Cas pràctic amb el software SAM

El SAM (System Advisor Model) és un software de simulació energètica gratuït el qual permet simular i analitzar la viabilitat d’instal·lacions d’energies renovables en les següents modalitats:

• Sistemes fotovoltaics: Diferents opcions, venta a tarifa (pool, prima), autoconsum i balanç net.
• Plantes termosolars.
• Energia solars tèrmica: Des de petits captadors fins a grans instal·lacions comunitàries.
• Energia eòlica i mini eòlica: Diferents opcions, venta a tarifa (pool, prima), autoconsum i balanç net.
• Geotèrmia: Producció d’energia elèctrica a partir d’aquesta font, també combinada amb gas o fuel.
• Biomassa: Producció d’energia elèctrica a partir de la crema i gestió de residus forestals.

Estem doncs davant d’una impressionant eina gratuïta que permet analitzar a un nivell de detall excel·lent la viabilitat d’instal·lacions d’energies renovables combinant dades energètiques, costos d’inversió, explotació i finançament.

El SAM és ofert gratuïtament per el National Renewable Energy Laboratory (NREL) sota la supervisió del DOE (Department of Energy) dels Estats Units d’Amèrica. Es tracta d’una eina molt potent que combina nombrosos motors de càlcul i permet assolir detalls de càlcul molt detallistes i realistes per instal·lacions d’energies renovables.

Descàrrega del SAM
Us el podeu descarregar el software a la següent adreça: http://sam.nrel.gov (us haureu de registrar)

CAS PRÀCTIC
El cas pràctic que ens ocupa va ser desenvolupat a principis d’estiu de 2013. En aquell moment encara no havia sortit la proposta de RD per instal·lacions d’autoconsum. Tot i així, si hi hagués alguna modificació legal al respecte, seria tan fàcil com modificar les dades econòmiques de retribució i es torna a simular ràpidament.

1. ANTECEDENTS
Donat l’actual règim de retribució el consell insular de Menorca analitza la viabilitat d’una instal·lació solar fotovoltaica en autoconsum de 50 kW nominals.

2. SOLUCIÓ TÈCNICA PROPOSADA
En base a múltiples propostes dissenyades i analitzades, s’arriba a la següent proposta final:

• Mòduls fotovoltaics: Es proposa la instal·lació de 190 mòduls fotovoltaics monocristal·lins d’alta eficiència del fabricant SunPower de 327 Watts Pic unitaris
• Col·locació dels mòduls: Es dissenya un sistema amb orientació i inclinació òptima segons la latitud i amb integració visual a l’edifici, de manera que no es veuen les plaques des de l’exterior.
• Sistema estructural: Es proposa la fixació a coberta dels mòduls fotovoltaics amb un sistema llastrat de la casa comercial solarblock.
• Inversors: Es recomana la instal·lació de 2 inversors trifàsics de 15 kW i un de 20 kW nominals del fabricant Schneider electric.
  Instal·lació elèctrica: Es dissenya tota la instal·lació elèctrica en referència a les proteccions, ubicació dels quadres, dimensionat de línies i xarxa de terres.
• Monitorització: Es projecta un sistema de monitorització en temps real, multiplataforma i multiusuari, lligat a la gestió del manteniment i amb indicacions locals al mateix edifici.
• Altres: Es proposen millores respecte la instal·lació, gestió i explotació d’aquesta.

Per últim el client també disposa d’un parell de solucions tècniques addicionals amb mòduls fotovoltaics de 240W i diferents orientacions i inclinacions.

3. SAM – ENTRADA DE DADES

3.1 Location and resource
En la pantalla inicial importem els registres de radiació solar, temperatura seca, ambient, Humitat relativa d’un any base (8.760 registres) d’un fitxer de la base de dades amb extensió *.epw. En aquest cas, importem les dades de Maó.

3.2 Module
En aquest capítol seleccionem el mòdul fotovoltaic que farem servir. El programa permet modificar certs paràmetres del mòdul com l’eficiència, els coeficients de temperatura i les dimensions. En el cas que es volgués utilitzar un mòdul que no està entrat a la base de Dades, aquesta permet editar-ne de nous.

3.3 Inverter
De la mateixa manera que en el punt anterior hem pogut seleccionar el mòdul fotovoltaic, en aquest punt seleccionem l’inversor solar.

3.4 Array
Aquest és un dels punts més útils del pre-disseny del software: serveix per validar la configuració proposada de connexions dels panells solars fotovoltaics. També ens permet calcular les distàncies òptimes de separació per evitar les pèrdues per ombrejat.

3.5 PV subarrays
Aquesta opció també és molt complerta. Permet editar els diferents subcamps fotovoltaics que componen la instal·lació. Permet editar-ne la orientació, la inclinació i les pèrdues per ombrejat i distribució. És una eina molt útil per el disseny de sistemes solars en cobertes, ja que moltes vegades les cobertes no són uniformes o es tendeix a aprofitar zones de diferents característiques per ubicar-hi les plaques solars.

3.6 Performance adjustment
Aquesta opció ens permet editar si hi ha alguna franja horària en algun mes de l’any en què la instal·lació es veu afectada de tal forma que no pot produir l’energia.

3.7 PVsystem costs

En aquest punt es poden definir tots els costos que afectaran la planta solar fotovoltaica, tant en el moment d’executar-la com en la posterior gestió i manteniment. Tots els costos poden ser introduïts com al tècnic li sigui més favorable (€ , €/watt o €/m2)

• Direct capital costs: Cost de la instal·lació (material i mà d’obra)
• Indirect Capital costs: Costos d’estudis, enginyeria i connexió amb la companyia elèctrica i preu de compra o lloguer del terreny.
• Operation and maintenance costs: Despeses anuals d’explotació i manteniment i el seu increment anual (%). 

3.8 Financing

En aquest punt es poden definir tots aquells punts que fan relació a la financiació de la inversió:

• Fracció de crèdit
• Anys d’amortització
• Interessos
• Temps d’anàlisis
• Inflació
• Taxes,
• Etc. 

3.9 Incentives

Aquesta opció ara com ara a casa nostra no té sentit... seria en el cas que hi haguessin primes o subvencions per la generació...

3.10 Utility rate

Aquesta és potser una de les eines més importants del SAM. Ens permet definir primer, si la instal·lació té Balanç Net o no (Net Metering). Per altra banda ens permet editar les característiques del perfil horari de la contractació existent (2.0, 2.0 DHA fins a una 6.1). En base al preu de compra per període com al preu de venta per període i a la seva afectació horària.

3.11 Electric Load
I vet-ho aquí la última sorpresa agradable del SAM. La pestanya Electric Load ens permet entrar el perfil de consum del client. D’aquesta manera podrem analitzar el comportament d’una simulació fotovoltaica en base al consum real del nostre client.
Les dades poden ser entrades en format horari de tot un any o es pot entrar un promig horari (dia laborable i dia festiu o cap de setmana) en funció del mes.

1. SAM – SIMULACIÓ

Com tot software de disseny energètic, el SAM permet simular el funcionament de la instal·la ció a un any vista. En aquest cas, ho podem aconseguir amb el valor afegit de poder comparar la producció fotovoltaica respecte el consum de la instal·lació, així com també analitzar-ne el comportament econòmic i financer

Opció time series

El SAM realitza una gràfica anual sobre la qual ens podem moure i acotar-ne les dades amb un simple zoom. En aquestes gràfiques es poden comprovar totes les dades: des de la radiació fins a la producció, passant per valors meteorològics. A la següent imatge es pot veure una comparació entre l’energia importada de la xarxa (gràfica de vermell) i l’aportada per la instal·lació solar al mes de setembre (gràfica de color verd).

Opció graphs

En aquesta opció es té accés a comprovar la producció anual i als llargs dels anys de la instal·lació

Opció cashflow

En aquesta pestanya es poden veure tots els fluxos de caixa del projecte. O sigui, l’estalvi de l’aportació fotovoltaica, la compra energètica, les partides de manteniment, l’amortització del crèdit, etc.

2. SAM - REPORT

I per últim el SAM disposa d’una eina per treure el resultat de la simulació en format document. El document aconseguit és un document molt visual i molt útil per acompanyar qualsevol tipus de projecte o estudi energètic d’una instal·lació de producció d’energia amb fonts renovables.

Albert Juan Casademont
Enginyer Industrial Col·legiat 17010