Diseño de la planta solar fotovoltaica del puerto de Santa Maria (Cádiz) utilizando como herramienta computacional el programa PVsyst

Abstract

1. Introducción Es una realidad que las áreas de mayor desarrollo social, industrial y tecnológico son más ricas en la producción de energía primaria. Estas áreas se convierten en el foco de negocios y prosperidad para de la generación de energía sostenible. Además, una de las enormes ventajas de las tecnologías renovables es que están reemplazando gradualmente a otras tecnologías tradicionales conocidas (carbón, gas natural, diésel) que dañan el medio ambiente y la calidad de vida de los ciudadanos que viven y trabajan a su alrededor. La energía solar fotovoltaica destaca por ser la alternativa más respetuosa con el medioambiente. Esto es debido a que no contamina, no genera residuos, es muy segura para la salud, es muy sencillo su desmantelamiento y no tiene prácticamente ningún impacto con el ecosistema del entorno. También cabe destacar sus beneficios para la sociedad. Esta tecnología desarrolla la industria y la economía de la región en la que se instala generando puestos de trabajo. Son fuentes de energía inagotables y por ello su interés en el desarrollo tecnológico del mismo. Otra de las ventajas de el estudio del siguiente proyecto es que cumple con cuatro de los diecisiete objetivos que se determinaron en la ONU con el fin de erradicar la pobreza, proteger el planeta y asegurar la prosperidad. Estos son el séptimo, noveno, onceavo y treceavo; energía no contaminante, industria, comunidades sostenibles y acción por el clima respectivamente. 2. Desarrollo del proyecto El primer acercamiento a este proyecto consiste en elegir el emplazamiento donde se desarrollará la instalación. Para obtener la máxima energía por metro cuadrado, se ha estudiado de la radiación global horizontal en España. Junto a el requisito que la parcela debe estar próxima a una subestación de conexión a REE de 132kV. Tras elección de el Puerto de Santa María para situar el emplazamiento, se dispondrá a elegir los equipos que se van a utilizar. El primer paso es llenar la parcela con el máximo número de paneles solares para poder obtener la mayor capacidad de la planta posible, así obteniendo la mayor potencia pico. Como se había escogido la potencia máxima de los paneles, se conoce que la potencia pico será aproximadamente 50MWp. Una vez conocida la potencia pico se dispondrá a elegir el ratio más optimo CC/CA (corriente continua/corriente alterna) de la planta. Siendo este el cociente entre la potencia pico y la potencia nominal. Tras realizar varias simulaciones con los diversos inversores manteniendo constante la potencia pico, se ha llegado a la conclusión que el ratio óptimo es 1,158. Con este dato se procederá a analizar cúal es la combinación de paneles e inversores a utilizar. De nuevo, tras realizar todas las simulaciones posibles con todas las combinaciones de inversores y paneles, manteniendo constante tanto la potencia pico como la potencia nominal, por consiguiente, el ratio también. La combinación elegida para la instalación fotovoltaica ha sido los panales Canadian Solar y los inversores SMA. 3. Descripción del proyecto La planta se conectará a la subestación de el Puerto de Santa María, emplazamiento el cual ha sido cuidadosamente estudiado. El panel solar elegido ha sido el Canadian Solar bifacial de 550W de potencia. La distribución más idónea para la parcela es la combinación de 88.000 módulos solares colocados en 5.500 circuitos o string de 16 paneles por string cada uno. Esta combinación resulta en 48,4MWp de potencia pico. El inversor elegido ha sido el SMA de 2200 kW de potencia, con un ratio CC/CA de 1,158. Se colocarán 19 inversores generando una potencia nominal de 41.800W. El performance ratio de la planta es del 84.6%, teniendo una predicción de producción en el año 1 de 99.406MWh al año. 4. Viabilidad económica Una vez organizado todo el proyecto se debe hacer el trabajo más importante, siendo este el estudio de la viabilidad económica del proyecto, que va a determinar si el proyecto se realizará o no. Para este estudio, se comenzará cuantificando el presupuesto del proyecto, posteriormente los costes del proyecto e ingresos y por la rentabilidad del proyecto analizando la cuenta de resultados y el flujo de caja. El presupuesto por material calcula el coste de todos los equipos usados en la construcción de la obra, estando divididos en los subgrupos. Luego el presupuesto por contrata consiste en el porcentaje que cobrará la empresa contratista por gastos generales y por beneficio industrial, siendo de un 16% y un 3% respectivamente. Tras haber calculado el presupuesto se pasa a calcular el CAPEX y el OPEX, siendo estos el coste inicial y el coste anual de operación. Llegando al cálculo de que se necesitaría una inversión inicial de 37 millones de euros y 275 mil euros anuales respectivamente. CAPEX Presupuesto ejecución material 28.654.231,71 € Presupuesto por contrata 5.444.304,03 € Gastos desarrollo 1.500.000,00 € Gastos interconexión 1.500.000,00 € TOTAL 37.098.535,74 € Tabla 1 CAPEX A la hora de calcular los ingresos es necesario la predicción de producción energética del emplazamiento y la tarifa a la que se va a vender la energía. Por lo que se estiman unos ingresos de 4,5 millones de euros de media anuales. Con todos los costes e ingresos ya calculados, ahora es necesario analizar si el proyecto es rentable económicamente o se perderá dinero con el. Para ello se ha decidido usar los parámetros VAN y TIR para tener una aproximación a el beneficio que dará la instalación y el margen que tendremos. Simulando una vida útil de 30 años y una tasa de retorno del 3% el proyecto generará un beneficio de la inversión de 24 millones de euros. Con los mismos parámetros el valor del TIR es del 7,65%. 5. Conclusiones El proyecto además de ser económicamente viable ayuda a alcanzar los objetivos de la Agenda 2030 de las Naciones Unidas. Además, el proyecto incentivará el conseguir los objetivos de la política europea del Green Deal y mas en concreto de la política energética del Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2021-2030 ayudando a la descarbonización de la económica y la transición energética a 2050.

1. Introduction It is a reality that the area with the most thorough social, industrial and technological development are richest clean energy production wise. Also, the biggest advantage of the renewable energy technology generation is that they are replacing the traditional way of producing energy (cold, gas, diesel) witch damage the environment. Solar photovoltaic energy is the best green energy alternative as it is the least harmful to the planet. This is due to the fact that it does not have any residuals, it has the least impact to the ecosystem where it is installed, and it is very easy to uninstall everything. It is also desirable to stand out the positive economic impact it has on society as it generates indefinity job offers as it is unlimited source of energy. Another advantage is that it follows the agenda 2030 path by meeting four out of seventeen objectives, being those: - 7. Affordable and clean energy. - 9. Industry, innovation and infrastructure. - 11. Sustainable cities and communities. - 13. Climate action. 2. Project development The first approach to the project has been made by choosing the placement in Spain. It has been taking in consideration to aspect, the global horizontal irradiance (GHI) and that it is in a radio of 20 km to the closest substation. The substation chosen it is el Puerto de Santa María´s substation, 132kV connected to REE. The next step is to choose the equipment that will be use in the plant. First of all the area has to be cover with panels trying to get the maximum power possible, for that reason the most powerful panels has been chosen and as a result of that 50MW has been set as the peak power. Ones the peak power it is known, the ratio between peak power and nominal power has to be set. This has been done by making several simulations with PVsyst keeping the peak power constant and varying the nominal power until the least loses for efficiency are found. By that the ratio found is 1,158. Finally, the best power panels had to be chosen. This was done by making the same simulations as before but instead of varying the inverters power, the several panels are changed. Concluding that the best combination possible is using Canadian Solar panels and SMA inverters with 1,158 ratio. 3. Project description As mention before the plant will be locate in el Puerto de Santa María. The solar panel and inverters chosen are Canadian Solar 550W and 220kW SMA respectively with a 1,158 ratio. The best distribution possible for the solar panels are using 88.000 modules placed in 16 series of 5.500 strings. As for the inverters, use nineteen of 2200kW each. The result is 48,4MWp peak power with 41,8MW nominal power which leads to 1,158 ratio and with a performance ratio of 84,6% producing 99.406MWh per year. 4. Economic viability Ones all the project its set, the economic viability will determine if the project will be profitable or not, giving it green light to the project. First of all, the budget has to be calculated it by separating it into material and personal. The material budget is the cost of the material of the construction. While the personal budget it is set as a 3% of the industrial benefit and a 16% of general cost of the material budget. After calculating the budget, the CAPEX and OPEX will be calculated, being the initial investment and the operational expenditure. 37 million and 275 thousand euros respectively. CAPEX Presupuesto ejecución material 28.654.231,71 € Presupuesto por contrata 5.444.304,03 € Gastos desarrollo 1.500.000,00 € Gastos interconexión 1.500.000,00 € TOTAL 37.098.535,74 € Tabla 2 CAPEX Also, the profits need to be calculated. The invoice Price for the energy is going to be 40€/MWh and by multiplying it for the annually energy produced we get the profits, roughly 4,5 million euros each year. Finally in order to know if the project is viable or not the NPV and the IRR. Assuming a lifespan of 30 years and a 3% annual rate the net present value will be 24 millions of euros and IRR of 7,65%. So, it can be said that the project is more than economically viable. 5. Conclusions With this project a more thorough approach can be done to this technology. Concluding that the photovoltaic solar plan is growing every year and will stay for a long time. It is proven that is a very interesting sector.