Diseño de un Sistema Híbrido Solar-Eólico para Viviendas Rurales sin Acceso Confiable a la Red Eléctrica

Abstract

El suministro eléctrico de viviendas rurales aisladas en el interior peninsular constituye un problema técnico y económico relevante, especialmente en comarcas de la España Vaciada donde la extensión de la red convencional resulta prohibitiva y la dependencia de generadores diésel impone costes elevados y un impacto ambiental significativo. Este trabajo aborda el diseño y la evaluación técnico-económica de un sistema híbrido solar y eólico con almacenamiento en baterías para una vivienda tipo situada en las Tierras Altas de Soria. En primer lugar, se caracterizan los recursos solar y eólico del emplazamiento a partir de datos horarios de PVGIS y NASA POWER, calibrados con el Global Wind Atlas, y se elabora un perfil de demanda sintético desglosado por estancias y estaciones. A partir de este marco, se construye un modelo de simulación horaria del balance energético a lo largo de las 8.760 horas del año, con el que se dimensionan iterativamente tres escenarios de generación (híbrido, solo solar y solo eólico) hasta alcanzar una probabilidad de pérdida de suministro (LPSP) equivalente e inferior al 3 %. Los tres escenarios se comparan técnica y económicamente frente a un escenario de referencia basado en generación diésel continua, mediante un modelo de flujos de caja diferenciales a 20 años. Los resultados confirman una complementariedad estacional marcada entre ambos recursos, cuantificada mediante una correlación mensual de -0,679, que permite al sistema híbrido reducir el almacenamiento necesario un 22 % y el vertido energético un 40 % respecto al escenario exclusivamente fotovoltaico. Ambas configuraciones renovables son ampliamente preferibles al diésel, con un VAN superior a 54.000 € y periodos de retorno inferiores a seis años. El trabajo concluye que la hibridación queda justificada no por ser la opción más económica, sino por criterios de resiliencia operativa y diversificación de fuentes en un entorno de montaña, y se proponen líneas futuras orientadas a la validación multianual y la incorporación de perfiles de consumo monitorizados.

The electricity supply of isolated rural dwellings in the Spanish interior constitutes a relevant technical and economic challenge, particularly in the depopulated regions known as España Vaciada, where extending the conventional grid is prohibitively expensive and reliance on diesel generators entails high operating costs and a significant environmental impact. This thesis addresses the design and techno-economic assessment of a hybrid solar-wind system with battery storage for a representative dwelling located in the Tierras Altas highlands of Soria. First, the solar and wind resources at the site are characterized using hourly data from PVGIS and NASA POWER, calibrated against the Global Wind Atlas, and a synthetic demand profile is developed, broken down by room and season. From this framework, an hourly energy balance simulation model spanning all 8,760 hours of the year is built, through which three generation scenarios (hybrid, solar-only and wind-only) are iteratively sized until an equivalent Loss of Power Supply Probability (LPSP) below 3 % is achieved. The three scenarios are compared both technically and economically against a baseline scenario based on continuous diesel generation, by means of a 20-year differential cash flow model. The results confirm a marked seasonal complementarity between both resources, quantified by a monthly correlation of -0.679, which enables the hybrid system to reduce the required storage capacity by 22 % and energy curtailment by 40 % compared with the solar-only scenario. Both renewable configurations are broadly preferable to diesel, yielding an NPV of more than €54,000 and payback periods under six years. The thesis concludes that hybridization is justified not as the most cost-effective option, but on the grounds of operational resilience and source diversification in a mountain environment, and proposes future work directed at multi-year validation and the incorporation of monitored consumption profiles.