Ingemecánica - Hermenegildo Rodríguez Galbarro

— Proyecto nº 193 —

Diseño de una instalación renovable de autoconsumo para un centro deportivo aislado

FUENTE:

Dpto. de Ingeniería Energética

Escuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de Sevilla

Las energías renovables, y especialmente la energía solar, supone una excelente alternativa de mucho futuro para hacer frente a la emergencia climática en que nos encontramos. El cambio climático, agravado por el calentamiento global que está sufriendo nuestro planeta, está generando un gran impacto medioambiental del cual todos somos consciente ya que lo estamos sufriendo de alguna u otra manera.

La energía solar, y especialmente la de origen fotovoltaico, supone una gran oportunidad para reducir el impacto medioambiental sobre nuestro planeta. Además, las distintas administraciones están incentivando su uso, tanto para usuarios particulares como a empresas.

El uso de la energía solar fotovoltaica para satisfacer nuestras necesidades energéticas, no sólo ayuda a reducir el impacto sobre el medioambiente, sino que tiene otras muchas ventajas, como son, reducir nuestra dependencia de los combustibles fósiles, o ahorrar en nuestra factura de la luz habida cuenta que usamos una energía gratuita que nos viene del sol.

- Tipos de paneles solares:

Para captar la energía del sol, se usan paneles o módulos solares que, según el objetivo que se pretenda conseguir, se pueden dividir en tres tipos distintos:

• Paneles solares fotovoltaicos: Son los encargados de transformar la energía recibida del sol en energía eléctrica gracias al efecto fotoeléctrico. Este proyecto se centrará en el uso de estos tipos de paneles. Básicamente, mediante el efecto fotoeléctrico las partículas de luz que conforman los rayos solares impactan sobre el material semiconductor del que están hechos los módulos de los paneles solares, generalmente partículas de silicio, activando el movimiento de electrones que dará lugar a una corriente eléctrica.

• Paneles solares térmicos: Son un tipo de paneles encargados de captar la energía de los rayos solares y transformarla en calor. En la mayoría de los casos se utilizan para calentar fluidos o alimentar sistemas de calefacción. Pueden ser clasificados en tres tipos: de baja temperatura (hasta 50 ºC), de media temperatura (hasta 90 ºC) y de alta temperatura (hasta 150ºC).

• Paneles solares híbridos: Es una combinación de los dos paneles anteriores que aprovecha tanto las propiedades de los paneles fotovoltaicos para la generación de electricidad, como de los paneles térmicos para generar calor. Una de las ventajas de su utilización es el ahorro de espacio que supone, alcanzándose un mayor rendimiento a la hora de aprovechar la energía del sol.

- Componentes de una instalación solar fotovoltaica:

Básicamente, los sistemas solares fotovoltaicos para autoconsumo con conexión a red, constan de los siguientes elementos principales:

• Panel solar fotovoltaico: Su función es captar la energía que proviene del sol mediante las células fotoeléctricas. Estas células, interconectadas unas con otras, funcionan según el efecto fotoeléctrico, que transforma la energía contenida en la radiación solar en corriente eléctrica. Dependiendo del nivel de rendimiento y eficiencia, hay varios tipos de paneles solares fotovoltaicos:

- Paneles solares de silicio monocristalino: Este tipo de paneles ofrece un mayor rendimiento y eficiencia, aunque su coste es mayor debido a su complejo proceso de producción.

- Paneles solares de silicio policristalino: Presentan un rendimiento de entre un 11% y un 15%, valores que son menores que el rendimiento de los paneles monocristalinos. Su coste económico es más reducido, al ser su proceso de fabricación más sencillo.

• Inversor solar: También llamados convertidores. Los paneles solares generan electricidad en corriente continua. Los inversores son los elementos encargados de convertir la corriente continua proveniente de los paneles solares en corriente alterna, apta para que pueda ser usada por los aparatos eléctricos.

Los inversores solares también cumplen una función como reguladores de carga, de manera que optimizan la generación de electricidad en función de la radiación recibida. Además sirven para controlar el proceso de carga de las baterías de almacenamiento, y también tienen una función de protección de la instalación ante sobrecargas o cortocircuitos.

• Baterías de almacenamiento: Las baterías, también llamadas acumuladores solares fotovoltaicos, se utilizan para almacenar la energía eléctrica generada por el sistema de generadores fotovoltaicos, con objeto de disponer de ella en periodos nocturnos o en aquellas horas del día que no luzca el sol.

No obstante, también pueden desempeñar otras funciones, por ejemplo, como elementos que sirven para estabilizar el voltaje y la corriente de suministro, o para inyectar picos de corriente en determinados momentos, tales como en el arranque de motores.

Las baterías se componen básicamente de dos electrodos que se encuentran sumergidos en un medio electrolítico. Los tipos de baterías más recomendadas para uso en instalaciones fotovoltaicas son las de tipo estacionarias de plomo ácido y de placa tubular, compuestas de un conjunto de vasos electroquímicos interconectados de 2V cada uno, que se dispondrán en serie y/o paralelo para completar los 12, 24 ó 48 V de tensión de suministro y la intensidad de corriente en continua que sea adecuado en cada caso.

Generalmente a la asociación eléctrica de un conjunto de baterías se le suele llamar sistema acumulador o simplemente acumulador.

• Estructura soporte: Para soportar los paneles solares se necesitará de una estructura soporte, que mantenga la posición e inclinación adecuada de los paneles solares. También servirá para mantener fijos y convenientemente anclados los paneles solares, de manera que soporte con toda seguridad las rachas de viento, lluvias o cualquier inclemencia meteorológica.

La disposición de los módulos fotovoltaicos, definido por su orientación e inclinación, repercute de manera decisiva en su rendimiento.

La orientación de los paneles solares será tal que éstos se dispongan siempre "mirando" hacia el ecuador terrestre. Esto supone orientar los paneles hacia el sur para aquellas instalaciones situadas en el hemisferio norte terrestre, y hacia el norte para las instalaciones situadas en el hemisferio sur.

En cuanto al valor de la inclinación de los paneles solares con respecto a la horizontal, cuando se pretende que la instalación se use todo el año con un rendimiento aceptable, coincide aproximadamente con la latitud del lugar donde se instale. Si la instalación se usara principalmente en invierno, entonces la inclinación óptima de los módulos sería la obtenida de sumarle a la latitud del lugar 10º. Y por el contrario, si la instalación va a usarse básicamente en verano, la inclinación que habría que proporcionarle a los módulos sería el resultado de restar a la latitud del lugar 20º. Por último, si se pretende un diseño óptimo que funcione de manera aceptable para todo el año, la inclinación que habrá que proporcionarle al panel solar será igual a la latitud del lugar.

• Elementos de conexión: Para completar la instalación se necesitará de cableado, protecciones y material eléctrico auxiliar para llevar a cabo el montaje de la instalación.

Los sistemas fotovoltaicos, como toda instalación que queda permanente al aire libre, deberán estar diseñadas para resistir las duras inclemencias meteorológicas (temperaturas ambientales extremas, radiación solar ultravioleta, humedad, resistencia a los impactos...) que condiciona la calidad de los materiales de protección del cableado eléctrico que se deba emplear.

El objetivo del presente proyecto es mostrar de manera detallada el proceso de diseño de una instalación fotovoltaica para autoconsumo con una potencia de 100 kW conectada a red a instalar en un centro deportivo. En el proyecto se incluyen todos y cada uno de los pasos y técnicas empleadas para que la instalación se pueda llevar a cabo.

En primer lugar, el proyecto realiza un análisis exhaustivo del funcionamiento de una instalación solar fotovoltaica y del ahorro energético que supone su instalación dependiendo de la zona geográfica donde se instale.

Asimismo, en el proyecto se incluye una memoria con los cálculos utilizados para el diseño completo de la instalación, donde se definen las variables del análisis realizado.

En el documento se incluye las mediciones de las obras y equipos necesarios, así como el dimensionado previo para llevar a cabo la instalación y comprobar que dicho proyecto es viable, mostrando así el presupuesto de la instalación y los cálculos de amortización, una vez realizada la ejecución de la obra y puesta en marcha de la instalación fotovoltaica.

En el proyecto también se incluyen los documentos necesarios para su tramitación, como son el estudio básico de seguridad y salud, o el pliego de condiciones técnicas, donde se muestra cómo se ha diseñado la instalación teniendo en cuenta la normativa vigente que afecta a las instalaciones solares fotovoltaica para autoconsumo en España a fecha de la redacción del proyecto.

A continuación, puede el lector descargar este documento para poder realizar su lectura completa en formato PDF:

— Biblioteca de Proyectos —

Diseño de una instalación renovable de autoconsumo para un centro deportivo aislado

FUENTE: Biblioteca de Ingeniería de la Universidad de Sevilla

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