cubierta nave industrial

8/2/2019 Cubierta Nave Industrial

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PROYECTO FIN DE CARRERA

ESTUDIO TCNICO ECONMICODE INSTALACIN

FOTOVOLTAICA DE 100 KWEN CUBIERTA DE NAVE

INDUSTRIAL.

AUTOR: ADEMIR SUREZ CARRIO

MADRID, JUNIO 2008

UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS

ESCUELA TCNICA SUPERIOR DE INGENIERA (ICAI)

INGENIERO INDUSTRIAL


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Autorizada la entrega del proyecto al alumno:

Ademir Surez Carrio

EL DIRECTOR DEL PROYECTO

Julio Huerta Santos

Fdo: Fecha:

V B del Coordinador de Proyectos

Jos Ignacio Linares Hurtado

Fdo: Fecha:


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Resumen iii

Resumen

La realidad de nuestro entorno actual nos muestra un incremento de las necesidadesenergticas impulsadas por el desarrollo tecnolgico y econmico de nuestra sociedad.

Uno de los grandes problemas de la humanidad es su dependencia de los

combustibles fsiles, ya que provocan un fuerte impacto ambiental adems de diversos

en el mbito econmico. El reto est en conseguir que las energas alternativas y

renovables vayan sustituyendo paulatinamente a esos combustibles. La principal

ventaja de las energas renovables es la de su menor impacto ambiental, ya que,

reducen el nmero de contaminantes a la atmsfera adems de su distribucinterritorial es ms dispersa y menos concentrada.

La gran ventaja de los sistemas fotovoltaicos respecto a otros sistemas de generacin

elctrica es que no ocupan necesariamente espacio adicional al ya ocupado por los

edificios u otras construcciones. El campo fotovoltaico puede integrarse encima de

superficies construidas o incluso ejercer la funcin de elemento de construccin.

Una de la principales ventajas aadidas son que el punto de evacuacin suele estarmuy prximo a la nave por lo que se elimina el coste aadido de la lnea a lanzar hasta

el anterior punto y apenas se necesita obra civil para la instalacin. Y adicionalmente, y

por el mismo motivo favorece una generacin distribuida inyectando en la red cerca de

los puntos de consumo.

A pesar de los distintos beneficios que se pueden evaluar en la aplicacin de esta

tecnologa de generacin se trata de un sistema con costos elevados. Aunque

paulatinamente se esta produciendo una reduccin en los costos de sus componentes,

este tipo de instalaciones no seran viables econmicamente si un continuado impulso

por parte de las administraciones pblicas.

La energa fotovoltaica con conexin a red se encuadra dentro del Rgimen Especial

de productores del RD 661/2007, que establece las primas por kWh generado segn la

potencia instalada y el tipo de instalacin. Tambin existen distintas legislaciones en el

mbito autonmico y local que puedan favorecer este tipo de instalacin.


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Resumen iv

Todo esto pone de relevancia la importancia del estudio del recurso solar inherente

a la ubicacin de la instalacin, la necesidad de un diseo enfocado a la optimizacin

en la captacin de las potencialidades del emplazamiento, as como un riguroso

estudio de viabilidad econmico del proyecto, enmarcado todo ello en la legislacin de

aplicacin que lo haga posible.

El presente proyecto persigue el estudio, desde un punto de vista tcnico y

econmico, de una instalacin fotovoltaica en la cubierta de una nave industrial.

Puesto que la edificacin se encuentra en fase de diseo se evaluarn distintas

soluciones constructivas para la cubierta y sus influencias sobre el sistema fotovoltaico

a instalar.

Una vez se evalu el recurso solar de la zona donde se pretende implementar la

instalacin quedan todava una serie de grados de libertad relevantes, sobre los que se

aplicar un diseo del sistema fotovoltaico general, a cada una de las soluciones que se

consideran, analizando sus particularidades y variaciones.

El estudio de todos los componentes especficos de la instalacin, as como, la

previsin de inyeccin en red son fundamentales en el desarrollo de este trabajo.

Tambin el estudio econmico de la inversin, viabilidad y rendimiento en el objetivode la inyeccin de toda la energa producida a la red de distribucin.

Los recursos de las tecnologas de la informacin actuales permiten una precisa

evaluacin de los parmetros relevantes de climatologa, as como, de radiacin

incidente. Asimismo, permiten la simulacin de la produccin del sistema, mediante la

aplicacin de software especfico. Por lo que se aprovechan estos recursos para tener

una visin comparativa con los resultados que se alcancen con los clculos

convencionales.

El objetivo del proyecto es doble: en un primer punto, el estudio de toda la

tecnologa fotovoltaica de sistemas conectados a red, as como, una revisin de la

legislacin y procedimientos administrativos de aplicacin. En un segundo lugar el

estudio comparativo de varias soluciones constructivas de cubierta, que llevarn al

diseo y clculo de la instalacin en unas condiciones determinadas, as como, la

simulacin de las soluciones adoptadas.


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Resumen v

Los resultados de este proyecto nos darn una visin de la aplicabilidad de las

instalaciones fotovoltaicas conectadas a red dentro del sector industrial, desde las dos

perspectivas ms relevantes, la tcnica y la econmica. Siendo objeto de este estudio,

concluir las condiciones idneas de instalacin en cuanto a requerimientos

constructivos previos, as como, condicionantes de ubicacin de la nave industrial.


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Summary vi

Summary

The reality of our current environment shows us an increment of the energy needsprompted by the economic and technological development of our consumer society.

One of the large problems of the humanity is its dependence of the fossil fuels, since

they cause a strong environmental impact besides diverse in the economic

environment. The challenge is in obtaining that the energies alternatives and

renewable they go substituting gradually to those fuels. The main advantage of the

renewable energies is that of its smaller environmental impact, since, they reduce the

number of contaminants to the atmosphere besides their territorial distribution is moredispersed and less concentrated.

The great advantage of the photovoltaic systems with respect to other systems of

electric generation is that they do not occupy necessarily additional space upon already

occupying by the buildings or other constructions. The photovoltaic field can be

integrated over surfaces built or even to exercise the construction element function.

One of the main advantages added they are that the point of evacuation is used tobeing very next to the ship for which the price added of the line is eliminated to launch

to the previous point and barely civil work for the installation is needed. And

additionally, and for the same motive favours a distributed generation fed into in the

network near the points of consumption.

Despite the various benefits that can be assessed in implementing this technology

generation, it is a system with high costs. Although this is gradually producing a

reduction in the cost of its components, this type of installations would not be viable

economically if a continued impulse on the government.

The photovoltaic power-grid falls within the special scheme for producers of RD

661/2007, which sets bonus per kWh generated according to the installed power and

the type of installation. There are also various legislations in the sphere of autonomy

and local levels that may give an incentive to this type of installation.


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Summary vii

All this underscores the importance relevance of the study of solar resource inherent

in the location of the facility, the need of a design focused to the optimization in the

collecting of the potentialities of the PV field, as well as a rigorous economic feasibility

study of the project, framed all it in the legislation of application which makes it

possible.

The present project pursues the study, since an economic and technical point of

view, of a photovoltaic installation in the roof of a factory building. Because the

building is in design phase will assess various constructive solutions to the roof and its

influences on photovoltaic system to be installed.

Once the solar resource of the zone where intends to implement the installation be

evaluated, the grid connected system are still a number of relevant degrees of freedom.

For these ones, it will be applied a design of the general photovoltaic system to each

one of the solutions which are considered, analyzing their particularities and

variations.

The study of all the specific components of the installation, as well as, the forecast of

injection in network is fundamental in the development of this work. Also the

economic study of the investment, viability and performance in the objective of theinjection to the network of distribution.

The resources of the current information technologies permit an precise assessment

of the relevant parameters of climatology, as well as, of incident radiation. Likewise,

allow the simulation of the system production, by implementing specific software.

Taking advantage of these resources to have a comparative vision with the results that

be achieved with the conventional calculations.

The projects aim is double: at one point, the study of all the photovoltaic

technology of grid connected systems, as well as, a review of the legislation and

administrative procedures of application. In a second place, the comparative study of

several constructive solutions of the building roof which lead to the design and

calculation of the installation in certain conditions, as well as the simulation of the

solutions adopted.

The results of this project will give us a vision of the applicability of photovoltaicinstallations connected to the grid within the industry, since the two most prominent


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Summary viii

perspectives, the technical and economic one. Being purpose of the study to conclude

the suitable conditions of installation as for prior constructive requests, as well as,

determining factors of location of the facility.


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ndice ix

ndice

1 INTRODUCCIN. ..................................................... ........................................................... ............. 2

1.1 Introduccin. .......................................................................................................2

1.2Justificacin y motivacin. ................................................................................4

1.3 Objetivos del proyecto. ......................................................................................7

1.3.1 Objetivo principal. 7

1.3.2 Objetivos operativos: 7

1.3.3 Metodologa de trabajo. 8

1.4 Condiciones a tener en cuenta para el diseo de la instalacin: .................8

2 ENERGA SOLAR. FUNDAMENTOS Y TECNOLOGA. ...................................................... . 12

2.1 Introduccin. ..................................................................................................... 12

2.2 Fundamentos de la Energa Solar. .................................................................12

2.2.1 El Sol: fuente de la energa. 12

2.2.2 Radiacin solar. 13

2.2.3 La constante solar. 15

2.2.4 Efecto de la atmsfera. 17

2.2.5 Irradiacin sobre una superficie. 18

2.2.6 Movimiento relativo Sol-Tierra 20

2.2.7 Determinacin de la posicin solar. 21

2.2.7.1 Coordenadas ecuatoriales. .....................................................................................................21

2.2.7.2 Coordenadas solares.................... ..................... ...................... ..................... ..................... ...... 22

2.2.8 Conversin de la energa solar. 26

2.3 El clima...............................................................................................................28

2.4 Tecnologa Solar Fotovoltaica......................................................................... 29

2.4.1 El efecto fotovoltaico. 303 LEGISLACIN Y NORMATIVA.......................................................... ........................................ 33

3.1 Introduccin ...................................................................................................... 33

3.2 Marco Legislativo Europeo. ............................................................................ 33

3.3 Marco Legislativo Nacional. ........................................................................... 34

3.4 Marco Legislativo Regional. ........................................................................... 37

4 INSTALACIONES CONECTADAS A LA RED ELCTRICA. ................................................ 41

4.1 Introduccin ...................................................................................................... 41

4.2 Introduccin a los sistemas conectados a la red elctrica........................... 41


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ndice x

4.3 Elementos constitutivos de la instalacin. .................................................... 42

4.3.1 Mdulos solares fotovoltaicos. 44

4.3.1.1 Principio de funcionamiento. ................... ..................... ...................... ..................... ............. 46

4.3.1.2 Factores relevantes a considerar: ..........................................................................................47

4.4 Aplicaciones de los sistemas conectados a la red elctrica......................... 49

4.5 Estrategias de integracin arquitectnica. .................................................... 49

4.5.1 Propiedades de los cerramientos fotovoltaicos. 50

4.5.2 Posibilidades de integracin. 50

4.5.3 Integracin en cubiertas. 52

5 ESTUDIO TCNICO. .......................................................... ........................................................... . 55

5.1 Objetivo del Estudio.........................................................................................55

5.2 Consideraciones iniciales. ............................................................................... 555.2.1 Localizacin y emplazamiento. 55

5.2.2 Potencia Objetivo. 56

5.2.3 Obtencin de los datos meteorolgicos. 57

5.2.4 Caractersticas de la actual instalacin elctrica de la ubicacin. 57

5.2.5 Punto de conexin. 57

5.3 Alternativas constructivas............................................................................... 58

5.3.1 Opcin A: Cubierta Plana. 59

5.3.2 Opcin B: Cubierta en Dientes de Sierra. 60

5.3.3 Opcin C: Cubierta de Doble Vertiente. 61

5.4 Descripcin de la instalacin. ......................................................................... 62

5.4.1 Componentes de la instalacin. 63

5.4.1.1 Generador fotovoltaico. Mdulos solares. ...........................................................................63

5.4.1.2 Estructura soporte.................... ...................... ..................... ..................... ...................... ......... 65

5.4.1.3 Inversor trifsico. ..................... ...................... ..................... ..................... ...................... ......... 67

5.4.1.4 Protecciones elctricas. .................... ..................... ..................... ..................... ...................... .. 69

5.4.1.5 Cableado...................... ...................... ..................... ..................... ..................... ...................... .. 715.4.1.6 Puesta a Tierra. .................. ...................... ..................... ..................... ..................... ................. 72

5.4.1.7 Equipos de medida. ..................... ..................... ...................... ..................... ..................... ...... 73

6 CLCULOS TCNICOS. .................................................... ........................................................... . 74

6.1 Superficie disponible. ......................................................................................74

6.2 Dimensionado del generador fotovoltaico y del inversor.......................... 75

6.2.1 Nmero mximo de mdulos. 76

6.2.2 Nmero mximo de mdulos en serie por ramal. 76

6.2.3 Nmero mnimo de mdulos por ramal. 78


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ndice xi

6.2.4 Nmero de ramales en paralelo. 79

6.2.5 Dimensionado del inversor. 80

6.2.6 Distribucin de los mdulos sobre la cubierta. 81

6.2.6.1 Optimizacin de los parmetros de inclinacin y orientacin..........................................82

6.2.6.2 Determinacin de la separacin entre paneles solares. .................... ..................... ............. 846.2.6.3 Disposicin de los subacmpos sobre cubierta. ....................................................................86

6.3 Dimensionado de la estructura soporte. ....................................................... 88

6.3.1 Estructura soporte cubierta plana. 88

6.3.2 Estructura soporte cubierta de doble vertiente. 89

6.3.2.1 Estructura para ngulo conservado.................... ..................... ..................... ...................... .. 89

6.3.2.2 Estructura para ngulo optimizado.................... ..................... ..................... ...................... .. 90

6.4 Dimensionado de los cables............................................................................ 92

6.4.1 Consideraciones previas. 926.4.2 Clculo del cable para los ramales. 93

6.4.3 Cableado entre subgrupos y armario principal de CC. 95

6.4.3.1 Cableado entre el armario de CC y el inversor. ..................... ..................... ...................... .. 96

6.4.4 Dimensionado del cableado de corriente alterna. 98

6.4.4.1 Cableado entre Inversor Armario General de Corriente Alterna. .................................98

6.4.4.2 Cableado entre Armario General de Corriente Alterna - Centro de

Transformacin....................... ..................... ..................... ...................... ..................... ..................... ...... 99

6.4.4.3 Cableado entre Armario General CA y cuadro de salida CGP-CT. ...............................100

6.4.5 Dimensionado del cableado de proteccin. 100

6.5 Dimensionado de los tubos........................................................................... 102

6.5.1 Tubos tramo entre ramales. 102

6.5.2 Tubo tramo entre subcampos y armario principal de CC. 103

6.5.3 Tubo tramo entre Armario CC Inversor. 103

6.5.4 Tubo tramo Inversor Armario General CA. 103

6.5.5 Tubo tramo Armario CA CGP-CT. 103

6.6 Dimensionado de las protecciones. .............................................................104

6.6.1 Protecciones de corriente continua. 104

6.6.1.1 Fusibles..................... ..................... ..................... ...................... ..................... ..................... .... 104

6.6.1.2 Interruptor-seccionador corriente continua..................... ..................... ...................... ....... 105

6.6.2 Protecciones de corriente alterna. 106

6.6.2.1 Interruptor general manual. ..................... ..................... ...................... ..................... ........... 106

6.6.2.2 Interruptor automtico diferencial general. .................... ..................... ...................... ....... 106

6.6.2.3 Interruptores magnetotermicos.................... ..................... ..................... ...................... ....... 107

6.6.2.4 Interruptores diferenciales..................... ..................... ..................... ..................... ............... 108

6.7 Clculo de la produccin elctrica anual esperada. ..................................109

6.7.1 Estimacin de prdidas y ratio de produccin. 109


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ndice xii

6.7.2 Irradiacin en el plano del generador. 117

6.7.3 Estimacin de la energa inyectada o vendida al sistema. 119

6.8 Clculo de la produccin CO2 y SOx ahorrado.........................................121

7 PRESUPUESTO. ......................................................... ........................................................... ......... 124

7.1 Introduccin. ................................................................................................... 124

7.2 Presupuesto instalacin sobre cubierta plana. ...........................................125

7.3 Presupuesto instalacin sobre cubierta doble vertiente, ngulo ptimo.126

7.4 Presupuesto instalacin sobre cubierta doble vertiente, ngulo

cubierta. ...........................................................................................................127

8 ANLISIS DE VIABILIDAD. ESTUDIO ECONMICO. ..................................................... 129

8.1 Introduccin. ................................................................................................... 129

8.2 Consideraciones previas. Supuestos adoptados. .......................................129

8.3 Tarifas elctricas para 2008. Rgimen Especial grupo B.1.1. ....................130

8.4 Definicin de conceptos aplicados al anlisis. ...........................................132

8.4.1 Cuenta de resultados. 132

8.4.2 Valor Actual Neto (VAN). 134

8.4.3 TIR: Tasa Interna de Retorno. 135

8.4.4

Flujo de caja.136

8.4.5 Perodo de Retorno (PR). 136

8.5 Impuestos y deducciones de la instalacin................................................. 136

8.6 Anlisis de viabilidad y rentabilidad de la instalacin............................. 138

8.6.1 Instalacin de 100 kW sobre cubierta plana. 138

8.6.2 Instalacin de 100 kW sobre cubierta inclinada (ngulo 30). 142

8.6.3 Instalacin de 100 kW sobre cubierta inclinada (ngulo 8). 146

8.7 Resultados y conclusiones............................................................................. 149

9 SIMULACIN DEL SISTEMA FV. ...................................................... ...................................... 152

9.1 Introduccin y objeto. ....................................................................................152

9.2 Simulacin del Sistema Fotovoltaico sobre Cubierta Plana. ....................154

9.3 Simulacin del Sistema Fotovoltaico sobre Cubierta Inclinada:

inclinacin ptima..........................................................................................158

9.4 Simulacin del Sistema Fotovoltaico sobre Cubierta Inclinada:

inclinacin conservada. .................................................................................162

9.5 Anlisis comparativo con los resultados de la simulacin.......................165


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ndice xiii

10ANLISIS DE RESULTADOS Y CONCLUSIONES. .................................................... ......... 167

10.1Anlisis de Resultados...................................................................................167

10.1.1 Anlisis de empleo de superficie. 167

10.1.2 Anlisis de produccin elctrica. 169

10.1.3 Anlisis en la viabilidad econmica del proyecto. 170

10.1.4 Configuracin adoptada. 171

10.2Conclusiones generales. ................................................................................172

11BIBLIOGRAFA.......................................................... ........................................................... ......... 175

11.1Referencias. .....................................................................................................175

11.2Libros y manuales. .........................................................................................175

11.3Programas........................................................................................................175

A PLANOS ................................................... ........................................................... ............................. 179

A.1Lista de planos ................................................................................................ 179

B PARMETROS SOLARES Y CLIMATOLGICOS DE LA UBICACIN......................... 181

B.1 Introduccin .................................................................................................... 181

B.2 Empleo de bases de datos informatizadas.................................................. 181

B.3 Carta Cilndrica Solar (PVSYST V4.3) .........................................................186

C CLCULO DE SOMBRAS. .......................................................... ................................................ 188

C.1Introduccin. ................................................................................................... 188

C.2Tablas y grficos de clculos......................................................................... 189

D PRESUPUESTO DETALLADO. ............................................................ ...................................... 193

D.1Introduccin. ................................................................................................... 193

D.2Presupuesto detallado. ..................................................................................194

E DESCRIPCIN SOFTWARE DE SIMULACIN: PVSYST V4.3. ........................................ 198

E.1 Introduccin .................................................................................................... 198

E.2 Descripcin del sistema de simulacin. ...................................................... 198

E.2.1 Preliminary design.: 198

E.2.2 Project design. 199

E.2.3 Tools: 200

E.2.4 Evaluacin econmica. 201

F PROCEDIMIENTOS ADMINISTRATIVOS. SOLICITUDES INSTALACIONES

SOLARES FOTOVOLTAICAS. ................................................... ................................................ 203

F.1 Introduccin. ................................................................................................... 203


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ndice xiv

F.2 Flujo de procedimientos: Pasos y Fases. ..................................................... 204

F.3 Tabla procedimientos administrativos: Trmites, Entidades y Plazos...205

G DOCUMENTACIN TCNICA DE EQUIPOS. ................................................... ................... 208

G.1Introduccin .................................................................................................... 208G.1.1 Mdulo Fotovoltaico. 209

G.1.2 Inversor trifsico conectado a red. 211

G.1.3 Estructura soporte Conergy SolarFamulus. 213

G.1.4 Estructura soporte Kompakt Vario. 215

G.1.5 Estructura soporte Sun Top III. 216

G.1.6 Sistema de monitorizacin y control. 218


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Introduccin. xv

ndice de Figuras

Figura 1.Variacin de la Constante Solar fuera de la atmsfera (Energtica Solar Censolar). ..... 16

Figura 2.Radiacin directa y difusa en la ciudad de Mlaga (Fuente: Energtica Solar.Censolar). ...................................................... ........................................................... ..................... 18

Figura 3.ngulo de incidencia. ........................................................... .................................................. 19

Figura 4.Movimientos de la Tierra........................................................................................................20

Figura 5.ngulo de declinacin. ......................................................... .................................................. 22

Figura 6.Altura Solar...............................................................................................................................23

Figura 7.Azimut.......................................................................................................................................23

Figura 8.Carta cilndrica para una latitud de 40 (Madrid). ................................................... ........... 24

Figura 9.Duracin del da durante el ao. Latitud aproximada 40 ( Energtica SolarCensolar). ...................................................... ........................................................... ..................... 25

Figura 10. Esquema unifilar de un sistema fotovoltaico conectado a red. ...................................... 43

Figura 11. Tipos de Clulas FV..............................................................................................................46

Figura 12. Vista area de situacin........................................................................................................56

Figura 13. Orientacin de los mdulos.................................................................................................82

Figura 14 Diagrama de trayectorias solares en localizacin..............................................................85

Figura 15.Esquema de prdidas evaluadas en Sistema FV..............................................................110

Figura 16. Esquema de la Cuenta de Resultados. .......................................................... ................... 134Figura 17. Valores mensuales de radiacin difusa y global (horizontal).......................................183

Figura 18. Medias diarias de Radiacin Global.................................................................................183

Figura 19. Horas de luz solar...............................................................................................................184

Figura 20. Valores mensuales medios de temperatura ambiente y desviaciones.........................184

Figura 21. Valores diarios de temperatura: media, min. y max......................................................185

Figura 22. Precipitaciones y das con precipitaciones mensuales...................................................185

Figura 23. Diagrama mdulos PVSYST..............................................................................................198

Figura 24. Diagrama mdulo Preliminary Design: opciones de clculo. .................................. 199

Figura 25. Diagrama mdulo Project Design: opciones de clculo. ........................................... 200

Figura 26. Diagrama mdulo "Tools": herramientas disponibles...................................................201

Figura 27. Flujo de procedimientos administrativos para Instalacin FV en Rgimen Especial.204


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ndice de Tablas xvi

ndice de Tablas

Tabla 1.Intensidad total sobre superficie horizontal en un tpico da claro, para diversas

alturas solares (Fuente: Energtica Solar. Censolar). ................................................... ........... 28Tabla 2. Rendimientos de los mdulos solares. ................................................... ............................... 45

Tabla 3. Caractersticas tcnicas modulo STP 170-24. ................................................... ..................... 65

Tabla 4. Caractersticas tcnicas Inversor Ingecon Sun 25.................................................................68

Tabla 5. Parmetros dimensionado cableado ramales. ........................................................... ........... 94

Tabla 6.Parmetros dimensionado cableado principal CC................................................................96

Tabla 7. Parmetros para clculo seccin cable armario CA CGP - CT. ....................................... 99

Tabla 8. Tabla II. ITC-BT-18. ...................................................... .......................................................... 101

Tabla 9.Tabla secciones de conductores de fase y proteccin. ........................................................ 102Tabla 10. Energa inyectada a la red (cubierta plana).......................................................................119

Tabla 11. Energa inyectada a la red (cubierta doble vertiente)......................................................120

Tabla 12. Energa inyectada a la red (cubierta doble vertiente), ngulo de cubierta. .................. 120

Tabla 13. Ahorro en emisiones instalacin FV cubierta plana. ....................................................... 121

Tabla 14. Ahorro en emisiones instalacin FV cubierta inclinada..................................................122

Tabla 15. Tabla ahorro emisiones cubierta inclinada, inclinacin 8..............................................122

Tabla 16. Tarifas elctricas para instalaciones FV con potencia instalada < 100 Kw. .................. 131

Tabla 17. Tarifas elctricas para instalaciones FV con potencia instalada > 100 Kw. .................. 131Tabla 18.Resumen resultado econmico a 25 aos. Instalacin cubierta plana............................141

Tabla 19.Resumen resultado econmico a 25 aos. Instalacin cubierta inclinada 30...............145

Tabla 20. Resumen resultado econmico a 25 aos. Instalacin cubierta inclinada 8................149

Tabla 21. Tabla comparativa parmetros de ocupacin superficie. ............................................... 168

Tabla 22. Tabla comparativa produccin anual estimada. ..................................................... ......... 169

Tabla 23. Tabla comparativa presupuestos, inversiones coste Wp. ............................................... 170

Tabla 24. Tabla comparativa viabilidad econmica..........................................................................171

Tabla 25. Leyenda Datos Metonorm 6.0.............................................................................................181

Tabla 26 Trmites administrativos: entidades y plazos. ......................................................... ......... 206


17/242

1Introduccin.


18/242

1 Introduccin. 2

1 Introduccin.

1.1 Introduccin.

Uno de los grandes problemas de la humanidad es su dependencia de los

combustibles fsiles, ya que provocan un fuerte impacto ambiental adems de diversos

en el mbito econmicos. El reto est en conseguir que las energas alternativas y

renovables vayan sustituyendo paulatinamente a esos combustibles. La principal

ventaja de las energas renovables es la de su menor impacto ambiental, ya que,

reducen el nmero de contaminantes a la atmsfera adems de su distribucin

territorial es ms dispersa y menos concentrada.

La gran ventaja de los sistemas fotovoltaicos respecto a otros sistemas de generacin

elctrica es que no ocupan necesariamente espacio adicional al ya ocupado por los

edificios u otras construcciones. El campo fotovoltaico puede integrarse encima de

superficies construidas o incluso ejercer la funcin de elemento de construccin.

Los mdulos solares han pasado de ser unos simples equipos de produccin de

energa a ser al mismo tiempo un elemento constructivo capaz de sustituir elementostradicionales, o bien ofrecer otras prestaciones adicionales a la de generacin elctrica.

Los mismos fabricantes de placas fotovoltaicas han empezado a disear modelos que

facilitan su integracin o su funcin constructiva en fachadas o tejados.

Los sistemas de conexin a la red elctrica constituyen la aplicacin que mayor

expansin ha experimentado en el campo de la actividad fotovoltaica durante los

ltimos aos. La extensin a gran escala de este tipo de aplicaciones ha requerido el

desarrollo de una ingeniera especfica que permite, por un lado, optimizar diseo y

funcionamiento tanto de productos como de instalaciones completas, lo que incluye el

desarrollo de nuevos productos con los conocimientos adquiridos y, por otro, evaluar

su impacto en el conjunto del sistema elctrico, siempre cuidando la integracin de los

sistemas y respetando el entorno arquitectnico y ambiental.


19/242

1 Introduccin. 3

El Real Decreto 2818/1998, de 23 de Diciembre, y posteriormente el Real Decreto

841/2002, de 2 de agosto permiten en Espaa que cualquier interesado pueda

convertirse en productor de electricidad a partir de la energa del Sol. Por fin el

desarrollo sostenible puede verse impulsado desde las iniciativas particulares y

empresariales que aprovechando el recurso solar pueden contribuir a una produccin

de energa de manera ms limpia. Ahora, un ciudadano en su vivienda unifamiliar, la

comunidad de vecinos, las empresas u otras entidades que lo deseen podrn disponer

de su instalacin solar conectada a la red. No hay que olvidar la buena imagen

corporativa que conllevan este tipo de iniciativas en una sociedad cada vez ms

sensibilizada con su medioambiente.

El RD 661/2007 estableci la tarifa elctrica a partir de 2007. En la pagina 21 de este

documento (o 53801 del BOE), estn las tarifas para las instalaciones Fotovoltaicas de

Rgimen Especial, que hasta 100 kW queda en 45,5134 c/kWh. As pues, comparado

con los 44,0381 c/kWh, que se tena desde enero del 2006, resulta un incremento del

3,35%.

A raz de los anteriores Decretos, nace un nuevo enfoque para este tipo de energa

que son las instalaciones conectadas a la red. El funcionamiento bsico de estossistemas consiste en inyectar a la red elctrica toda la energa generada por el campo

fotovoltaico mediante un inversor que transforma la corriente continua en alterna

acoplndose perfectamente a la red elctrica a travs de controles electrnicos internos

del equipo, adems de contar con las protecciones necesarias.

Los resultados de este proyecto nos darn una clara visin de la aplicabilidad

de las instalaciones fotovoltaicas conectadas a red dentro del sector industrial, desde

las dos perspectivas ms relevantes, la tcnica y la econmica. Siendo objeto del


20/242

1 Introduccin. 4

presente concluir las condiciones idneas de instalacin en cuanto a requerimientos

constructivos previos, as como, condicionantes de ubicacin de la nave industrial.

1.2 Justificacin y motivacin.

El actual sistema energtico est basado en fuentes de combustibles fsiles, los

cuales por su propia naturaleza son limitados y acarrean una serie de problemas tanto

medioambientales, como de sostenibilidad, entre los que podemos citar el efecto

invernadero, la lluvia cida y la deforestacin. En nuestro caso, dado que el sistema

fotovoltaico utiliza como fuente de energa al sol, podemos considerar este tipo de

energa como inagotable.

Se conoce por efecto fotovoltaico a la diferencia de potencial que, en condiciones

determinadas, se produce sobre un material, denominado semiconductor, al incidir

sobre el mismo la radiacin solar. El material ms empleado para lograr este efecto es

el Silicio, que es dopado con Boro para facilitar el trnsito de electrones por todo el

circuito. As se forman las obleas de silicio que despus son ensambladas para

conformar los paneles solares.

De esta forma, la radiacin solar que se recibe en las clulas que conforman los

paneles solares se transforma en energa elctrica de corriente continua.

Estos sistemas ofrecen muchas ventajas en cuanto a la produccin de energa, ya

que esta produccin se realiza en horas punta de consumo, se obtiene en el propio

lugar de consumo, disminuyendo el transporte de energa y las prdidas asociadas, y

emplea recursos autctonos, disminuyendo la dependencia energtica del exterior.

Adems, desde un punto de vista medioambiental, se genera energa elctrica de

forma totalmente no contaminante, evitando las emisiones de gases CO2, SO2 y NOx

que se emitiran al producir la misma cantidad de energa mediante los medios

convencionales. Segn datos IDAE de 2005, la reduccin de emisiones contaminantes

por cada kWh producido por energa solar es de 0,60 kg CO2/kWh, 1,33 gr SO2/kWh

1,67 gr NOx/kWh.

A da de hoy, las empresas estn principalmente centradas en la promocin de

grandes centrales multimegavatio. Sin duda alguna, estas centrales tratan de satisfacer


21/242

1 Introduccin. 5

las demandas y necesidades de un mercado que est en auge, pero no hay que olvidar

la gran superficie existente sobre las cubiertas de las naves industriales.

Las centrales multimegavatio son proyectos de gran envergadura y como tales, su

ejecucin puede llevar meses e incluso aos, dependiendo de la potencia total a instalar

en el parque.

Las instalaciones que se realizan sobre cubierta de naves en cambio, no suponen

tantos problemas administrativos y su ejecucin puede estar finalizada en cuestin desemanas. Esto es debido a que las naves industriales, en muchos casos, estn

alimentadas por lneas de Media Tensin, donde es muy factible inyectar la energa

generada por la instalacin y porque normalmente no es necesario tener que realizar

estudios de afecciones e impacto ambiental. Estas instalaciones aprovechan una

superficie intil y contribuyen a crear una imagen de carcter renovable sobre la

empresa que realiza sus actividades en la nave.

Adems, el punto de evacuacin suele estar muy prximo a la nave por lo que se

elimina el coste aadido de la lnea a lanzar hasta el anterior punto y apenas se necesita

obra civil para la instalacin. De hecho, en Alemania la ley de Energas Renovables

(EEG) establece primas distintas para instalaciones en naves industriales que para

instalaciones sobre terrenos.

As, en el ao 2006 la prima para instalaciones fotovoltaicas sobre terrenos es de

0,406 /KWh, mientras que la prima en edificios y naves industriales es de

0,4874/KWh (0,4928 /KWh para instalaciones de hasta 30 KW). A parte, para


22/242

1 Introduccin. 6

fachadas existe un bonus de 0,05 /KWh. Se trata de una forma de incentivar las

instalaciones fotovoltaicas en naves industriales y edificios, especialmente sobre las

fachadas, debido a su menor impacto visual, al integrarse las clulas fotovoltaicas con

la estructura del edificio.

La potencia de las instalaciones fotovoltaicas conectadas a la red vara desde los

5Kw hasta los 100 Kw nominales. A partir de esta potencia nominal, segn el RD

661/2007, la prima obtenida por la energa inyectada a la red, se reduce

considerablemente. Sin embargo, este lmite es por titular de instalacin, con lo que

sobre una misma cubierta industrial puede haber una potencia superior, siempre y

cuando cada instalacin individual de 100 KW nominales est a nombre de titulares

distintos.

El coste de las instalaciones fijas va desde los 7 /Wp para una instalacin de 5 Kw

hasta menos de 5 /Wp para las de 100 Kw. En general este tipo de instalaciones se

amortizan en unos 10 aos y son productivas durante otros 25 aos ms. La

rentabilidad depender de la potencia de la instalacin y de su diseo y sobre todo, de

la ubicacin de la misma, pues la productividad de la planta depender directamente

de la insolacin a la que est sometida.

Tambin es importante realizar un correcto mantenimiento preventivo de la

instalacin, con revisiones peridicas para asegurar que todos los componentes

funcionan correctamente. Los sistemas fotovoltaicos sobre cubiertas industriales no

tienen partes mviles sometidas a desgaste, ni requieren cambios de piezas, ni

lubricacin, con lo que el mantenimiento es mnimo. Aunque normalmente la lluvia ya

se encargue de hacerlo, hay que asegurarse de que las caras de los paneles expuestas al

sol permanecen limpias.


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1 Introduccin. 7

1.3 Objetivos del proyecto.

1.3.1 Objetivo principal.El presente proyecto persigue el estudio, desde un punto de vista tcnico y

econmico, de una instalacin fotovoltaica de 100 kW nominales en la cubierta de una

nave industrial de vertido a red. Puesto que la edificacin se encuentra en fase de

diseo se evaluarn distintas soluciones constructivas para la cubierta y sus influencias

sobre el sistema fotovoltaico a instalar en cuanto a explotacin del recurso como a la

rentabilidad, buscando la operacin ms cercana al ptimo. Tambin un estudio

econmico de la inversin, viabilidad y rendimiento en el objetivo de la mxima

inyeccin de energa a la red.

1.3.2 Objetivos operativos:Realizar una revisin bibliogrfica sobre los tipos, anlisis, dimensionado y

diseo ptimo de instalaciones fotovoltaicas, as como, de sus elementos

constitutivos.

Estudiar los tipos de cubiertas y sus disposiciones constructivas yestructurales relevantes en el sector industrial actual.

Revisin de la Legislacin y Normativa Fotovoltaica que regula la estructura

retributiva y fiscal, as como el rgimen de subvenciones a los productores.

Estudio del potencial solar del emplazamiento del solar donde se dispondr

la edificacin industrial.

Realizacin de ejecucin de aplicacin tcnica de instalacin mostrando las

diversas disposiciones constructivas posibles. Dimensionado del campo

fotovoltaico para cada solucin propuesta, y su instalacin.

Estudio econmico de viabilidad y rentabilidad de las diversas soluciones

adoptadas para la aplicacin objeto de estudio.

Disear e implementar una simulacin energtica de las soluciones

adoptadas mediante software especfico destinado a este fin.


24/242

1 Introduccin. 8

Validar el sistema diseado e implementado mediante la comprobacin de la

viabilidad tcnica y econmica del proyecto.

Estudio del rango de aplicabilidad de instalaciones fotovoltaicas por

distribucin geogrfica y caractersticas generales de la edificacin diana.

Redactar una reflexin crtica sobre las aplicaciones, ventajas, inconvenientes

y limitaciones del sistema de dimensionado desarrollado.

1.3.3 Metodologa de trabajo.La metodologa de trabajo se basa en el logro de unos slidos conocimientos del

sector de la energa solar, en los diversos mbitos de inters del presente proyecto,como son: la tecnologa fotovoltaica y clculo de instalaciones; la Legislacin y

Normativa especfica y aplicable; Estudio econmico de viabilidad y rentabilidad.

Tambin un estudio de los tipos de cubiertas existentes en el mercado de la

construccin industrial.

Los clculos de los parmetros, diseo y dimensionado de los equipos segn las

soluciones que se adopten sern ejecutados en base a los conocimientos previos

adquiridos, as como, apoyado en ciertos casos por software comercial existen cuandose estime oportuno. Todo el desarrollo matemtico ser convenientemente

documentado y justificado.

Tras el clculo por mtodos convencionales se implementa una simulacin para

comparar y validar los resultados previos de generacin.

1.4 Condiciones a tener en cuenta para el diseo de la instalacin:

- Para la ejecucin de esta instalacin se ha de conseguir un Estudio de Viabilidad

en el emplazamiento elegido que muestre valores atractivos para el inversor. Para ello,

ser importante conocer:

a) Situacin de la nave. Debe ser un lugar libre de sombras,

preferentemente con orientacin sur, con una inclinacin de 30, ya que sta es

la inclinacin con la que mayor produccin anual se obtiene en la mayor parte

de la pennsula. Aunque la nave industrial no tuviera orientacin sur exacta ni


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1 Introduccin. 9

la inclinacin adecuada, mediante el uso de estructuras auxiliares se puede

conseguir esta situacin.

b) Disponibilidad y localizacin de un punto de conexin a la red

elctrica por donde evacuar la potencia instalada. Las naves industriales suelen

estar alimentadas por lneas de Media Tensin, con lo que este factor no suele

ser problemtico.

c) Superficie disponible en la cubierta de la nave. La superficie que

ocupa este tipo de instalacin depende de la potencia que se quiera instalar y

del tipo de mdulos que se utilice, pero en general se considera que se debe

contar con que cada kWp de mdulos ocupa una superficie comprendida entre

los 7 y 11 m2. Por tanto, es fcil encontrar superficie disponible en la mayora de

las naves industriales.

d) Caractersticas de la cubierta. Debe soportar el peso de los mdulos y

las estructuras que los soportan. El peso de los mdulos puede variar en

funcin del modelo, pero en general se deben considerar unos 15 kg/m2; en su

caso, la estructura de soporte de los mdulos podra pesar otros 10 kg/m2. Los

efectos del viento podran suponer en algunos casos una carga adicional. Enresumen, el peso de los mdulos no suele representar ningn problema, pero

siempre es recomendable consultar la normativa vigente de edificacin, aunque

raramente habra que reforzar las estructuras.

Atendiendo a todos los datos anteriores determinamos la potencia de la instalacin

y realizamos su diseo.

En las instalaciones en edificios de nueva creacin puede optarse a la integracinarquitectnica. Aunque los mdulos fotovoltaicos pueden instalarse perfectamente en

la mayora de los edificios existentes, la mejor y ms fcil integracin arquitectnica se

logra si se incluyen en el proyecto de un edificio de nueva construccin, circunstancia

que debe exigirse al arquitecto diseador de la edificacin, si estamos interesados en

ello.

La integracin de generadores fotovoltaicos en edificios facilita y abarata su

instalacin, puede mejorar el aislamiento del edificio y ahorra costes de construccin, si


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1 Introduccin. 10

los mdulos sustituyen a algunos elementos constructivos, como pueden ser los

revestimientos de fachadas y tejados, tejas, ventanas, etc.

De forma ms avanzada, las clulas fotovoltaicas correctamente combinadas con los

acristalamientos, a parte de la funcin de generacin de electricidad solar, pueden

ofrecer otros valores aadidos desde un punto de vista constructivo, esttico y de

control de la luz diurna, en funcin del grado de opacidad de las clulas en el

acristalamiento.


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28/242

2 Energa Solar. Fundamentos y Tecnologa. 12

2 Energa Solar. Fundamentos y Tecnologa.

2.1 Introduccin.

La energa solar es abundante y gratuita, y constituye una alternativa cuya

aplicacin es creciente en los ltimos aos. Pero su aprovechamiento ha de ser

afrontado cuidando de equilibrar el beneficio de su utilizacin con la inversin

econmica que exige la solucin adecuada para conseguirla.

La energa solar posee limitaciones:

Es una energa intermitente (da y noche);

Es una energa no controlable: no se acopla a la modulacin del consumo, ya

que su intensidad es mxima en verano, y mnima en invierno, cuando es

ms precisa;

Es una energa de intensidad o exerga relativamente baja (1100 w/m2*h), y

adems influenciada negativamente por fenmenos atmosfricos y

meteorolgicos (polucin, nubes, lluvia, etc.).

Por estas limitaciones y las consideraciones necesarias para abordar la tecnologa de

aprovechamiento solar, se desarrollan a continuacin los conocimientos necesarios

sobre esta fuente de energa.

2.2 Fundamentos de la Energa Solar.

2.2.1 El Sol: fuente de la energa.El origen de la energa que el Sol produce e irradia est en las reacciones nucleares

que se realizan constantemente en su interior. En ellas, los tomos de hidrgeno, que es

el elemento ms abundante en el Sol, se combinan entre s para formar tomos de helio

y, al mismo tiempo, una pequea parte de la masa de dichos tomos se convierte en

energa, de acuerdo con la famosa ecuacin de Einstein E=mc2, la cual fluye desde elinterior hasta la superficie y desde all es irradiada al espacio en todas direcciones.


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Aunque el Sol tambin emite partculas materiales, la mayor parte de la energa

irradiada es transportada en forma de ondas electromagnticas (fotones) en una amplia

gama de longitudes de onda diferentes, las cuales se desplazan en el espacio vaco a

300.000 km/s, tardando solamente ocho minutos en recorrer los 150 millones de

kilmetros que hay entre el Sol y la Tierra.

El sol tiene un dimetro de 1,39109 m y est situado a una distancia media de

1,51011 m respecto de la Tierra. Cada segundo el sol irradia en todas direcciones del

espacio una energa de 41026 julios, esto es, tiene una potencia de 41023 kW Para

hacernos una idea de la enorme magnitud de estas cifras, basta considerar que la

potencia de todas las plantas industriales del mundo trabajando juntas sera unos

trescientos billones de veces ms pequea.

2.2.2 Radiacin solar.La temperatura efectiva de la superficie del sol es de unos 5.900 K. Esto significa que

la emisin de radiacin de un cuerpo negro ideal que se encontrara a 5.900 K sera muy

parecida a la del Sol.

Dicha emisin se describe mediante un espectro de intensidad radiante que

establece la proporcin en que participan las diferentes longitudes de onda de las que

est compuesta la radiacin.

La mayor parte de los fotones emitidos por el Sol tienen una longitud de onda

comprendida entre 0.3 m y 3 m, aunque solo las que van desde 0.4 y 0.7 m son

susceptibles de ser captadas por el ojo humano, formando lo que se conoce como

radiacin visible. El resto, esto es, la no visible emitida por el Sol, transporta tambin

una considerable energa que es preciso tener en cuenta.

A continuacin se muestran las definiciones bsicas para comprender los conceptos

expuestos dentro del desarrollo de los conocimientos sobre la radiacin solar:

Irradiancia solar (I): Es la energa incidente por unidad de tiempo (potencia)

sobre la unidad de superficie. [W/m2].


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Irradiacin o radiacin solar (H): Resulta de la integracin de la irradiancia

durante un cierto periodo de tiempo. Es una medicin de energa incidente

por unidad de superficie. [J/m2 o Wh/m2].

Constante solar (Io): Irradiancia (para todas las longitudes de onda),

proveniente del Sol, que incide sobre la unidad de superficie expuesta

perpendicularmente a los rayos solares fuera de la atmsfera de la tierra.

Io = 1367 W/m2

Potencia radiada por el sol: 3,841023 kW

Potencia incidente sobre la tierra: 1,741014 kW

Radiacin solar directa (HD): Proviene directamente del sol sin haber

sufrido ninguna modificacin. Una nica direccin de incidencia _

concentracin

Radiacin solar difusa (Hd): La que llega a la superficie despus de haber

sufrido diferentes cambios de direccin, reflexiones y refracciones. Procede

de la bveda terreste. Mltiples direcciones de incidencia _ No

concentracin

Radiacin reflejada (Hr): Proviene de la reflexin producida por el suelo o

por otros elementos que rodean a la superficie considerada. Albedo (a) =

coeficiente de reflexibilidad.

Radiacin global (HG): Es la suma de todas las anteriores.

La cantidad de luz recibida por un sistema fotovoltaico en una localizacin dada,consta de tres componentes:

a) Luz procedente directamente del sol.

b) Luz procedente del cielo tras ser difuminada por los gases y masas de vapor

en suspensin en la atmsfera.

c) Luz procedente de los dos componentes citados anteriormente, pero que han

sido reflejadas por la tierra y otras superficies.


31/242


La atmsfera absorbe y refleja parte de la radiacin solar, incluyendo parte de los rayos

X y de la radiacin ultravioleta.

2.2.3 La constante solar.La energa procedente del sol, al extenderse por el espacio en todas direcciones, se

reparte en una superficie esfrica hipottica, cuyo centro es el foco emisor (el Sol) y

cuyo radio crece a la misma velocidad que la propia radiacin. Por tanto, la intensidad

en un punto de dicha superficie esfrica, al repartirse la energa sobre un rea cada vez

mayor, ser ms pequea cuanto mayor sea el radio de la misma, es decir, cuanto

mayor sea la distancia de dicho punto al Sol.

El valor medio de esta intensidad a la distancia Sol-Tierra es de 1.353 W/m2, y es

conocido como Constante Solar(ICS).

En realidad, la Constante Solar sufre ligeras variaciones debido a que la distancia

entre la Tierra y el Sol no es constante puesto que la rbita terrestre no es circular sino

elptica, siendo mayor durante los meses de diciembre y enero, en que la distancia Sol-

Tierra es ms pequea, y menor durante los meses de junio y julio, en los que dicha

distancia es mxima. Es digno de mencin que esto es justamente lo contrario que lo

que vulgarmente podra deducirse al suponer, errneamente, que en verano hace ms

calor porque nuestro planeta est ms cerca del Sol.


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Una expresin que permite calcular la Constante Solar para cada da del ao es:

+=

365

360cos033,01

NII CSS

Frmula 1

(N es el nmero secuencial del da considerado: N=1 el 1 de enero y N=365 el 31 de

diciembre)

Figura 1.Variacin de la Constante Solar fuera de la atmsfera (Energtica Solar Censolar).


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2.2.4 Efecto de la atmsfera.No toda la radiacin solar que recibe nuestro planeta llega hasta su superficie

debido a que la capa atmosfrica supone un obstculo al libre paso de la radiacin

mediante diversos efectos, entre los que cabe destacar la reflexin en la parte superior

de las nubes y la absorcin parcial por diferentes molculas del aire atmosfrico. Este

ltimo fenmeno hace que la intensidad que llega ala superficie, an en das

despejados y con atmsfera muy limpia, sea como mximo de 1.000 W/m2.

Tambin hay que tener en cuenta que, a pesar de que los rayos solares viajen en

lnea recta, los fotones, al llegar a las capas atmosfricas, chocan con las molculas y el

polvo en suspensin y sufren cambios bruscos de direccin. Aunque esta luz difundida

finalmente tambin llega a la superficie, no lo hace como si procediese directamente del

disco solar, sino de toda la bveda celeste. Esta radiacin es conocida como difusa, en

contraposicin con la radiacin directa, que es aquella que alcanza la superficie

manteniendo la lnea recta desde el disco solar. La radiacin total o global (G) es la

suma de las radiaciones directa (B) y difusa (D).

___DBG HHH +=

Frmula 2

La radiacin difusa hace que un cuerpo siempre est recibiendo una cierta cantidad

de energa por todas sus partes, incluso por las que no recibe la luz del Sol

directamente. As, aunque en un da despejado la radiacin directa es mucho mayor

que la difusa, sta ltima ser, evidentemente, la nica forma posible de radiacin en

los das cubiertos.

La radiacin difusa supone aproximadamente un tercio de la radiacin total que se

recibe a lo largo del ao.


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Figura 2.Radiacin directa y difusa en la ciudad de Mlaga (Fuente: Energtica Solar. Censolar).

En cuanto a distribucin energtica, casi el 40% de la radiacin que alcanza la

superficie no lo hace en forma de luz visible, sino como radiacin infrarroja, lo cual es

importante tener en cuenta.

2.2.5 Irradiacin sobre una superficie.La irradiacin, E, es la cantidad de energa radiante que recibe una superficie

determinada en un tiempo determinado. Por tanto, la intensidad radiante (I), tambin

denominada irradiancia, tiene la siguiente expresin:

tS

E

I =

Frmula 3

La cantidad de energa debida a la radiacin directa que una superficie expuesta a

los rayos solares puede recibir depende del ngulo formado por los rayos y la

superficie en cuestin. Si la superficie es perpendicular a los rayos este valor esmximo, disminuyendo a medida que lo hace dicho ngulo ().


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Figura 3.ngulo de incidencia.

A la vista de la figura, si llamamos IE a la intensidad sobre la superficie inclinada, eID a la intensidad directa sobre la superficie horizontal de la Figura 3entonces:

cos= NE II

Formula 4

La captacin de la energa solar se realiza generalmente en superficies fijas

inclinadas a fin de conseguir que en ngulo de incidencia sea mnimo y por tanto la

exposicin global mxima. Adems del ngulo de incidencia de la radiacin (),

debemos tener en cuanta el ngulo de inclinacin de la superficie que recibe dicha

radiacin. Este ngulo () debe calcularse para que la radiacin incidente sea mxima.

Normalmente es del orden de la latitud del lugar. Por ltimo hay que tener en cuenta la

orientacin (g) de la superficie, medida en grados con respecto al eje N-S. La

orientacin ptima siempre es el sur, por tanto, 0.

Este efecto de inclinacin es la causa por la que los rayos solares calientan muchoms al medioda que en las primeras horas de la maana o en las ltimas de la tarde,

ya que en estos ltimos casos el ngulo que forma el rayo con la normal a la superficie

es grande y, por tanto, el factor cos hace que la intensidad sea pequea.

Tambin la diferente inclinacin de los rayos solares es la causa por la que las

regiones de latitudes altas (ms cercanas a los polos) reciban mucha menos energa que

las ms cercanas al ecuador.


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2.2.6 Movimiento relativo Sol-TierraLa forma de la Tierra puede asimilarse a un elipsoide de revolucin, rgido, y

achatado en los polos. Haciendo una descomposicin de sus movimientos, podemos

distinguirlos como:

a. Movimiento de Rotacin.

b. Movimiento de Translacin.

El movimiento de rotacin se realiza alrededor de un eje mvil, que a su vez tiene

un movimiento propio, descriptible a sus efectos sobre la Tierra segn los movimientos

de precesin, nutacin y movimiento de polos. Considerando el eje direccionalmente

fijo, el perodo de rotacin alrededor de su eje determinar el da solar o sideral.

Figura 4.Movimientos de la Tierra.

En el trpico de Cncer (hemisferio norte), la radiacin solar incideperpendicularmente sobre la superficie de la tierra el medioda del 21 de junio

(solsticio de verano), mientras que el 21 de diciembre (solsticio de invierno) este mismo

ngulo de incidencia, sera de = 2 mx. estando comprendido el resto del ao, en el

medioda solar, entre los valores de 0 y 2 mx = 46 54.

En el trpico de Capricornio (hemisferio sur), la situacin anterior es exactamente la

inversa.


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2.2.7 Determinacin de la posicin solar.Nuestro planeta describe una rbita elptica en su traslacin alrededor del Sol, e

invierte unos 365 das en completar un ciclo que llamamos ao. Esta trayectoria es la

denominada eclptica. Adems, el mundo, idealizado como una esfera, gira e torno a

una recta que lo atravesara de norte a sur por su centro. Prescindiendo de sus

movimientos giroscpicos de precisin (anticipacin de los equinoccios a una

velocidad de 50,25 al ao debido al cambio de orientacin) y la nutacin (oscilacin de

los polos 9,2 al ao por la atraccin lunar), se puede afirmar que este eje rotacional se

mantiene constantemente inclinado 2327 respecto del plano eclptico. Por lo tanto, el

plano ecuatorial, al ser perpendicular al eje por su centro, tiene la misma amplitud. Las

leyes mecnicas que rigen el desplazamiento espacial estn expresadas en gradosexagesimal, cuyas variables, medidas desde el centro de la esfera terrestre son tres: la

latitud, la declinacin y el ngulo horario de cada momento. Para conocer la posicin

solar y la radiacin que alcanza a una superficie cualquiera, primero se deben definir

las siguientes coordenadas:

2.2.7.1 Coordenadas ecuatoriales.

La declinacin solar ( ): es el ngulo comprendido entre el plano ecuatorial y

el plano orbital terrestre. Se debe a la inclinacin de 2327 que el eje rotacional del

globo forma con la eclptica. Vara segn la fecha, de manera que se anula en loa

equinoccios de primavera y de otoo (22 de marzo y 22 de septiembre). El valor de la

declinacin para cada da del ao, se puede estimar aproximadamente con la frmula

de Cooper, en funcin del ordinal del da N, desde el 1, el 1 de enero, hasta 365, el

31de diciembre

+=

365

28436045,23

Nsen

Formula 5


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Figura 5.ngulo de declinacin.

El ngulo horario (): representa el arco orbital instantneo del sol respecto delmedioda local. Como a lo largo del da recorre los 360 de la esfera celeste,

corresponden 15 por cada hora transcurrida. El criterio internacional mas extendido

toma signo positivo para la maana y negativo para la tarde, y lo refiere a la hora solar

local (HSL), de manera que el ngulo horario para el medioda (12 hsl) es nulo, para las

6hsl vale +90, a las 18hsl, -90 y a medianoche (0hsl) alcanza 180.

HLS15180 =

Formula 6

2.2.7.2 Coordenadas solares.

Para definir con precisin la posicin del Sol en cada instante con respecto a un

observador hipottico que se encontrase inmvil en un plano horizontal, se utilizan dos

coordenadas, llamadas altura solar h y azimut solar A.

o La altura h es el ngulo que forman los rayos solares sobre la superficie

horizontal. A veces tambin se utiliza el ngulo cenital, que es que

forma el rayo con la vertical, es decir, el complementario de la altura.


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Figura 6.Altura Solar.

o El azimut (z) ngulo azimutal, es el ngulo de giro del Sol medido sobre

el plano horizontal mediante la proyeccin del rayo sobre dicho plano y

tomando como origen el Sur, si estamos en el hemisferio Norte.

Figura 7.Azimut.

Como es obvio, tanto el azimut como la altura del Sol en un instante dado, ser

distintos para dos observadores situados en diferentes lugares del planeta, por lo que,

al usar tablas que expresen estas coordenadas, hay que fijarse bien para qu latitud

geogrfica estn calculadas.

En la siguiente grfica, denominada Carta Cilndrica, se puede observar cmo se

relacionan la altura solar y el azimut en funcin de los diferentes meses del ao. EstaCarta Cilndrica corresponde a la zona sur de la Pennsula Ibrica con una latitud


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aproximada de 40 que es donde el edificio cuya instalacin va a calcularse est situado

aproximadamente:

Figura 8.Carta cilndrica para una latitud de 40 (Madrid).

La latitud es el ngulo, medido sobre un meridiano, que forman dos rectas: la que

une el centro del planeta con el punto de la superficie en que nos encontramos,respecto de la recta que une el centro de la Tierra con el punto situado en el ecuador.

El nmero de horas de sol tericas ser el perodo de tiempo que transcurre entre el

amanecer y el ocaso, instantes ambos en que la altura solar vale cero. Esta duracin del

da depende del punto geogrfico considerado y de la poca del ao.


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Figura 9.Duracin del da durante el ao. Latitud aproximada 40 ( Energtica Solar Censolar).

Una vez definidos todos los parmetros anteriores y la latitud (L) del lugar, es

posible establecer entre ellas las siguientes relaciones:

coscoscos += LsensenLsenh

seccos = sensenz

Frmulas 7 y 8.

A partir de estos parmetros tambin se definen otros igual de importantes:

o Altura de Culminacin (hC): Altura que alcanza el Sol al medio da

siendo esta la mxima del da.

)(90 = Lhc

Frmula 9.


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o Duracin del Da (Td): Numero de horas de sol. Se determina a partir de

las horas de salida y puesta de sol (iguales y de sentido contrario) S,

ambas correspondientes a una altura solar h=0.

)arccos(15

2tgLtgTd =

Frmula 10.

2.2.8 Conversin de la energa solar.El flujo de radiacin solar que llega a la Tierra es la fuente primaria principal de

todas las formas de energa conocidas, incluidas las asociadas a los procesos vitales.

Procesos naturales

De la radiacin que llega a nuestro planeta:

o El 30% es devuelta al espacio por reflexin.

o Un 47% se convierte en calor, al ser absorbida por la atmsfera, el suelo

y los mares.

o Un 23% se invierte en la evaporacin del agua de los ocanos, lagos y

ros, as como en el ciclo hidrolgico completo.

o El 0.2% es responsable de los movimientos de circulacin atmosfrica y

ocenica.

o Solamente el 0.02% de la energa radiante incidente se utiliza en la

produccin de materia viviente, al ser capturada por las hojas verdes de

las plantas.

o El ltimo punto es el nico proceso natural, aparte de otros procesos

fotoqumicos de menor cuanta, que utiliza la radiacin directamente sin

convertirla previamente en energa trmica, como es frecuente en los


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dems procesos. Teniendo en cuenta la importancia de este proceso

directo, merece la pena hacer una breve descripcin del mismo.

Las plantas verdes, gracias a la clorofila, son capaces de utilizar los fotones de la luzcomprendidos entre unos determinados lmites en cuanto a su longitud de onda (solo

un 25% del espectro solar) para efectuar reacciones de sntesis de hidratos de carbono

partiendo del CO2 atmosfrico y del agua, produciendo tambin oxgeno. La clorofila

acta como mediadora, absorbiendo la luz y activando una reaccin fotoqumica.

La energa solar queda almacenada en los hidratos de carbono formados, los cuales

liberarn su energa al descomponerse, cuando la hoja se destruye. De esta forma se

establece un equilibrio energtico mediante el cual la planta devuelve con el tiempo

toda la energa que ha absorbido. No obstante, puede ocurrir que esta descomposicin

no llegue a producirse por completo, al no haber oxgeno suficiente, como as ocurre

cuando las plantas quedan enterradas.

En los ltimos cientos de millones de aos se ha ido acumulando bajo las capas de

materiales trreos materia orgnica con energa conservada, sufriendo lentos procesos

qumicos y dando origen a los combustibles fsiles (carbn, petrleo y gas natural). El

hombre ha logrado extraer de ellos la energa almacenada que, millones de aos atrs,

haba sido absorbida del Sol.

Hay que considerar, sin embargo, que este capital energtico acumulado da a da

durante muchos millones de aos no va a durar mucho si se sigue consumiendo al

creciente ritmo de los ltimos aos, consecuencia de las necesidades, cada vez

mayores, de una sociedad altamente industrializada. Por supuesto, el proceso de

acumulacin contina pero con un ritmo muchsimo ms lento que el de extraccin, detal manera que pronto habremos agotado esta fuente de energa, la cual debemos

considerar ms bien como una herencia del pasado remoto que como un logro del

presente.


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2.3 El clima.

Como hemos visto, la energa solar es responsable de una serie de alteraciones de la

atmsfera, algunas con carcter peridico, que condicionan estos valores de las

variables fsicas caractersticas (presin, temperatura, humedad, etc.) de nuestro hbitat

natural. As, por ejemplo, la energa trmica, producida en mayor cuanta en las zonas

ecuatoriales y templadas del globo, mantiene la circulacin atmosfrica impulsando los

vientos (energa elica), formando tormentas y proyectando las lluvias y nieves que

afectan de forma directa nuestra forma de vivir.

Tabla 1.Intensidad total sobre superficie horizontal en un tpico da claro, para diversas alturas solares (Fuente:

Energtica Solar. Censolar).

Adems de la esfericidad del planeta, que determina de por s grandes diferencias

de temperatura en las distintas latitudes, existen otros factores que influyen en la

climatologa de las distintas zonas del globo, entre los que cabe citar la humedad

atmosfrica causada por la proximidad de grandes masas de agua, extensas zonas de

vegetacin, las cadenas montaosas y el propio hombre, el cual, tambin es capaz de

alterar el delicado equilibrio natural.

Puede haber fuertes variaciones climticas locales, de forma que las condiciones

varen bastante en dos lugares situados a escasos kilmetros. As, un pueblo en el

fondo de un valle al abrigo de altas montaas puede tener un clima muy distinto que

su vecino del otro lado de las mismas. Estos microclimas tienen suma importancia ya

que los datos y tablas de que se dispone nicamente se refieren a valores medios,

generalmente medidos en las capitales de provincia, habiendo de modificarse de

acuerdo con el lugar exacto donde haya de ser ubicada la instalacin solar.


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El factor ms importante que influye en la cantidad de energa solar incidente en

una localidad o zona determinada es la proporcin de das nublados que se dan al ao.

2.4 Tecnologa Solar Fotovoltaica.

La conversin directa en energa elctrica se produce en las clulas solares y se basa

en el efecto fotovoltaico. Explicar este efecto y dar una visin general de esta

tecnologa, de su estado actual y de sus aplicaciones, son los objetivos de este apartado.

La energa solar fotovoltaica es aquella que se obtiene por medio de la

transformacin directa de la energa del sol en energa elctrica. Esta definicin de la

energa solar fotovoltaica, aunque es breve, contiene aspectos importantes sobre los

cuales se puede profundizar:

1. La energa solar se puede transformar de dos maneras:

La primera utiliza una parte del espectro electromagntico de la energa del

sol para producir calor. A la energa obtenida se le llama energa solar trmica. La

transformacin se realiza mediante el empleo de colectores trmicos.

La segunda, utiliza la otra parte del espectro electromagntico de la energadel sol para producir electricidad. A la energa obtenida se le llama energa solar

fotovoltaica. La transformacin se realiza por medio de mdulos o paneles solares

fotovoltaicos.

2. La energa solar fotovoltaica se utiliza para hacer funcionar numerosos equipos

elctricos, as como, la venta a la red si existe la conexin.


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3. Es necesario disponer de un sistema formado por equipos especialmente

construidos para realizar la transformacin de la energa solar en energa elctrica. Este

sistema recibe el nombre de sistema fotovoltaico y los equipos que lo forman reciben el

nombre de componentes fotovoltaicos. En los siguientes apartados, se explica el

funcionamiento bsico y las caractersticas ms importantes de cada uno de los

componentes del sistema fotovoltaico.

2.4.1 El efecto fotovoltaico.Los sistemas fotovoltaicos transforman la energa radiante del sol en energa

elctrica. Este proceso de transformacin se produce en un elemento semiconductor

que se denomina clula fotovoltaica. Cuando la luz del sol incide sobre una clula

fotovoltaica, los fotones de la luz solar transmiten su energa a los electrones del

semiconductor para que as puedan circular dentro del slido. La tecnologa

fotovoltaica consigue que parte de estos electrones salgan al exterior del material

semiconductor generndose as una corriente elctrica capaz de circular por un circuito

externo.

Las aplicaciones de la energa solar fotovoltaicas estn basadas en el

aprovechamiento del efecto fotovoltaico. De forma muy resumida y desde el punto devista elctrico, el efecto fotovoltaico se produce al incidir la radiacin solar sobre

materiales que definimos como semiconductores. La energa recibida provoca un

movimiento catico de electrones en el interior del material.

Si se unen dos regiones de un semiconductor a las que artificialmente se ha dotado

de concentraciones diferentes de electrones, (mediante la adicin de sustancias que se

denominan dopantes, como pueden ser el fsforo y el boro), se provoca un campo

electrosttico constante que reconducir el movimiento de electrones en direccin y

sentido que se desee. Recordemos que al material formado por la unin de dos zonas

de concentraciones diferentes de electrones se denomina PN. La cara iluminada ser el

tipo N y la no iluminada el tipo P.


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De esta forma, cuando sobre la clula solar fotovoltaica incide la radiacin solar,

aparece en ella una tensin anloga a la que se produce en la bornas de una pila, que

con la colocacin de contactos metlicos puede extraerse.

Para hacer posible el manejo prctico de las clulas fotovoltaicas, estas se presentan

asociadas elctricamente entre s y encapsuladas en un bloque llamado panel o mdulo

fotovoltaico, que constituye el elemento bsico para la produccin de electricidad.

Normalmente, un mdulo fotovoltaico est formado por unas 36 clulas, teniendo

diferentes medidas que oscilan desde el 0,5 m2 hasta 1 m2, el grosor tambin oscila

ente 3,5 cm y 5 cm.

El mdulo fotovoltaico est formado por unos conjuntos de clulas solares

conectadas entre s en serie y paralelo hasta conseguir el voltaje adecuado para su

utilizacin, este voltaje suele ser de 12V aunque a plena radiacin solar y 25C de

temperatura suele ser de 15V a 17V. El conjunto de clulas est envuelto por unos

elementos que le confieren proteccin frente a los agentes externos y rigidez para

acoplarse a las estructuras que lo soportan.


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3Legislacin y Normativa.


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3 Legislacin y Normativa. 33

3 Legislacin y Normativa.

3.1 Introduccin

Este captulo se ha motivado puesto que la normativa legal vigente en el sector de la

produccin fotovoltaica con conexin a red es determinante dentro de la viabilidad de

este tipo de instalaciones.

El mercado fotovoltaico espaol est experimentando un fuerte impulso gracias al

creciente inters de inversores y promotores, suscitado en gran medida por los

excelentes recursos solares y el favorable contexto legislativo que asegura un marcoretributivo estable.

Se muestra a continuacin un desarrollo sobre la normativa de relevancia que

afectan a este tipo de instalaciones en los distintos marcos de influencia:

Marco Legislativo Europeo.

Marco Legislativo Nacional.

Marco Legislativo Autonmico.

3.2 Marco Legislativo Europeo.

"Edificios Mejores". Resumen de la Normativa europea sobre ahorro

energtico en los edificios. DG TREN de la Comisin Europea.


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3.3 Marco Legislativo Nacional.

Seguidamente se muestra un listado con toda la normativa nacional que es de

inters para el campo de aplicacin de nuestro estudio:

Plan de Energas Renovables en Espaa (PER) 2005-2010.

Ley 54/1997 de 27/11/97, de Regulacin del Sector Elctrico. Regulacin de las

actividades destinadas al suministro de energa elctrica. BOE 285/1997 del

28/11/1997.

Su principal objetivo es la liberalizacin del mercado elctrico. Establece:

un rgimen especial para las EE.RR. (< 50 mw), y; garanta de acceso a la redelctrica. A su vez introduce: objetivo para las EE.RR.: 12 % en 2010, y; plan de

fomento de las energas renovables, revisado por el plan de energas renovables

2005 2010.

Real Decreto 661/2007, de 25 de mayo, Establece el procedimiento de inclusin

en el rgimen especial, habilitando a las CC.AA. para establecer procedimientos

simplificados para instalaciones de P < 100KW.

Define las tarifas, primas e incentivos para energas renovables, as como

su revisin y actualizacin. Ampla el objetivo de potencia instalada segn el

PER 2005-2010, hasta los 371 MW para instalaciones fotovoltaicas.

Incorpora la necesidad de presentar un aval de 500 /kw para tramitar

el acceso a la red de transporte y distribucin de instalaciones fotovoltaicas.

Obliga a todos los productores a vender la energa en el mercado elctrico,

liquidando posteriormente con la CNE.

Establece un periodo transitorio hasta 2009, durante el cual se seguir

facturando a la empresa distribuidora. Obliga a la empresa distribuidora a

representar al productor, fijando una retribucin de 0,5 c/kwh a partir del 1 de

julio de 2008. Introduce el Plan de Energas Renovables para 2011-2020.

Real Decreto 1663/2000 de 29 de septiembre, sobre conexin de instalaciones

fotovoltaicas a la red de baja tensin.


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Establece las condiciones tcnicas y administrativas necesarias para la

conexin de instalaciones fotovoltaicas a la red de baja tensin. mbito de

aplicacin: instalaciones fotovoltaicas de potencia nominal no superior a 100

kva y cuya conexin a la red de distribucin se efecte en baja tensin (


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Regulacin del modelo de contrato tipo y modelo de factura para

instalaciones solares fotovoltaicas dentro del mbito de aplicacin del

RD1663/2000.

Resolucin, de 27 de septiembre de 2007, de la Secretara Gral. De Energa.

La comisin nacional de la energa inform del logro del 85% del

objetivo para energa solar fotovoltaica. De acuerdo con el artculo 22 del

RD661/2007, en esta resolucin se establece un plazo de 12 meses, desde el 29

de septiembre de 2007, para el mantenimiento de las tarifas del RD 661/2007.

Las instalaciones que consigan la inscripcin definitiva en el Registro de

Rgimen Especial (RIPRE) antes del 29 de septiembre de 2008 tendrn derecho a

dichas tarifas.

Nuevo Real Decreto de tarifas a partir del 29-09-08 (en trmite).

Actualmente se encuentra en trmite de aprobacin un Real Decreto que

definir las tarifas reguladas para instalaciones fotovoltaicas a partir del 29-09-08

y los nuevos objetivos de potencia instalada.

Real Decreto 1955/2000, de 1 de diciembre. Regula los procedimientos deautorizacin de instalaciones de energa elctrica en general (Ttulo VIII). Aplica

en el caso de conexin a la red de alta tensin.

Orden de 5 de septiembre de 1985. Aplica en el caso de conexin de

instalaciones a la red de A.T.


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3.4 Marco Legislativo Regional.

CC.AA. NORMATIVA PROPIA

ANDALUCA

Instruccin de 21/01/2004 de la Direccin Gral. de Industria,

Energa y Minas sobre procedimiento de puesta en servicio de las

instalaciones fotovoltaicas conectadas a red (BOJA26).

Resolucin de 1/12/2003 de la Direccin Gral. de Industria,

Energa y Minas por la que se aprueba el modelo de memoria

tcnica de diseo de instalaciones elctricas en baja tensin

(BOJA 8).

Disponibles en: www.andaluciajunta.es/BOJA

ARAGN

Orden de 25/06/2004 del Departamento de Industria,

Comercio y Turismo sobre procedimiento administrativo

aplicable a las instalaciones de energa solar fotovoltaica

conectadas a la red elctrica. (BOA 82). Disponible en:

portal.aragob.es

ASTURIAS No.

BALEARES

Resolucin del Conseller de Comercio, Industria y Energa de

11 de julio de 2006 por la que se ordena la publicacin de la

Circular del Director General de energa de 10 de julio de 2006,

por la que se dictan con carcter provisional pautas de actuacin

interna encaminadas a unificar criterios de interpretacin enrelacin con la normativa aplicable a las instalaciones

fotovoltaicas conectadas a red.

CANARIAS

Decreto 26/1996 de 9 Febrero por el que se simplifican los

procedimientos administrativos aplicables a las instalaciones

elctricas (BOC 28). Disponible en: www.gobcan.es

CASTILLA LAMANCHA

Decreto 299/2003 de 4 de noviembre, por el que se regula elprocedimiento de reconocimiento de la Condicin de Instalacin


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de Produccin de Energa Elctrica en Rgimen Especial y la

creacin del Registro Autonmico de las Instalaciones acogidas a

dicho rgimen.(BOCM 158).

CASTILLA Y

LEN

Instruccin 01/2004/E de 5 de abril de 2004, sobre

procedimientos abreviados de autorizaciones administrativas de

instalaciones de produccin de energa elctrica,

cubierta nave industrial

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