Instalación mixta de autoconsumo energético en una granja aislada
Abstract
El presente trabajo de fin de grado recoge el diseño y viabilidad económica de una
instalación híbrida de autoconsumo mediante energía eólica y solar fotovoltaica para
alimenta una sociedad agropecuaria aislada. La granja objetivo de estudio se encuentra en el
Término Municipal de Cortes, en Navarra.
Palabras clave: Autoconsumo, Energía solar fotovoltaica, Energía eólica, Aerogenerador,
Módulo fotovoltaico, Sistema de acumulación, Inversor autónomo, PVsyst.
1. Introducción
La Unión Europea, basándose en los requerimientos del Acuerdo de París alcanzado en
2015, determina el marco de la política energética y climática en España con el fin de
responder de manera coordinada e internacional al reto de la crisis climática.
Las medidas tomadas a cabo por España vienen recogidas en su Plan Nacional Integrado
de Energía y Clima 2021-2030 (PINEC). Este plan, tiene como objetivo alcanzar cuatro
niveles de mejora concretos con el fin de reducir las emisiones y mejorar la eficacia y
despliegue de las energías renovables.
Entre los objetivos del plan mencionado se encuentra alcanzar un 42% de renovables
sobre el uso final de la energía y un 74% de energía renovable en la generación eléctrica.
[1]
Por tanto, el presente proyecto de fin de grado pretende contribuir al acercamiento a estos
porcentajes mediante la ampliación del concepto de las instalaciones de autoconsumo
aisladas a aquellos establecimientos que demanden una alta potencia.
2. Definición del Proyecto
El presente proyecto consiste en el diseño de una instalación de autoconsumo híbrida
solar fotovoltaica y eólica para abastecer una Sociedad agropecuaria que se encuentra
aislada de la red eléctrica. El objetivo del Proyecto se basa en estudiar el
dimensionamiento de un sistema híbrido para autoconsumo aislado de la red y llevar el
concepto del autoconsumo a establecimientos aislados de gran demanda energética.
Para analizar el emplazamiento se ha estudiado la demanda energética de la granja de
cara a comprobar el cumplimiento del Segundo objetivo del Proyecto, se ha realizado
bajo la hipótesis de una ubicación lo suficientemente lejana de un punto de conexión a
una red de distribución eléctrica y se ha analizado el recurso solar y eólico, ya que ambos
deben ser adecuados para poder llevar a cabo la instalación.
El dimensionamiento de la instalación se divide en tres puntos, en primer lugar, la
instalación eólica se ha diseñado mediante la obtención de la función de densidad de la
velocidad del viento utilizando la distribución de Weibull. El resto de la instalación se
ha dimensionado realizando dos simulaciones distintas mediante la herramienta
“PVsyst”, una de ellas para dimensionar los módulos fotovoltaicos y otra, del doble de
potencia, para el dimensionamiento del sistema de acumulación, regulador de carga e
inversores.
Por último, se realiza un estudio aproximado de la viabilidad económica del Proyecto
mediante el cálculo de los parámetros financieros VAN (Valor Actual Neto) y TIR (Tasa
Interna de Retorno).
3. Descripción de la instalación
La instalación de autoconsumo diseñada consiste en un sistema de generación híbrido
con una potencia pico instalada total de 381kWp y con una capacidad de producción
anual aproximada de 595.682,2 kWh.
Los elementos principales que componen la instalación son:
• Generador fotovoltaico: Constituido por 544 módulos fotovoltaicos de 405Wp y
una estructura soporte con una inclinación de 58º que sustenta los módulos al
tejado de la granja con una inclinación fija.
• Generador eólico: Dos aerogeneradores de 60kW de potencia nominal y una
altura de buje de 28 metros, no contienen ni regulador de carga ni inversor, ya
que estos elementos se encuentran conectados posteriormente conforme a la
potencia total de la instalación.
• Sistema de acumulación de energía: Banco de baterías compuesto por 1.320
unidades reuniendo una capacidad total de 80.762Ah. Este sistema ha sido
dimensionado para tener una autonomía de 4 días con un PLOL aceptado del 5%.
• Regulador de carga: Conectado al sistema de baterías para su protección. Se trata
de un convertidor MPPT de potencia nominal 417.312 kW.
• Inversores: Se dimensionan para una potencia nominal de 340kW, escogiéndose
una combinación de 17 inversores de 20kW cada uno.
4. Resultados
• Tras el análisis del emplazamiento y la demanda energética del establecimiento, se
obtiene una instalación híbrida con una potencia total de 381kWp instalados,
repartidor entre generadores eólicos y generadores fotovoltaicos.
• Con una inversión total de 1.564.991,36 euros y un coste anual de mantenimiento de
381 euros, el estudio de viabilidad económico obtiene valores positivos, con un TIR
del 1%.
Conclusiones
El diseño de una instalación de autoconsumo aislada de gran potencia se encuentra con
el inconveniente de no tener un mercado de equipos principales tan desarrollado como
con el que cuentan las instalaciones de autoconsumo de menor potencia.
Además, se observa que la introducción de la energía eólica en una instalación de
autoconsumo reduce el sobredimensionamiento al contar con un recurso mas constante
y evitar de esta manera sobredimensionar la instalación para cubrir las necesidades en
los meses más desfavorables.
6. Referencias
[1] Ministerio para la Transición Ecológica. (2020). PLAN NACIONAL INTEGRADO DE
ENERGÍA Y CLIMA 2021-2030 This final degree thesis deals with the design and economic viability of a hybrid self consumption installation using wind and solar photovoltaic energy to power an isolated
agricultural society. The farm under study is located in the municipality of Cortes, in
Navarra.
Keywords: Self-consumption, Photovoltaic solar energy, Wind energy, Wind turbine,
çphotovoltaic module, Storage system, Stand-alone inverter, PVsyst.
1. Introduction
The European Union, based on the requirements of the Paris Agreement reached in 2015,
determines the framework for energy and climate policy in Spain in order to respond in
a coordinated and international manner to the climate challenge crisis.
The measures taken by Spain are set out in its National Integrated Energy and Climate
Plan 2021-2030 (PINEC). This plan aims to achieve four specific levels of improvement
in order to reduce emissions and improve the efficiency and deployment of renewable
energies.
Among the objectives of the plan is to reach a 42% share of renewables in energy end
use and 74% share of renewable energy in electricity generation. [1]
Therefore, this end-of-degree project aimsto contribute to approaching these percentages
by extending the concept of isolated self-consumption installations to those
establishments that demand high power.
2. Project definition
This project consists of the design of a hybrid solar photovoltaic and wind self consumption installation to supply an agricultural company that is isolated from the
electricity grid. The aim of the project is to study the sizing of a hybrid system for off grid self-consumption and to bring the concept of self-consumption to isolated
establishments with high energy demand.
In order to analyze the site, the farm's energy demand has been studied to verify
compliance with the second objective of the project, which has been carried out under
the hypothesis of a location sufficiently far from a connection point to an electricity
distribution network and the solar and wind resource has been analyzed, as both must
be suitable for the installation to be carried out.
The sizing of the installation is divided into three points. Firstly, the wind power
installation has been designed by obtaining the wind speed density function using the
Weibull distribution. The rest of the installation has been dimensioned by carrying out
two different simulations using the "PVsyst" tool, one of them to dimension the
photovoltaic modules and the other, twice the power, for the dimensioning of the
accumulation system, charge regulator and inverters.
Finally, an approximate study of the economic viability of the project is carried out by
calculating the financial parameters NPV (Net Present Value) and IRR (Internal Rate
of Return).
3. Description of the installation
The designed self-consumption installation consists of a hybrid generation system with
a total installed peak power of 381kWp and an annual production capacity of
approximately 595,682.2 kWh.
The main elements that make up the installation are:
• Photovoltaic generator: Consisting of 544 photovoltaic modules of 405Wp and a
support structure with an inclination of 58º that supports the modules to the roof of
the farm with a fixed inclination.
• Wind turbine generator: Two wind turbines with a rated output of 60 kW and a hub
height of 28 metres, neither charge regulator nor inverter, as these elements are
connected downstream in accordance with the total output of the installation.
• Energy storage system: Battery bank consisting of 1,320 units with a total capacity
of 80,762Ah. This system has been dimensioned to have an autonomy of 4 days with
an accepted PLOL of 5%.
• Charge controller: Connected to the battery system for protection. This is an MPPT
converter with a rated power of 417.312 kW.
• Inverters: They are sized for a nominal power of 340kW, choosing a combination of
17 inverters of 20kW each.
4. Results
• After analysing the site and the energy demand of the establishment, a hybrid
installation is obtained with a total installed power of 381kWp, divided between wind
generators and photovoltaic generators.
• With a total investment of 1,564,991.36 euros and an annual maintenance cost of 381
euros, the economic viability study obtains positive values, with an IRR of 1%.
Conclusions
The design of a large-scale isolated self-consumption installation has the disadvantage
of not having a market for main equipment as developed as that of smaller-scale self consumption installations.
In addition, it is observed that the introduction of wind energy in a self-consumption
installation reduces over-sizing by having a more constant resource and thus avoiding
over-sizing the installation to cover needs in the most unfavourable months.
6. References
[1] Ministerio para la Transición Ecológica. (2020). PLAN NACIONAL INTEGRADO DE
ENERGÍA Y CLIMA 2021-2030.
Trabajo Fin de Grado
Instalación mixta de autoconsumo energético en una granja aisladaTitulación / Programa
Grado en Ingeniería en Tecnologías IndustrialesMaterias/ UNESCO
33 Ciencias tecnológicas3322 Tecnología energética
332202 Generación de energía
Materias/ categorías / ODS
KTI-electricidad (GITI-E)Palabras Clave
Autoconsumo, Energía solar fotovoltaica, Energía eólica, Aerogenerador, Módulo fotovoltaico, Sistema de acumulación, Inversor autónomo, PVsyst.Self-consumption, Photovoltaic solar energy, Wind energy, Wind turbine, çphotovoltaic module, Storage system, Stand-alone inverter, PVsyst.