Po illo Guisado, P o eso colabo ado
Dp o. Ingenie ía Elec ónica
Escuela Técnica Supe io de Ingenie ía
Uni e sidad de Se illa
Se illa, 2025
T abajo Fin de G ado:
Es udio y diseño de una mic o ed DC pa a es aciones de eca ga
de ehículos eléc icos
Au o : Jo ge Ga cía Roldán
Tu o es: Ab aham Má quez Alcaide y Ramón Ca los Po illo Guisado
El ibunal nomb ado pa a juzga el abajo a iba indicado, compues o po los siguien es p o eso es:
P esiden e:
Vocal/es:
Sec e a io:
acue dan o o ga le la cali icación de:
El Sec e a io del T ibunal
Fecha:
Ag adecimien os
E
s e abajo ma ca un pun o y apa e en mi ida, un capí ulo que ha ocupado muchos años de
ap endizaje, es ue zo y c ecimien o pe sonal. Si mi yo de 10 años supie a que en un u u o
es a ía en esa si uación, no pod ía c eé selo.
Me gus a ía ag adece b e emen e a odas las pe sonas que han con ibuido, de o ma di ec a o
indi ec a, a alcanza es e obje i o, que no han sido pocas. En p ime luga , a mi amilia, uen e de
inspi ación y ene gía posi i a que me ha apoyado incondicionalmen e cuando no podía ni sos ene me
en pie.
A mis amigos y compañe os de ca e a, que me han acompañado paso a paso en es e camino y
han hecho de cada examen, abajo y noche des elada una a ea un poco más amena. Espe o ues o
éxi o pe sonal y p o esional.
Po úl imo, a odos los p o eso es que he enido, en especial a mis u o es: Ab aham Má quez
Alcaide y Ramón Ca los Po illo Guisado, po su iempo, implicación y o ien ación du an e odo el
p oceso. Sin su ayuda, es e p oyec o no se ía posible.
A odos, g acias.
Jo ge Ga cía Roldán
Se illa, 2025
I
Resumen
E
l modelo de mo ilidad se encuen a en plena ansición, donde el ehículo eléc ico se pe ila
como una mejo al e na i a al ehículo de combus ión. Sin emba go, uno de los p incipales
mo i os de la e icencia al cambio de ehículo de combus ión al ehículo eléc ico es el denominado
ange anxie y, el emo que su e el conduc o a que su ehículo se quede sin ca ga en mi ad de su
ayec o.
Pa a hace posible es a ansición, los pun os de eca ga ul a ápidos deben ol e se la no ma y
no la excepción.
Es e p oyec o iene como obje o es udia la iabilidad de la cons ucción de una elec oline a
con apoyo de un campo o o ol aico y una ba e ía de almacenamien o auxilia y su posible impac o
sob e la ed, a la ez que alo a écnicas de con ol a la go plazo de es a. Se plan ea una unción de
op imización económica pa a encon a la mejo combinación en e PV y ba e ía. Adicionalmen e,
se ha desa ollado un modelo de simulación donde se obse an las in e acciones en e el campo
o o ol aico, la ba e ía, los pun os de eca ga y la ed.
III
XÍndice
3.4 Cálculo de la i adiancia 20
3.4.1 Da os de i adiancia en plazo ho izon al 20
3.5 Función de cos e comple a 21
3.5.1 Da os de en ada 21
3.5.2 Amo ización y cálculos iscales 22
3.5.3 Simulación de la ba e ía 23
3.6 Op imización y TIR 23
3.6.1 Me odología de búsqueda 25
3.7 Resul ados y análisis 26
3.7.1 Pa áme os de en ada 26
3.7.2 Resul ados 26
4 Diseño del sis ema 29
4.1 A qui ec u a gene al 29
4.2 Red eléc ica e in e so 30
4.2.1 Di icul ades en la simulación 30
4.2.2 T ans o mada de Cla ke 30
4.2.3 T ans o mada de Pa k 31
4.2.4 Algo i mo de con ol 31
4.2.5 Implemen ación en Simulink de la ed 32
4.2.6 In e so 32
4.3 Ele ado /Reduc o 32
4.3.1 Con e ido bidi eccional DC-DC 32
4.3.2 Implemen ación en Simulink 33
4.4 Campo o o ol aico 34
4.5 Sis ema de almacenamien o 35
4.5.1 Rangos de uso eales 35
4.6 Pun os de eca ga 35
4.7 Pa áme os de simulación 36
4.7.1 Algeb aic loops 36
5 Casos de es udio 39
5.1 Pe iles de i adiancia 39
5.2 Modelos de ehículos eléc icos 39
5.3 Caso de es udio 1: Ve ano 40
5.4 Caso de es udio 2: In ie no 41
6 Resul ados 45
6.1 Caso de es udio 1: Ve ano 45
6.1.1 Bus DC (Caso 1) 45
6.1.2 Ba e ía (Caso 1) 46
6.1.3 Ca gado es (Caso 1) 47
6.2 Caso de es udio 2: In ie no 48
6.2.1 Bus DC (Caso 2) 48
6.2.2 Ba e ía (Caso 2) 49
6.2.3 Ca gado es (Caso 2) 49
Índice XI
7 Conclusiones 51
Índice de Figu as 53
Índice de Tablas 55
Bibliog a ía 57
1 In oducción
L
a mo ilidad eléc ica ha pasado de se una idea p ome edo a a se una necesidad ac ual. Según
da os de 2024 p opo cionados po AEDIVE [
1
], se ha p oducido un inc emen o de ce ca
del 8% en las ma iculaciones de au omó iles 100% eléc icos en España con espec o a 2023,
habiendo casi 60 000 nue os ehículos eléc icos de es e ipo en ci culación. Mos ado de o ma
g á ica en la Figu a 1.1.
Figu a 1.1 Ma iculación de au omó iles en 2024 [1].
En cualquie caso, aún muy alejado del me cado chino, donde 1 de cada 10 ehículos son ya
eléc icos [2].
Pa alelamen e, como se puede obse a en la Figu a 1.2, se ha in ensi icado la expansión de
in aes uc u a de eca ga de acceso público, con un o al de 10 088 nue os pun os dis ibuidos po
odo el e i o io nacional. Cabe des aca que unos 2 400 de es os pun os son de eca ga ul a ápida.
Es e p oceso de ansición ene gé ica plan ea nue os desa íos écnicos, especialmen e elacionados
con la capacidad de la ed eléc ica pa a abso be de o ma es able y e icien e la nue a demanda
asociada a la eca ga simul ánea de múl iples ehículos. La na u aleza alea o ia y e á ica de la
demanda, condicionada po el compo amien o humano, equie e el empleo de modelos es adís icos
pa a su adecuada ca ac e ización y análisis.
Con es a si uación, se hace cada ez más ele an e el desa ollo de soluciones que pe mi an
1
2Capí ulo 1. In oducción
Figu a 1.2 Compa ación de pun os de eca ga 2023 y 2024 [1].
una implemen ación dinámica en e uen es eno ables, almacenamien o ene gé ico y el consumo
a iable de los ehículos.
A su ez, el dimensionamien o de las ins alaciones no es algo i ial. Uno de los mayo es e os al
que se en en a aquella emp esa que quie a aden a se en la cons ucción de una es ación de eca ga
de ehículos eléc icos es op imiza (según las p io idades que se engan) el dimensionamien o
y alcance de los elemen os del sis ema. Se puede op a po un en oque me amen e económico,
buscando ene la mayo en abilidad posible en los años de ida ú il de las ins alaciones. También
se pueden hace los cálculos pa a ob ene una independencia de la ed pa cial o absolu a, limi ando
el impac o sob e la ed eléc ica, lib ando así de posibles allas nacionales a cos a de un lige o
sob edimensionamien o de los elemen os. La opción de ob ene independencia de la ed esul a
a ac i a al alo a que la emp esa iene un con a o ijo de po encia con la dis ibuido a, si la excede
en algún ins an e co a la conexión y deja a las ins alaciones sin ene gía.
Es os es udios son el p ime paso y el más c í ico del p oceso de c eación, pues la iabilidad del
p oyec o depende de la elección de un en oque co ec o y cau o.
1.1 Mo i ación y necesidad
En los úl imos años, el asun o de la sos enibilidad ene gé ica ha omado un p o agonismo c ecien e,
siendo ac ualmen e una de las p incipales p eocupaciones de los jó enes. Según un es udio de
2019 [
3
], el medio ambien e se posiciona como la cua a p eocupación en e jó enes de 11 a 18
años, siendo solo supe ada po p oblemas sociales como el e o ismo o el machismo.
En es e con ex o, el ehículo eléc ico se posiciona como una buena al e na i a a los ehículos de
combus ión in e na. Sin emba go, uno de los p incipales enos pa a su implan ación masi a sigue
siendo el iempo pa a eca ga la ba e ía, siendo no ablemen e más al o que el de un epos aje de
combus ible. Además del ya mencionado Range anxie y. Es e incon enien e, unido a la necesidad de
adap a la in aes uc u a eléc ica a una demanda c ecien e y a iable, plan ea el e o de es udia y
diseña sis emas de ca ga e icien es y es ables an e casos imp edecibles. La implan ación de ene gías
eno ables, como la ene gía o o ol aica, combinada con el uso de ba e ías de almacenamien o,
su ge como solución pa a el apoyo en la eca ga de ehículos cuando se p esen an casos de picos en
la demanda eléc ica, disminuyendo la dependencia de la ed y mejo ando la ges ión de la ene gía.
Es e p oyec o se enma ca en es e con ex o de ansición ene gé ica, p oponiendo la simulación de
una elec oline a en el la go plazo y el es udio de las in e acciones en e odos los elemen os del
sis ema, alo ando su iabilidad y el impac o sob e la ed eléc ica.
1.2 Obje i os
El obje i o p incipal de es e abajo es es udia la iabilidad écnica y económica de una elec oline a
apoyada con ene gía sola y un sis ema de almacenamien o auxilia , median e el desa ollo de
un modelo eléc ico dinámico p omediado, y su pos e io simulación y análisis bajo di e en es
1.2 Obje i os 3
ci cuns ancias como la i adiación sola , la ca ga de las ba e ías y los ehículos que llegan al pun o
de eca ga.
Pa a ello se p opone una unción de op imización que, a pa i de unas a iables de en ada
elegidas po el usua io (núme o de ca gado es a ins ala , p ecio del kWp de PV (po encia máxima
que puede gene a un sis ema o o ol aico en condiciones es ánda ), p ecio de kWh de Ba e ía, e c.)
p opo cione el pun o de máxima en abilidad económica a 10 años is a, además de un análisis del
in e cambio de ene gía con la ed a ni el ho a io. A su ez, se plan ea el diseño de una simulación que
implemen e de o ma dinámica odos los elemen os eléc icos con un compo amien o ap oximado
al eal.
El modelo se á implemen ado u ilizando el so wa e ma emá ico Ma lab y su en o no de p og a-
mación isual Simulink, los cuales p opo cionan las he amien as necesa ias pa a ec ea sis emas
complejos en ho izon es empo ales ex ensos, p ese ando la dinámica ene gé ica gene al del sis-
ema, como la e olución de los lujos de po encia, los es ados de ca ga y las in e acciones con la
ed. Es a dinámica ha sido e i icada median e p uebas compa a i as con da os de e e encia y
comp obaciones de cohe encia in e na.
Como p ime paso, se alo a á la iabilidad écnica y económica de la plan a, buscando minimiza
el in e cambio con la ed y maximiza bene icios sin deja de espe a las es icciones es ablecidas.
Pos e io men e, se comp oba á el co ec o uncionamien o de los elemen os eléc icos en el modelo
p omediado diseñado y se busca á es udia di e sas es a egias de con ol que op imicen los ecu sos
disponibles bajo las es icciones de inidas.
2 Es ado del a e
E
n es e capí ulo se expond á la ac ualidad de odo lo elacionado a la elec oline a, a ando su
pasado, su p esen e y su u u o, haciendo especial én asis en los elemen os conc e os que
se án de g an in e és pa a el pos e io diseño de la plan a.
2.1 Red eléc ica española
La Red eléc ica española es á con o mada po es sis emas que ope an de o ma coo dinada:
gene ación, anspo e y dis ibución. La gene ación es á compues a po las cen ales que p oducen
elec icidad. Ac ualmen e, según da os de la Red Eléc ica de España [
17
], más del 50% de la
ene gía gene ada iene de uen es eno ables como la eólica y o o ol aica en e o as.
Figu a 2.1 Es uc u a de gene ación de ene gía 2024 en España [4].
En el caso de la península, en meses ce canos a e ano donde la i adiación sola aumen a y la
elocidad del ien o es mayo , la gene ación eno able c ece no ablemen e, llegando a alcanza el
75% de oda la gene ación. Como se puede obse a en la Figu a 2.2, la gene ación en es os meses
es muy a iable, eniendo días del 65% y días de casi el 80%.
5
6Capí ulo 2. Es ado del a e
Figu a 2.2
E olución de la gene ación eno able y no eno able du an e una semana de ab il de
2025 [5].
La ubicación geog á ica de la península pe mi e ene un po cen aje de gene ación eno able
ex emadamen e ele ado compa ado con o os países del mundo. Según da os de 2024 [
6
], y como
se puede obse a en la Figu a 2.3, España se coloca como una de las po encias mundiales con
mayo po cen aje de gene ación eno able.
Figu a 2.3 Po cen aje de gene ación de eno ables a ni el mundial [6].
Es e da o p esen a a su ez un dilema a a a : pa a que la ed eléc ica de un país sea es able
se necesi an es aciones de gene ación que apo en ine cia ísica. Las cen ales con encionales
( é micas, nuclea es...) uncionan con máquinas sínc onas, cuyos o o es gi an almacenando ene gía
ciné ica, la cual ac úa como "amo iguado " en e a a iaciones de ca ga o gene ación. Las ene gías
eno ables, en su con igu ación habi ual, es án conec adas po in e so es que apo an muy poca o
ninguna ine cia al sis ema, lo que las hace suscep ibles a ines abilidades en la demanda o gene ación
si no se implemen an es a egias adicionales como almacenamien o o con ol a anzado. Además de
es o, las ene gías eno ables dependen de las condiciones a mos é icas, las cuales pueden cambia
minu o a minu o. Aunque se disponen de p edicciones me eo ológicas p ecisas, los e o es de
2.1 Red eléc ica española 7
cálculo siguen ocu iendo y pueden deja huecos o picos de gene ación no con emplados. Sin una
ese a su icien e de ene gía ges ionable, es os huecos pueden p o oca apagones. Se pod ía habla
de es en oques di e en es pa a abo da es e p oblema:
2.1.1 Sob edimensionamien o de la capacidad eno able
Aplica un ac o de sob edimensionamien o a oda la gene ación eno able del país pe mi e ope a
cons an emen e po debajo del pun o de máxima po encia, pe mi iendo así cub i huecos de demanda
sin depende de espaldo ósil. Es a ía p esen a un g a e p oblema, el cos e de in e sión es ele ado
y mucha gene ación no se ap o echa ía o eque i ía de cu ailmen ( educción in olun a ia de la
p oducción de ene gía de un gene ado eléc ico pa a man ene la es abilidad de la ed).
2.1.2 G andes sis emas de almacenamien o
Acopla sis emas de almacenamien o que puedan abso be los excesos de gene ación y expo a los
a la ed cuando sean necesa ios es una opción que pe mi e aba ca an o huecos como picos en la
ed. Exis en es ipos de almacenamien o:
•
Bombeo e e sible: se ap o echa la ene gía sob an e pa a mo e g andes masas de agua
a una posición de mayo ene gía po encial. De es a o ma, cuando se necesi a ene gía, la
u bia gene a elec icidad al con e i es a ene gía po encial en ciné ica. Como des en aja, no
p opo cionan una espues a ápida.
•
Ba e ías químicas a g an escala: p opo cionan espues as en el ango de milisegundos, pe o
su implan ación a ni el nacional se ía emendamen e cos oso e in iable con la ecnología
ac ual.
•
Powe - o-gas: es una ecnología que con ie e ene gía eléc ica en gas, p incipalmen e hi-
d ógeno y me ano, pa a pos e io men e con e i la de nue o en ene gía eléc ica cuando sea
necesa io. P esen a una g an des en aja y es que la e iciencia de es a ecnología es muy baja,
pe diéndose mucha ene gía en el p oceso [27].
2.1.3 Cen ales de base con ine cia
Man ene un pequeño po cen aje de plan as de base (nuclea es, ciclo combinado) pe mi e apo a
ine cia ísica al sis ema, sin des ui po comple o el obje i o de se un país " e de". También cabe
des aca la capacidad de black-s a (a anque au ógeno), que es el p oceso de encendido de una
cen al eléc ica sin dependencia de la ed. Tene cen ales con es a capacidad es undamen al en
caso de apagones, pues si en pa a epone la ope ación de la ed as un colapso del sis ema.
En cuan o al anspo e, es e se lle a a cabo a al a ensión (>220 kV) pa a así disminui las pé didas
po e ec o Joule en la gas dis ancias. Es e ni el es ges ionado po Red Eléc ica de España (REE),
que ac úa como único ope ado del sis ema de anspo e nacional.
El sis ema de dis ibución, en cambio, es esponsabilidad de emp esas p i adas como Ibe d ola,
Endesa o Na u gy, que se enca gan de lle a la ene gía desde las subes aciones has a los consumido es
inales. Además, España es á in e conec ada con:
•F ancia, a a és de los Pi ineos.
•
Po ugal, con una in aes uc u a que o ma pa e de la lis a PIC (P oyec os de in e és Común)
de la Unión Eu opea.
•Ma uecos, median e un cable subma ino.
14 Capí ulo 3. Función de op imización
El p oblema queda de inido como la maximización de la TIR en unción de kWp y kWh, a la ez
que se man iene una independencia pa cial de la ed. Las es icciones que se es ablece án son las
siguien es:
•Á ea máxima de PV ins alada.
•Núme o de ca gado es en la ins alación.
•Ho izon e empo al pa a el análisis económico.
•Tasa de descuen o ija pa a los cálculos iscales.
3.1.1 Á ea máxima de PV ins alada
La ins alación se ealiza á en la zona de apa camien o ubicada jun o a la ETSI de Se illa. Se u iliza á
la he amien a de medición de dis ancias de Google Maps pa a de e mina la supe icie de la que se
dispone pa a la ins alación de PV.
Figu a 3.1 Cua o zonas de posible ins alación o o ol aica en la elec oline a [11].
3.1.2 Ho izon e empo al pa a el análisis económico
La elección del ho izon e empo al pa a el cálculo de la TIR es undamen al, ya que si se oma un
alo muy bajo, la plan a no se á en able nunca, mien as que si se oman alo es demasiado al os,
se complican los cálculos en exceso al ene que asumi que algunos elemen os dejen de unciona .
No obs an e, un análisis de allado de es e comp omiso queda ue a del alcance del es udio ealizado.
Po no ma gene al, el componen e de la elec oline a con meno ida ú il es la ba e ía de alma-
cenamien o, la cual suele aguan a unos 8-15 años [
18
]. Po ello, la simulación se ha á a 10 años
is a.
3.1.3 Tasa de descuen o
La asa de descuen o es, en é minos inancie os, la asa de in e és que se u iliza pa a descon a
lujos de caja u u os al alo p esen e. Es deci , si e pa a exp esa cuán o ale hoy una unidad
mone a ia que se a a ecibi o paga en el u u o. En p oyec os de iesgo in e medio, como puede
se la cons ucción de una elec oline a, una asa de descuen o ípica suele onda el 6-7%.
3.2 Gene ación de pe iles de ca ga 15
3.2 Gene ación de pe iles de ca ga
En es a sección se a a á la gene ación alea o ia de los pe iles de ca ga que se u iliza án pa a el
cálculo de la ene gía exigida po los ca gado es. El obje i o es c ea una se ie empo al de 8760
alo es (uno po cada ho a del año) que ep esen e de o ma alea o ia y ealis a:
•La asa de ocupación de los ca gado es.
•El núme o de sesiones iniciadas po ho a.
•La du ación media po sesión.
•El modelo de ehículo eléc ico que acude po sesión
•La ene gía o al consumida po ho a (kWh).
3.2.1 Obje i o de la unción
Los ca gado es de co ien e con inua de ca ga ul a ápida (DCFC) p esen en una a iabilidad ho-
a ia emenda debido a que el iempo medio de cada usua io suele se en o no a decenas de minu os.
Pa a e alua el dimensionado óp imo de PV y ba e ía, se necesi a conoce cuán a ene gía necesi a á
la elec oline a en cada ho a. Po an o, se debe hace una simulación de la ene gía demandada en
cada ho a de un año comple o.
3.2.2 Pe il base de ocupación
Pa a hace que la simulación sea lo más ealis a posible, se ha ealizado un pe il base de ocupación
basándose en es udios ealizados en I alia [
12
]. Como se puede obse a en la igu a 3.2, en
ca gado es DC ul a ápidos se sigue un pe il muy simila du an e odos los días de la semana,
donde hay un p ime pico en o no a las 09:00, una pos e io caída pa a luego alcanza el máximo a
las 16:00.
Figu a 3.2 Pe il de ocupación no malizado de dis in os ipos de ca gado es [12].
3.2.3 Modelos de ehículos disponibles
Se dispond án de 9 modelos dis in os de ehículos eléc icos que acudi án a la elec oline a. Se han
elegido es os9 modelos ya que se disponen de pe iles de ca ga eales que se u iliza án pos e io men e
pa a el modelo en Simulink.
16 Capí ulo 3. Función de op imización
Tabla 3.1 Lis ado de modelos de ehículos con su po encia nominal.
Índice Modelo Po encia nominal (kW)
1Po scheTaycan 179.88
2TeslaModel3LR 136.32
3AudiE on 141.32
4Poles a 2 94.19
5VolksWagenID4 96.32
6Me cedesEQV 93.63
7Jagua IPACE 80.78
8Peugeo E208 67.91
9HyundaiKona 59.45
3.2.4 Es uc u a de la unción
La unción se puede di idi en 8 pasos:
1.
Se ija una semilla del gene ado de núme os alea o ios de MATLAB pa a ga an iza an o la
alea o iedad como la ep oducibilidad.
2.
Se es ablece un ec o de po encias con los alo es de las po encias nominales de los ehículos
que pueden acudi a la elec oline a.
3.
A pa i del pe il base mencionado an e io men e, se in oduce un uido alea o io y se limi a
de o ma que no haya alo es nega i os, se ue zan a 0 odas las ho as donde la elec oline a
no es a á ope a i a (23:00-06:00) y po úl imo se no maliza pa a que ningún alo supe e el 1.
4.
Conociendo la ocupación alea o ia y el núme o de ca gado es de los que se dispone, se ealiza
el cálculo de la ocupación o al de la plan a.
5.
Usando da os del es udio an e io men e mencionado [
12
], se siguen los mismos pasos omados
pa a la ocupación pe o en es e caso pa a la du ación de las sesiones de ca ga.
6.
Una ez se dispone de la ocupación alea o ia y la du ación de las sesiones, se calculan cuán as
sesiones se han iniciado, es e esul ado se edondea pa a que sean alo es con sen ido y se
e-calcula la ocupación eal.
7.
En el siguien e paso, se asigna cada sesión en cada ho a a un modelo de ehículo que se gene a
de o ma alea o ia del 1 al 9.
8.
Po úl imo, conociendo las sesiones que se han iniciado en cada ho a, cuan o han du ado, y el
ehículo que es aba conec ado, se hace el suma o io pa a ene la ene gía consumida po los
ehículos ho a a ho a.
3.2.5 Ejemplo pa a 3 ca gado es
Pa a ilus a , se ha á una simulación con una semilla=1923 y 3 ca gado es. Los esul ados se
mues an de o ma g á ica en la igu a 3.5:
Se puede obse a un uncionamien o cohe en e, donde el a io de ocupación máximo no supe a
el núme o de ca gado es que iene la plan a. A su ez, el pe il de ocupación y las sesiones siguen
de o ma co ec a la e e encia seguida [12].
3.3 Cos e de la ene gía 17
Figu a 3.3 Diag ama de lujo de la unción de gene ación de pe iles de ca ga.
3.3 Cos e de la ene gía
En es a sección se analiza á cómo se de e mina el cos e ho a io de la ene gía ex aída de la ed pa a
los pun os de eca ga ul a ápida (DCFC). El obje i o es gene a , pa a las 8 760 ho as del año, una
se ie de p ecios que e leje de o ma ealis a las a i as eléc icas en unción del pe iodo ho a io y
de la po encia demandada. Con esa in o mación, se pod á calcula el gas o anual de la elec oline a
po ene gía impo ada de la ed.
3.3.1 Obje i o del cálculo
Pa a dimensiona co ec amen e la plan a PV–ba e ía y es ima el e o no económico, se necesi a
conoce cuán o cos a á cada kWh ex aído de la ed en cada ho a del año. Cada ho a se asocia a un
pe iodo a i a io (P1-P6), que a su ez de e mina un cos e uni a io de la ene gía. Además, hay que
inco po a IVA e impues o eléc ico. El esul ado inal se á un ec o con 8 760 alo es (uno po
cada ho a del año), exp esados en €po kWh.
18 Capí ulo 3. Función de op imización
Figu a 3.4 Du ación en minu os de la ca ga [12].
Figu a 3.5 Ejemplo de pe il dia io esul an e.
3.3.2 Es uc u a de los p ecios a i ados (P1-P6)
Los pe iodos a i ados es án es ablecidos y son iguales pa a odos los peajes. Según el BOE del 15
de ene o de 2020, se de inen los pe iodos a i ados dependiendo de la ho a del día y el día del año
3.3 Cos e de la ene gía 19
[13]. Los ipos de día son los siguien es:
•Tipo A: de lunes a ie nes no es i os de empo ada al a.
•Tipo B: de lunes a ie nes no es i os de empo ada media al a.
•Tipo B1: de lunes a ie nes no es i os de empo ada media.
•Tipo C: de lunes a ie nes no es i os de empo ada baja.
•Tipo D: sábados, domingos, es i os y 6 de ene o.
Donde:
•Tempo ada al a: ene o, julio, agos o y sep iemb e.
•Tempo ada media al a: eb e o y diciemb e.
•Tempo ada media: junio, oc ub e y no iemb e.
•Tempo ada baja: ma zo, ab il y mayo.
Figu a 3.6 De inición de los pe iodos ho a ios en la península [13].
Según el BOE del 16 de diciemb e de 2024 [
14
], los pun os de eca ga de ehículos eléc icos
conec ados en ensión igual o in e io a 1 kV pe enecen al peaje 3.0. Con es a in o mación se puede
de e mina el cos e de anspo e y dis ibución en é minos de po encia y ene gía según el pe iodo,
los cuales se pueden obse a en la igu a 3.7:
Figu a 3.7 P ecios de anspo e y dis ibución según pe iodo [14].
3.3.3 P ecios ho a ios del me cado dia io en España
Pa a ob ene el p ecio o al del kWh en cada ho a del año se iene que suma el p ecio de anspo e
y dis ibución al cos e de la ene gía en el me cado mayo is a. Pa a simula es e úl imo se oma án
los alo es de 2024, los cuales se ob u ie on de la base de da os [19].
Pa a inaliza , a es e esul ado hay que aplica le el 21% de IVA y el 5% del impues o a la elec icidad.
20 Capí ulo 3. Función de op imización
De es a o ma se ob iene un ec o de 8 760 elemen os que con iene el p ecio exac o del kWh
impo ado de la ed en cada ho a del año.
3.4 Cálculo de la i adiancia
En es a sección se explica el p ocedimien o pa a ob ene la se ie empo al de i adiancia que incide
sob e la supe icie inclinada de los paneles o o ol aicos du an e las 8 760 ho as del año.
3.4.1 Da os de i adiancia en plazo ho izon al
Los da os de i adiancia se han ob enido a pa i de la base de da os de NASA POWER (NASA
P edic ion O Wo ldwide Ene gy Resou ces) [
20
]. Es os da os incluyen la i adiancia p omediada
ho a iamen e du an e odo un año. Se han omado los da os de 2023 y mues a el siguien e compo -
amien o:
Figu a 3.8 I adiancia ho a ia sob e supe icie ho izon al 2023.
Se obse a cómo en los meses de e ano hay alo es no ablemen e más ele ados. Du an e algunas
ho as la i adiancia cae a ni eles muy bajos, p obablemen e debido a nubes que sob e uelan los
paneles.
Es impo an e eco da que es os alo es son sob e supe icie ho izon al, de al modo que si se
quie en de e mina la elación sob e supe icie inclinada se iene que aplica un ac o de co ección.
El ángulo óp imo de inclinación de los paneles puede calcula se aplicando la siguien e ó mula:
βop =3.7+0.69
ϕ
Donde:
•βop es el ángulo de inclinación óp imo.
•ϕes la la i ud.
De es a o ma, sabiendo que la la i ud de la zona de ins alación es de 37 º, se puede calcula que
la inclinación óp ima es de 30 º.
3.5 Función de cos e comple a 21
Tomando los alo es de [21], se puede aplica el ac o de co ección pa a cada mes del año.
Tabla 3.2 Fac o de co ección kpa a una la i ud de 37°[15].
Inc Ene Feb Ma Ab May Jun Jul Ago Sep Oc No Dic
0 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00
5 1.05 1.04 1.03 1.01 1.00 1.00 1.00 1.01 1.03 1.05 1.06 1.06
10 1.10 1.08 1.05 1.02 1.00 0.99 1.00 1.02 1.06 1.10 1.12 1.11
15 1.14 1.11 1.06 1.02 0.99 0.97 0.99 1.02 1.07 1.13 1.16 1.16
20 1.17 1.13 1.07 1.01 0.97 0.95 0.98 1.01 1.09 1.17 1.22 1.23
25 1.19 1.14 1.07 1.00 0.94 0.92 0.94 1.00 1.09 1.18 1.24 1.24
30 1.20 1.14 1.06 0.98 0.91 0.88 0.91 0.98 1.11 1.19 1.26 1.26
35 1.22 1.15 1.05 0.95 0.87 0.84 0.87 0.95 1.07 1.18 1.28 1.28
40 1.23 1.15 1.03 0.91 0.83 0.79 0.83 0.92 1.05 1.19 1.29 1.29
45 1.22 1.13 1.00 0.87 0.78 0.73 0.78 0.88 1.03 1.20 1.29 1.29
50 1.21 1.10 0.97 0.83 0.72 0.68 0.72 0.82 0.99 1.16 1.28 1.28
55 1.19 1.06 0.93 0.78 0.66 0.62 0.66 0.78 0.96 1.13 1.26 1.26
60 1.16 1.04 0.88 0.72 0.60 0.55 0.60 0.72 0.93 1.10 1.24 1.24
65 1.12 0.99 0.81 0.64 0.53 0.48 0.53 0.65 0.89 1.06 1.21 1.21
70 1.09 0.95 0.75 0.57 0.46 0.41 0.45 0.59 0.79 1.01 1.16 1.17
75 1.04 0.90 0.68 0.50 0.39 0.35 0.39 0.52 0.74 0.96 1.11 1.13
80 0.98 0.82 0.65 0.45 0.33 0.26 0.30 0.48 0.66 0.89 1.06 1.07
85 0.93 0.78 0.58 0.38 0.23 0.18 0.22 0.37 0.58 0.82 1.02 1.02
90 0.86 0.71 0.51 0.33 0.15 0.14 0.19 0.29 0.51 0.75 0.93 0.95
Aplicando es os ac o es da como esul ado un pe il de i adiancia más homogéneo, como se
puede obse a en la igu a 3.9.
3.5 Función de cos e comple a
En es e apa ado se desc ibe de mane a de allada la unción de cos e que in eg a odos los elemen os
necesa ios pa a e alua la iabilidad económica de la ins alación. El obje i o consis e en combina
los pe iles ho a ios de demanda, p ecios de la ed, gene ación o o ol aica y compo amien o de
la ba e ía, jun o con los cos es de in e sión inicial y man enimien o, pa a ob ene un lujo de caja
anual du an e la ida ú il del p oyec o. A pa i de esos lujos se calcula á la Tasa In e na de Re o no
(TIR) óp ima.
3.5.1 Da os de en ada
La unción de op imización end á 7 a iables de en ada:
•seed: semilla pa a ga an iza alea o iedad y ep oducibilidad de una simulación a o a.
•P ecio_PV: cos e del kWp de panel o o ol aico, medido en €/kWp.
•P ecio_Ba : cos e del kWh de ba e ía, medido en €/kWh.
•
umb al: p ecio umb al a pa i del cual se ca ga la ba e ía cuando se cumplen las condiciones.
•cos e_e : cos e al usua io de la ca ga de ehículos.
•ncha ge s: núme o de ca gado es en las ins alaciones.
•A ea_disponible_PV: á ea de la que se dispone pa a la ins alación de módulos PV.
22 Capí ulo 3. Función de op imización
Figu a 3.9 I adiancia ho a ia sob e supe icie inclinada 30º2023.
3.5.2 Amo ización y cálculos iscales
La amo ización y o os p ocedimien os con ables son undamen ales pa a dis ibui el gas o de la
in e sión a lo la go de la ida ú il de los ac i os, así como pa a el cálculo de los impues os a inal
de año.
Pa a dichos cálculos se debe conoce el cos e de la in e sión y la ida ú il del componen e:
•
Ca gado es: El cos e po ca gado ul a ápido suele onda los 130 000 €[
23
]. Su ida ú il
se es ima en unos 15 años.
•
PV: El cos e de módulos mono c is alinos suele onda los 800 €/kWp [
22
]. La ida ú il de
es e ipo de paneles asciende a 25 años.
•
Ba e ía: Cos e de 200 €/kWh. Según es udios [
18
], la ida ú il de es as ba e ías de almacena-
mien o es de unos 10 años.
•
T ans o mado MT: Cos e de 300 k€. La ida ú il se puede es ima en unos 35 años, aunque
puede ex ende se más con un man enimien o adecuado.
•
Ob a ci il: Cos e del 10% de la in e sión en odos los componen es. Se le suele es ima una
ida ú il de mínimo 30 años.
Cada ac i o se amo iza según su ida ú il, empleando el mé odo de anualidad cons an e (cuo a
anual ija), la ó mula es:
Cuo a_anual =Valo _inicial× (1+ )n
(1+ )n−1
Donde es la asa de descuen o (se oma á 6%) y n es la ida ú il del ac i o.
La amo ización es imp escindible pa a el cálculo de los impues os anuales. Es os se de e minan
3.6 Op imización y TIR 23
como un po cen aje (se puede asumi un ipo ijo de 21%) sob e el EBIT (bene icio an es de
impues os). Es e se calcula como:
EBIT =Ing esos−Gas os_ope a i os−Amo izaciones_anuales
Una ez se dispone de los ing esos, los cos es y los impues os se puede hace el cálculo de los
lujos de caja anual:
FCAN =EBIT−Impues o+Amo izaciones_anuales
Al u iliza gene ación o o ol aica y ba e ías de almacenamien o, se educen los cos es de ene gía
comp ada a la ed (meno gas o ope a i o). Además, al dispone de una uen e de ene gía in e na, la
po encia con a ada puede se meno , lo que con ibuye a educi los cos es ijos. Po o o lado, la
amo ización de los PV y ba e ía inc emen a los gas os con ables (amo ización), disminuyendo el
EBIT y educiendo el pago de impues os.
3.5.3 Simulación de la ba e ía
Se ha á una asunción sob e el con ol en al o ni el: en cada ho a, se compa a á la ene gía que piden
los ehículos con la ene gía p oceden e de los paneles PV, si sob a ene gía, es a se usa á pa a ca ga
la ba e ía, y si sigue sob ando se expo a á a la ed. En el caso de que la ene gía de los módulos PV
no sea su icien e, se desca ga á la ene gía de la ba e ía has a abas ece la demanda, en el caso de no
se su icien e, se impo a á ene gía de la ed.
Pa a p omo e la in e sión en ba e ías, se ha á un cálculo ex a en cada ho a. En el caso de que la
ba e ía es é po debajo del 40% de ca ga, que el p ecio de la ene gía de la ed es é po debajo del
umb al es ablecido y que no haya ehículos conec ados, se ca ga á un e cio de la capacidad o al
con ene gía impo ada de la ed. Es a ene gía es más ba a a que la ene gía en ho as pico po lo que
con iene ene una g an ba e ía.
En la igu a 3.10 se puede obse a el diag ama de lujo de la unción comple a.
3.6 Op imización y TIR
El p oceso de op imización aplicado al dimensionado de la ins alación o o ol aica y la ba e ía se
basa en la maximización de la Tasa In e na de Re o no (TIR), que pe mi e alo a la en abilidad
del p oyec o, a la ez que in en a man ene el impac o en la ed mínimo. Se busca iden i ica la
combinación de po encia PV y capacidad de almacenamien o que cumpla dichas condiciones.
La TIR es la medida de los endimien os u u os espe ados de una in e sión. Se suele u iliza como
indicado de la en abilidad de un p oyec o: a mayo TIR, mayo en abilidad. Po no ma gene al,
la TIR se compa a con el cos e de opo unidad de la in e sión. Si la in e sión no iene iesgo, se
u iliza á como cos e de opo unidad la asa de descuen o ípica. En el caso de se una in e sión
de iesgo, se le suma á a es a asa ac o es de p o ección a los in e so es, aumen ando así la TIR
mínima pa a que el p oyec o sea en able.
En el caso de una elec oline a si uada en la localización elegida, se deben aplica ac o es de
segu idad g andes, aumen ando la TIR mínima pa a que el p oyec o sea en able has a un 12%
ap oximadamen e.
Como ya se mencionó an e io men e, la Tasa In e na de Re o no se de ine como la asa de descuen o
que anula el Valo Ac ual Ne o, siguiendo la ó mula:
0=CF0+
10
∑
=1
CF
(1+TIR)
30 Capí ulo 4. Diseño del sis ema
•
Ba e ía de almacenamien o: ac úa como amo iguado apo ando o abso biendo ene gía
dependiendo de las ci cuns ancias del sis ema.
•Vehículos eléc icos: ca gas a iables que simulan di e en es ipos de ehículos.
El modelo pe mi e escala ácilmen e el núme o de pun os de eca ga o el de ba e ías de almace-
namien o. Además, se pueden es udia es a egias de con ol locales pa a cada elemen o.
4.2 Red eléc ica e in e so
En es a sección se desc ibe el uncionamien o de la ed eléc ica en España y los posibles p oblemas
que se pueden encon a a la ho a de hace una simulación en el ango de las ho as y días.
4.2.1 Di icul ades en la simulación
En España, la ecuencia de la ed eléc ica es de 50 Hz, lo que implica una dinámica demasiado
ápida pa a se ep esen ado de o ma di ec a en un modelo o ien ado a simulaciones al la go plazo.
Pa a esol e es e p oblema, se implemen a in e namen e como un sis ema de dos uen es ideales
de ensión en coo denadas dq, conec adas a a és de una induc ancia de acoplo que minimiza
los a mónicos, man eniendo iempos de espues a compa ibles con los obje i os de simulación
especi icados en el p oyec o.
4.2.2 T ans o mada de Cla ke
La ans o mada de Cla ke ( ambién conocida como ans o mada
αβ
) es una he amien a ma-
emá ica que con ie e las es co ien es o ol ajes de un sis ema i ásico en dos componen es
o ogonales en un plano es aciona io. Es a ep esen ación bidimensional simpli ica el análisis y
con ol de máquinas eléc icas y con e ido es de po encia, al educi de es a iables a dos sin
pé dida de in o mación.
Figu a 4.2 T ans o mada de Cla ke [9].
Es a simpli icación ayuda pe o no soluciona el p oblema, pues se sigue eniendo una magni ud
a iable en el iempo con una ecuencia de 50 Hz, pa a e mina con es o se u iliza á la T ans o mada
de Pa k.
4.2 Red eléc ica e in e so 31
4.2.3 T ans o mada de Pa k
La ans o mada de Pa k (o ans o mada dq) con ie e las componen es es á icas en el plano
αβ
a
un sis ema de e e encia gi a o io alineado con un ec o de lujo
θ
. De es e modo, las magni udes
que en el en o no es aciona io oscilaban con la ecuencia de la ed pasan a alo es cons an es en
égimen pe manen e, simpli icando eno memen e los con olado es PI y solucionando los p oblemas
de simulación a la go plazo.
Figu a 4.3 T ans o mada de Pa k [9].
4.2.4 Algo i mo de con ol
El in e so ope a con un doble lazo de con ol. En la igu a 4.4 se obse a el lazo in e no de con ol.
Figu a 4.4 Lazo in e no de con ol [9].
32 Capí ulo 4. Diseño del sis ema
Po o o lado, en el lazo ex e no de con ol se calcula la po encia ac i a de e e encia a pa i de
la siguien e ecuación:
p∗=(V∗
dc)2
2
−(Vdc)2
2
De es e modo, el in e so ajus a la co ien e inyec ada en la ed pa a compensa las a iaciones de
ca ga o gene ación, man eniendo así es able el bus DC.
4.2.5 Implemen ación en Simulink de la ed
En la igu a 4.5 se mues a el modelo de la ed eléc ica implemen ado en Simulink.
Figu a 4.5 Esquema de la ed eléc ica en simulink.
4.2.6 In e so
La po encia ac i a (P) y eac i a (Q) que luye en e la ed y el in e so se calculan u ilizando las
siguien es exp esiones:
P= d∗id+ q∗iq
Q= q∗id− d∗iq
Es as magni udes se u ilizan pa a ob ene la in ensidad ne a que se inyec a en el bus DC, la cual se
implemen a median e una uen e de co ien e a iable den o del modelo. De es a o ma se simpli ica
la dinámica del in e so en el dominio DC, pe mi iendo man ene la iabilidad del in e cambio
ene gé ico disminuyendo la complejidad compu acional del modelo conmu ado.
4.3 Ele ado /Reduc o
En es a sección se a a á el modelo de ele ado / educ o que se u iliza á, además de su implemen-
ación en el modelo p omediado.
4.3.1 Con e ido bidi eccional DC-DC
Los con e ido es DC/DC bidi eccionales juegan un papel undamen al en la conexión de sis emas
eléc icos. A di e encia de un con e ido con encional, el con e ido bidi eccional puede ac ua
an o como ele ado (Boos ) como educ o (Buck). Es a capacidad es cla e pa a con ola la di ec-
ción de ans e encia de la ene gía. Po ejemplo, una ba e ía debe ene capacidad de ecibi ca ga
4.3 Ele ado /Reduc o 33
desde la uen e p incipal (modo Buck) y de inyec a ene gía de uel a a un bus de mayo ensión
(modo Boos ). O o mo i o de peso pa a el uso de es e ipo de con e ido es es pa a e i a el uso
del modo de conducción discon inuo.
En la igu a 4.6 se puede obse a la es uc u a común de es e ipo de con e ido es.
Figu a 4.6 Esquema del con e ido bidi eccional DC-DC.
En la p ác ica, su opología básica emplea dos in e up o es de semiconduc o es (MOSFETs)
colocados en ambos lados de una induc ancia in e media, jun o a diodos de lib e ci culación.
Con olando la conmu ación de esos in e up o es median e señales PWM se egula no solo el alo
p omedio de la ensión aplicada a la induc ancia, sino ambién la di ección del lujo de co ien e.
En es e p oyec o, se ha u ilizado una e sión p omediada de es e ipo de con e ido es, donde se
con ola la co ien e que luye po la induc ancia imponiendo una ensión en uno de los lados del
con e ido . Con es e modelo se eliminan los e ec os de la conmu ación, disminuyendo la ca ga
compu acional.
4.3.2 Implemen ación en Simulink
La igu a 4.7 mues a la implemen ación del con e ido bidi eccional en el en o no Simulink.
Figu a 4.7 Implemen ación del con e ido bidi eccional en Simulink.
34 Capí ulo 4. Diseño del sis ema
La e e encia de ensión (
Va
) se calcula median e un con ol clásico como se mues a en la igu a
4.8.
Figu a 4.8 Lazo de con ol del con e ido bidi eccional.
4.4 Campo o o ol aico
El campo o o ol aico es la uen e de gene ación eno able del sis ema. Pa a su modelado, se ha
op ado po diseña un bloque pe sonalizado en Simulink donde se in oduce la i adiancia en ese
momen o y el bloque de uel e la po encia ins an ánea y la ensión po s ing, como se obse a en
la igu a 4.9. Es e bloque ep esen a una ag upación de paneles con las siguien es ca ac e ís icas
indi iduales:
•Tensión en el pun o de máxima po encia (Vmpp): 29.53 V
•Po encia máxima po módulo (Pmax): 249.53 W
Figu a 4.9 Implemen ación del campo o o ol aico en Simulink.
Conociendo la po encia de pico que debe ene la plan a (490 kWp), se pueden calcula los
módulos en se ie y en s ing pa a alcanza dicha po encia sin sob epasa una ensión es ánda po
s ing.
Se han dispues o 21 módulos po s ing y 93 s ings en pa alelo, dando como esul ado una po encia
de pico de:
Pmax =21 ∗93 ∗249.53 =487.33kW p
Y una ensión po s ing en el pun o de máxima po encia de:
Vmax =21 ∗29.53 =620.13V
Pa a ep oduci el compo amien o dinámico eal que end ía el sis ema, se han empleado los pe iles
de i adiancia eales p omediados a la ho a u ilizados pa a la unción de op imización.
Finalmen e, la co ien e gene ada que se inyec a en el bus DC se calcula con la siguien e ecuación:
IPV =PPV
VDC
4.5 Sis ema de almacenamien o 35
Donde
PPV
es la po encia del campo en unción de la i adiancia y
VDC
es la ensión ins an ánea del
bus DC.
4.5 Sis ema de almacenamien o
La ba e ía cumple una unción cla e como elemen o de amo iguación en e a e en os inespe ados.
Pa a pode eacciona an o a excesos de gene ación como a picos de demanda de los ehículos,
se necesi a un sis ema de almacenamien o de al a capacidad y buen iempo de espues a. Pa a su
modelado, se ha u ilizado el bloque Ba e y de la lib e ía Simscape. Las p incipales ca ac e ís icas
son:
•Nominal ol age: 400 V.
•
Ra ed capaci y: siguiendo los esul ados ob enidos en el capí ulo 3, la capacidad de la ba e ía
debe se de 1 140 kWh, es deci , 2 850 Ah.
•Ini ial SOC: condicionado po el caso de es udio.
•
Ba e y esponse ime: se ha conside ado un alo de 5 s, que ep esen a un iempo de
espues a azonable pa a sis emas de almacenamien o con encionales, sin que su a iación
haya supues o cambios ele an es en la dinámica obse ada.
4.5.1 Rangos de uso eales
Como se puede obse a en la igu a 4.10, las ba e ías de ion de li io no ienen una cu a de
uncionamien o lineal ni cons an e. En los ex emos de la cu a, el compo amien o de la ca ga es
exponencial y apa ecen enómenos elec oquímicos y sob e odo é micos que aco an la ida ú il
de las ba e ías y pueden gene a ines abilidades. Pa a e i a es os enómenos y maximiza la ida
de las ba e ías, los lími es de uncionamien o no son los lími es eales. Po ejemplo, cuando un
ehículo eléc ico indica que iene un 10% de ca ga, ealmen e iene más de un 10%. Lo mismo
ocu e en la pa e supe io de la cu a. Cuando indica que es á ca gado al 100% ealmen e iene
una ca ga meno .
Pa a implemen a es e compo amien o en Simulink, las ba e ías se sob edimensiona án lige amen e
y solo se u iliza án en el ango de 20% al 80%.
Figu a 4.10 Cu a de desca ga ba e ía de ion de li io.
4.6 Pun os de eca ga
El sis ema con empla dos pun os de eca ga que eciben ehículos en ho a io de 06:00-23:00.
Cada pun o de eca ga es á modelado en Simulink con una "Le el-2 MATLAB S-Func ion" que
modela el compo amien o de la ba e ía de ehículos eléc icos. Es e bloque ecibe como en ada
la in ensidad que le llega del ele ado y da como salida el SOC en el siguien e paso de iempo y
la ensión de la ba e ía. Pa a ob ene es os dos pa áme os la unción lee desde el Wo kspace de
36 Capí ulo 4. Diseño del sis ema
Ma lab unas a iables Timese ies que le p opo ciona la ensión nominal y la capacidad (en Ah)
del ehículo que es á conec ado en ese momen o. Además, ambién lee una a iable Timese ies
que es siemp e nula excep o en los momen os de cambio de ehículo, en ese momen o la a iable
iene el alo del SOC con el que iene el siguien e ehículo y la unción lo impone o zosamen e,
cambiando así po comple o el modelo de ba e ía al cambia de sesión de ca ga.
Pa a el con ol de la eca ga del ehículo se han u ilizado pe iles de po encia eales de ciclos de
ca ga de dis in os modelos de ehículos eléc icos, almacenados en un .ma y seleccionados en el
sis ema dinámicamen e con una S-Func ion.
Pa a e i a discon inuidades en la demanda al conec a el ehículo, se han aplicado ampas de
sua izado sob e la co ien e, e i ando picos no ealis as.
4.7 Pa áme os de simulación
Como ya se ha mencionado an e io men e, el obje i o de la simulación es analiza el compo amien o
de la elec oline a en el la go plazo. Es o equie e un equilib io en e idelidad al compo amien o
eal y e iciencia compu acional. La con igu ación del sol e se ha ajus ado empí icamen e pa a
ga an iza una ep esen ación p ecisa del compo amien o dinámico del sis ema, man eniendo al
mismo iempo una e iciencia compu acional. De es a o ma, se han adop ado es os pa áme os de
simulación:
•Du ación o al: 86400 s (24 ho as)
•Tipo de sol e : ode15s (s i /NDF)
•Tole ancia ela i a: alo es en e 0.1 y 10
•Tole ancia absolu a: alo es en e 0.1 y 10
•Paso máximo: alo es en e 5 y 20s
•Sol e Jacobian me hod: Spa se pe u ba ion
El sis ema se inicia en condiciones de equilib io con odos los sis emas desconec ados y a lo
la go del día se ac i an p og esi amen e odos los subsis emas.
Se conside a án múl iples casos de es udio a iando:
•Pe il de i adiancia sola .
•SOC inicial de la ba e ía.
•Núme o y ipo de ehículos eléc icos.
Es as condiciones pe mi en e alua el compo amien o ansi o io de la elec oline a, así como
su capacidad de man ene la es abilidad an e escena ios de es és ene gé ico.
4.7.1 Algeb aic loops
Du an e el desa ollo del modelo en Simulink, uno de los p incipales e os ha sido la apa ición de
algeb aic loops. Es os su gen cuando una señal depende di ec a o indi ec amen e de sí misma sin un
e aso empo al, lo que obliga al sol e a esol e un sis ema de ecuaciones algeb aicas en cada paso
de simulación. Aunque en modelos pequeños es o puede se manejable, en simulaciones de la go
plazo con múl iples subsis emas in e conec ados, los algeb aic loops inc emen an d ás icamen e el
cos e compu acional y pueden comp ome e la es abilidad numé ica.
En es e modelo, los algeb aic loops más p oblemá icos apa ecie on en el lazo de con ol del in e so
y en la in e az con los bloques de ba e ía. Pa a mi iga los, se han implemen ado algunos bloques
delay sob e las a iables que ienen una dinámica especialmen e len a, mien as que los que ienen
una dinámica muy ápida se han man enido los algeb aic loops.
4.7 Pa áme os de simulación 37
Es as modi icaciones han pe mi ido man ene la idelidad del modelo mien as se mejo a su es a-
bilidad y e iciencia du an e la simulación. No obs an e, el a amien o de los algeb aic loops ha
supues o una a ea c í ica pa a asegu a la iabilidad del modelo a la go plazo.
5 Casos de es udio
En es e apa ado se analiza á el compo amien o del sis ema bajo dis in as condiciones de ope-
ación. Pa a ello, se han de inido dos casos de es udio que combinan di e en es escena ios de
gene ación eno able, disponibilidad de almacenamien o y demanda ene gé ica.
Es a me odología pe mi e compa a el endimien o del sis ema global en e a condiciones
di e en es.
5.1 Pe iles de i adiancia
Pa a ep esen a de o ma ealis a la gene ación eno able, se han u ilizado los pe iles ho a ios de
i adiancia sola que se han comen ado an e io men e. Se han elegido dos pe iles di e en es:
•I adiancia al a: cu a ípica con un pico sola máximo al mediodía.
•I adiancia baja: día nublado con pe il de baja in ensidad y poca a iabilidad.
Figu a 5.1 Pe il de i adiancia del caso 1 (a) y pe il de i adiancia del caso 2 (b).
5.2 Modelos de ehículos eléc icos
El sis ema con empla la eca ga de ehículos du an e el ho a io de ope ación: 06:00-23:00, dis i-
buidos en dos pun os de eca ga. Pa a ep esen a esa demanda, se han empleado pe iles eales de
ca ga p opo cionados po el u o Ab aham Ma quez Alcaide.
Cada ehículo se ca ac e iza po :
39
46 Capí ulo 6. Resul ados
En la igu a 6.2 se obse an odas las co ien es que llegan o salen del bus DC, las posi i as
en an y las nega i as salen. La suma de odas las in ensidades en cualquie ins an e es ce o, es o
pe mi e asegu a la es abilidad del bus.
Figu a 6.2 Co ien es en el bus DC (Caso 1).
6.1.2 Ba e ía (Caso 1)
Como se puede in ui en el an e io apa ado, la ba e ía no ha enido demasiada demanda en es e
caso de es udio, habiendo sido exigida en momen os de poca i adiancia, mien as que en el es o de
la jo nada ha almacenado el sob an e de ene gía o o ol aica has a alcanza el máximo de capacidad,
como se obse a en la igu a 6.3, donde en la igu a a se mues a el SOC y en la igu a b las
in ensidades que in e cambia. Es impo an e eco da que es e 100% de SOC no es ealmen e un
100% en la cu a de una ba e ía de ion de li io, sino el máximo que puede ca ga sin en a en zona
exponencial, es deci , un 80%.
Figu a 6.3 Compo amien o de la ba e ía de almacenamien o (Caso 1).
6.1 Caso de es udio 1: Ve ano 47
6.1.3 Ca gado es (Caso 1)
En o al en es a jo nada se han iniciado 28 sesiones, siendo 18 de es as en el ca gado 1 y 10 en
el ca gado 2. En la igu a 6.4 es á ep esen ado el compo amien o del ca gado 1 y en la igu a
6.5 el del ca gado 2, donde la igu a a es la e olución del SOC de los ehículos y la igu a b es la
in ensidad que in e cambian los ehículos con el ca gado . En las in ensidades se pueden dis ingui
di e en es pe iles de eca ga, dependiendo del modelo de ehículo en esa sesión. La media de
iempo de ca ga es de 30 minu os, lo que conlle a una eca ga de, po lo gene al, un 50% del
ehículo.
Figu a 6.4 Compo amien o de los ehículos en el ca gado 1 (Caso 1).
Figu a 6.5 Compo amien o de los ehículos en el ca gado 2 (Caso 1).
48 Capí ulo 6. Resul ados
6.2 Caso de es udio 2: In ie no
En es e apa ado se e án los esul ados de la simulación del caso de es udio 2: un día de in ie no
donde la i adiancia sola es escasa y la ba e ía end á que ac ua en momen os de es és ene gé ico.
Se espe a que el campo o o ol aico no enga la capacidad de abas ece oda la demanda de los
ca gado es y que la ba e ía de almacenamien o acabe la jo nada lige amen e desca gada.
6.2.1 Bus DC (Caso 2)
En la igu a 6.6 se puede obse a que, a pesa de comenza la jo nada con un po cen aje bajo de
ca ga y se un día de i adiancia baja, la elec oline a es capaz de abas ece la demanda sin depende
de la ed, man eniendo la es abilidad en el bus DC y no impo ando ene gía de es a. Incluso hay
b e es ins an es a lo la go del día en los que se expo a ene gía a la ed.
Figu a 6.6 Compo amien o del VDC (a) y po encia in e cambiada con la ed (b) (Caso 2).
Figu a 6.7 Co ien es en el bus DC (Caso 2).
6.2 Caso de es udio 2: In ie no 49
6.2.2 Ba e ía (Caso 2)
La igu a 6.8 mues a una ep esen ación del compo amien o de la ba e ía, donde en la igu a a
se mues a el SOC y en la igu a b las in ensidades que in e cambia. Es in e esan e des aca que,
incluso en días c í icos en é minos de gene ación o o ol aica, la ba e ía e mina la jo nada con
una ca ga ap oximadamen e simila a la inicial. De es a o ma se puede con i ma que la plan a es
o almen e independien e de la ed eléc ica y no se necesi a á en ningún momen o impo a ene gía
de la misma.
Figu a 6.8 Compo amien o de la ba e ía de almacenamien o (Caso 2).
6.2.3 Ca gado es (Caso 2)
En la igu a 6.9 es á ep esen ado el compo amien o del ca gado 1 y en la igu a 6.10 el del
ca gado 2. Se pueden ap ecia simili udes con espec o al caso de es udio 1 pues es os pe iles
es án gene ados de o ma alea o ia siguiendo una base empí ica, po lo que el núme o de sesiones,
las ho as de es as y la ene gía o al in e cambiada segui án un mismo pa ón. El modelo de ehículo
y lige as a iaciones ho a ias y de ca ga son donde se encuen an las di e encias.
50 Capí ulo 6. Resul ados
Figu a 6.9 Compo amien o de los ehículos en el ca gado 1 (Caso 2).
Figu a 6.10 Compo amien o de los ehículos en el ca gado 2 (Caso 2).
7 Conclusiones
E
s e abajo ha pe mi ido analiza la iabilidad écnica, ope a i a y económica de una elec oline a
alimen ada po ene gía o o ol aica, apoyada po un sis ema de almacenamien o y conec ado
a la ed eléc ica, bajo condiciones a iables y con modelos ealis as.
A lo la go del p oyec o, se ha ealizado una unción de op imización que mues a el compo amien o
ene gé ico y económico que end ía la plan a en dis in os casos de dimensionamien o. A su ez,
se ha implemen ado un modelo comple o en Simulink que ep oduce de o ma ap oximada, pe o
compu acionalmen e e icien e, el compo amien o de la mic o ed DC siguiendo los pa áme os
ob enidos de la unción an e io . La simulación de la unción de op imización ha mos ado que:
•
La elec oline a puede se al amen e en able si se elige el dimensionamien o de o ma
co ec a, en el caso de ene poca á ea pa a PV o en el caso de ins ala demasiados ca gado es,
la plan a no se ía en able.
•
Las ba e ías po no ma gene al no son en ables, pe o o o gan g andes en ajas a la ho a de
la independencia de la ed.
La simulación del caso de es udio ha demos ado que:
•
En condiciones ideales el sis ema es plenamen e uncional y ene gé icamen e sos enible,
pudiendo eca gas los ehículos sin picos de po encia en el in e so y expo a la ene gía
sob an e a la ed.
•
La implemen ación de una es a egia de con ol de al o ni el pa a la sinc onización de los
elemen os del sis ema es undamen al.
Dados los esul ados ob enidos, se pueden ex ae conclusiones ele an es:
•
El uso de modelos p omediados ha sido cla e pa a simula escena ios de la ga du ación sin
comp ome e los iempos de simulación, lo que esul a ú il pa a es udia y alida muchos
escena ios de condiciones a iables y es a egias de con ol.
•
La ba e ía de almacenamien o co ec amen e dimensionada y con olada es un elemen o
undamen al pa a ga an iza la es abilidad ene gé ica de la elec oline a en e a la a iabilidad
de la gene ación y la demanda.
•
El diseño del con ol (especialmen e del in e so y el con ol de ca ga de la ba e ía) iene un
impac o di ec o en la calidad de la espues a del sis ema. Una sin onización adecuada pe mi e
e i a ines abilidades.
•
El sis ema es ampliable po módulos, pudiendo añadi pun os de eca ga, pun os de gene ación
o ba e ías auxilia es de o ma sencilla. En unción del alcance que se le busque da a la plan a,
se debe án dimensiona los elemen os del sis ema pa a abas ece dicha demanda.
51
52 Capí ulo 7. Conclusiones
En é minos de aplicaciones p ác icas, los esul ados indican la posibilidad de una implemen ación
del sis ema en el mundo eal.
En conclusión, la unción c eada ha mos ado se una simulación ealis a de la op imización de
una elec oline a, a la ez que el modelo desa ollado ha cumplido con los obje i os p opues os,
pe mi iendo simula el compo amien o de una elec oline a ealis a y e alua su espues a con
casos eales. Los esul ados ob enidos e ue zan la idea de que la in eg ación o o ol aica, jun o con
almacenamien o bien ges ionado puede se una solución iable pa a cub i pa e de la demanda
ene gé ica del anspo e eléc ico u u o.
Como ampliaciones u u as, pa ece in e esan e plan ea la idea de implemen a una ba e ía de
supe condensado es o es udia es a egias de con ol que engan o os obje i os, como u iliza de
o ma pun ual los ehículos eléc icos ya ca gados pe o que sigan conec ados como ba e ías de
almacenamien o en casos ex emos de dé ici ene gé ico.
Índice de Figu as
1.1 Ma iculación de au omó iles en 2024 [1] 1
1.2 Compa ación de pun os de eca ga 2023 y 2024 [1] 2
2.1 Es uc u a de gene ación de ene gía 2024 en España [4] 5
2.2 E olución de la gene ación eno able y no eno able du an e una semana de ab il de 2025 [5] 6
2.3 Po cen aje de gene ación de eno ables a ni el mundial [6] 6
2.4 In e so es mul i-hile a s Mic oin e so es [7] 8
2.5 Di e encias G id o ming y G id ollowing [8] 9
2.6 Cu as ca ac e ís icas ípicas de un módulo o o ol aico 10
2.7 Diag ama de lujo del algo i mo de pe u bación y obse ación (P&O) [9] 10
2.8 Diag ama de lujo del algo i mo de conduc ancia inc emen al (IncCond) [9] 11
2.9 Modelo ípico de al o ni el en mic o edes de CC [10] 12
3.1 Cua o zonas de posible ins alación o o ol aica en la elec oline a [11] 14
3.2 Pe il de ocupación no malizado de dis in os ipos de ca gado es [12] 15
3.3 Diag ama de lujo de la unción de gene ación de pe iles de ca ga 17
3.4 Du ación en minu os de la ca ga [12] 18
3.5 Ejemplo de pe il dia io esul an e 18
3.6 De inición de los pe iodos ho a ios en la península [13] 19
3.7 P ecios de anspo e y dis ibución según pe iodo [14] 19
3.8 I adiancia ho a ia sob e supe icie ho izon al 2023 20
3.9 I adiancia ho a ia sob e supe icie inclinada 30º 2023 22
3.10 Diag ama de lujo de la unción de op imización 24
3.11 Con enedo de 20 pies es ánda 25
3.12 TIR en unción de PV y ba e ía ins alada (%) 27
3.13 Ene gía impo ada de la ed en un año (kWh) 27
3.14 Ene gía impo ada de la ed en el caso de 0 ba e ía (kWh) 28
4.1 Esquema gene al de la mic o ed en Simulink 29
4.2 T ans o mada de Cla ke [9] 30
4.3 T ans o mada de Pa k [9] 31
4.4 Lazo in e no de con ol [9] 31
4.5 Esquema de la ed eléc ica en simulink 32
4.6 Esquema del con e ido bidi eccional DC-DC 33
4.7 Implemen ación del con e ido bidi eccional en Simulink 33
4.8 Lazo de con ol del con e ido bidi eccional 34
4.9 Implemen ación del campo o o ol aico en Simulink 34
53
54 Índice de Figu as
4.10 Cu a de desca ga ba e ía de ion de li io 35
5.1 Pe il de i adiancia del caso 1 (a) y pe il de i adiancia del caso 2 (b) 39
5.2 Pe iles de ca ga de odos los ehículos disponibles 40
5.3 Pe il de asis encia a la elec oline a en el caso de es udio 1 41
5.4 Pe il de asis encia a la elec oline a en el caso de es udio 2 42
6.1 Compo amien o del VDC (a) y po encia in e cambiada con la ed (b) (Caso 1) 45
6.2 Co ien es en el bus DC (Caso 1) 46
6.3 Compo amien o de la ba e ía de almacenamien o (Caso 1) 46
6.4 Compo amien o de los ehículos en el ca gado 1 (Caso 1) 47
6.5 Compo amien o de los ehículos en el ca gado 2 (Caso 1) 47
6.6 Compo amien o del VDC (a) y po encia in e cambiada con la ed (b) (Caso 2) 48
6.7 Co ien es en el bus DC (Caso 2) 48
6.8 Compo amien o de la ba e ía de almacenamien o (Caso 2) 49
6.9 Compo amien o de los ehículos en el ca gado 1 (Caso 2) 50
6.10 Compo amien o de los ehículos en el ca gado 2 (Caso 2) 50
Índice de Tablas
3.1 Lis ado de modelos de ehículos con su po encia nominal 16
3.2 Fac o de co ección kpa a una la i ud de 37° [15] 21
3.3 Dimensiones in e io es y ex e io es de un con enedo de 20 pies [16] 25
5.1 Lis ado de modelos de ehículos del ca gado 1 con su es ado de ca ga inicial (Caso 1) 41
5.2 Lis ado de modelos de ehículos del ca gado 2 con su es ado de ca ga inicial (Caso 1) 42
5.3 Lis ado de modelos de ehículos del ca gado 1 con su es ado de ca ga inicial (Caso 2) 43
5.4 Lis ado de modelos de ehículos del ca gado 2 con su es ado de ca ga inicial (Caso 2) 43
55
