Sistemas Fotovoltáicos de conexión a red

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Un Sistema Fotovoltaico Conectado a la Red (SFCR) es un sistema cuya función es producir energía eléctrica en condiciones adecuadas para poder ser inyectada en la red convencional.

Se compone del generador fotovoltaico, un inversor DC/AC y un conjunto de protecciones eléctricas.

La energía producida por este sistema será consumida parcial o totalmente en las cercanías, y la energía sobrante será inyectada en la red para su distribución a otros puntos de consumo. Es común que existan mecanismos de retribución económica que compensan al propietario del sistema por la energía que su sistema intercambia con la red.

Pueden distinguirse, de forma simplificada, dos esquemas: la retribución con prima (feed-in tariff ) y el balance neto (net-metering).

En el mecanismo de retribución con prima, generalmente el propietario del SFCR recibe ingresos derivados de la energía total producida (independientemente de la que haya sido consumida en las cercanías del SFCR). En este caso, el diseño no necesita considerar un consumo a satisfacer, como sí será el caso en los sistemas autónomos o de bombeo. Con este mecanismo, el objetivo del diseñador es que la producción anual del sistema sea la máxima posible sin tomar en consideración los consumos cercanos (siendo posible instalar un SFCR sin ningún consumo asociado). Este mecanismo favorece la implantación de los sistemas fotovoltaicos cuando el coste de la energía producida es superior al de la tarifa eléctrica convencional (sin tener en consideración las externalidades ambientales). Aunque formalmente favorece la generación distribuida, sin ningún condicionante adicional puede ocasionar un crecimiento desordenado que disocie las ubicaciones de los sistemas fotovoltaicos de los centros de consumo.

Normativa aplicable en España

SFCR normativa

En el momento de escritura de este documento, la legislación aplicable a un SFCR en España es la

siguiente:

RD. 1578/2008:

  • Marca las primas por la venta de la energía producida.

  • Establece un procedimiento de convocatorias con cupos de potencia y preasignación.
  • Establece dos tipos de SFCR (dos tipos de prima y cupos de potencia).
    1. Tipo I. Instalaciones que estén ubicadas en cubiertas o fachadas de construcciones fijas, cerradas, hechas de materiales resistentes, dedicadas a usos residencial, de servicios, comercial o industrial, incluidas las de carácter agropecuario; o bien, instalaciones que estén ubicadas sobre estructuras fijas de soporte que tengan por objeto un uso de cubierta de aparcamiento o de sombreamiento, en ambos casos de áreas dedicadas a alguno de los usos anteriores, y se encuentren ubicadas en una parcela con referencia catastral urbana.
    2. Tipo II. Instalaciones no incluidas en el tipo I anterior.

Recientemente este Real Decreto ha sido modificado en algunos aspectos por el RD 1565/2010, por el RD 14/2010 [6] (cuya disposición adicional primera tiene el título “Limitación de las horas equivalentes de funcionamiento de las instalaciones fotovoltaicas”) y por el RD.1699/2011.

RD. 1699/2011

  • Establece las condiciones administrativas, contractuales, económicas y técnicas básicas para la conexión a las redes de distribución de energía eléctrica de las instalaciones fotovoltaicas (además de otras tecnologías) de potencia no superior a 100kW , siendo 5 kW la potencia máxima admisible de un inversor monofásico.

  • Describe los requisitos técnicos de conexión a red que un SFCR debe cumplir , dedicando especial atención a los sistemas de seguridad eléctrica.
  • Simplifica las tramitaciones para la conexión de pequeñas instalaciones de generación eléctrica.
  • Contempla la posibilidad de conexión en la red interior de un consumidor y establece un plazo de cuatro meses para la publicación de una propuesta de Real Decreto que regule las condiciones administrativas, técnicas y económicas del consumo de la energía eléctrica producida para consumo propio (previsiblemente mediante un mecanismo de balance neto).
  • Fija el contrato-tipo que debe ser firmado por el usuario del SFCR y la compañía eléctrica a la que se conecta el sistema.
  • Deroga el RD. 1663/2000 y modifica algunos aspectos del RD. 1578/2008.

RD. 436/2004

Establece los procedimientos de legalización de un SFCR. Algunos de estos procedimientos han sido actualizados por el RD 661/2007 y por el RD 1578/2008.

Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión (2002).

Debe destacarse que no hay un capítulo específico dedicado a los SFCR.

Documento HE5 del Codigo Técnico de la Edificación.

Características distintivas de SFCR sobre suelo y en edificación

Tradicionalmente se distingue entre SFCRs instalados sobre suelo y en edificación. Dentro de los instalados sobre suelo existen los sistemas estáticos, con una inclinación y orientación fija, y los sistemas de seguimiento, que varían la posición del generador a lo largo del día y año para maximizar la radiación efectiva incidente. En los instalados sobre edificación es frecuente diferenciar los sistemas según el grado de integración del sistema con el edificio. Así, el documento HE5 del Código Técnico de la Edificación considera tres casos en lo que a disposición de módulos se refiere: general, superposición de módulos e integración arquitectónica. Considera que existe integración arquitectónica cuando los módulos cumplen una doble función energética y arquitectónica y además sustituyen elementos constructivos convencionales o son elementos constituyentes de la composición arquitectónica. Se supone que existe superposición arquitectónica cuando la colocación de los módulos se realiza paralela a la envolvente del edificio.

SFCR sobre suelo

SFCR sobre suelo

El diseño de un SFCR sobre suelo tiene como objetivo maximizar la producción energética anual del sistema con el menor coste y la menor ocupación de terreno posibles. Como primera clasificación distinguiremos entre los sistemas estáticos, aquellos cuya inclinación y orientación permanece inalterable, y los sistemas de seguimiento.

El fundamento de los sistemas de seguimiento es doble: en primer lugar, la radiación incidente aumenta al seguir al sol; además, las pérdidas por reflexión disminuyen si el apuntamiento al sol mejora.

Por tanto, el objetivo de estos sistemas es reducir el ángulo formado entre la línea que une el generador con el sol y la perpendicular al plano del módulo y así apuntar al sol a lo largo de su movimiento celeste. Las diferentes técnicas de seguimiento buscan concretar ese objetivo general sacrificando un apuntamiento perfecto en aras de conseguir sistemas estructurales más económicos y mejores aprovechamientos del terreno.

Así, el mejor método de seguimiento desde la perspectiva de la producción eléctrica es el denominado a doble eje, que consigue apuntar al sol con precisión a lo largo de todo su recorrido. En el siguiente puesto de los que optimizan la producción destaca el seguimiento acimutal, que sacrifica un movimiento (inclinación del generador) para conseguir sistemas más económicos. El método consiste en girar de este a oeste sobre un eje vertical. Su uso está decreciendo en comparación al método de doble eje. Otro planteamiento diferente es el utilizado por el seguimiento polar. El único eje sobre el que se produce el giro está inclinado de forma paralela al eje de rotación de la Tierra, consiguiendo que el generador aparezca al sol como perpendicular a sus rayos durante gran parte del recorrido. No obstante, las complicaciones estructurales y de giro, y la dificultad de su implantación en grandes plantas han provocado que su uso sea ocasional. Por último se debe mencionar el método de seguimiento horizontal con eje Norte-Sur. Sus ventajas son la sencillez y estabilidad estructural (el eje es horizontal y paralelo al terreno, con tantos puntos de apoyo como se consideren necesarios), la facilidad de motorización, así como el mejor aprovechamiento del terreno en relación a un sistema de doble eje. El mejor aprovechamiento de terreno depende directamente del porcentaje de radiación que quedará sombreada por los seguidores cercanos, lo que se conoce como sombras mutuas. En general, cuanto más exacto es el método de seguimiento, menos eficiente es su aprovechamiento de terreno: para un mismo valor de radiación sombreada, la separación entre seguidores aumenta en sistemas que apuntan mejor. De ahí que los sistemas estáticos sean la opción preferida cuando el terreno disponible sea limitado y se desee alcanzar una potencia instalada determinada (por ejemplo para aprovechar toda la capacidad que ofrece el punto de conexión concedido) o limitar la inversión económica a costa de reducir la productividad del sistema.

Recordando que en un SFCR sobre suelo el objetivo es obtener el menor coste de la energía producida durante su vida útil con la menor ocupación de terreno posible, el diseñador debe configurar el generador (principalmente su tamaño y tipo de seguimiento) teniendo en cuenta al menos tres factores:

La inversión económica que es posible realizar, relacionada principalmente con la potencia del generador y con el tipo de seguimiento empleado.

El rendimiento económico deseado, relacionado con la energía producida por el sistema y, por tanto, con el modo de seguimiento empleado y con la radiación disponible.

La ocupación de terreno, relacionado con el modo de seguimiento empleado

Es ciertamente dificil establecer recomendaciones de aplicación universal. Por ejemplo, los sistemas de seguimiento han proliferado en España en los últimos años. Sin embargo, debido a un contexto reciente de bajos precios de módulos, ya no son la opción más frecuente: la mayor productividad ofrecida ya no supera tan ampliamente sus contraprestaciones de mayor ocupación de terreno y, principalmente, mayor inversión.

Los sistemas instalados sobre suelo frecuentemente superan la potencia de 100 kW, y en varios casos superan los 50MW, y por tanto, suelen contar con una instalación de evacuación en Media Tensión. En este tipo de SFCR una proporción importante del trabajo de ingeniería se dedica al diseño del sistema de interconexión de los módulos para formar el generador, el sistema eléctrico que conecta el generador con los equipos inversores, el sistema de evacuación a red de la energía producida y la red de tierras.

SFCR en edificación

SFCR sobre cubierta

El diseño de un SFCR en edificación es frecuentemente más complejo que el de un SFCR sobre suelo.

La integración del sistema fotovoltaico con el edificio exige tener en cuenta muchos factores que condicionan la ubicación y la configuración del generador. Así, la orientación e inclinación del generador ya no puede ser elegida para optimizar la producción energética sino que las características propias del edificio y de los elementos que alberga obligan muy frecuentemente a optar por ángulos que difieren del óptimo. En este tipo de sistemas, el diseñador debe tomar las decisiones oportunas para aprovechar las sinergias entre edificio y sistema fotovoltaico, reduciendo las posibles interferencias entre uno y otro.

Por ejemplo, un generador fotovoltaico puede ser instalado como toldo fijo sobre ventanas reduciendo la insolación que entra en el edificio y por tanto, disminuyendo la carga térmica en el mismo. La ubicación del generador vendrá determinada por la orientación de la fachada que se pretende sombrear, su inclinación será un compromiso entre la producción energética del SFCR y la cantidad de sombra deseada, y el tamaño del generador dependerá del área acristalada a sombrear.