Máster Energías Renovables y Eficiencia Energética

PRESENTACIÓN DEFENSA

TRABAJO FIN DE MÁSTER

Máster en Energías Renovables y Eficiencia Energética

Curso 2015-2016. Segundo Semestre.

Alumno: Víctor Fernández García

ESTUDIO DE VIABILIDAD DE AUTOABASTECIMIENTO DE UNA CASA RURAL

Índice1. Objeto2. Situación y Localización3. Soluciones Alternativas4. Recurso Solar5. Descripción del Inmueble6. Solución Adoptada7. Método de cálculo8. Instalación Fotovoltaica9. Solar Térmica para ACS

a. Cálculo del Generadorb. Disposición del Generadorc. Cálculo del Acumuladord. Esquema Unifilare. Regulador e Inversorf. Rendimiento del Sistemag. Garantías y Vida Estimadah. Presupuesto

Objeto

Autoabastecimiento de una vivienda rural

1.Prescindir de conexión a la red eléctrica

2.Uso de fuentes renovables

3.Calidad de suministro eléctrico

Situación y Localización

Imagen 1. Situación del inmueble en la Península Ibérica. Fuente: Google Maps.

Imagen 2. Localización del inmueble en Ribeira de Piquín.

Soluciones Alternativas

• Recurso Eólico → Explotado en la parte alta de la sierra (altitud > 700 m)

• Recurso Geotérmico → No conocido

• Recurso Hídrico → Abundante en la zona

• Recurso Solar → ¿Suficiente?

Recurso Solar

Imagen 3. Irradiancia global media (período 1983-2005) [kWh/m2/día]. Fuente: AEMET., 2012. Atlas de Radiación Solar en España utilizando datos del SAF de Clima de EUMETSAT (página 31).

Recurso Solar

Imagen 4. Insolación global diaria (promedio anual) [kWh/m2/día]. Fuente: Xunta de Galicia., 2011 Atlas de radiación solar en Galicia

Imagen 5. Situación del inmueble en la Comunidad Autónoma de Galicia. Fuente: Google Maps.

Horizonte relativamente despejado, sobre todo durante los meses de menor radiación solar.

Irradiación anual perdida a causa de sombras: 0,6 %

Ausencia de sombras adicionales.

Espacio para colocar bastantes paneles solares sobre cubierta sin hacerse sombra.

Recurso Solar

Imagen 6. Altura del sol y perfil del horizonte. Fuente: Joint Research Centre (JRC)., 2012. Sistema de Información Geográfica Fotovoltaica (PVGIS) [online]. Base de datos: Climate-SAF PVGIS.

Descripción del inmueble

Imagen 7. Planta baja. Imagen 8. Cubiertas y planta alta.

Componentes:Generador: Paneles solares fotovoltaicos

Regulador de carga

Banco de Baterías: Acumulador

Inversor: DC → AC

•Cableado y conectores

•Elementos de seguridad

•Soporte para los paneles

Solución adoptada

Imagen 9. Esquema de principio de la instalación fotovoltaica aislada.

Método de CálculoMétodo del mes más desfavorable

Imagen 10. Irradiación en ángulo óptimo (β=35°) e Irradiación en ángulo (β=60°) [kWh/m2/día]. Fuente: Climate-SAF PVGIS

Ángulo de inclinación elegido: β=60°

Mes más desfavorable: Enero

G = 2,460 kWh/m2/día

Fuente de datos: Climate-SAF PVGIS

Centro de Consumo Consumo [kWh/día]

Iluminación 0,233Frigorífico Combi 0,381Extractor de gases 0,072Horno microondas 0,210Televisor 0,210Lavadora 0,300PC Portátil 0,046Servicios auxiliares (teléfonos, radio, música, aspiradora, etc.)

0,200

Futuros consumos (margen de aumento para el futuro)

0,200

TOTAL 1,851

Consumo diario: 1,851 kWh

Autonomía: 3 días

Demanda de Energía diaria:

Ed = 1,851 x 3 = 5,553 kWh

Tabla 1. Estimación de consumos eléctricos medios diarios.

Método de Cálculo

Cálculo del GeneradorPmín = Ed ∙ Fu ∙ GCEM / (G ∙ Fs ∙ ηg)*

Pmín = 5,553 ∙ 1 ∙ 1 / (2,460 ∙ 1 ∙ 0,615)

Pgenerador ≥ 3,67 kW

Módulo fotovoltaico → ATERSA A-310MPmódulo= 0,31 kW (310 W)

Número de módulos: 12

Pgenerador = Nmódulos ∙ Pmódulo = 12 ∙ 0,31 = 3,72 kW

*Jutglar Banyeres, Lluís., 2012. Generación de Energía Solar Fotovoltaica. Barcelona. Marcombo.

Disposición del Generador

Imagen 11. Instalación fotovoltaica. Planta.

12 módulos en fila, orientados al sur e inclinación β=60°

Dimensiones del panel: Largo: 1.965 mmAncho: 990 mm

Largo aparente (en planta) para β=60°:

1.965 x cos60°= 982,5 mm

Cálculo del Acumulador

Batería → VISION 6FM230S-XCapacidad de la batería → 230 Ah (12 V)Número de baterías → 4 (conectadas en serie) Capacidad del acumulador → 230 Ah (48 V)

Cmínima = A ∙ Id / (ηinv ∙ ηrb ∙ Dmáx)*

• A = 3 días

• Id = Ed / Vn = 1.851 / 48 = 38,56 Ah (acumulador a 48 V)

• Dmáx = 0,80 → 80% descarga en situaciones extremas

Cmínima = 3 ∙ 38,56 / (0,85 ∙ 0,81∙ 0,80)

C ≥ 210,02 Ah

*Jutglar Banyeres, Lluís., 2012. Generación de Energía Solar Fotovoltaica. Barcelona. Marcombo.

Esquema UnifilarComponentes Generador (48 V):

12 Módulos (24 V), 6 grupos en paralelo de 2 módulos en serie.

Regulador de carga

Acumulador (48 V):

4 baterías (12 V) en serie

Inversor:

CC 48 V → CA 230 VImagen 12. Esquema unifilar de la instalación fotovoltaica aislada.

Regulador e Inversor

Regulador de CargaRequisitos:Vreg > 45,15 ∙ 2 = 90,30 VIreg ≥ 1,1 ∙ (6 ∙ 8,92) = 58,87 A

MORNINGSTAR TriStar 60I hasta 60 AVoc hasta 125 V

Pinstalación hasta 4 kW

InversorRequisitos:CC (48 V) → CA (230 V, 50 Hz, onda senoidal pura)Psalida > 2 kW

ATERSA Tauro BC 2548/VEntrada: 40-64 VSalida: CA (230 V, 50 Hz)Psalida : 2.300 VA regimen constante

Rendimiento del sistema El estado de carga de la batería será ≥ 84% al final del día, más del 97% de los días del año.

Será ≥ 68% todos los días.

Imagen 13. Representación gráfica de la probabilidad de un determinado estado de carga de la batería al final del día a lo largo del año. Fuente: Estimación de un sistema FV autónomo. PVGIS. Imagen 14. Capacidad de batería

VISION 6FM230S-X según su número de ciclos y profundidad de descarga.

Garantías y Vida EstimadaMódulos fotovoltaicos: ATERSA A-310M80% potencia → 25 años

Regulador: MORNINGSTARTriStar-60Garantía → 5 años

Batería: VISION 6FM230S-XGarantía → 2 años / Vida estimada → 1.500 ciclos (4 años)

Inversor: ATERSA Tauro BC 2548/VGarantía → 2 años

Imagen 15. Garantía de potencia del módulo fotovoltaico ATERSA A-310M.

Presupuesto FVElemento Marca Modelo Precio Uds. ImportePanel fotovoltaico Atersa A-310-M 285,87 € 12 3.430,44 €Soporte para 4 paneles Techno Sun STR03V-1642-994 140,90 € 3 422,70 €

Batería Vision 6FM230S-X 1.427,40€ 1 1.427,40 €Regulador Morningstar TriStar-60 240,60€ 1 240,60 €Display Regulador Morningstar TriStar-60 126,75€ 1 126,75 €Inversor Atersa Tauro BC 2548 1.039,50 € 1 1.039,50 €Cable unifilar (6 mm2) 1,90 € 4,16 8,32 €Cable unifilar (10 mm2) 2,00 € 4,16 10,42 €Cable unifilar (16 mm2) 2,50 € 4,16 10,42 €Cable unifilar (25 mm2) 3,50 € 8,32 29,15 €Cable unifilar (35 mm2) 4,26 € 5,4 22,98 €Fusibles, conectores y otros elementos menores 120,00 €Instalación 280,00 €

TOTAL sin IVA 7.168,68 €IVA (21%) 1.505,42 €

TOTAL 8.674,11 €

Tabla 2. Presupuesto de la instalación solar fotovoltaica aislada.

Solar térmica para ACS

Demanda de ACS, según CTE → 56 L/d (60°C)

Contribución solar mínima según CTE: 30% energía anual

Sistema prefabricado termosifón: CHROMAGEN 150L PRO

Imagen 16. Ficha técnica del conjunto prefabricado CHROMAGEN 150L PRO.

Solar térmica para ACS

Imagen 18. Fragmentos del informe de resultados CHE4Q.

Imagen 17. Instalación solar térmica.

Presupuesto Solar TérmicaElemento Marca Modelo Precio Uds. ImporteTermosifón Chromagen TSB 150L PRO 1.027,94 € 1 1.027,94 €Calentador HTW CLM11A02 226,74 € 1 226,74 €Tubo de cobre (D=10/12 mm) 1,89 € 10 18,90 €Manguitos, juntas, etc. 40,00 €Instalación 110,00 €

TOTAL sin IVA 1.423,58 €IVA (21%) 298,95 €

TOTAL 1.722,53 €

Tabla 3. Presupuesto de la instalación solar térmica para agua caliente sanitaria.

Muchas Gracias