Instalación fotovoltaica conectada a red sobre cubierta de nave industrial existente en Castilla y León

Abstract

Este proyecto trata sobre el diseño completo de una instalación de generación eléctrica de una potencia nominal de 100 kW mediante paneles fotovoltaicos. Dichos paneles irán situados sobre la cubierta de una nave industrial situada en la localidad de Onzonilla, a unos ocho kilómetros al sur de la ciudad de León. Toda la energía producida será vertida a la red eléctrica de baja tensión, abasteciendo a las localidades cercanas. No cabe duda de que las energías renovables son algunas de las fuentes que más desarrollo están teniendo en los últimos años. Esto se debe, entre otros factores, a la creciente conciencia ecológica mundial. Sin embargo, la tecnología fotovoltaica actualmente tiene el inconveniente de no ser competitiva en costes frente a otras formas de producción eléctrica, lo cual hace que requiera de beneficios a ayudas por parte del estado para su desarrollo. La normativa vigente al respecto (principalmente el Real Decreto 66112007, de 25 de mayo, por el que se regula la actividad de producción de energía eléctrica en régimen especial) establece una tarifa de 44,0381 c€/kWh para el grupo de la fotovoltaica (en instalaciones de lOOkW nominales o menos, y durante los primeros veinticinco años), lo cual hace de este tipo de instalaciones una inversión rentable y de riesgo casi nulo debido a que la venta de la electricidad que se produzca está garantizada por ley. La rentabilidad de esta instalación en concreto se trata en el apartado Estudio Económico. En este proyecto se comienza analizando la tecnología fotovoltaica y sus distintas aplicaciones posibles, así como un análisis de la situación de ésta a nivel mundial y nacional. Se describe también, de forma conceptual, el funcionamiento de una instalación de este tipo, en la que el componente más importante es el panel fotovoltaico, que genera corriente continua cuando es expuesto a la radiación solar. Dicha corriente es transformada en alterna mediante los inversores, que además regulan su tensión y frecuencia. A la hora de diseñar la instalación se han seguido varios criterios básicos que se reflejan en el resultado final de ésta. Los criterios más importantes han sido: potencia nominal menor de 100 kW, modularidad de la instalación, optimización de los inversores y ramas equilibradas en cuanto al cálculo eléctrico y al cálculo estructural. Se eligieron paneles fotovoltaicos de células de silicio monocristalino y de una potencia pico de 230 Wp. Estos presentan un elevado rendimiento aunque su coste es algo mayor que los paneles de silicio policristalino. En cuanto a los inversores, se optó por instalar veinte unidades de 5 kW de potencia nominal. De esta manera se consigue la modularidad que se buscaba, en el sentido de que si en algún momento es necesario desconectar una rama debido a cualquier fallo o para realizar labores de mantenimiento, se seguirá produciendo la mayor parte de la energía que se generaba a pleno rendimiento. El esquema eléctrico resultante de aplicar todos los criterios de diseño más las limitaciones que imponen los inversores en cuanto a los parámetros de entrada a estos consiste en cuarenta ramas en paralelo, con once paneles fotovoltaicos en serie cada una de ellas. A cada inversor llegarán dos de estas ramas. Esto supone un total de 440 paneles y una potencia pico instalada de 1O1,2 k W p. Como se decía al principio, los paneles van situados en la cubierta de una nave industrial. Ésta está formada por cinco tramos de cubierta inclinada a dos aguas (con una inclinación de 30°) y tiene una orientación norte-sur que la hace idónea para este tipo de instalación. Los paneles, por tanto, irán situados en dichas cubiertas orientadas al sur y estarán distribuidos en ramas (diez en cada cubierta) que coinciden con las ramas en paralelo del esquema eléctrico. Los inversores, a su vez, se colocarán en cuatro grupos de cinco inversores, a nivel de suelo e inmediatamente debajo de la cubierta correspondiente. Estarán situados en la pared oeste de la nave (la fachada posterior), en su parte interior. El punto de conexión a la red se encuentra fuera de la nave industrial por lo que será necesario realizar una zanja para llevar los cables bajo tierra desde la caseta de protecciones de alterna hasta éste. Cabe destacar otros apartados del proyecto como son el cálculo del cableado y las protecciones, el cálculo estructural, la sujeción de los paneles a la estructura metálica de la nave, el estudio energético mediante el que se estimará la energía producida anualmente y la descripción de la tramitación de los permisos necesarios para una instalación de este tipo. También forma parte de este proyecto el pliego de condiciones que fija los derechos, obligaciones y garantías mutuas entre todas las partes que intervienen en el desarrollo, la puesta en marcha y la ejecución de este proyecto. Así mismo se ha realizado un estudio básico de seguridad y salud con las normas de seguridad y salud aplicables durante la instalación de la planta.

This project deals with the complete design of a power plant of 100 kW of nominal power that uses photovoltaic cells to generate electricity and pour it to the network. The solar panels will be installed on the roof of a building used for industrial purposes located in the village of Onzonilla, eight kilometers to the south of the city of León, in Spain. Ali the energy generated will be sold to the electric company and distributed through the existing low-voltage network, giving service to the towns nearby. The renewable energies sector has experienced a great development in the last few years. This is due to the fact that there is an increasing ecological concern worldwide. However, the photovoltaic technology is not profitable yet without the help from the government, which is trying to make this market grow. There are still many other energy producing systems that are far cheaper than using solar panels. The main law that applies to the production of electricity using this kind of technology in Spain is the Royal Decree 66112007, from 25 may, that regulates the production of electricity in the so called "special regime". lt establishes the selling price of the electricity obtained through the use of solar panels at 0,440381 €/kWh (under certain conditions, like the nominal power of the plant being under 100 kW, and for the first 25 years of operation). This makes the solar power plants a profitable venture with very low risk, since the electricity sales are guaranteed by this very same decree. The profitability of this project is dealt with in the section called "Estudio Económico". The project starts by analyzing the photovoltaic technology and its different possible uses, as well as a situation analysis of it, world and nationwide. Also the basic operating principies behind these kinds of facilities are described. In them, the main component is the solar panel, which generates a continuous current when it is exposed to the Sun's radiation. This current is then converted into alternate current by the invertors, which also control its voltage and frequency. When designing the plant, there were sorne basic principies followed. The most important ones are: nominal power less than 100 kW, modularity of the installation, optimization of the invertors, and equilibrium regarding the electric and physical branches. The solar panels chosen were ones made up of monocrystalline silicon cells, with a peak power of 230 W. These have greater performance than the panels with polycrystalline cells but are also slightly more expensive. Regarding the invertors, 5 kW units were used so that the plant could benefit from the flexibility and reliability of having twenty different branches, one for every inverter, which could be disconnected individually in case of a component failure or in arder to perform maintenance activities. In that case the plant would still be able to generate almost as much energy as it does when operating normally. The electrical diagram that turns out from applying the design criteria and the limitations imposed by the invertors' parameters consists of forty parallel branches, with eleven panels each one. Every inverter will be connected to two of those branches. This configuration involves having a total number of 440 solar panels and an installed peak power of 101,2 kW. As it was said at the beginning of this document, the panels are located on top of an industrial building. Its roof is made up of five sections , each of them with an inverted V shape (with an incline of 30°), and is oriented to the south, which makes it ideal for this kind of installation. The panels will, indeed, be located on the sides facing the south and will be arranged in branches (ten in every section of the roof), which coincide with the electrical branches mentioned befare. The invertors will be placed in four groups of five units each. Every group will be located at the ground leve!, by the west fa9ade, inside the building, and right below the section of the roof where its panels are located. The connection to the electric network is situated outside the building so it will be necessary to dig a ditch to take the cables from the alternate current protections box to the connecting point. Other important sections present in this project are: the cable and protections designs, the structural calculations, how the panels are held to the metal structure of the building, the estimated production analysis, and the legal procedures that need to be done before opening the plant. Also in this project there is a specification sheet, which states the rights and obligations among ali the sides that take part in the development and the execution of this project. This document is supplemented by the health and security study where ali the health and security applicable rules during the construction of the plantare stated.