guía para el aprovechamiento de la energía solar fotovoltaica en el ciclo del agua

8/8/2019 Gua para el aprovechamiento de la energa solar fotovoltaica en el ciclo del agua

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Proyecto AQUAMAC

MAC 2.3/C58

Paquete de tareas P1.PT1 PROPUESTAS DE ACCIN PARA OPTIMIZAR LA AUTOSUFICIENCIA

ENERGTICA DE LOS CICLOS DEL AGUA

Tareas PT1-T1

Establecimiento de metodologa y especificaciones tcnicaspara los estudios de potencial y auditoras energticas.

Localizacin de los mbitos de trabajo por parte de los socios

Entregable 3

Gua para la realizacin de estudios deviabilidad tcnico-econmica de instalacionesde aprovechamiento de la energa solar fotovoltaica como apoyo a los ciclos del agua Entidad responsable: Instituto Tecnolgico de Canarias, S.A.Fecha realizacin: Septiembre 2003Fecha ltima actualizacin: 9 de Febrero de 2004


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1 INTRODUCCIN.................................................................................................... 31.1 El proyecto AQUAMAC.................................................................................. 31.2 Binomio Agua Energa.................................................................................. 31.3 Introduccin a la Energa Solar Fotovoltaica ................................................... 51.4 Normativa y legislacin vigente....................................................................... 71.5 Antecedentes del aprovechamiento de la energa fotovoltaica en Azores,Madeira y Canarias..................................................................................................... 11

2 OBJETO Y CONTENIDOS DE LA GUA ........................................................... 123 CONSIDERACIONES GENERALES DE DISEO ............................................ 124 FORMAS DE CONEXIN ................................................................................... 13

4.1 Instalaciones fotovoltaicas aisladas de red ..................................................... 144.2 Instalacin fotovoltaica conectada a la red de baja tensin............................ 165 CLCULO DE LA ENERGA ELCTRICA INYECTADA POR UN SISTEMACONECTADO A RED................................................................................................... 17

5.1 Radiacin........................................................................................................ 185.2 Inclinacin ptima.......................................................................................... 195.3 Aplicacin para una instalacin fotovoltaica de 5 kWp................................. 22

5.3.1 Caractersticas elctricas del mdulo ..................................................... 225.3.2 Nmero de mdulos ............................................................................... 225.3.3 Produccin del campo fotovoltaico........................................................ 235.3.4 Energa elctrica exportada a la red........................................................ 23

6 ESTUDIO ECONMICO...................................................................................... 246.1 Estudio econmico-financiero........................................................................ 246.2 Inversin necesaria ......................................................................................... 256.3 Ingresos para las instalaciones de conexin a la red elctrica en Espaa y enPortugal....................................................................................................................... 26

6.3.1 Venta de energa en Espaa y en Portugal ............................................. 266.3.2 Normativa en Espaa.............................................................................. 26

6.4 Coste anual de mantenimiento........................................................................ 286.5 Subvenciones.................................................................................................. 29

6.5.1 Subvenciones en Canarias ...................................................................... 296.6 Aspectos fiscales ............................................................................................ 34


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1 INTRODUCCIN

1.1 El proyecto AQUAMAC

Este proyecto titulado TCNICAS Y MTODOS PARA LA GESTIN SOSTENIBLEDEL AGUA EN LA MACARONESIA ha sido aprobado en el marco de la IniciativaComunitaria INTERREG III B, EspacioAores-Madeira-Canarias . En l participansocios comoInvestimentos e Gesto da Agua, S.A. (Madeira),Direco Regional doOrdenamento do Territorio e Recursos Hdricos (Aores),Mancomunidad del Norte deTenerife , Mancomunidad del Sureste de Gran Canaria , Consejo Insular de Aguas deLanzarote , Consejo Insular de Aguas de Gran Canaria , Universidade da Madeira y elInstituto Tecnolgico de Canarias, S.A. como Jefe de Fila. Dentro de dicho proyecto, uno de los paquetes de tarea contemplados es:" Propuestasde accin para optimizar la autosuficiencia energtica de los ciclos del agua ". Dicho

paquete de tareas se concret en estudiar medidas de gestin y eficiencia energtica, ascomo la sustitucin de fuentes de energas convencionales (red elctrica general) por elaprovechamiento de energas renovables asociadas al ciclo del agua (minihidrulica) oen las instalaciones vinculadas con los abastecimientos (estaciones de bombeo,edificios, captaciones, lneas de conduccin, plantas de produccin y tratamiento deaguas,...) y potenciar la minimizacin de la factura energtica de los ciclos integrales deagua. El objetivo final de este paquete de tareas es demostrar las posibilidades de

mejora de la eficiencia y autonoma energtica de nuestros sistemas insulares de gestinde aguas y promover el intercambio de experiencias en toda la Macaronesia.

1.2 Binomio Agua Energa

La gestin del agua en nuestras sociedades requieren cada vez ms recursos energticospara acciones como la captacin de aguas de pozos y sondeos, el transporte ydistribucin hasta los puntos de consumo, as como para su tratamiento en los sistemas


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de depuracin convencionales. A medida que las demandas de agua se incrementan y seextienden a zonas cada vez ms amplias y con menos recursos, se hace necesariointroducir las tecnologas de desalacin de agua de mar. Por otro lado, el deterioro de lacalidad de los recursos subterrneos y la necesidad de reutilizacin de las aguasdepuradas en algunas zonas requiere introducir sistemas de desalinizacin paraposibilitar su aprovechamiento.

Todo este sistema puede llegar a suponer unos costes energticos (y econmicos) muyimportantes para los sistemas de abastecimiento. Quizs el caso ms extremo de estasituacin se vea reflejado en algunas de las Islas Canarias, donde se puede establecer casi una equivalencia directa entre barriles de petrleo y agua potable disponible. Lagestin del agua en nuestras sociedades requiere cada vez ms recursos energticosdestinados a acciones como: la captacin de aguas de pozos y sondeos, el transporte y

distribucin hasta los puntos de consumo, as como para su tratamiento en los sistemasde depuracin convencionales. A medida que las demandas de agua se incrementan y seextienden a zonas cada vez ms amplias, los recursos naturales renovables y norenovables son incapaces de satisfacerlas, y se hace necesario por tanto, introducir recursos exgenos. Estos recursos vienen de la mano de las tecnologas de desalacin deagua de mar y de la recuperacin de recursos subterrneos de calidad deficienteintroduciendo sistemas de desalinizacin.

Haciendo un pequeo ejercicio de clculo, podramos trasladar estas demandas aequivalentes en energa: Conociendo el consumo especfico de los sistemas elctricos decada una de las islas, se pueden establecer equivalencias entre m3 de agua y toneladasmtricas (Tm) del fueloil que es necesario importar y quemar cada ao para producir ygestionar el agua demandada. Esta situacin pone en constante riesgo la sostenibilidadde muchos sistemas de abastecimiento de agua. Pero por otra parte, el agua tambin


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puede ser fuente de energa como as se destaca en Madeira, Azores y algunas de lasislas Canarias.

Es por ello que resulta interesante desde el punto de vista estratgico, profundizar en lasposibilidades de eficiencia y ahorro energtico en la gestin del agua, as como en elmximo aprovechamiento de las energas renovables endgenas.

1.3 Introduccin a la Energa Solar Fotovoltaica

La energa Solar Fotovoltaica es un tipo de energa solar basada en la aplicacin delefecto fotovoltaico. ste se produce al incidir la luz sobre unos materiales llamadossemiconductores. De sta manera se genera un flujo de electrones en el interior delmaterial que puede ser aprovechado para obtener energa elctrica.

Las aplicaciones son diversas y prcticamente universales no obstante se puede plantear

el siguiente esquema de aplicaciones:

Los mdulos estndar se utilizan en edificaciones ya construidas. Aunque el marcoimpide una integracin fcil y acorde con el tejado o fachada de una edificacin,eliminando dicho marco y utilizando los denominados paneles laminados, se amplan

ENERGA SOLARFOTOVOLTAICA

Aplicacionesaisladas de la red

Aplicacionesconectadas a la red

Electrificacinrural

Aplicacionesagroganaderas

Bombeos

CentralesFotoelctricas

Integracinen edificios

Tele-comunicaciones

Alumbradoautnomo

Sealizaciny alarma


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las posibilidades de integracin. Se pueden, incluso, incorporar en las ventanas deledificio dada su similitud con los paneles de cristal. Desde el punto de vista esttico las clulas de silicio monocristalino son de color oscuro(gris, azul, negro); las de policristalino azules y las de silicio amorfo de color rojizo. El incremento del inters en este tipo de aplicaciones fotovoltaicas ha generado nuevas

opciones de comercializacin de mdulos fotovoltaicos y existen desarrollos especficospara su integracin en tejados, como son las tejas fotovoltaicas. Todos estos aspectos facilitan la incorporacin de la fotovoltaica al ciclo integral delagua ya que cualquier edificio relacionado (edificios de oficinas, depsitos, etc.,) puedealbergar energa solar fotovoltaica.

En resumen, en un edificio existen varios lugares para instalar un panel fotovoltaico:

En cubierta , con inclinacin y orientacin adecuada, se pueden instalar losmdulos fotovoltaicos sobre la misma cubierta o mediante tejas fotovoltaicaso en cubierta plana integrados como elemento decorativo.

En fachada , instalado sobre o en vez del muro o como elemento saliente conuna cierta inclinacin.

En superficie acristalada , ventanas, diseando los mdulos para que dejenpasar la luz.

Los sistemas fotovoltaicos integrados en edificios tienen ventajas econmicas ya queconstituyen una parte del cerramiento del edificio y sustituyen el material convencionalutilizado en fachadas o cubiertas. El coste de la fachada en un moderno edificioacristalado no dista mucho de una fachada fotovoltaica.


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Figura 1. Ejemplos de integracin arquitectnica

1.4 Normativa y legislacin vigente

Tanto en Espaa como en Portugal existe legislacin vigente para el fomento oregularizacin del uso de las energas renovables. A continuacin se expone uncorolario de la normativa vigente. En el caso espaol laLey 54/1997, de 27 de noviembre, del Sector Elctrico establecelos principios de un nuevo modelo de funcionamiento basado en la libre competencia,impulsando tambin el desarrollo de instalaciones de produccin de energa elctrica en

rgimen especial. Por su parte en elReal Decreto 436/2004 de 12 de marzo , se establece la metodologapara la actualizacin y sistematizacin del rgimen jurdico y econmico de la actividadde produccin de energa elctrica en rgimen especial, este real decreto tiene por objetoel desarrollo reglamentario en lo que se refiere al rgimen especial, de la Ley 54/1997de 27 de noviembre, del Sector elctrico. Y, por lo tanto, pretende continuar el camino


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iniciado con elReal Decreto 2818/1998 de 23 de diciembre , sobre produccin deenerga elctrica por instalaciones abastecidas por recursos o fuentes de energasrenovables, residuos o cogeneracin. Otras normativas de aplicacin son las siguientes: Real Decreto 1663/2000 , de 29 de septiembre, sobre conexin de instalaciones

fotovoltaicas a la red de baja tensin. Real Decreto 841/2002 , de 2 de agosto, por el que se regula para las instalaciones

de produccin de energa elctrica en rgimen especial su incentivacin en laparticipacin en el mercado de produccin, determinadas obligaciones deinformacin de sus previsiones de produccin, y la adquisicin por loscomercializadores de su energa elctrica producida.

La produccin de energa elctrica utilizando fuentes de energa renovables, como la

fotovoltaica, tiene la consideracin de produccin en rgimen especial. Ello implica quese rige por unas disposiciones especficas que incluyen unos derechos y obligaciones. Entre los principales derechos se encuentran:

Conectar en paralelo su grupo o grupos generadores a la red de la compaa

elctrica distribuidora o de transporte.

Transferir al sistema a travs de la compaa elctrica distribuidora o detransporte su produccin o excedentes de energa elctrica, siempre quetcnicamente sea posible su absorcin por la red.

Percibir por su produccin o excedentes de energa elctrica la retribucinprevista en el rgimen econmico de este real decreto.


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La produccin de energa elctrica mediante renovables se impulsa mediante la creacinde un marco favorable, que incluye un sistema de primas que permite situarse enposicin de competencia en el mercado libre. Esta circunstancia posibilita que sepuedan aprovechar superficies ligadas al ciclo integral del agua, como por ejemplocubiertas de depsitos de agua, edificios en depuradoras, plantas de potabilizacin,desaladoras, estaciones de bombeo, etc., para la produccin de energa elctrica por sistemas fotovoltaicos y ligar los rendimientos que se produzcan por la venta de energa

elctrica a la sostenibilidad de la gestin del agua. En el caso de Portugal an no existe un sistema de primas especficos para lasinstalaciones fotovoltaicas aunque se estn dando pasos para el desarrollo futuro de lossistemas conectados a la red elctrica.1 A continuacin se expone la reglamentacin que puede ser de aplicacin en Portugal:

Decreto-Lei n 189/88 de 27 de mayo sobreProduo de Energia Elctrica:

Regime Especial Renovveis . Establece el regime de produo de energia elctricapor produtores independentes, no mbito das energias renovveis.

Decreto-Lei n 168/99 de 18 de mayo sobreProduo de Energia Elctrica:

Regime Especial Renovveis . Altera algunas dispocisiones del Decreto-Lei n.

189/88, de 27 de Maio.

1 En el portal portugushttp://www.energiasrenovaveis.comse expresa lo siguiente:A ttulo decuriosidade, apenas com a rea disponvel em coberturas de edifcios em Portugal, seria possvel produzir toda a electricidade que consumimos atravs de equipamento fotovoltaico. A implantao de 60m de fotovoltaico, nos cerca de 3.1 milhes de edifcios residncias, resultariam em cerca de 33200GWh/Ano (consumo em 1995), rebatendo assim a falsa ideia de que uma contribuio substancial desolar fotovoltaico necessitaria da ocupao de uma rea enorme, com grandes custos emergentes dessa

mesma ocupao.


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Decreto-Lei n 339-C/2001 de 29 de diciembre sobreProduo de EnergiaElctrica: Regime Especial Renovveis . Altera elDecreto-Lei n 168/99 , de 18 deMayo, querev o regime aplicvel actividade de produo de energia elctrica,no mbito do sistema elctrico independente .

Decreto-Lei N 68/2002 de 25 de Maro y Portaria n. 764/2002, de 1 de Julho ,

sobre Produo de energia elctrica: Baixa Tenso . Se establece o tarifrio

aplicvel s instalaes de produo de energia elctrica em baixa tenso,licenciadas ao abrigo do Decreto-Lei n 68/2002, de 25 de Maro. (Al menos el 50%de la energa elctrica debe ser destinada al consumo propio o de terceros).


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1.5 Antecedentes del aprovechamiento de la energa

fotovoltaica en Azores, Madeira y Canarias

La energa solar fotovoltaica en las islas de Aores, Madeira y Canarias no ha alcanzadoun gran desarrollo, debido por una parte a su alto coste y, por otro, al elevado nivel deelectrificacin alcanzado en las islas. Una gran parte de la potencia instalada se dedica aelectrificacin rural y, el resto, a alumbrado pblico, sistemas de bombeo, etc.Por otro

lado de Madeira y Aores prcticamente no existen datos.

En Canarias es donde mayor radiacin se obtiene de los tres archipilagos y dnde hahabido un mayor desarrollo de la utilizacin de este tipo de energa, aunque todava esmarginal. La tabla siguiente muestra la potencia instalada, tanto conectada a red comoen aislado a final de 2003:

Potencia Potencia Potencia Potencia en funcionamiento a 31/12/03 Potencia

Instal. aos Instalada Instalada Aislada Conectada en trmite

ISLA anteriores ao 2002 ao 2003 de red a red Total a 31/12/03

Gran Canaria 115,901 55,435 51,748 84,134 138,95 223,084 90,235

Tenerife 80,649 5,16 50,247 117,856 18,2 136,056 10,258

Lanzarote 83,114 3,33 9,31 95,754 0 95,754 2,65

Fuerteventura 26,941 3,4 3,73 34,071 0 34,071 0

La Palma 54,084 5,225 0,75 29,619 30,44 60,059 0

El Hierro 9,983 1,3 0,93 12,213 0 12,213 0

La Gomera 11,525 0 0 11,525 0 11,525 0

Total Islas 293,693 73,85 116,715 385,172 187,59 572,762 103,143

Se prev a corto plazo un incremento significativo de la potencia fotovoltaica instaladasobre todo, en instalaciones conectadas a red, debido a las primas que se han establecidotanto el Portugal como en Espaa.


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2 OBJETO Y CONTENIDOS DE LA GUA

El objeto de la Gua es aportar informacin bsica sobre los pasos a seguir para realizar estudios de viabilidad tcnico-econmica de instalaciones fotovoltaicas asociadas a lossistemas integrados de gestin del agua. En el documento se exponen los datos y herramientas necesarias para realizar un estudio

de viabilidad tcnico-econmica relativa a las instalaciones de aprovechamientofotovoltaico asociadas a los ciclos del agua. En el apartado 3, 4 y 5, se dan algunas nociones tcnicas sobre el diseo y clculo de lasinstalaciones fotovoltaicas y en el apartado 6, se introduce la parte de viabilidadeconmica.

3 CONSIDERACIONES GENERALES DE DISEO

El proceso de diseo de un sistema fotovoltaico comienza con la seleccin de lalocalizacin y el anlisis del tipo de edificio a utilizar evaluando la aplicabilidad delmismo para la produccin de electricidad segn varios factores:

Disponibilidad de radiacin solar durante todo el ao. Posibilidades del edificio. Estudio del rea del tejado o fachada til orientada

hacia el sur. Posibilidad de cubierta con inclinacin adecuada. Fachadaacristalada. Posibles sombreados parciales en la actualidad y posibilidad defuturas sombras debido a nuevos edificios, antenas, etc.

Dependiendo de la aplicacin, de los criterios de diseo y considerando las necesidadesenergticas concretas se elegir el mdulo adecuado. Dependiendo de la ubicacin delos mdulos (orientacin, inclinacin, sombreado) y de las caractersticas elctricas destos, se determina el nmero necesario de mdulos a instalar.


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Es importante:

Evitar el sombreado de los mdulos. Potenciar la ventilacin de la cara posterior de los mdulos para disminuir su

temperatura que influye en el rendimiento. Evitar problemas de condensacin. Garantizar el acceso a la instalacin para su mantenimiento.

4 FORMAS DE CONEXIN

Existen dos posibilidades de conexin de los paneles fotovoltaicos, uno sera que elsistema est aislado y otro que est conectado a la red elctrica.

Los sistemas aislados, por el hecho de no estar conectados a la red elctrica,normalmente estn equipados con sistemas de acumulacin de la energa producida. Laacumulacin es necesaria porque el campo fotovoltaico puede proporcionar energa sloen las horas diurnas, mientras que a menudo la mayor demanda por parte del usuario seconcentra en las horas de la tarde y de la noche. Durante la fase de insolacin es, por tanto, necesario prever una acumulacin de la energa no inmediatamente utilizada, quees proporcional a la carga cuando la energa disponible es reducida e incluso nula.

Una configuracin de este tipo implica que el campo fotovoltaico debe estar dimensionado de forma que permita, durante las horas de insolacin, la alimentacin dela carga y de la recarga de las bateras de acumulacin.

Los sistemas conectados en red, en cambio, normalmente no tienen sistemas deacumulacin, ya que la energa producida durante las horas de insolacin es canalizadaa la red elctrica; al contrario, durante las horas de insolacin escasa o nula, la cargaviene alimentada por la red. Un sistema de este tipo, desde el punto de vista de la


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continuidad de servicio, resulta ms fiable que uno no conectado a la red que, en caso deavera, no tiene posibilidad de alimentacin alternativa.

La tarea de los sistemas conectados a la red es, por tanto, la de introducir en la red lamayor cantidad posible de energa.

La estructura fsica de un sistema fotovoltaico (aislado o conectado a la red) puede ser muy diferente, pero normalmente se pueden distinguir tres elementos fundamentales:

- el campo fotovoltaico- sistema de acondicionamiento de la potencia

- sistema de adquisicin de datos.

Es necesario tener en cuenta que en el caso especial de sistemas sin acumulacinconectados en red, es la red misma la que desempea la tarea de acumulador, de

capacidad infinita. Lacarga la representa, en cambio, el usuario conectado a la red,como sucede en cualquier otro sistema grid connected .

4.1 Instalaciones fotovoltaicas aisladas de red

Un sistema autnomo de generacin de electricidad puede resultar necesario por dosrazones:

1. Por ser precisa una autonoma de abastecimiento total, como puede ser elcaso de ciertas instalaciones que no pueden depender de una alimentacinexterna de energa, siempre sujeta a la posibilidad de averas, cortes desuministro, vulnerabilidad frente a sabotajes, etc.


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2. Por no llegar hasta el lugar en que se precisa el consumo a la red general dedistribucin de electricidad (Por ejemplo depsitos de agua aislados concloradores automticos, bombeos, depsitos o redes que necesitan sistemasde comunicacin para ser controlados a distancia)

En el primer caso, habra que valorar todos los factores concretos que afecten a cadaaplicacin, teniendo en cuenta los condicionantes impuestos, tomando los responsables

la decisin que consideren oportuna una vez analizadas toda la informacin yposibilidades. En el segundo caso se tienen a su vez dos opciones claramente diferenciadas: optar por el tendido de una lnea nueva de distribucin desde el punto ms cercano de la redgeneral o renunciar a sta e instalar un sistema autnomo.

Dado que el coste, en el supuesto de elegir la primera opcin, debe ser ntegramenteasumido por el solicitante de la lnea, incluyendo el de todos los equipos detransformacin necesarios, la cuestin quedar definida en funcin de la longitud de lalnea que habra que tender, esto es, de la distancia al punto ms cercano de la lneageneral ya existente. Evidentemente, la ventaja que presenta una lnea de distribucin es que el consumo y la

potencia pueden ser tan altos como se desee y permite el uso de cualquier aparato quefuncione con electricidad. Sin embargo, existen muchas ocasiones en que slo senecesita una potencia pequea, que satisfaga una necesidad de consumo moderada, y nose precisan grandes potencias. Es en estos casos en los que la opcin del generador autnomo resulta ms interesante. En cuanto a las ventajas de un sistema fotovoltaico frente a otros sistemas autnomos,

como los tradicionales generadores elctricos por combustible lquido, o los ms


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recientes aerogeneradores, han de buscarse en las excepcionales cualidades que lospaneles presentan (pocas averas, mantenimiento mnimo, etc.). En la prctica, el mtodo de clculo que se puede adoptar para comparar la rentabilidadde una instalacin fotovoltaica frente a la alternativa de efectuar un tendido de redconsiste en cuantificar la inversin necesaria en uno u otro caso, y si la correspondientea la instalacin fotovoltaica es sensiblemente menor que la tradicional, se aconseja

inclinarse por ella. Si ambos presupuestos son de parecida magnitud es ms interesantedisponer de la red elctrica, que asegurar cualquier consumo y en cualquier poca delao, con la consiguiente comodidad.

4.2 Instalacin fotovoltaica conectada a la red de baja

tensin

Los elementos imprescindibles para el correcto funcionamiento de una instalacinfotovoltaica conectada a la red de baja tensin son:

1. Generador fotovoltaico.2. Inversor.3. Cableado.4. Aparamenta y protecciones.

Asimismo se deben tener en cuenta los elementos auxiliares como son el contador ocontadores de energa, fusibles, sistema de monitorizacin, etc. En la legislacin espaola elReal Decreto 1663/2000, de 29 de septiembre, sobreconexin de instalaciones fotovoltaicas a la red de baja tensin fija en su artculo 11 elsistema de protecciones que debe tener una instalacin de estas caractersticas. stasson:


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1. Interruptor general manual, que ser un interruptor magnetotrmico con intensidad de

cortocircuito superior a la indicada por la empresa distribuidora en el punto deconexin.

2. Interruptor automtico diferencial, con el fin de proteger a las personas en el caso dederivacin de algn elemento de la parte con corriente continua de la instalacin.

3. Interruptor automtico de la interconexin, para la desconexin-conexin automtica dela instalacin fotovoltaica en caso de prdida de tensin o frecuencia de la red, junto aun rel de enclavamiento.

4. Proteccin para la interconexin de mxima y mnima frecuencia (51 y 49 Hzrespectivamente) y de mxima y mnima tensin (1,1 Um y 0,85 Um respectivamente).

Podrn integrarse en el equipo inversor las funciones de proteccin de mxima ymnima tensin y de mxima y mnima frecuencia y en tal caso las maniobrasautomticas de desconexin-conexin sern realizadas por ste. En este caso slo seprecisar disponer adicionalmente de las protecciones de interruptor general manual yde interruptor automtico diferencial. Se deben tener en cuenta las caractersticas de los sistemas integrados en el inversor antes de disear la instalacin, con el fin de evitar protecciones redundantes quesupongan un mayor coste de la instalacin

5 CLCULO DE LA ENERGA ELCTRICA INYECTADA PORUN SISTEMA CONECTADO A RED


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5.1 Radiacin

Para el caso de Canarias, los datos de partida son las medidas de radiacin solar delproyecto Mapa Solar de Canarias, del Instituto Tecnolgico de Canarias, obtenidos atravs de una red de ms de 20 estaciones meteorolgicas en las siete islas. A partir de estos datos se ha elaborado la tabla de Horas de Sol Pico (HSP). sta resulta

imprescindible tanto para efectuar el correcto dimensionado de futuras instalaciones. Los valores tabulados corresponden a los promedios mensuales de irradiacin globaldiaria recibida en cada m2 de superficie horizontal, y estn expresados en kWh/(m2da). Con estos datos del Mapa Solar, y efectuando correcciones en base a los datos deCENSOLAR (Centro de Estudios de la Energa Solar) y del MINER para corregir lasposibles desviaciones estadsticas por las limitaciones de los periodos de medicin, sellega a los siguientes resultados: Zona Centro de las islas Canarias 2:

ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC

2,4 3,4 4,3 5,8 6,8 6,9 7,1 6,7 5,5 4,1 3,1 2,4 Zona Norte de las islas Canarias 3.:


3,1 3,7 4,8 5,6 6,1 6,3 6,0 5,6 5,2 4,2 3,6 3,1 Zona Sur de las islas , Lanzarote y Fuerteventura 4.:

2 Estacin representativa situada en San Cristbal de La Laguna (Tenerife).3 Estacin representativa situada en Las Palmas de Gran Canaria.4 Estacin situada en el Instituto Nacional de Tcnicas Aeroespaciales (INTA) en Maspalomas, sur de

Gran Canaria.


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3,5 4,6 5,6 6,7 7,4 7,6 7,9 7,3 6,0 4,8 3,7 3,2

0

2

4

6

8

ENE

FEB

MAR

ABR

MAY

JUN

JUL

AGO

SEP

OCT

NOV

DIC

kWh/m2da

Zona Centro Zona Norte Zona Sur

5.2 Inclinacin ptima

Para determinar el ngulo ptimo de inclinacin, se procede al clculo de la irradiacinmensual, y a determinar la inclinacin que maximiza la produccin elctrica anual. La irradiacin mensual en kWh/m2 para cada uno de los emplazamientos tipo es lasiguiente: Zona Centro de las islas:


75 95 133 175 210 207 221 208 164 126 92 73 Las Palmas de Gran Canaria y Zona Norte de las islas:


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96 104 148 167 188 188 185 172 156 130 107 95 Zona Sur, Lanzarote y Fuerteventura:


109 127 172 202 229 229 244 225 179 149 111 99

Para determinar el ngulo ptimo se introduce un coeficiente de correccin de lairradiacin en funcin de la inclinacin, denominado factor de inclinacin. Para una latitud de 28N y distintas inclinaciones de los paneles se obtiene el siguientevalor k de factor de inclinacin:Incl. ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL GO SEP OCT NOV DIC

15 1,20 1,15 1,08 1,00 0,95 0,93 0,95 1,01 1,09 1,19 1,25 1,24

20 1,22 1,15 1,07 0,98 0,92 0,89 0,92 0,99 1,09 1,20 1,27 1,27

25 1,23 1,16 1,06 0,96 0,88 0,85 0,88 0,96 1,08 1,21 1,29 1,29

30 1,24 1,15 1,04 0,92 0,84 0,80 0,84 0,93 1,06 1,21 1,33 1,30

Se aplicara el factor de inclinacin a los datos de irradiacin mensual, obtenindose losresultados de irradiacin mensual (kWh/m2) sobre un mdulo inclinado, para un

emplazamiento concreto. En el caso de Las Palmas de Gran Canaria estos son losresultados:Incl. ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL GO SEP OCT NOV DIC

15 110 116 158 171 186 184 183 177 168 147 125 111

20 112 118 160 171 183 179 180 175 170 151 129 114

25 115 120 160 167 179 175 176 174 170 155 133 117

30 117 120 158 164 173 168 170 170 170 156 135 120


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El mximo anual se obtiene para una inclinacin de 20 con un total anual de 1.842kWh/m2. Esta inclinacin (20) ser la ptima. Para el resto de emplazamientos enCanarias se obtiene el mismo resultado.

Figura 2. Instalacin fotovoltaica de 4,5 kW en la sede del ITC de Las Palmas de G.C.


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5.3 Aplicacin para una instalacin fotovoltaica de 5 kWp

Se propone, como ejemplo, el clculo de la produccin elctrica fotovoltaica para unainstalacin tipo de 5 kWp.

5.3.1 Caractersticas elctricas del mdulo

Para ello se plantea la utilizacin de un mdulo fotovoltaico construido con clulascuadradas fotovoltaicas de silicio monocristalino de 6 pulgadas. Las caractersticaselctricas del mdulo en condiciones de prueba estndar (1000 W/m2, temperatura declculo 25C y masa de aire de 1,5), son las siguientes:

Potencia (W en prueba6 10%) 120 W

Nmero de clulas en serie 36Corriente en punto de mxima potencia 7,1 ATensin en punto de mxima potencia 120 WCorriente de cortocircuito 7,7 ATensin de circuito abierto 21 V

5.3.2 Nmero de mdulos

Para una potencia fotovoltaica aproximada de 5 kWp:

Esto representa una potencia de 4800 Wp.

mdulos 407,411205000 mdulos de n ==


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5.3.3 Produccin del campo fotovoltaico

Se obtiene multiplicando el nmero deHoras de Sol Pico (HSP) por la potencia pico delcampo fotovoltaico. Para una instalacin de 4800 Wp, la generacin mensual en kWh sera de:

Emplaz. ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC

Centro 422 516 691 856 978 944 1028 1017 855 699 531 423

Norte 540 566 767 819 877 858 862 842 816 725 619 549

Sur 614 691 892 988 1064 1043 1137 1100 934 829 645 576

La produccin en kWh/ao es:

Zona centro de las islas Canarias 8.961 kWh

Zona norte de las islas Canarias 8.841 kWh Zona sur, Lanzarote y Fuerteventura 10.512 kWh

5.3.4 Energa elctrica exportada a la red

En el apartado anterior se calcul la produccin elctrica fotovoltaica del campo de

paneles. Sin embargo, la energa realmente exportada a la red elctrica va a ser inferior debido a factores como las prdidas elctricas en cables de conduccin y conexiones, ya las prdidas en el inversor. Se estiman unas prdidas globales en el sistema del 25% de la energa aportada por elcampo fotovoltaico. Por lo tanto el coeficiente global de rendimiento de la instalacinser de 0,75.


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Para una instalacin de 4800 Wp, la energa inyectada a red en kWh sera de:

Emplaz. ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC

Centro 317 387 518 642 733 708 771 763 642 524 399 317

Norte 405 424 576 614 658 644 647 632 612 544 464 412

Sur 460 518 669 741 798 782 852 825 700 621 484 432

La produccin en kWh/ao sera:

Zona centro de las islas Canarias 6.721 kWh Zona norte de las islas Canarias 6.630 kWh Zona sur, Lanzarote y Fuerteventura 7.884 kWh

6 ESTUDIO ECONMICO

En este apartado se detalla, primero cual va a ser el modelo seguido para realizar elanlisis de viabilidad econmica y, despus, se describen los siguientes parmetroseconmicos: la inversin necesaria, los ingresos por venta de energa elctrica de lasinstalaciones de conexin a la red elctrica, los costes de mantenimiento, lassubvenciones y los distintos impuestos que habra que considerar para realizar dicha

instalacin. Destacar que lo nico que vara en las instalaciones conectadas a red y lasde autoconsumo, son por un lado los ingresos a percibir y, por otro, los mayores gastosen que se incurre en las instalaciones aisladas ya que hay que tener en cuenta la batera.

6.1 Estudio econmico-financiero

Para realizar el anlisis de viabilidad econmica se recurre a la teora de finanzascomparativas llamada Capital Asset Pricing Model (CAPM), Modelo de Valoracin


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de Activos de Capital. El CAPM involucra la previsin de todos los flujos de caja de unproyecto de inversin, para luego descontarlos a su Valor Presente Neto. As se estiman los flujos de caja futuros que se pueden esperar con las distintasconfiguraciones.

6.2 Inversin necesaria

En el informe de octubre de 2003, la Asociacin de la Industria Fotovoltaica (ASIF)realiz la siguiente estimacin del precio medio del Wp en instalaciones solaresfotovoltaicas conectadas a red:

KWp 3 30 300

Paneles 3.54 3.45 3.15

Estructura soporte 0.38 0.37 0.30Inversor, Prot, Contador, Mont0.90 0.70 0.50

Cableado y varios 0.20 0.17 0.12

Montaje y P.E.M 0.44 0.39 0.25

Ingeniera, gastos generales 1.93 1.80 1.55

Total (euros) 7.39 6.88 5.88

Este precio es para las instalaciones conectadas a la red dependiendo de la potenciainstalada, pero sin incluir los costes de integracin en edificios, tejados o instalacionesespeciales.


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Teniendo en cuenta estos datos, podemos estimar para Canarias un precio medio de 7.39/Wp para las instalaciones menores a 3 kWp, de 7.13 /Wp para instalaciones de entre3 y 30 kWp, y de 6.37 /Wp para instalaciones de entre 30 y 100 kWp. Distribucin de costes para una instalacin tipo

6.3 Ingresos para las instalaciones de conexin a la red elctrica en Espaa y en Portugal

6.3.1 Venta de energa en Espaa y en Portugal

La venta de la energa elctrica en Espaa para instalaciones fotovoltaicas cuya potenciasea inferior a 100 kWp se har a un precio total fijo de 0,4144 , en el apartado 6.3.2 sedescribe la normativa espaola al efecto. El precio en Portugal del kWh ronda los 0.39 (mximo) a 0.23 (mnimo). 6.3.2 Normativa en Espaa

El Real Decreto 436/2004 de 12 de marzo, por el que se establece la metodologa parala actualizacin y sistematizacin del rgimen jurdico y econmico de la actividad deproduccin de energa elctrica en rgimen especial, tiene por objeto el desarrolloreglamentario en lo que se refiere al rgimen especial, de la Ley 54/1997 de 27 de

54%

5%9%2%

4%

26%PanelesEstructura soporteInversor, Prot, Contador, MontCableado y variosMontaje y P.E.MIngeniera, gastos generales


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noviembre, del Sector elctrico. Por lo tanto pretende continuar el camino iniciado conel Real Decreto 2818/1998 de 23 de diciembre, sobre produccin de energa elctricapor instalaciones abastecidas por recursos o fuentes de energas renovables, residuos ocogeneracin. La produccin de energa elctrica utilizando fuentes de energas renovables, como lafotovoltaica, tiene la consideracin de produccin en Rgimen Especial. Ello implica

que se rige por unas disposiciones especficas que incluyen unos derechos yobligaciones. Las instalaciones fotovoltaicas estn encuadradas en el grupo b.1.1 de la clasificacinestablecida en elReal Decreto 436/2004 de 12 de marzo . Los titulares de estas instalaciones incluidas en el Rgimen Especial podrn incorporar a

la red la totalidad de la energa elctrica producida, en tanto no se alcance el 12 % deltotal de la demanda energtica al que hace referencia la disposicin transitoria 16 de laLey del Sector Elctrico .La retribucin que se puede obtener por la cesin de la energa elctrica ser:

o Instalaciones de hasta 100 kW, hasta que la capacidad instalada en Espaa

alcance los 150 MW, durante los primeros 25 aos desde su puesta en marcha :

575% de la tarifa elctrica media (7,2072 c /kWh), lo que hace 4,144140 c/kWh.

o Instalaciones de hasta 100 kW, hasta que la capacidad instalada en Espaa

alcance los 150 MW, a partir de los primeros 25 aos desde su puesta en

marcha : 460% de la tarifa elctrica media, es decir. 3,315312 c /kWh.


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6.4 Coste anual de mantenimiento

Los paneles fotovoltaicos requieren muy escaso mantenimiento por su propiaconfiguracin, carente de partes mviles y con el circuito interior de las clulas y lassoldaduras de conexin muy protegidas del ambiente exterior por capas de materialprotector. Al mismo tiempo, el control de calidad de los fabricantes es en general buenoy rara vez se presentan problemas por esta razn.

El mantenimiento abarca los siguientes procesos:

Limpieza peridica del panel. Inspeccin visual de posibles degradaciones internas y de la estanqueidad del

panel. Control del estado de las conexiones elctricas y el cableado. Control de las caractersticas elctricas del panel.

Control de las conexiones elctricas del inversor. Control de las caractersticas elctricas del inversor.

Por lo tanto, las operaciones de mantenimiento son mnimas, reducindose a la limpiezade los paneles y a las inspecciones visuales. La suciedad acumulada sobre la cubiertatransparente del panel reduce el rendimiento del mismo. La operacin de limpiezaconsiste simplemente en el lavado de los paneles con agua y algn detergente noabrasivo, sin embargo hay que sealar que la accin de la lluvia puede, en muchoscasos, reducir al mnimo o eliminar la limpieza de los paneles. A efectos de costes,nicamente se va a considerar la limpieza de los paneles dos veces al ao. La instalacin solar fotovoltaica tendr anualmente un coste de mantenimiento, y debertener un seguro que incluya daos a terceros.


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En el informe ASIF del 2003 se especifica que el coste anual de mantenimiento de unainstalacin fotovoltaica es menor al 0.7 % del coste de inversin con un mnimo de 200/ao. Siendo el coste del seguro de 0.3% del coste de la inversin.

6.5 Subvenciones

Los tipos de subvenciones a que pueden acogerse las distintos paises son distintas. A

continuacin se presentan las subvenciones a que se puede acoger una persona en laComunidad Autnoma de Canarias.

6.5.1 Subvenciones en Canarias

En la actualidad existen dos vas para obtener subvenciones por inversin eninstalaciones conectadas a red:

o Ayudas para apoyo a la energa solar fotovoltaica, en el marco del Plan deFomento de las Energas Renovables.

o Subvenciones a proyectos de ahorro, diversificacin energtica y utilizacin de

energas renovables del Gobierno de Canarias.

6.5.1.1 Ayudas del Plan de Fomento de las Energas Renovables

La disposicin transitoria decimosexta de la Ley 54/1997 de 27 de noviembre, delSector Elctrico, estableci la necesidad de elaborar un Plan de Fomento de las EnergasRenovables, a fin de que para el ao 2010 las fuentes de energas renovables (FER)cubriesen, como mnimo, el 12% del total de la demanda energtica de Espaa. El Plan de Fomento de las Energas Renovables, aprobado por el Consejo de Ministrosen su reunin de 30 de diciembre de 1999, se configura como un documento bsico dela poltica energtica y medioambiental de alcance nacional, de conformidad con las


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directrices contempladas en el Libro Blanco de las Energas Renovables de la UninEuropea. Para la consecucin de sus objetivos, el Plan de Fomento prev, entre otras medidas, ladisposicin de fondos pblicos para financiar determinadas ayudas. Entre dichas ayudasse encuentran las Subvenciones a la inversin en equipos de captacin otransformacin de las energas renovables, atribuyndose al Instituto para la

Diversificacin y Ahorro de la energa (IDAE), la competencia de su distribucin. El I.D.A.E, segn aprobacin de su Consejo de Administracin en reunin celebrada en23 de febrero de 2004, dotar un fondo de ayudas por un importe inicial de 39.600.000euros y ser aplicado a los Beneficiarios Finales con las condiciones e instrumentacinestablecidos en el presente Convenio.

La novedad de la Lnea del 2004 se fundamenta en el decidido impulso institucional aldesarrollo de la energa solar trmica y fotovoltaica inferior a 100 kWp. As se hanintegrado en un instrumento financiero nico los Programas de apoyo que venahabilitando el IDAE para estas dos tecnologas. La razn de ser de esta integracin hasido la de dar respuesta a las demandas del sector y la de facilitar al mximo al usuario,tanto en procedimientos como en plazos, el acceso a los apoyos pblicos a la energasolar. La Lnea, mantiene la dotacin econmica pblica de apoyo a las tecnologas de

energa solar, reforzndola a travs de una financiacin privilegiada. Esta dotacin sedestina a la amortizacin parcial del prstamo y a la bonificacin de tipos de inters,permaneciendo invariable respecto al ao anterior la intensidad de las ayudas. Del presupuesto total, unos 3.770.361 euros sern aplicado y distribuidoeconmicamente para una bonificacin del 2 al 3 puntos del tipo de inters en losproyectos tipo 7.4 y 7.5 Solar Fotovoltaica. Tambin habr una ayuda directa de hasta

10.800.000 euros para la amortizacin parcial de la financiacin de dichos proyectos.


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El mximo financiable en la tipologa de proyectos 7.4 y 7.5 Solar Fotovoltaica dehasta 100 kWp ser del 90% del coste eligible del proyecto. Dentro de las instalaciones fotovoltaicas conectadas a la red con o sin acumulacinformarn parte de la inversin elegible el coste de los equipos e instalaciones,captadores fotovoltaicos, acumuladores, reguladores, convertidores, tendidos y

conexiones, as como obra civil asociada, puesta en marcha, direccin e ingeniera deproyecto. Los principales subsistemas de que consta son los siguientes: Generador fotovoltaico: compuesto por mdulos fotovoltaicos, elementos de soporte yfijacin de los mdulos, elementos de interconexin entre mdulos.Acumulacin: compuesto de bateras, reguladores, elementos de interconexin ycableado, indicadores nivel de bateras etc.

Adaptador de energa: compuesto de convertidores, inversor, cuadros elctricos,interruptores y protecciones, cableados, etc.Monitorizacin (opcional): compuesto por sensores, sistemas de adquisicin de datos,etc.Obra civil: compuesta por movimientos de tierras, urbanizacin, cimentaciones, zanjas,arquetas.

Se tomar como financiacin mxima elegible unos 14 euros/Wp para instalaciones consistema de acumulacin y de 9 euros/Wp para las instalaciones sin acumulacin. Las instalaciones se deben ejecutar por instaladores acreditados por IDAE bajo lamodalidad llave en mano. La relacin de empresas acreditadas se puede consultar enla pgina web de IDAE: http://www.idae.es. Estas empresas tienen comprometida laejecucin de las instalaciones a un precio mximo establecidos en un convenio con

IDAE, excepto en el caso de instalaciones especiales. Y en cuanto a los referidos al


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mantenimiento, no lo sern en el supuesto de instalaciones especiales y aisladas de lared.

6.5.1.2 Subvenciones de utilizacin de Energas Renovables del Gobierno de

Canarias.

Las caractersticas propias de Canarias (insularidad, fragmentacin geogrficadependencia energtica, etc.) hacen necesaria la implicacin de la Administracin de laComunidad Autnoma de Canarias apoyando la ejecucin de proyectos de energa solar fotovoltaica mediante subvenciones con el fin de acercarlos al umbral de rentabilidad. Con este fin, entre otros, existen las subvenciones a proyectos de ahorro, diversificacinenergtica y utilizacin de energas renovables, cuyas bases reguladoras para el periodo2000-2006 se aprobaron por Orden del Consejero de Industria y Comercio de 23 demayo de 2000. La ltima convocatoria tuvo lugar el 10 de diciembre de 2003, por la quese efecta convocatoria anticipada para el ao 2004, para la concesin de subvencionesa proyectos de ahorro, diversificacin energtica y utilizacin de energas renovables. El importe de los crditos disponibles para la convocatoria correspondiente al ao 2004fue de 367.200,00 , desglosados en 275.400 con cargo a la aplicacin presupuestariaAhorro Energtico, y 91.800 con cargo al Fomento de Energas Renovables.Segn establece la convocatoria, a dichos importes se les pueden aadir los crditos quecomo consecuencia de la propia gestin del Programa se precisen. El periodo de vigencia de las bases se establece hasta el 31 de diciembre de 2006, y elplazo de presentacin de solicitudes se fija en el primer trimestre natural de cada ao.


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El plazo mximo de justificacin de las subvenciones concedidas ser hasta el 31 deoctubre de cada ejercicio presupuestario. Las actuaciones subvencionables son lassiguientes:

Ahorro energtico y utilizacin racional de la energa. Utilizacin de fuentes renovables de energa.

Dentro de la utilizacin de fuentes renovables de energa caben tres posibilidades paraproyectos de energa solar fotovoltaica: Electrificacin de viviendas rurales aisladas con energa solar fotovoltaica , o biencon generadores elicos, o elico-fotovoltaicos de hasta 10 kW de potencia total. Sesubvenciona hasta un 60% de la inversin elegible, con un mximo de 2.103,54 por vivienda. Este mximo puede ascender hasta 3.005,06 por vivienda si los servicios

sociales del Ayuntamiento acreditan la carencia de recursos econmicos del solicitante.Slo se subvencionan aquellos proyectos de fotovoltaica que instalen una potenciasuperior a 150 Wp. Iluminacin de exteriores mediante sistemas fotovoltaicos hasta un mximo de 5puntos de luz. Se subvencionan hasta el 40% de la inversin elegible, con un mximo de1.502,53 por punto de luz.

Otras instalaciones de energas renovables no incluidas especficamente en laconvocatoria. Este es el caso de las instalaciones fotovoltaicasconectadas a la red debaja tensin . Se podr subvencionar hasta el 40% de la inversin elegible. En todo los casos, la instalacin deber estar ejecutada por instalador elctricoautorizado.


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En el caso de los puntos 1) y 2) los equipos y las instalaciones deben estar garantizadospor 3 aos por el fabricante e instalador respectivamente.

6.6 Aspectos fiscales

La condicin de sociedad con domicilio fiscal en Canarias, cuya actividad es la venta de

un bien corporal (la electricidad) producido en las islas, permite a las empresas de ventade electricidad en rgimen especial beneficiarse de incentivos establecidos en elrgimen Econmico y fiscal de Canarias. Entre ellos la Reserva de Inversiones enCanarias (RIC), que permiten reducir la base imponible del Impuesto de Sociedades, ymodifican la tasa efectiva del impuesto a pagar.

Las Palmas de G.C a 17 de septiembre de 2003

Celia BuenoIngeniera Industrial

guía para el aprovechamiento de la energía solar fotovoltaica en el ciclo del agua

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