Anàlisis de la viabilitat de diferents opcions d'autoconsum, amb o sense bateries en una nau ind.

El present cas serveix per analitzar la viabilitat d’una instal·lació fotovoltaica en autoconsum en una nau industrial destinada a accions comercials i logístiques. En aquest cas, s’han analitzat varis escenaris, així com també la conveniència o no d’emmagatzemar l’energia excedentària en bateries.

Aquest cas suposa un bon exemple per tal de determinar el funcionament d’un autoconsum trifàsic de potències elevades en base a les prescripcions de la legalització segons la ITC-BT-40 del Reglament Eletrotècnic de Baixa Tensió. En tot moment es compara el perfil de consum del client amb la simulació realitzada per co2en i l’emmagatzematge en bateries quan es correspongui.

Empreses col·laborades

  • Enginyeria CO2EN S.C.P. (www.co2en.com)
  • Mateu Nierga S.L. (www.mateunierga.com)
  • Cinergia (Control Intel·ligent de l’Energia SccL) (www.cinergia.coop)

 

1. INTRODUCCIÓ

L'ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA: Introducció i Marc regulatiu actual

L’energia solar fotovoltaica, emblema de les energies renovables, ha protagonitzat en els últims anys una gran progressió degut a les millores de la tecnologia, associada a una reducció de costos i principalment gràcies al interès mostrat per les diferents administracions de diferents països en forma d’ajudes i subvencions.

En aquest sentit s’han de destacar els decrets 436/200, substituït per el RD 661/2007, posteriorment substituït per el RD 1578/2008, RD 1565/2010, el RDL 14/2010 i pel posterior RDL 1/2012 que derogava tota subvenció i règim retributiu per les tecnologies generadores d’energia en règim especial.

Per altra banda, també existeixen d’altres normatives tècniques com el RD 1663/2000, RD 1699/2011 que prescriu les condicions per la connexió a xarxa d’instal·lacions generadores de baixa tensió i posteriorment el Decret 352/2001, que regula el procediment administratiu d’aplicació a Catalunya.

Actualment no existeix un règim retributiu específic per les instal·lacions generadores en baixa tensió amb energies renovables, equiparant-les en procediments, gestió i normativa a les tecnologies ja existents en règim ordinari (centrals tèrmiques, nuclears, etc.). Aquest fet implica uns preus de venta d’energia i uns tràmits fiscals que fan inviable instal·lacions generadores de baixa o mitjana potència.

Avui en dia, el govern estatal actual té paralitzada la proposta de la regulació energètica en autoconsum i/o balanç net d’autoprotecció d’energia. Actualment les competències en legalització i tramitació d’expedient d’instal·lacions generadores en baixa tensió està transferida a la Generalitat de Catalunya, a la Direcció General d’Energia i Mines del Departament d’Empresa i Ocupació.

 

Passos per la correcta tramitació actual d’instal·lacions fotovoltaiques en autoconsum

La tramitació actual permet legalitzar les instal·lacions generadores en Baixa Tensió de la següent manera:

  • a) Instal·lacions aïllades. Aquelles en què no existeix connexió a la xaxa elèctrica alguna.
  • b) Instal·lacions generadores assistides: Aquelles en què hi ha connexió a la xarxa de distribució elèctrica però sense que els generadors puguin estar treballant en paral·lel amb ella
  • c) Instal·lacions elèctriques interconnectades: Que treballen paral·lel amb la xarxa
    • c.1. sense abocament a la xarxa elèctrica de distribució
    • c.2. amb abocament a la xarxa elèctrica de distribució

 

2. ANTECEDENTS
L’empresa , situada al centre de Catalunya,, es mostra interessada en disposar d’un sistema fotovoltaic per tal de reduir consum energètic de les seves instal·lacions i les emissions de CO2 associades contribuint a una substancial millora energètica i ecològica . Irradiació mitjana diària de 17 MJ/m2

 

3. OBJECTE I ABAST DE LA INSTAL·LACIO PROPOSADA
L’objectiu del present avantprojecte és definir l’abast i les diferents possibilitats d’un sistema fotovoltaic en autoconsum amb energia solar fotovoltaica amb les següents directrius:

a) Proposta de disseny d’una instal·lació solar fotovoltaica de generació instantània interconnectada sense abocament a xarxa

Aquesta solució passaria per intentar aprofitar el màxim de l’energia que es genera per consumir-la internament a les pròpies instal·lacions. L’energia excedentària no s’utilitzaria, deixaria de produir-se, ja que la normativa actual no contempla cedir-la a la companyia elèctrica.

 

b) Proposta de disseny d’una instal·lació solar fotovoltaica de generadora assistida amb bateries per emmagatzematge dels excedents de producció

Aquesta solució passaria per disposar d’una instal·lació solar fotovoltaica que generés energia elèctrica i de tota l’energia que no es pogués utilitzar (excedentària) fos emmagatzemada en bateries per el seu posterior ús i gestió. D’aquesta manera s’aconseguiria utilitzar tota l’energia generada per les plaques solars.

 

c) Legalització a efectes d'una instal·lació generadora assistida o interconnectada sense abocament a la xarxa

En ambdós casos, aquest fet implica la tramitació segons la ITC-BT-40 del Reglament Electrotècnic de Baixa Tensió, així com la Instrucció 7/2003, de 9 de setembre, de la Direcció General d'Energia i Mines (per la qual s'estableix el procediment per a la tramitació, posada en servei i inspecció de les instal·lacions elèctriques connectades a una alimentació en baixa tensió).

La legalització també implica la presentació d’un projecte de legalització de la instal·lació i d’aquelles parts que afecten a la interconnexió a la companyia elèctrica distribuïdora d’electricitat.

 

4. DISSENY DE LA SOLUCIÓ: DADES DE PARTIDA

Anàlisi dels consums reals

Es descarreguen els perfils horaris del comptador de companyia de la instal·lació de forma local. També es descarreguen els perfils quart horaris i tancaments per tal de determinar els consums detallats i el maxímetre.


A partir de les dades del maxímetre s’obté una potència màxima en el període analitzat de 43kW

Observacions sobre la taula de promitjos diaris:

Nota1: per fer aquests promitjos s’ha acumulat, dins de cada mes, l’energia consumida en cada franja horària i s’ha promitjat pel nombre de dies d’aquell mes (en el mes de febrer es tenen dades de 5 dies i en el mes d’agost de 14)
Nota2: en verd hores pla, en groc hores pla i en taronja hores punta

 

Representació gràfica de les dades analitzades

 

 

Dels l’anàlisi dels promitjos es conclou:

  • El perfil de consum es bastant pla: en hores vall els consums són entre 8-10kWh mentre que en hores centrals oscil·la entre 10-14kWh
  • El consum promig mensual és d’uns 210kWh amb màxims al voltant de 250kWh i mínims de 110kWh (al maig)

 

Extrapolació als consums que falten
Donat a que no es disposa dades de Febrer a Gener i de Setembre a Desembre, donat que sí es disposa de dades de la component de climatització s’ha procedit a extrapolar les dades actuals com a repetitives durant l’any.

Component d’energia reactiva
El factor de potència de la instal·lació és al voltant de 0.96 - 0.95. En aquest cas, al disposar de les dades d’energia reactiva registrades horàriament i quart horàriament, es decideix que l’energia a generar cobreixi les components total de la suma quadràtica d’energia activa i reactiva en potència aparent (VoltAmpers), tot i que per temes pràctics, en el seguiment de l’estudi s’utilitzarà el terme kWh

 

5. DISSENY DE LA INSTAL·LACIÓ SOLAR FOTOVOLTAICA

S'han analitzat 4 casos en funció de la potència fotovoltaica instal·lada

5.1 - Metodologia

Per tal de simular l’energia generada conjuntament amb l’energia consumida se segueixen les següents directrius:

  • Software programari SAM (System Advisor Model) del Department of Energy of USA . Les dades de partida de radiació s’han utilitzat les dades de Girona.
  • Dades de consum diari, horari i mensual extretes del comptador de companyia.
  • Es proposen 4 instal·lacions solars fotovoltaiques de 25-28, 45-48, 65 i 85 kW nominals respectivament.

 

5.2 - Disseny de la solució més adequada

Es proposa la instal·lació dels següents equips/components:

  • Panells fotovoltaics policristal·lins de 240/250 Watts. D’aqueta manera podem aconseguir relacions qualitat/preu molt competitives, un ampli rang de fabricants al mercat i assegurar-nos així una bona prestació en servei postvenda.
  • Estructura fotovoltaica d’alumini llastrada en coberta, inclinada a 20º sobre l’horitzontal. D’aquesta manera s’aconsegueix disposar d’una estructura segura, duradora i sense afectar a la coberta existent (tipus DECK)
  • Inversors trifàsics de 10 o 20 kW de la marca Schneider models Conext TL. Econòmics, fàcils d’instal·lar i posar en marxa. Amb protocol de visualització i monitorització obert en base a RS-485 Modbus.
  • Equips elèctrics de protecció de circuits, tant de corrent contínua com de corrent alterna.
  • En el cas d’instal·lació generadora interconnectada sense emmagatzematge: Equip de limitació d’injecció a xarxa compost per unitat de control, analitzador de xarxes i contactors d’enclavament del fabricant Green Power Monitor.
  • En el cas d’instal·lació generadora assistida amb emmagatzematge: Equip gestor de xarxa i de consums del fabricant català Cinergia MicroGrid Master45, per tal de gestionar la generació, les càrregues de la instal·lació i la càrrega i descàrrega de les bateries.

 

Imatge de la col·locació de les plaques solars per 25-28 kW nominals

 

 

Imatge de la col·locació de les plaques solars per 48-50 kW nominals

 

Imatge de la col·locació de les plaques solars per 65 kW nominals

 

Imatge de la col·locació de les plaques solars per 85 kW nominals

 

5.3 - Resultats per instal·lació solar fotovoltaica en autoconsum instantani

La generació realitzada amb els software SAM ens permet saber, hora per hora, els perfils de generació i consum, i determinar el total d’energia generada que serà utilitzada per les càrregues o que serà excedentària.

Resultat de simulació amb el SAM sobre Generació fotovoltaica (verd) respecte consum de la instal·lació (magenta).

Nota: Instalació de 45 kW al mas de Gener.

 

A continuació es mostren les dades d’autoconsum amb injecció d’energia zero a la xarxa i sense recolzament en bateries:

Taula. Anàlisis energètic i econòmic d'una fotovoltaica sense injecció a la xarxa i sense bateries.

 

5.4 - Resultats per instal·lació solar fotovoltaica en autoconsum diferit amb recolzament de bateries

En la simulació anterior es pot observar l’excedent desaprofitat, ja que l’energia excedentària no es pot vendre a la xarxa. En aquest cas, la incorporació de bateries permetria aprofitar aquest excedent emmagatzemant-lo i alliberant-lo quan hi ha un dèficit en la generació.

A continuació, després de la iteració en varis càlculs, es mostra el resultat en % d’autoconsum respecte la potència de la instal·lació solar fotovoltaica a la coberta i la capacitat de les bateries en kWh:

Taula. % d'autoconsum en funció de la potència fotovoltaica i els kWh de bateria.

 

Considerant una profunditat màxima de descàrrega del 40%. El % d’autoconsum es representa sobre la quantitat d’energia consumida (83087kWh/any) que prové de la pròpia instal·lació generadora. La resta d’energia prové de la xarxa. El quadre següent mostra l’energia proporcionada per les bateries:

Taula. Energia (kWh) d'autoconsum en funció de la potència fotovoltaica i els kWh de bateria.

 

El quadre següent mostra el consum provinent de la xarxa per a cada escenari:

Taula. Energia (kWh) comprada a la xarxa en funció de la potència fotovoltaica i els kWh de bateria

 

Es pot observar com, en la mesura que ens apropem al excedent de la instal·lació (quadre 1), un increment en la capacitat de les bateries no es tradueix en un increment substancial de l’autoconsum. A la següent gràfica es pot observar aquest factor: el percentatge d’autoconsum en funció de la instal·lació analitzada.

Taula. % d'autoconsum respecte l'energia de les bateries i la potència de la instal·lació

 

Si tota aquesta anàlisis ho analitzem en base a l’estalvi que ens pot reportar el sistema tindríem el següent:

 

Càlcul simple del retorn econòmic:

Determinats els costos i els estalvis energètics , podem calcular el període de retorn simple associat de les diferents possibles instal·lacions a executar. Per aproximar-ho correctament, caldria valorar altres factors com manteniment preventiu i correctiu, IPC, i finançament si fos el cas.

Taula. Retorn econòmic de la instal·lació respecte l'energia de les bateries i la potència fotovoltaica

 

Taula. Anys de retorn respecte l'energia de les bateries i la potència fotovoltaica

 

6. CONCLUSIONS

Es pot observar que es pot assolir un mateix percentatge d’autoconsum jugant amb la potencia fotovoltaica i la bateria instal·lada. Per exemple es podria aconseguir un 70% d’autoconsum amb:

  • 48kW de FV + 190kWh de bateries
  • 65kW de FV + 120kWh de bateries
  • 85kW de FV + 105kWh de bateries

A partir d’aquest punt s’hauria de fer una preselecció de la instal·lació en funció del criteri d’autoconsum que es vol assolir.

 

Nota: en tots els casos s’ha considerat un convertidor MM de 45kW corresponent a la demanda de potència màxima de la instal·lació.

 

 

Estudi Realitzat per

Albert Juan Casademont.
Eng. Industrial Col. 17010-I
Certified Measurement and Verification Professional for Energy Savings – Association of Energy Engineers
10 de Setembre de 2014

 

Comentaris