Proyecto Fotovoltaico

1- Planteamiento de la instalación
En noviembre de 2016 Magserveis realizó la proyección fotovoltaica de un bloque plurifamiliar de obra nueva de 24 viviendas de 3 o 4 dormitorios. Al ser obra nueva, la primera idea de la promotora fue realizar una instalación comunitaria de solar térmica para cumplir las exigencias del Código Técnico de la Edificación. Sin embargo, el Ayuntamiento pertinente aceptaba la substitución en proyecto de placas solares fotovoltaicas por las térmicas. La promotora así lo hizo. Según conversaciones acordaron que la instalación fotovoltaica debería verter energía sobre los servicios comunes del edificio y ésta iba a cubrir un portaje de consumo.
Así se plantea esta instalación, se dimensiona teniendo en cuenta como consumo solamente los servicios comunes del edificio, es decir, escalera, ascensor, sala de bombas, etc. a continuación se muestra en esquema unifilar de los servicios comunes con las cargas que en éste se derivan:

Figura 1 Cuadro general de servicios comunes

Tal como se observa, en los servicios comunes, como máximo, se tienen 63A y 64kW de potencia instalada. De los cuales, se exige cubrir un porcentaje de la demanda acordado (20%). No obstante, parte de estas cargas son a horas de poca incidencia solar ya que mucha de la actividad de los servicios comunes se hace a horas nocturnas de 20:00 a 23:00h. Por esta razón se considerará instalar baterías de almacenamiento de energía con autonomía para 1,5-2 días de consumo para la fracción de demanda a cubrir.

Por otro lado, se decide proyectar un sistema de inyección cero para controlar el excedente fotovoltaico que no sirva para cargar baterías.

Finalmente y, teniendo en cuenta lo comentado, la instalación fotovoltaica diseñada es capaz de abastecer el 20% de potencia instalada para zonas comunes (20kWp aproximadamente), de poder suministrar energía en momentos sin radiación solar gracias a las baterías de almacenaje y de poder controlar los excedentes de producción fotovoltaica que no sea posible almacenarlos en baterías.

2- Análisis de la instalación fotovoltaica y desarrollo del esquema unifilar
Se decide instalar el 20% de la capacidad en potencia demandada por los servicios comunes, esto hace decidirnos por una instalación de 23,4kW pico. En la azotea se instalan 90 módulos fotovoltaicos cada uno de 260W pico. Con esto se asegura una potencia de más del 20%.

Se asegurará dicha producción gracias a dos inversores de la casa SMA, uno de 9kW y otro de 15kW, que transformarán la corriente continua producida por la planta fotovoltaica en alterna para el consumo de las zonas comunes.

Para asegurar 1,5-2 días de autonomía energética para servicios comunes se instalan 2 rieles de 12 baterías de plomo, cada batería de 2V (en total 48V) y 1238Ah. Para la transformación de esta energía en corriente continua almacenada a energía consumible. Se proyectan 3 inversores cargadores, también de la casa SMA.
En la misma sala se encuentran las protecciones, tanto en continua como en alterna del sistema fotovoltaico. A la izquierda se puede observar el cuadro de alterna y al fondo a la derecha el cuadro de fusibles de continua para proteger a los módulos solares.

A continuación se muestra una fotografía de la sala de máquinas donde se puede observar todos los elementos de la instalación.

Figura 2 Sala de máquinas

Después de analizar todos los elementos instalados se ha confeccionado el esquema unifilar de la instalación fotovoltaica que se muestra a continuación. A posteriori se explicará la comprobación de cálculo de la instalación.

3- Comprobación de cálculo
Para la comprobación de cálculo se ha empleado el programa Sunny Design 3, que pertenece a la marca SMA.
En primer lugar se ha comprobado como para una instalación de 90 módulos fotovoltaicos los inversores de carga están bien dimensionados. Los módulos solares fotovoltaicos son de tipo policristalino de la casa BENQ/AUO SunPrimo modelo PM060PW1 de 260Wp con 60 células. A continuación se muestran sus características técnicas:

Figura 3 SunPrimo PM060PW1. (AS Solar, 2017)

Se ha dividido la cantidad total de módulos en 5 strings. Hay 2 strings de 18 módulos cada uno que caen sobre el inversor más pequeño, el STP 9000TL-20 de 9kW, se comprueba que es correcto. A posteriori, hay 3 strings más, uno de 20 módulos y otros dos de 17 módulos. Los 3 strings caen sobre el inversor STP 15000TL-30. Se comprueba mediante cálculo que esta composición es viable.

•    1er string: 20 módulos fotovoltaicos hacia el inversor STP15000-30.
•    2º string: 17 módulos fotovoltaicos hacia el inversor STP15000-30.
•    3º string: 17 módulos fotovoltaicos hacia el inversor STP15000-30.
•    4º string: 18 módulos fotovoltaicos hacia el inversor STP9000-20.
•    5º string: 18 módulos fotovoltaicos hacia el inversor STP9000-20.

Se comprueba posteriormente las secciones de cable de cada string. Para ello se indica la longitud de cable de cada string hasta el inversor para calcular la pérdida de carga. Vemos que las secciones instaladas son correctas. Se comprueba la caída de tensión para cada string y la pérdida relativa de potencia.

Figura 4 Strings

A continuación se diseña la soportación estructural de la instalación a cubierta y de plantea el conexionado eléctrico de los módulos. El conexionado entre los módulos fotovoltaicos está hecho en serie, tal y como se ha mostrado en el esquema unifilar. Para seriear los módulos se conectan el conector macho de una placa al hembra de la siguiente y así sucesivamente. A continuación se muestra:

Figura 5 Conectores macho y hembra

Tras estas comprobaciones de diseño, se pasa a calcular la capacidad de acumulación de energía. Para ello se introduce el perfil de gasto que va a tener la planta fotovoltaica teniendo en cuenta que se usará únicamente para abastecer un porcentaje de la demanda energética de los servicios comunes del edificio. Se comprueba que con 3 inversores cargadores del modelo Sunny Island 8.0H se abastece un consumo de energía anual de 54224kWh, contando con un respaldo de 18kW te potencia y tensión nominal de las baterías de 48V.

Figura 6 Imagen batería Tudor. (Tudor, 2017)

4- Resultado de la monitorización de la instalación
Lo interesante de este proyecto es que se ha podido monitorizar durante un año completo y ver el rendimiento de la instalación. La monitorización se ha hecho a cargo de Lacecal ITR que es un dispositivo creado para realizar instalaciones de inyección cero. A continuación se muestra el rendimiento de la planta a diario de un día soleado de invierno cualquiera:

Como se observa, en un día de inverno aproximadamente el 40 % de la demanda se cumbre gracias a la energía autoconsumida de la planta fotovoltaica. Por el contrario, aproximadamente un 60% de la demanda de los servicios comunes se consume directamente de red.
Para un día de verano soleado cualquiera el resultado es bastante distinto. Se muestra a continuación:

Como se observa, para el 13 de julio de 2017 aproximadamente el 60% de la energía es energía autoconsumida y el 40% energía extraída de la red eléctrica.
Habiendo hecho el análisis de dos días cualesquiera de verano e invierno se puede observar el contraste de generación fotovoltaica entre una temperada y otra. A continuación se muestra una tabla donde se recoge resumidamente el consumo total mensual y dentro de éste cual ha sido consumido directamente de red y cual generado por la instalación fotovoltaica. Esto para un periodo de un año, el 2017. Además se da el porcentaje de ahorro mensual y la media anual para este periodo.

Figura 7 Tabla resumen de monitorización anual

Como se observa, el 47,44% de la energía consumida en las zonas comunes del edificio ha sido generada gratuitamente por la instalación fotovoltaica instalada lo cual representa unos 53012,96 kWh de energía ahorrada.

Ponte en contacto con nuestro departamento técnico a tecnic.projectes@magserveis.com o al teléfono 93 663 33 10

 

Sergi Asensio Arjona – Enginyer de projectes