Diseño de un Software de Análisis de Viabilidad Económico

Diseño de un Software de Análisis de Viabilidad Económico-Energética de
Instalaciones Fotovoltaicas Conectadas a Red
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1
EVALUACION DEL POTENCIAL SOLAR ......................................................... 3
1.1 Método de los valores medios mensuales:.......................................................... 3
1.2 Cinemática solar................................................................................................ 3
1.3 Sistemas de referencia ....................................................................................... 5
1.4 Radiación solar.................................................................................................. 9
1.4.1 Clasificación.............................................................................................. 9
1.4.2 Métodos de cálculo de la radiación solar .................................................. 12
1.4.3 Método de los valores medios mensuales ................................................. 14
2
EL EFECTO FOTOVOLTAICO .......................................................................... 23
2.1 El átomo y sus enlaces..................................................................................... 23
2.2 Unión de semiconductores: el efecto fotoeléctrico ........................................... 25
2.3 Principio de funcionamiento de una célula....................................................... 26
2.4 Clases de células fotovoltaicas y fabricación.................................................... 27
2.5 Parámetros de una célula solar:........................................................................ 29
2.6 Sistemas fotovoltaicos: .................................................................................... 33
2.6.1 Sistemas Aislados .................................................................................... 33
2.6.2 Sistemas Conectados a Red...................................................................... 35
2.7 Conexionado y colocación de paneles fotovoltaicos......................................... 36
2.8 Dimensionamiento de la instalación por el programa ....................................... 37
3
TRATAMIENTO ECONÓMICO DE LA INSTALACIÓN .................................. 42
3.1 Valor Actual Neto: .......................................................................................... 43
3.2 La inversión analizable .................................................................................... 45
3.3 Tasa de Rendimiento Interno .......................................................................... 46
3.4 Particularidades y ejecución del análisis económico de una instalación
fotovoltaica conectada a red..................................................................................... 47
3.5 Parametrización del estudio económico ........................................................... 49
3.5.1 Desembolso ............................................................................................. 50
3.5.2 Flujo de caja anual ................................................................................... 52
3.5.3 Metodología ............................................................................................ 54
4
MANUAL DEL PROGRAMA............................................................................. 55
4.1 Estructura General:.......................................................................................... 55
4.2 Diagrama de flujo:........................................................................................... 57
4.3 Instrucciones de uso: La introducción de datos ................................................ 58
4.3.1 Pantalla de selección de modo.................................................................. 58
4.3.2 Pantalla de introducción de datos del panel .............................................. 59
4.3.3 Pantalla de introducción de datos económicos y ubicación. ...................... 62
4.4 Modificaciones de la base datos....................................................................... 67
5
ESTUDIOS .......................................................................................................... 72
5.1 Ubicación nº1 .................................................................................................. 73
5.2 Ubicación nº2 .................................................................................................. 77
5.3 Ubicación nº3 .................................................................................................. 81
5.4 Ubicación nº4 .................................................................................................. 85
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
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5.5 Ubicación nº5 .................................................................................................. 89
5.6 Análisis de los estudios.................................................................................... 93
5.7 Conclusiones ................................................................................................... 99
6
PRESUPUESTO ................................................................................................ 101
ANEXOS
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1
1.1
EVALUACION DEL POTENCIAL SOLAR
Método de los valores medios mensuales:
Mediante este método se consigue, a partir de valores estadísticos de radiación
solar media en superficie plana en cada mes del año, llegar a una distribución horaria de
radiación que represente cada uno de los meses. El proceso se puede resumir en los
siguientes pasos:
1.2
-
Cálculo de la radiación mensual extraterrestre para los días 15 de cada mes
-
Separación de la radiación total en sus componentes directa y difusa
-
Obtención de una escala horaria mediante factores de ponderación.
-
Obtención de valores directos horarios para superficie orientada.
Cinemática solar
La tierra tiene dos movimientos diferentes que lleva a cabo al mismo tiempo.
Uno de rotación, alrededor de un eje que pasa por los polos llamado eje polar y con una
velocidad aproximada de una vuelta por día. Otro de traslación alrededor del sol,
describiendo una órbita elíptica en la que éste ocupa uno de los focos. El plano que
contiene esta órbita se llama plano de la elíptica y tarda un año en recorrerlo por
completo.
El eje polar o eje de rotación terrestre sobre el que rota la tierra mantiene una
dirección aproximadamente constante y forma un ángulo de 23.45º con el mencionado
plano de la elíptica, denominado oblicuidad de la elíptica
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Debido a ésta oblicuidad, el ángulo que forman la recta que une los centros de la
tierra y el sol con el plano del ecuador terrestre no es constante y varia a lo largo del año
de de un valor de 23.5 a –23.5. Este ángulo se denomina declinación y puede
considerarse constante a lo largo de un día.
Una forma clásica en astronomía para representar la bóveda celeste consiste en
un sistema que tiene la tierra fija en su centro. Este sistema, o esfera, se denomina esfera
celeste, representando cada uno de sus puntos una dirección vista desde la tierra. La
intersección de la esfera con el plano del ecuador terrestre define el ecuador celeste y
los puntos de intersección con el eje polar terrestre los polos celestes.
El movimiento de la tierra alrededor del sol puede describirse, utilizando esta
forma de representación, como un movimiento del sol alrededor de la tierra siendo el
mayor circulo que forma un ángulo de 23.45º con el ecuador celeste y que se denomina
elíptica.
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La expresión de la declinación no dependerá, pues, mas que del día “n” del año
considerado, y es la siguiente:
La declinación solar toma valores comprendidos entre 23.45º a -23.45º. Su valor
es nulo en los equinoccios de primavera y otoño, cuando la duración del día es igual a la
de la noche en toda la tierra y las posiciones de salida y de puesta del sol coinciden con
el Este y con el Oeste, respectivamente. Sus valores extremos tienen lugar durante los
solsticios de verano (+23.45) e invierno (-23.45) haciendo el dia mas largo en el norte el
primero y en el su el segundo.
1.3
Sistemas de referencia
Una vez en la superficie terrestre, es necesario establecer un sistema de
referencia para definir la orientación de la llegada de la radiación solar.
Se va a definir un sistema de coordenadas polares con el origen situado en la
posición de un observador terrestre (en nuestro caso, el colector). El plano fundamental
de proyección será el plano tangente a la superficie terrestre en el punto donde se
encuentra el colector. El eje perpendicular a dicho plano en sentido a la esfera celeste se
denominara el cenit del lugar. El eje perpendicular a dicho plano en sentido al centro de
la tierra se denominara el nadir del lugar. Dentro del plano horizontal se define la
dirección Norte-Sur como la dirección de intersección con el plano meridiano del lugar
y la Este.Oeste, como la perpendicular a ésta última dentro del plano.
Respecto a este sistema de referencia, la dirección de incidencia de la radiación
solar en el colector se define en torno a los siguientes parámetros:
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•
Latitud del lugar ( φ ): Es el complementario del ángulo formado por la
perpendicular al plano de horizonte con el eje polar. Es positivo hacia el
norte y negativo hacia el sur.
•
Posición solar (ϖ ): Ángulo formado por la proyección del radio vector
punto-sol sobre el plano que contiene a los ejes Cenit-Nadir y Este-Oeste
con el cenit. Dicha posición varía a lo largo del día a un ritmo de 15º por
hora.
El número de horas de sol así como la hora de salida de éste varia
según la época del año y la latitud del lugar. El número de horas diarias
de sol se puede expresar como:
Y el ángulo horario de salida del sol como:
A continuación se representa la evolución de estos 2 valores a lo largo
del año (Dado que la evolución es simétrica, sólo se representa la mitad en
la horas de luz):
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•
Distancia Cenital ( θ z ): Es el ángulo formado por el radio vector puntotierra y la vertical del lugar en el punto considerado. Es positivo a partir
del cenit.
Solo depende de la hora, la declinación y la latitud del lugar:
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•
Altura solar ( α ): Ángulo que forman los rayos solares sobre la
superficie horizontal. Ángulo complementario de la distancia cenital.
•
Acimut ( γ ): Ángulo formado por la proyección del sol sobre el plano
del horizonte con la dirección Sur. Es positivo 0º a 180º hacia el Oeste y
negativo hacia el Este 0º a -180º.
Es calculable a partir de la siguiente expresión:
Donde las constantes C1, C2 y C3 toman lo valores siguientes:
Se presenta a continuación una representación de los parámetros que se acaban
de definir:
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1.4
Radiación solar
1.4.1 Clasificación
Se puede definir el sol como un gigantesco reactor de fusión de 1.39 millones de
kilómetros de diámetro. La mayor parte de la masa se concentra en su núcleo mientras
que por todo su volumen tienen lugar reacciones de fusión de elementos ligeros en
elementos mas pesados, lo que da lugar a una tremenda liberación de energía. Dicha
energía se propaga de forma electromagnética por el espacio y llega a la tierra, donde la
atmósfera filtra las partes perjudiciales de ésta radiación y nos llega en forma de calor y
fuente de vida.
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La energía que llega procedente del sol en forma de radiación solar se puede
evaluar a distintas escalas, cada una de ellas se denomina con una letra:
•
Escala diaria media mensual: Escala que recoge valores de radiación
para un día tipo representativo de cada mes, normalmente el 15. Se mide
en julios por metro cuadrado y día. Es la utilizada en el método de los
valores medios mensuales y se representa por la letra H.
•
Escala diaria: Escala que recoge valores de radiación para un dia
determinado del año. Típicamente se utiliza en métodos empíricosestadísticos donde la resolución de las ecuaciones de mecánica de
fluidos y radiación que permitirían caracterizar la función G (radiación
instantánea en un lugar en un instante determinado) se apoya con el uso
de métodos estadísticos a partir de históricos de radiación para un lugar
determinado. Se mide en julios por metro cuadrado y dia. Se representa
por la letra H
•
Escala horaria: Escala que recoge valores de radiación acumulados a lo
largo de una hora. Generalmente, a partir de una escala de valores
diarios, la radiación se descompone en valores horarios a partir de
factores de ponderación que pueden calcularse de diversas formas según
el método de estudio utilizado. Se mide en julios por metro cuadrado y
hora, y se utiliza la letra I para su representación.
•
Escala instantánea: Escala que recoge valores de radiación sobre una
superficie en un instante determinado. Es la última escala de desglose de
la radiación, y el parámetro de entrada para obtener la potencia cedida
por un colector fotovoltaico.
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El objetivo último de todo método de evaluación de potencial solar es el llegar a
una expresión lo mas certera posible de la función de irradiación G
A su vez, la radiación que, partiendo del sol, llega a la superficie terrestre se
puede dividir en tres componentes:
•
Radiación solar directa (Hb): Es aquella radiación que llega
directamente desde al sol hasta la superficie terrestre si chocar con nubes
o elementos geográficos. Se denota con un subíndice b.
•
Radiación solar difusa (Hd): Es aquella radiación que llega a la
superficie terrestre después de haber pasado a través de las nubes. Esta
interacción conlleva un cambio en la longitud de onda de la radiación que
influirá en su potencial fotovoltaico. Se denota con un subíndice d.
•
Radiación reflejada (Hr): También llamada radiación del albedo. Es
aquella radiación procedente del suelo, debida a la reflexión de parte de
la radiación incidente sobre él. Depende muy directamente de la
naturaleza del suelo. Al cociente entre la radiación reflejada y la
incidente en la superficie de la tierra se le llama albedo.
A la suma de estas tres componentes se la denomina radiación total:
Ht = Hb + Hd + Hr
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1.4.2 Métodos de cálculo de la radiación solar
El objetivo a la hora de evaluar un potencial, ya sea eólico o solar, radica en
conseguir caracterizar la función que permita conocer la potencia que sea posible
obtener a partir de la tecnología correspondiente.
La potencia del recurso eólico depende directamente del campo de velocidades
del viento, mientras que en el caso del recurso solar, depende directamente de la función
de radiación instantánea G y de sus integraciones a lo larga del tiempo.
Tanto la velocidad como la radiación, son un recurso que está compuesto por
una parte determinista y otra aleatoria. En el caso de la radiación, la parte determinista
esta formada por la radiación extraterrestre antes de cruzar la atmósfera. Esta radiación
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está perfectamente caracterizada a través de las ecuaciones pertinentes que se
presentarán a más adelante, y en su conocimiento se basan los cálculos posteriores.
Radiación extraterrestre
Direcccional
Determinista
Efectos Atmosféricos
Aleatórios
Una vez que la radiación atraviesa la atmósfera, quedan sometida a un gran
número de variables con dependencia temporal (generalmente factores atmosféricos
como nubes, variación de densidad del aire, etc…) y el tratamiento de la potencia solar
media se complica de manera creciente, de tal forma que es necesario el apoyo de algún
método estadístico que permita evaluar las aleatoriedades.
Para evaluar el potencial solar se pueden usar, desde métodos de simulación
dinámica anual hasta métodos de valores medios mensuales, pasando por métodos
intermedios como curvas de utilizabilidad.
Las características de cada método son:
Valores medios mensuales:
•
Sencillo de realizar
•
No incorpora efectos dinámicos
•
Agrega los efectos de distribución temporal
•
Bueno para aproximaciones
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Simulación Dinámica Anual
•
Muy complejo
•
Gran volumen de cálculo
•
Incorpora efectos dinámicos y temporales
•
Requiere software de simulación y TMY
•
Necesidad de actualización continua
Métodos intermedios (Utilizabilidad, f-chart, etc…)
•
Ajustes basados en extensas simulaciones numéricas de sistemas
parecidos operando en condiciones climáticas semejantes
•
Permite incorporar aproximaciones de efectos dinámicos y temporales
•
Permite afinar el diseño y cálculo del método de los valores medios
mensuales
•
Relativamente sencillo de realizar una vez se tienen los históricos
La intención del proyecto, como ya se ha comentado, es la de la realización de
un software que permita una parametrización del problema de diseño y estudio
económico de una instalación en azotea conectada a red en cualquier parte de España.
Para ello, y dado que una parametrización es ya de por si sinónimo de aproximación, se
usará el método de valores medios mensuales para el cálculo de la radiación incidente
en la azotea.
1.4.3 Método de los valores medios mensuales
De forma resumida, este método trata de, a partir de valores medios estadísticos
de irradiación diaria total en placa plana (directa mas difusa) en un dia tipo de cada mes
(generalmente el día 15), se extrapola una distribución horaria de difusa y directa que es
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aplicada a todos los dias de dicho mes y después ponderada para la obtención de una
escala horaria.
1.4.3.1 Calculo de la radiación solar extraterrestre
En primer lugar, se define la Constante Solar como la radiación solar que llega al
límite superior de la atmósfera. Más correctamente, la energía del Sol que se recibe en
la capa superior de la atmósfera, sobre una superficie unitaria perpendicular a los rayos
del Sol para una distancia solar media. Su valor es de:
Gsc = 1367 W/m^2
La radiación extraterrestre para un día determinado “n” se puede calcular a partir
de la siguiente expresión:
En éste método, se tomará para cada mes un dia representativo y a partir del
estudio de la radiación para dicho dia, se representará el mes en cuestión con ese dia.
Los valores de declinación a usar serán los representados en la siguiente tabla.
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A partir de aquí se obtendrán 12 valores de radiación media diaria Ho, uno para
cada mes.
Una vez se ha obtenido la radiación extraterrestre por metro cuadrado incidente
queda definir lo que se denomina índice de claridad medio mensual Kt.
1.4.3.2 Nubosidad y Difusión: Indice de claridad
Ya se ha comentado la necesidad de utilizar históricos de datos para modelar la
aleatoriedad de los efectos atmosféricos que componen la parte difusa de la radiación
incidente en una superficie. En diversas zonas del mundo se han realizado estudios (en
España concretamente se comenzaron a realizar a partir de la década de los ochenta) y
medidas de radiación incidente en una determinada zona geográfica. Estos datos se
almacenan para después poder utilizarlos con comodidad en un sistema informático. Sin
embargo, son muy pocos los lugares en los que se hayan realizando medidas de
irradiación difusa, por lo que es necesario, en tanto no se disponga de largas series
temporales de valores medidos, desarrollar algoritmos que estimen la componente
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difusa horaria horizontal, a partir de los valores de irradiación global horaria sobre
superficies horizontales, cuya medición es más común
El valor de la irradiación difusa depende tanto de la altura solar y de la cantidad de
nubes existentes en un determinado instante, como de parámetros meteorológicos entre los
que destacan los aerosoles, el espesor de agua precipitable, la cantidad de ozono, CO2 y
vapor de agua, densidad atmosférica del aire, etc. Es por tanto un problema complicado,
que ha sido tratado por cierto número de investigadores con objeto de desarrollar
relaciones entre la irradiación global y difusa horizontales, para diversos períodos de tiempo
y basadas en coeficientes y expresiones lo mas sencillas posible.
Previamente se han de definir algunos de estos coeficientes, en los que se basara el método
para lograr dividir las componentes directa y difusa de la radiación incidente.
•
Kt: Indice de claridad media mensual. Es el cociente entre la radiación media
mensual incidente y la radiación extraterrestre mensual incidente.
Kt toma valores entre 0 y 1 y su tratamiento es estadístico, a partir de funciones
de densidad y curvas de frecuencia acumulada. Liu y Jordan caracterizaron esta
funcion frecuencia acumulada como un cociente de exponenciales del tipo:
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•
Kd: Cociente entre el valor de la irradiación difusa horizontal y la irradiación
global horizontal, en períodos horarios, diarios, etc. Se obtiene a partir del valor
de Kt Obtenido anteriormente. Existen diversas correlaciones, (mas o menos
complejas y generalmente polinómicas) para modelar éste parámetro. Liu y
Jordan fueron los primeros en proponer una correlación y de ella parten la
demás, difiriendo poco en cuanto a resultados. La correlación que se ha usado
en el programa tiene en cuenta, no solo el valor que Kt tome en cada mes, sino
tembien el valor del ángulo de salida de sol del mes correspondiente.
Dicha correlación tiene un amplio rango de aceptación dentro de los valores de
Kt propuestos, pues es normalmente no suele tomar valores extremos.
Una vez que se ha obtenido el reparto directa-difusa en forma de valores diariosmedios, se tratará de pasar a valores de radiación horaria a través de unos coeficientes
de reparto definidos también por Liu & Jordan. Dichos factores son:
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Para la irradiación global:
Para la irradiación difusa:
Estas correlaciones son tanto mas precisas cuanto mayor es el valor H.
Finalmente, una vez se ha logrado la descomposición de la irradiación en sus
componentes directa y difusa en una escala horaria, queda definir y caracterizar el
efecto de la orientabilidad del colector o la superficie.
1.4.3.3 Radiación sobre una superficie arbitrariamente inclinada
En primer lugar hay 2 grados de libertad a la hora de orientar una superficie:
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•
β : Se denomina beta al ángulo que forman la superficie inclinada con el plano
horizontal definido en el apartado 1.3.
•
γ : Se denomina gamma al azimut del plano del colector sobre el plano
horizontal, tal y como se definió en el apartado 1.3
Existe una gran variedad de modelos de distribución de la componente difusa de la
irradiación incidente sobre una superficie inclinada, que necesitan previamente del
conocimiento de la irradiación difusa horizontal (modelo circunsolar, cielo isotrópico,
modelos anisotrópicos uniparametricos, etc..). El software utiliza el modelo de cielo
Isotrópico propuesto por Liu & Jordan.
Este modelo se basa en la hipótesis de que la luminosidad del cielo es la misma en
cualquier punto de la bóveda celeste, o sea, una distribución uniforme de la intensidad
de la radiación difusa en la misma. De esta forma, el cálculo de la componente difusa de
la irradiación global horaria incidente sobre una superficie inclinada, puede realizarse en
función de la irradiación difusa horaria sobre una superficie horizontal mediante
integración extendida al conjunto de la bóveda celeste.
Este modelo, de forma general, subestima los valores de la irradiación difusa en lugares
orientados al Sur en el hemisferio Norte (y al Norte en el hemisferio Sur) sobre todo en los
meses de invierno, sobreestimando el valor de la misma para otras orientaciones. Asimismo
se obtienen mejores estimaciones para días cubiertos, de características más cercanas a las
hipótesis en que se fundamenta el modelo, que para cielos despejados o parcialmente
cubiertos, en los que la subestimación es sistemática.
Cada una de las componentes de la radiación se vera afectada de distinta forma por
los diferentes parámetros geométricos que se han ido calculando.
•
Componente Directa: Se verá afectada por:
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Distancia Cenital: Definida en el apartado 1.3 como el ángulo formado
por el radio vector punto-tierra y la vertical del lugar en el punto
considerado. Es positivo a partir del cenit y se caracteriza con la letra θ z
Angulo de incidencia solar: Es el ángulo formado por el radio vector
punto-tierra la normal a la superficie en ese punto. Positivo a partir del
cenit y se caracteriza con la letra θ . El ángulo de incidencia solar sobre
una determinada superficie se calcula a partir de la expresión.
La relación de éstos ángulos determina el como afecta la inclinación de una
superficie a su capacidad de recibir irradiación directa de tal forma que::
Gb ( β , γ ) = Gb ⋅
•
cos(θ )
= Gb ⋅ Rb
cos(θ z )
Componente Difusa: Solo depende de la inclinación del colector de la forma:
G d ( β , γ ) = Gd ⋅
•
1 + cos( β )
2
Componente Reflejada: Depende de la inclinación del colector y del valor de
ρ , reflectividad del suelo. Su valor es muy reducido en comparación con los
otros 2. Como valor de reflectividad se tomo 0.3, de tal forma que:
G d (β , γ ) = ρ ⋅ G ⋅
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1 − cos(β )
2
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Atendiendo a esto, la irradiación total horaria que recibirá una superficie
inclinada cualquiera será la suma de sus componentes directa, difusa y reflejada, de tal
forma que:
Esta expresión puede ser desarrollada en términos de energía media mensual
diaria recibida de acuerdo con todo el planteamiento explicado. La expresión final será:
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2.1
EL EFECTO FOTOVOLTAICO
El átomo y sus enlaces.
El átomo esta básicamente formado por un núcleo de protones y neutrones y un
número de electrones igual al de protones orbitando alrededor de este. Cada orbita
alrededor del núcleo puede acoger a 2n2 electrones, siendo “n” el numero de la orbita.
Los átomos de los elementos simples, cuando están completos son neutros, hay
igual cantidad de electrones que de protones; pero dado que los electrones de la última
orbita son los más alejados del núcleo y, por tanto, perciben menos su fuerza de
atracción, pueden salirse de dicha orbita denominada de valencia, dejando al átomo
cargado positivamente por contener más protones que electrones. Si por el contrario en
el ultimo orbital del átomo hubiese alojado un electrón libre exterior al átomo habría
adquirido carga negativa, a estas dos situaciones se les denomina iones.
Atendiendo a esto, se denomina átomo estable al que tiene completa su última
orbita o al menos dispone en ella de ocho electrones. Los átomos inestables, que son los
que no tienen llena su orbita de valencia ni tampoco ocho electrones en ella, tienen una
gran propensión a convertirse en estables, bien desprendiéndose de los electrones de
valencia o bien absorbiendo del exterior electrones libres hasta completar la última
orbita.
Mientras que los cuerpos buenos conductores ofrecen escasa resistencia al paso
de los electrones y los aislantes la ofrecen elevadísima, los semiconductores presentan
una resistencia intermedia entre ambos extremos.
Un elemento semiconductor es el Silicio (Si), la característica fundamental de
los cuerpos semiconductores es la de poseer cuatro electrones en su orbita de valencia.
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Con esta estructura el átomo es inestable, pero para hacerse estable se le presenta un
dilema: y es que le cuesta lo mismo desprenderse de cuatro electrones y quedarse sin
una orbita, que absorber otros cuatro electrones para hacerse estable al tener ocho
electrones. En estas especiales circunstancias, ciertos elementos como el Silicio y el
Germanio (Ge) agrupan sus átomos formando una estructura reticular en la que cada
átomo queda rodeado por otros cuatro iguales, propiciando la formación de los llamados
enlaces
covalentes.
En
estas
circunstancias,
la
estructura
de
los
cuerpos
semiconductores, al estabilizarse, debería trabajar como buen aislante, pero no es así a
causa de la temperatura. Al aumentar la temperatura, aumenta la agitación de los
electrones y por consiguiente el numero de enlaces covalentes rotos, dando lugar a
electrones libres y huecos (falta de electrón). Esta característica va a ser lo que va a
propiciar el efecto fotoeléctrico.
Comoquiera que las microcorrientes que se producen en el seno de un
semiconductor intrínseco a la temperara ambiente son insignificantes, dado el bajo valor
de portadores libres, para aumentarlos se añaden impurezas. De esta forma es como se
obtienen los semiconductores extrínsecos.
Existen 2 tipos de elementos semiconductores: tipo P y tipo N. Para resumir se
dirá que un conductor tipo P es aquel al que se le han introducido impurezas de
elementos como el antimonio (Sb) con 5 electrones en su capa de valencia. De esta
forma, 4 de esos 5 electrones formaran enlace con el silicio, dejando un electrón libre, y
aunque la estructura será neutra en subconjunto, tendrá un mayor numero de electrones
libres de enlace para su movimiento. Por el contrario, un semiconductor tipo N es aquel
al que se le han añadido impurezas como el aluminio, de 3 electrones en su última capa,
con lo que la estructura tendrá “huecos” en los que se colocaría un electrón que
intentase atravesar la estructura.
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
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2.2
Unión de semiconductores: el efecto fotoeléctrico
Al colocar una parte del semiconductor tipo P junto a otra parte del
semiconductor Tipo N, debido a la ley de difusión, los electrones de la zona N, con alta
concentración de electrones, tienden a dirigirse a la zona P, que a penas los tiene,
sucediendo lo contrario con los huecos, que tratan de dirigirse de la zona P a la zona N,
proporcionando su encuentro y neutralización en la zona de unión. Al encontrarse un
electrón con un hueco desaparece el electrón libre, que pasa ocupar el lugar del hueco, y
por lo tanto también desaparece este último, formándose en dicha zona de la unión una
estructura estable y neutra como se puede observar en la figura adjunta
La tensión que aparece entre las zonas, llamada barrera de potencial, se opone a
la ley de difusión. La barrera de potencial es del orden de 0.2V cuando el semiconductor
es de Ge y de unos 0.5V cuando es de Si.
De forma muy resumida y desde el punto de vista eléctrico, el “efecto
fotovoltaico” se produce al incidir la radiación solar sobre la unión N-P. Si se unen dos
regiones de un semiconductor a las que artificialmente se ha dotado de concentraciones
diferentes de electrones, (mediante la adición de las sustancias que denominamos
dopantes, como pueden ser el fósforo y el boro), se provoca un campo electrostático
constante que reconducirá el movimiento de electrones en la dirección y sentido que se
desee. La cara iluminada será el tipo N y la no iluminada será el tipo P.
De esta forma, cuando sobre la célula solar fotovoltaica incide la radiación solar,
aparece en ella una tensión análoga a la que se produce entre las bornas de una pila.
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Mediante la colocación de contactos metálicos en cada una de las caras puede
“extraerse” la energía eléctrica, que es utilizada en distintas aplicaciones.
Principio de funcionamiento de una célula
2.3
Dando una explicación desde un punto de vista quántico, su funcionamiento se basa
en la capacidad de transmitir la energía de los fotones de la radiación solar a los
electrones de valencia de los materiales semiconductores, de manera que estos
electrones rompen su enlace que anteriormente los tenía ligado a un átomo. Por cada
enlace que se rompe queda un electrón y un hueco (falta de electrón en un enlace roto)
para circular dentro del semiconductor.
El movimiento de los electrones y huecos en sentidos opuestos, conseguido con la
aplicación de un campo eléctrico como ahora se comentará (corriente de oscuridad)
genera una corriente eléctrica en el semiconductor la cual puede circular por un circuito
externo y liberar la energía cedida por los fotones para crear los pares electrón-hueco.
Cuando se conecta una célula solar a una carga y la célula está iluminada se produce
una diferencia de potencial en extremos de dicha carga y circula una corriente por la
carga (efecto fotovoltaico).
La corriente entregada a una carga por una célula solar es el resultado neto de dos
componentes internas de corriente que se oponen, estas son:
•
Corriente de iluminación: debida a la generación de portadores que produce la
iluminación.
•
Corriente de oscuridad: debida a la recombinación de portadores que produce el
voltaje externo necesario para poder entregar energía a la carga.
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
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Los fotones serán los que formaran, al romper el enlace, los pares electrón-hueco y
debido al campo eléctrico producido por la unión de materiales en la célula de tipo P y
N se separan antes de poder recombinarse formándose así la corriente eléctrica que
circula por la célula y su carga.
Algunos fotones pueden no ser aprovechados para la creación de energía eléctrica
por diferentes razones:
•
Los fotones que tienen energía inferior al ancho de banda prohibida del
semiconductor atraviesan el semiconductor sin ceder su energía para crear pares
electrón-hueco.
•
Aunque un fotón tenga una energía mayor o igual al ancho de banda prohibida
puede no ser aprovechado ya que una célula no tiene la capacidad de absorberlos
a todos.
•
2.4
Finalmente los fotones pueden ser reflejados en la superficie de la célula
Clases de células fotovoltaicas y fabricación
Las células fotovoltaicas son elaboradas, en la gran mayoría de los casos, usando
el silicio y puede constituirse de 3 tipos de cristales: monocristalinos, policristalinos o
de silicio amorfo.
Silicio Monocristalino: La célula de silito monocristalino es la más usada y es
comercializada como el conversor directo de energía solar en electricidad; la
tecnología utilizada para la producción de éste, es mediante el siguiente procedimiento;
La producción de la célula de silicio empieza con la extracción del silicio o cristal del
dióxido. Este material se desoxida en los grandes hornos, purificado y solidificado. Este
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
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proceso alcanza un grado de pureza en 98 y 99% lo que es bastante bueno bajo el punto
de vista de energía y costo.
Para usar el silicio en la industria electrónica, además del alto grado de pureza, el
material debe ser de estructura monocristalina y de densidad baja. El proceso más
utilizado se denomina "proceso Czochralski": El silicio se funde junto con una cantidad
pequeña de otro elemento, generalmente Boro, a altas temperaturas. Luego va
extrayéndose ligeramente del material fundido un gran cilindro de silito monocristalino.
Este cilindro está cortado en partes o rodajas de aproximadamente 300mm de superficie.
Después del corte y limpiezas de lodos de las rodajas, éstas se exponen en el
vapor en un horno dónde la temperatura varía entre 800 a 1000°C.
Entre las células fotovoltaicas que tienen como base el silicio, los que tienen como
base los monocristalinas tienen una mayor eficacia. Los fotocélulas comerciales
obtuvieron con el proceso descrito una eficacia de aproximadamente 15% y podría
llegar a 18% en células hechas en los laboratorios.
Silicio Policristalino: Las células de silito policristalino son más baratas que las
de silicio monocristalino dado que exige un proceso de preparación menos riguroso de
las células. Su eficacia, sin embargo, es menor en comparación a las células de silicio
monocristalino
El silicio policristalino puede prepararse a partir del corte de un lingote o de
cintas. Cada técnica produce cristales con las características específicas, incluso el
tamaño, la morfología y la concentración de lodos. A lo largo de los años, el proceso
de producción ha tenido una eficacia máxima, alcanzando el 12,5% en las balanzas
industriales.
El silicio amorfo: Una célula de silicio amorfo difiere de las otras estructuras
cristalinas por el grado de desorden presentando en la estructura de sus átomos. El uso
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
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de silicio amorfo para células fotovoltaicas ha mostrando grandes ventajas en las
propiedades eléctricas y en el proceso de la producción; el cual es mas barato y
consume menos energía. El silicio amorfo viene presentandose como una tecnología
fuerte para los sistemas fotovoltaicos de bajo coste. Aun con esto, tiene dos
desventajas: la primera es su baja conversión comparada a las células monocristalinas
y policristalinas de silicio; segundo, las células son pronto afectadas por un proceso de
degradación en los primeros meses de funcionamiento, reduciendo la eficacia a lo
largo de la vida útil. La eficiencia de una célula de silicio amorfo se sitúa en torno al
5%.
2.5
Parámetros de una célula solar:
A la hora de realizar las pruebas de laboratorio a un panel fotovoltaico para
conocer sus características, dichas pruebas se realizan a unas determinadas condiciones
de irradiación y temperatura que deben de ir adjuntadas en donde quiera que se
presenten los resultados. Generalmente, los ensayos de células fotovoltaicas se realizan
en unas condiciones de 1000w/m2 de irradiación y 25º de temperatura exterior.
A un panel se le conecta una resistencia variable y se va midiendo tanto la tensión
en bornes como la intensidad circulante, obteniéndose un conjunto de pares (tensiónintensidad) al ir variando la carga.
Estos pares forman la curva característica I-V del panel en cuestion.
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Los parámetros que definen a estas curvas son:
-
Intensidad de vacio I0
-
Tensión de vacío V0
-
Intensidad del punto de máxima potencia Ipm
-
Tensión del punto de máxima potencia Vpm
-
Máxima Potencia Pmax
Naturalmente, las condiciones a las que los paneles van a estar sometidos
difieren de forma mas que sensible a las de los ensayos. Si bien la forma relativa de la
curva I-V permanece inalterada, los parámetros de tensión e intensidad sí se ven
afectados tanto por la irradiación como por la temperatura a la que esté sometido el
panel.
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Por una parte, el aumento de la irradiación incidente desplaza la curva I-V casi
verticalmente, por lo que es muy común el considerar que la variación de la intensidad
tanto de cortocircuito como del punto de máxima potencia tan solo es proporcional a la
irradiación incidente, no viéndose afectada por la temperatura. Esto no es del todo
cierto, pues los catálogos más completos de paneles fotovoltaicos incluyen coeficientes
correctores de la intensidad en función de la temperatura. No obstante, en los cálculos
relativos a la potencia suministrada por la distribución de los paneles tan solo se tendrá
en cuenta el efecto de la irradiación.
Dependencia de la corriente producida en función
del voltaje para diferentes intensidades de irradiación
(Temperatura constante de 25° C)
Por otra parte, se puede decir que con la tensión pasa lo contrario. La variación
en la temperatura de trabajo del colector influye en mayor medida sobre el valor de la
tensión que la que lo hace la irradiación incidente.
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Dependencia de la corriente producida en función
del voltaje para diferentes temperaturas de operación
(Irradiación constante 1,000W/m2)
Los catálogos de paneles fotovoltaicos suelen proporcionar el coeficiente de
corrección por tensión del panel referido a una temperatura determinada (25º suele ser
la convención), con lo que la tensión a la que en realidad está trabajando el panel es un
valor V’ tal que:
V’ = V - C*(Tpanel – Treferencia )
Aun con todo, la componente de variabilidad de la potencia relativa a la
corrección por tensión es mucho menor que la relativa a la corrección por intensidad,
por lo que en aproximaciones es común suponer que la potencia sea proporcional a la
irradiación incidente. No obstante, en el programa se tendrán en cuenta tanto la
variación por tensión como la variación por intensidad.
FACTOR DE FORMA (FF): El factor de forma se define como el cociente de
potencia máxima que se puede entregar a una carga entre el producto de la tensión de
circuito abierto y la intensidad de cortocircuito, es decir:
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FF =
V pm ⋅ I pm
Vo ⋅ I cc
Los valores normales del factor de forma se sitúan entre 0.7 y 0.8 para las células
mas comunes de silicio o arseniuro de galio,
RENDIMIENTO DE UNA CELULA: se define como el cociente entre la máxima
potencia eléctrica que se puede entregar a la carga y la irradiación incidente sobre la
célula:
η=
2.6
V pm ⋅ I pm
Pi
Sistemas fotovoltaicos:
Se define como sistema fotovoltaico el conjunto de componentes mecánicos,
eléctricos y electrónicos que concurren para captar y transformar la energía solar
disponible, transformándola en utilizable como energía eléctrica.
Estos sistemas, independientemente de su utilización y del tamaño de potencia, se
pueden dividir en dos categorías:
2.6.1 Sistemas Aislados
Los sistemas aislados, por el hecho de no estar conectados a la red eléctrica,
normalmente están equipados con sistemas de acumulación (baterias) de la energía
producida. La acumulación es necesaria porque el campo de paneles fotovoltaicos puede
proporcionar energía sólo en las horas diurnas, mientras que a menudo la mayor
demanda por parte del usuario se concentra en las horas de la tarde y de la noche.
Durante la fase de insolación es, por tanto, necesario prever una acumulación de la
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energía no inmediatamente utilizada, que es proporcionada a la carga cuando la energía
disponible es reducida e incluso nula:
Las principales componentes del sistema son:
•
Sistema fotovoltaico: Campo de paneles fotovoltaicos encargado de acumular
la energía solar y transformarla en eléctrica para su utilización por el usuario
•
Sistema de acumulación: Sistema de baterías encargado de almacenar la
energía no utilizada durante las horas de sol y proporcionarla durante las horas
sin irradiación, horas principales de demanda.
•
Regulador de carga: El sistema de baterías no puede ser conectado y
desconectado continuamente dado que ello reduce enormemente su ciclo de
vida. El regulador de carga sirve fundamentalmente para preservar los
acumuladores de un exceso de carga por el generador fotovoltaico y de la
descarga por el exceso de uso.
•
Inversor: Finalmente, el inversor es el encargado de transformar la corriente
continua (CC) producida por el campo fotovoltaico, en corriente alterna (CA),
necesaria para la alimentación directa de los usuarios.
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2.6.2 Sistemas Conectados a Red
Los sistemas conectados a red normalmente no tienen sistemas de acumulación,
ya que la energía producida durante las horas de insolación es canalizada a la red
eléctrica; al contrario, durante las horas de insolación escasa o nula, la carga viene
alimentada por la red. Un sistema de este tipo, desde el punto de vista de la continuidad
de servicio, resulta más fiable que uno no conectado a la red que, en caso de avería, no
tiene posibilidad de alimentación alternativa.
Este es el tipo de instalacion que el programa dimensiona y analiza.
Los componentes de un sistema conectado a red son los mismos que los de un
sistema aislado con la salvedad de que se sustituyen el regulador y las baterias por un
contador de electicidad cedida a la red, a saber:
•
Sistema fotovoltaico
•
Inversor
•
Contador
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2.7
Conexionado y colocación de paneles fotovoltaicos
La energía eléctrica proporcionada por un campo de paneles fotovoltaicos ha de
ser entregada bajo las condiciones más similares posibles a las de la red: alterna de 220
voltios.
La característica de entrega de energía en régimen de corriente alterna viene dada
por el inversor de la instalación.
Las características de tensión y corriente vendrán dadas por la forma de conectar
los paneles en serie paralelo.
La tensión a la que un campo de paneles cede la corriente depende del número de
paneles que dicho campo tenga conectados en serie:
N serie ⋅ V mp = Vinsatalación ⇒ N serie =
Vinsatalación
Vmp
La tensión a la que trabajará la instalación corresponderá a la tensión de trabajo
del regulador en un sistema autónomo o a la tensión de la red en un sistema
directamente conectado a ésta.
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
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No obstante, dicha tensión de punto de máxima potencia que el seguidor trata de
imponer ha de ser modificada por temperatura
La intensidad circulante por un campo de paneles fotovoltaicos dependerá, por el
contrario, del número de paneles conectados en paralelo.
Finalmente hay un último factor que hay que tener en cuenta a la hora de estimar
la colocación de un campo de paneles fotovoltaicos: el efecto del sombreamiento.
A lo ancho, es posibles colocar los paneles uno al lado de otro; no obstante, a lo
largo, los paneles tienden a hacer sombra al que tienen detrás, con lo que hay que
guardar una distancia longitudinal entre paneles “d” que se puede representar con la
siguiente expresión:

sen(β ) 

d = a ⋅  cos(β ) +
tg (h ) 

Siendo:
d: Distancia de separación entre paneles
a: Longitud del panel
β : Angulo de inclinación del panel
h: Altura solar correspondiente al mediodia del solsticio de invierno. Equivale a
unos 23º
2.8
Dimensionamiento de la instalación por el programa
En el caso de una instalación fotovoltaica de cesión de energía a red, por
dimensionamiento de dicha instalación se entiende el proceso de:
− Elección del número de paneles a colocar
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
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− Reparto de los paneles en la superficie
− Orientación e inclinación de los paneles
− Conexionado y elección de inversor
Dicho proceso contiene un gran número de grados de libertad que dificultan la
parametrización necesaria en un programa. Es por ello que primero se debe definir un
método de colocación de paneles que sirva para cualquier superficie. Las variables que
deben ser parametrizadas de acuerdo a algún orden válido suficientemente universal
son:
1.- Parámetros dimensionales de la superficie
El primer grado de libertad del problema consiste en las múltiples formas
geométricas que una superficie (azoteas de forma general) puede adoptar. El primer
paso del programa consistirá, pues, en la definición de una superficie equivalente lo
suficientemente válida para la mayoría de las situaciones que se presenten.
Dado que el programa está centrado principalmente en el estudio de instalaciones
fotovoltaicas situadas en azotes de edificios, parece lógico que la superficie elegida
consista en un rectángulo de dimensiones L x B. El usuario deberá, pues, reducir su
superficie a dicho rectángulo equivalente. El proceso de reducción de una superficie
cualquiera a la superficie paramertrizada es explicado en el apartado 4.3.3: “pantalla de
introducción de datos económicos y de ubicación”
2.- Colocación de los paneles.
Una vez se ha definido la superficie equivalente, se ha de proceder a la
determinación del número de paneles a colocar, así como de su distribución
Se debe de colocar el mayor número posible de paneles en la superficie de
acuerdo
a las consideraciones de separación por
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
sombreamiento
definidas
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anteriormente. Así mismo, también es necesario dejar la suficiente separación para
asegurar las zonas de paso y la accesibilidad a los arreglos de paneles.
Para ello, el programa usará unas dimensiones de superficie algo menores a las
introducidas por el usuario. El software usará como superficie de trabajo un área de
dimensiones 0.9Lx0.9B
Los paneles serán colocados de tal forma que ocupen toda la superficie reducida y
eviten el nombramiento. Para ello, a lo largo de la dimensión B, que será considerada
como la “anchura” de la superficie, se colocarán el máximo número de paneles uno al
lado de otro. El número de paneles así dispuestos tomará el nombre de “n2” de tal forma
que:
n2 =
0. 9 * B
AnchuradelPanel
El número de paneles colocados a lo largo de la superficie tendrán que tener en
cuenta el efecto tanto de la inclinación como de la separación necesaria para evitar el
sombreamiento. El número de paneles así dispuestos tomará el nombre de “n1” de tal
forma que:
n1 =
0.9 ⋅ L
LongitudPanel ⋅ cos( InclinaciónPanel ) + 1
3.-Orientación e inclinación de los paneles
Antes de orientar los paneles es necesario elegir la inclinación más apropiada. La
energía solar media anual recibida en función de la inclinación de puede observar en la
siguiente gráfica:
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7
2
x 10
1.9
1.8
1.7
1.6
1.5
1.4
1.3
1.2
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
El conjunto de curvas representan ensayos para valores crecientes del ángulo
azimutal en la orientación, siendo la curva superior al correspondiente a un valor de
azimut 0º y la inferior a un valor de azimut de 45º
De ello se deduce que el valor óptimo de orientación de un panel fotovoltaico
corresponde a una inclinación de 30º y un azimut de 0º.
Viendo, pues, que el valor de inclinación del colector ha de ser los más próximo
posible a 30º,la elección del valor de acimut para la orientación de los paneles da lugar a
2 criterios de colocación de paneles:
a) Minimización del ángulo azimutal:
Anular el ángulo azimutal en la colocación del panel y posicionarlos en la línea
perpendicular a la que define dicho ángulo 0 permite obtener un mayor rendimiento de
la instalación a costa de colocar un menor número de paneles. Puede ser apropiado para
instalaciones donde se desee rentabilizar la inversión lo más rápidamente posible. No
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
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obstante, la influencia de la colocación azimutal de los paneles no tiene un impacto
mayor del 9% en la cantidad de energía entregada a red
b) Maximización de la energía entregada
Para maximizar la cantidad de energía entregada a la red es necesaria la
colocación del mayor número posible de paneles solares. Este es el criterio usado por el
programa. Esto se consigue colocándolos en paralelo al lateral “B” de la superficie
definida en el apartado1. Los criterios de introducción de los valores “B” y “L”
aparecen en la sección 4.3.3: “pantalla de introducción de datos económicos y de
ubicación”.
4.-Conexionado y elección del inversor
El número de paneles conectados en serie o e paralelo depende de la tensión de
salida que se le quiera dar al arreglo de paneles, y dicha tensión depende, en nuestro
caso, del inversor.
El inversor elegido para las instalaciones es un Sunny Boy SWR 1800 inverter. Es
un inversor de coste medio (1€ por Kw) que presenta la ventaja de tener una entrada de
tensión variable que nos permite conectar directamente a 220 o a 400 voltios. Por ello,
la tensión del arreglo parametrizado de paneles será de 220V, tensión cerca de la de la
red de baja tensión.
Con esto, el número de paneles conectados en paralelo de la tratará de ser lo más
próximo posible a esos 220V. Para ello se evaluará el cociente
Np=
220
TensionPanel
Si la primera cifra significativa de dicho cociente es menor que 4, se redondeará
hacia abajo, y si es mayor, hacia arriba. Ello representa la conveniencia de pasarse un
poco en tensión a la hora de ceder energía, a quedarse corto.
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
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3
TRATAMIENTO ECONÓMICO DE LA INSTALACIÓN
El análisis de proyectos está formado por las técnicas matemático-financieras y
analíticas, a través de las cuales se determinan los beneficios o pérdidas en los que se
puede incurrir al pretender realizar una inversión u algún otro movimiento, en donde
uno de sus objetivos es obtener resultados que apoyen la toma de decisiones referente a
actividades de inversión.
Asimismo, al analizar los proyectos de inversión se determinan los costes de
oportunidad en que se incurre al invertir al momento para obtener beneficios al instante,
mientras se sacrifican las posibilidades de beneficios futuros, o si es posible privar el
beneficio actual para trasladarlo al futuro, al tener como base especifica a las
inversiones.
Una de las evaluaciones que deben de realizarse para apoyar la toma de decisiones
en lo que respecta a la inversión de un proyecto, es la que se refiere a la evaluación
financiera, que se apoya en el cálculo de los aspectos financieros del proyecto.
El análisis financiero se emplea también para comparar dos o más proyectos y para
determinar la viabilidad de la inversión de un solo proyecto.
Sin dicho análisis (que podrá ser más o menos riguroso) no es posible la viabilidad
de un proyecto. Es por ello que todo proyecto debe de llevar asociado un estudio de
rentabilidad antes de ser acometido, pues, en el día de hoy, comenzar la realización de
un trabajo que no entre dentro de lo “económicamente rentable” es comenzar una tarea
abocada la fracaso.
Este ha sido el mayor impedimento para la proliferación de la generación eléctrica
de origen fotovoltaico en España en los últimos años. Los beneficios medioambientales
que la generación solar aporta no han conseguido compensar los costes de oportunidad
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
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anteriormente mencionados que las inversiones en instalaciones fotovoltaicas tienen que
soportar frente a inversiones alternativas.
Uno de los objetivos principales del proyecto consiste en analizar la viabilidad
económica de las instalaciones conectadas a red a partir del impulso que el gobierno
español quiso dar a la tecnología a través de las subvenciones presentadas en el real
decreto 2392/2004. Este proyecto cree que la generación fotovoltaica a media y gran
escala es posible en España con las condiciones de subvención establecidas y el
software pretende ser una herramienta de primer estudio rápido de rentabilidad que abra
las puertas a dicha generación.
Para ello, el programa incluye un sencillo pero riguroso sistema de evaluación de
inversión que permite al usuario comparar la rentabilidad de su instalación con la
rentabilidad asociada a algún otro proyecto de inversión presente.
Existen varias formas diferentes de evaluar una inversión, atendiendo a criterios
técnicos, de mantenimiento, capacidad, riesgo, etc…No obstante, todos ellos han de
traducirse en última instancia en un elemento económico denominado flujo de caja.
Por ello, el plan de una inversión puede modelarse en torno a 3 variables
fundamentales: Desembolso inicial, Flujo de caja esperado y Duración de inversión. A
partir de ellos se infieren 2 importantes indicadores en el análisis de rentabilidad de una
inversión: El Valor Actual Neto (VAN) y la Tasa Interna de Retorno (TIR).
3.1
Valor Actual Neto:
El concepto de valor actual sirve para convertir un conjunto de flujos de caja,
beneficios, ingresos o costes futuros en un valor comparable único para el presente.
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
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Gracias a este concepto, es posible tomar decisiones en el presente basadas en lo que se
espera suceda en el futuro.
De modo específico, el valor actual dice el valor que tendrá cierta cantidad
monetaria en un punto del futuro. Utilizamos un tipo de interés o tasa de descuento
(representado por k) para “convertir” estos flujos de caja futuros en valores actuales. Por
ejemplo, 1€ hoy, podría ser invertido al tipo de interés anual ordinario, R, y recibir
(1+R) euros un año más tarde. Los (1+R) euros se conocen como el valor futuro de 1€
hoy. Del mismo modo, si se quiere saber el valor de recibir 1€ dentro de un año,
simplemente dividimos ese euro por el tipo de interés anual actual, esto es
1€
1+ k
El 1€ que se reciba en un año tendrá menos valor que si es recibido ahora, ya que
podría haber sido invertido y recibir (1+k) euros en un año.
Asi pues, la presencia de un elemento de interés hace que los flujos de caja se
vayan depreciando en el tiempo. Si denominamos k a una determinada tasa de interés
(la de un banco o también puede ser representada por la inflación como coste de
oportunidad), el valor, o cantidad de dinero que a lo largo de una determinada vida útil
“n” se ha recibido por la realización de dicha inversión vendrá dada por la suma de los
flujos de caja “Qi” de tal forma que:
VA =
Q3
Qn
Q1
Q2
+
+
+ .... +
2
3
k + 1 (k + 1)
(k + 1)
(k + 1)n
Atendiendo a esto, una inversión con una vida útil “n” será realizable si su valor
actual es mayor que el desembolso requerido y no lo será si el valor actual es menor
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
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que el desembolso. No obstante, el indicador utilizado para evaluar inversiones no es,
sin embargo, el valor actual sino el valor actual neto, consistente en restar a la inversión
inicial “A” su valor actual, de forma que.
VAN = A −
Q3
Qn
Q1
Q2
+
+
+ .... +
2
3
k + 1 (k + 1)
(k + 1)
(k + 1)n
Ahora, pues, la inversión será realizable cuando su valor actual neto sea mayor que
cero, y no realizable cuando éste sea menor. La única dificultad para calcular el VAN
consiste en fijar el valor para la tasa de interés, existiendo diferentes alternativas. Para
elegir la tasa adecuada es conveniente pensar en las distintas inversiones que la empresa
podría realizar con el dinero que costearía el proyecto. Tal vez existan otros proyectos
con posibilidades de arrojar una previsión de beneficios diferente y, quizás, una mayor
tasa de rendimiento. O considerar invertir en bonos o en títulos valores que puede que
obtengan un mayor rendimiento.
3.2
La inversión analizable
No merece la pena perder el tiempo analizando una inversión en la que la suma de
los flujos de caja “Q” sea inferior al desembolso inicial.
S = Q1 + Q2 +….+ Qn < A
Las inversiones en las que esto ocurre no son efectuables. Solo son analizables
aquellas inversiones en las que la suma aritmética de sus flujos de caja sean positivos.
Por otra parte, se denominan inversiones simples a aquellas que se encuentran
formadas por un desembolso inicial y un conjunto posterior de flujos de caja todos ello
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
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positivos. El Valor Actual Neto, siendo función del tipo de descuento representado
anteriormente por la tasa de inflación “k” responderá a la expresión:
VAN (k ) = A −
Q3
Qn
Q1
Q2
+
+
+ .... +
2
3
k + 1 (k + 1)
(k + 1)
(k + 1)n
Donde ahora “k” pasa a ser una variable.
Dicho esto, en las inversiones simples analizables, el valor actual neto evoluciona
como función del tipo de descuento para una determinada duración de la inversión de
forma exponencial decreciente cumpliendose que:
VAN (0) = A − Q1 + Q2 + Q3 + ....Qn = S − A
Y este importe, por ser una inversión analizable, será mayor que 0.
Este concepto de inversión analizable es importante dado que:
Si el valor de Años de Vida introducido por el usuario es tan
reducido que haga para algún panel VAN(0) < 0; el TIR asociado a
dicho panel aparecerá como “0” y la inversión deberá ser considerada
como “no analizable”
3.3
Tasa de Rendimiento Interno
Se denomina Tasa de Rendimiento Interno, Tasa Interna de Rentabilidad o Tasa
interna de Retorno (TIR.) al valor “r” de la tasa de descuento que hace que el Valor
Actual Neto (VAN) de una inversión sea igual a cero. (VAN = 0).
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
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0 = A−
Q3
Qn
Q1
Q2
+
+
+ .... +
2
3
r + 1 (r + 1)
(r + 1)
(r + 1)n
La tasa interna de rentabilidad es una medida porcentual de la magnitud de los
beneficios que una determinada inversión aporta a su inversor. Al realizar el cálculo del
VAN, se fijaba una determinada tasa de interés o descuento que indicaba que el inversor
recibía del proyecto un determinado interés sobre su dinero y una cantidad adicional.
Este interés mas la cantidad adicional forman los beneficios que un se obtienen de una
determinada inversión. De éste modo, cuando el valor del VAN es reducido a 0, la tasa
de interés a la cual esto ocurre supone una medida de la totalidad de los beneficios que
produce la inversión mientras los recursos están invertidos en el proyecto. Esta tasa de
interés es el TIR.
Atendiendo a éste criterio, una inversión será efectuable cuando su rentabilidad
“r” sea superior a la rentabilidad requerida de la misma, k; no lo será cuando aquélla sea
inferior, y será indiferente cuando ambas rentabilidades coincidan.
El mayor inconveniente de los métodos de análisis de inversiones basados en la
tasa de rendimiento interno consiste en la dificultad de su obtención. No es difícil de
calcular cuando los flujos de caja no son mas de 2. No obstante, normalmente las
inversiones suelen durar bastante más que 2 ciclos de caja. Es entonces cuando su
cálculo debe de realizarse mediante métodos iterativos que, si bien no son complicados
con las herramientas informáticas y calculadoras financieras disponibles en la
actualidad, puede ser un problema cuando ha de ser realizado a mano.
3.4
Particularidades y ejecución del análisis económico de una
instalación fotovoltaica conectada a red
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
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Ya se ha comentado que el principal problema presente en el estudio de la tasa de
rendimiento interno, o tasa de retorno radica en la complejidad matemática inherente
cuando los flujos de caja son numerosos. Generalmente hay que recurrir, en efecto, a
algoritmos numéricos de iteración aproximada para su resolución. No obstante, el
análisis económico-financiero de una instalación fotovoltaica conectada a red presenta
la siguiente característica en sus flujos de caja:
Los flujos de caja generados por una instalación fotovoltaica conectada a red no son
cualesquiera. Tienen 2 particularidades que simplifican enormemente los cálculos:
− Los flujos de caja están formados por una componente base constante una base
constante
− La base de los flujos de caja crecen a un ritmo que puede considerarse constante
Los flujos de caja de la instalación están formados por una base de electricidad
generada cuya remuneración aumenta de forma constante cada año según el Ministerio
de Industria. Que los flujos de caja estén formados por una base que crece a una tasa de
crecimiento “f” constante significa que:
Q2 = Q1 ⋅ (1 + f )
Q3 = Q2 ⋅ (1 + f ) = Q1 (1 + f )
2
Q4 = Q3 ⋅ (1 + f ) = Q1 (1 + f )
.
.
.
n −1
Qn = Q1 ⋅ (1 + f )
3
Por lo tanto, el VAN de la inversión será:
Q ⋅ (1 + f )
Q1
Q ⋅ (1 + f ) Q3 ⋅ (1 + f )
+ 2
+
+ .... + n
2
3
k +1
(k + 1)
(k + 1)
(k + 1)n
2
VAN = A −
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n −1
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 1
(1 + f ) + .... + (1 + f )n −1 
= − A + Q1 ⋅ 
+

2
(1 + k )n 
 (1 + k ) (1 + k )
La expresión entre corchetes equivale a la suma de los términos de una progresión
geométrica. Resolviendo se obtiene:
 1   (1 + f )n −1   (1 + f ) 
⋅
 (1 + k )  − 

n  

  (1 + k )   (1 + k ) 
VAN = − A + Q ⋅
 (1 + f ) 
1− 

 (1 + k ) 
La cual, resuelta, equivale a :
1−
VAN = − A + Q ⋅
(1 + f )n
(1 + k )n
k− f
Esto hace que el cálculo del TIR sea mas sencillo pues, aun a pesar de seguir siendo
un proceso iterativo, su expresión es concreta y no está formada por un conjunto de
elementos cuyo número no es conocido a priori. Recordar que el proyecto consiste en
un programa, y el tener el TIR en éste formato favorece tanto su obtención, como la del
valor del tiempo de recuperación de la inversión.
3.5
Parametrización del estudio económico
El software realiza un estudio económico de la instalación diseñada a partir de la
evaluación del Valor Actual Neto y la Tasa Interna de Retorno, para los cual es
necesario definir una serie de parámetros como el flujo de caja, el desembolso, la tasa
de descuento, los años de vida de la instalación y el ritmo de crecimiento de la tarifo
eléctrica.
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3.5.1 Desembolso
Los costes de una instalación de generación de potencia se subdividen en 2
grandes grupos: Costes de inversión y Costes de mantenimiento
Costes de inversión
Están formados por todos aquellos costes necesarios para que la instalación
empiece a funcionar, incluyendo la mano de obra. En una instalación fotovoltaica
dichos costes estarán integrados por el coste de los elementos de la instalación y la
mano de obra.
Estimar los costes de los elementos de la instalación es relativamente sencillo,
pues no es más que sumar el coste de los paneles y los inversores a colocar. El número
de inversores a colocar depende de la potencia máxima esperada por la instalación. El
inversor elegido para las instalaciones es un Sunny Boy SWR 1800 inverter. Es un
inversor de coste medio (1€ por Kw) pero presenta la ventaja de tener una entrada de
tensión variable que nos permite conectar directamente a 220 o a 400 voltios. De esta
forma, el coste de inversión asociado a los elementos de una instalación fotovoltaica
conectada a red se puede parametrizar de la siguiente forma:
Coste de Elementos = número_de_paneles*coste_unitario_de_panel +
potencia_máxima posible_de_cesión
Una vez se han estimado los costes de inmovilizado del proyecto, queda evaluar
los costes de mano de obra necesaria para la instalación del sistema
Para realizar la instalación son necesarios los servicios de instaladores tanto
mecánicos como electricistas. Se sabe que, de forma general, para la implementación de
una instalación de cesión de energía a red de 80Kwp formada por 500 paneles es
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
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necesario contratar los servicios de 2 técnicos mecánicos durante 2 semanas y de 2
técnicos eléctricos durante 1.
Esto presenta un problema a la hora de parametrizarlo, y es que hay que tener en
cuenta 2 variables, el tiempo y el número de empleados en función del tamaño de la
instalación.
Parece claro, por un lado, que no es posible hacer una dependencia directamente
proporcional del tipo doble de personal y tiempo por cada factor de potencia instalada
de 80Kwp. Con esto, es necesario hacer una distinción entre el ritmo de crecimiento del
personal necesario y el ritmo de crecimiento de la cantidad de tiempo requerido.
La ley de rendimientos decrecientes estipula que el beneficio diferencial que se
obtiene al asignar un recurso a un proyecto disminuye a medida que se va aumentando
la asignación de dicho recurso. No parece lógico que 10 personas realizando un
proyecto vaya al doble de velocidad que 5, pues habrá fases que no puedan comenzar
antes que otras estén terminadas y se presentarán inevitablemente tiempos de ocio no
aprovechados. Por ello, la asignación de personal al proyecto de instalación se realizará
en torno a los siguientes criterios:
Se asignarán a 2 técnicos mecánicos de base más medio (represéntese como
alguien contratado a tiempo parcial o que se disponga de él a partir de una cierta etapa
de colocación de paneles) por cada fracción de 80Kwp instalados después de la primera
Se asignará un tiempo de contrato para los técnicos mecánicos de 2 semanas de
base más 0.75 semanas por cada fracción de 80Kwp instalados después de la primera
Se asignarán a 2 técnicos eléctricos de base más un cuarto (represéntese como
alguien contratado a tiempo parcial o que se disponga de él a partir de una cierta etapa
de colocación de paneles) por cada fracción de 80Kwp instalados después de la primera
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Se asignará un tiempo de contrato para los técnicos eléctricos de 2 semanas de
base más 0.5 semanas por cada fracción de 80Kwp instalados después de la primera.
Asi, los costes de inversión serán_
Coste de Elementos + Coste de Mano de Obra
Costes de Operación y Mantenimiento
Por el otro lado existen lo que se llaman los costes de operación y
mantenimiento de la instalación. Están formados por los salarios de los operarios
necesarios para su correcto funcionamiento, salarios de los operarios necesarios para su
supervisión, recambio y seguridad y todos aquellos costes asociados a ello.
Normalmente se suelen representar como un porcentaje de la inversión; por ejemplo, un
45% del coste de inversión.
Una de las ventajas de la generación fotovoltaica es que dichos costes son
prácticamente nulos. No son necesarios operarios para su manejo y tan solo se requiere
limpieza de los módulos y una inspección de la instalación cada 5 o 7 años. Una
convención muy común consiste en estimar las costes de operación y mantenimiento
como un 2% de la inversión inicial.
CostesOyM = 0.02*(Costes de inversión)=
=0.02*(Coste de Elementos + Coste de Mano de Obra)
3.5.2 Flujo de caja anual
La segunda componente a obtener para el análisis de la inversión en una
instalación fotovoltaica es el flujo de caja anual generado. Ya se ha comentado que el
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flujo de caja está compuesto de una base que crece a un ritmo determinado cada año.
Dicha base estará compuesta por la energía cedida al sistema multiplicada por el precio
de dicha energía.
La tarifa eléctrica en España está situada en una base de 7.3304 céntimos de
euro/Kwh
El Real Decreto 2392/2004 establece, además, una prima del 425% durante los
primeros 25 años de funcionamiento y del 460% en adelante para las instalaciones
fotovoltaicas de menos de 100Kwp de potencia. Para el resto de instalaciones se
establece una tarifa del 300% durante los primeros 25 años de funcionamiento y del
240% en adelante; además de una prima del 250% durante los primeros 25 años de
funcionamiento y del 200 a partir de entonces para un total del 550% de la tarifa y un
440% a partir de los 25 años de la puesta en marcha.
Atendiendo a esto, la base del flujo de caja de una instalación fotovoltaica
conectada a red será:
Q = Potencia total cedida*0.073304*5.25 Euros
Además, el usuario introduce los siguientes parámetros:
Tasa de descuento k
Tasa de crecimiento de la tarifa eléctrica f
Años de evaluación de la inversión n
Con esto, el flujo de caja será. Para los datos introducidos:
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
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 1   (1 + f )n −1   (1 + f ) 
⋅
 (1 + k )  − 

n  

  (1 + k )   (1 + k ) 
VAN = − A + Q ⋅
 (1 + f ) 
1− 

 (1 + k ) 
3.5.3 Metodología
Cuando se seleccione la pestaña de “estudio económico”, el programa irá
tomando uno a uno los paneles de la base de datos y diseñará la distribución y número
de los paneles de la instalación. Posteriormente realizará el estudio de los valores de
Desembolso, VAN, y TIR de la inversión según los valores introducidos y siguiendo la
metodología indicada
Finalmente, el programa elegirá aquel panel con un valor de VAN más alto y ese
será el panel seleccionado. Asimismo, guardará en un ranking el resto de paneles con
los resultados económicos clasificados por valor de VAN decreciente.
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
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4
MANUAL DEL PROGRAMA
Estructura General:
4.1
Se puede usar el programa para realizar 2 tipos de estudios:
•
Si el usuario no tiene un panel predefinido, el programa selecciona uno de su
base de datos en función del criterio de optimización que el usuario haya
elegido.
•
Si el usuario tiene un panel fotovoltaico determinado que le gustaría usar, el
programa permite realizar los mismos estudios económico-energéticos
simplemente introduciendo las especificaciones del panel en cuestión.
Básicamente el programa se divide en dos partes, una que se podría denominar
“estática” (el calculo de la radiación) y otra “dinámica” (los estudios).
Al llamar al programa, el usuario se encontrará con una pantalla de elección de
modo de trabajo: puede elegir usar la base de datos de paneles incluida en el programa y
que él mismo puede modificar (como se explica en el apartado) o bien aportar las
características de su panel al programa.
Si elige los segundo, pasará a una pantalla de introducción de datos característicos
y necesarios de paneles. Si existiese algún dato no critico que el usuario no fuese capaz
de obtener, el apartado destinado a introducción de datos y manejo del programa se
proponen valores típicos. Tras un ligero tratamiento interno de los datos
proporcionados, se pasa a una pantalla de introducción de características del
asentamiento de la instalación y de magnitudes necesarias para el estudio económico.
También se le solicita al usuario que defina la orientación del estudio: bien hacia una
perspectiva energética; bien hacia una económica.
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
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Si en la pantalla de elección de modo de trabajo el usuario ha optado por utilizar
la base de datos del programa, pasará directamente a esta última pantalla.
Una vez los datos son introducidos, éstos son nuevamente tratados y se pasa al
cálculo de la irradiación. Mediante el método expuesto en el primer apartado, y con los
datos necesarios de ubicación y orientación ya utilizados, se crea el conjunto de
variables que van a permitir los estudios. Estas variables permanecerán inalteradas hasta
que no se vuelva a la pantalla de introducción de datos económicos y ubicación y se
corra otro estudio.
Al haberse realizado los cálculos de irradiación el programa tiene los datos
necesarios para la creación de la pantalla correspondiente: una pantalla con los
resultados del estudio energético en el caso de que ésta haya sido la preferencia del
usuario o una pantalla económica en el caso de que la elección haya sido un estudio
monetario.
Una vez en una de éstas pantallas es posible acceder a la otra cuando se desee, y
los resultados que se presenten serán los correspondientes al estudio que se haya
definido inicialmente (energético o económico).
La estructura de trabajo del programa viene expuesta de forma gráfica en el
siguiente diagrama de flujo:
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4.2
Diagrama de flujo:
Elección de modo
¿Panel propio?
SI
NO
Introducción de
datos del panel
Tratamiento de datos 1
Introducción de datos
economicos y de
ubicación
Tratamiento de datos 2
Cálculo de irradiación
¿Panel propio?
NO
SI
¿Tipo de estudio?
economico
Pantalla económica
energetico
Pantalla Energética
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Pantalla completa
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4.3
Instrucciones de uso: La introducción de datos
Tanto en las instrucciones de uso como en el apartado de modificación de base de
datos se supondrá al usuario unos niveles mínimos de conocimiento del software
Matlab. A continuación se presenta un trayecto guiado por las pantalla que aparecen el
programa y en el modo de introducción de los datos que éstas requieren.
Antes de poder correr el programa, es necesario estar en el directorio adecuado. El
CD adjuntado con el proyecto contiene las carpetas, programas y rutinas necesarias para
el funcionamiento del programa. Coloque la carpeta “solar” provista en el CD en algún
directorio de su disco duro, o bien trabaje directamente desde el CD mismo.
4.3.1 Pantalla de selección de modo
Una vez seleccionado el directorio, la llamada al programa principal se realiza
tecleando “inicio”. Deberá de aparecer ahora este tipo de pantalla:
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El programa le permite elegir entre 2 opciones:
• Puede hacer clic en el recuadro próximo al campo de “Introducir Panel Propio”:
Esta opción le permite realizar el análisis que desee de su instalación
introduciendo parámetros de un panel en concreto que usted posea.
• Puede hacer clic en el recuadro próximo al campo de “Usar Base de Datos”: Si
usted no dispone o no desea un estudio realizado con un tipo concreto de panel,
esta opción le permite optimizar económica o energéticamente su instalación a
partir de la elección de un panel presente en la base de datos del sistema. Dado
que el mercado de paneles fotovoltaicos es en la actualidad voluble dado el
crecimiento que está experimentando la demanda, dicha base de datos puede ser
modificada por el usuario.
Una vez realizada su elección, pulse sobre la pestaña “Continuar”.
4.3.2 Pantalla de introducción de datos del panel
Suponiendo que su elección anterior hubiese sido introducir un panel propio, a
continuación accedería a la siguiente una pantalla de introducción de datos del panel:
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Hay 4 campos que es necesario completar para poder realizar cualquier estudio
con el panel:
•
Punto de máxima potencia:
Potencia: Valor de la potencia nominal del panel en watios. Se corresponde con
la potencia máxima del panel.
Tensión: Valor de la tensión del punto de máxima potencia en voltios.
Intensidad: Valor de la intensidad del punto de máxima potencia en amperios.
•
Dimensiones del panel:
Longitud: Longitud del panel en metros.
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Anchura: Achura del panel en metros. Se debe cumplir que longitud > anchura
•
Características térmicas de correccion:
Irradiación Diseño: Valor de la irradiación para cual se ha probado el panel en
laboratorio y para la cual se dan los valores de tensión, intensidad y potencia
anteriores. Ha de introducirse en Watios por metro cuadrado. El valor típico de
irradiación es de 1000 W/m2.
Corrección de tensión: Coeficiente que mide la corrección de la tensión de
cesión de potencia debido a la temperatura. Ha de introducirse en voltios por
grado. Los valores suelen rondar el 0.12 V/ºC.
Temperatura de Diseño. Temperatura de laboratorio a la que se refieren los
valores de intensidad y tensión anteriores. Debe ser introducido en grados
centígrados. El valor típico de temperatura de diseño es de 25º C.
•
Precio
Precio: Coste del panel incluyendo transporte hasta la zona de montaje. Ha de
proporcionarse en euros.
Una vez se han introducido los datos necesarios, presione continuar para pasar a
la pantalla de introducción de los datos de valoración económica y ubicación de la
instalación.
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
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4.3.3 Pantalla de introducción de datos económicos y ubicación.
Después de introducir los datos del panel o bien de haber elegido la opción “usar
base de datos” en la pantalla de selección de modo llegará a la siguiente pantalla:
La pantalla requiere 2 tipos de datos: posicionales y económicos (además del
tipo de estudio a realizar)
La forma relativa de una azotea, puede ser muy variada, pero normalmente suele
presentarse el caso del rectángulo. Si su superficie de colocación del campo de paneles
es rectangular, los campos “longitud” y “anchura” deberán ser rellenados teniendo en
cuenta las consideraciones que se explicarán a continuación. Si por el contrario, la
forma de la azotea no es rectangular, el usuario deberá de definir un rectángulo
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
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equivalente. Para ello se aconseja partir del valor de superficie original y definir la
longitud y la anchura del rectángulo que mejor se superponga con dicha superficie.
Una vez se haya parametrizado las dimensiones de la superficie de la azotea con
los valores de longitud y anchura se debe definir un sistema coordenado de ejes para
determinar la orientación. Esto se consigue colocando unos ejes cartesianos sobre el
centro de la azotea; paralelos y perpendiculares a sus lados.
El resultado debería de ser algo como:
•
Características de ubicación:
Orientación: Por orientación se entiende el ángulo azimutal (consultar apartado
1.3: Sistemas de Referencia) de menor valor absoluto que los ejes de la
superficie rectangular equivalente puedan definir. El eje que lo defina se
denominará eje principal. Debe de ser introducido en grados.
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Longitud y Anchura: El lado considerado como “anchura” no es el menor de los
dos como ocurría en la introducción de datos de panel. Para el correcto
funcionamiento del programa ha de ser el lado perpendicular al eje principal
definido anteriormente. El lado correspondiente a la longitud será, pues, el
restante. Ambas medidas han de ser insertadas en metros.
Inclinación: Este campo hace referencia a la inclinación de los paneles. Se puede
observar que el valor para el cual la irradiación directa media anual recibida
(para un valor determinado de orientación) es máxima está situado entorno a los
33º. Si la inclinación de la zona del los colectores es menor, el valor a introducir
debería ser de 33º para obtener el máximo partido de la instalación. Si, por otra
parte, la azotea o lugar de colocación del campo tiene una inclinación mayor, se
recomienda introducir el valor más cercano a 33º.
•
Características para el estudio financiero
Años de vida: Los años para los cuales se desea evaluar el valor actual neto y la
tasa interna de retorno. Nótese que, si el valor de éste campo es demasiado
pequeño, no será posible obtener el valor de la tasa interna de retorno. Como
orientación, la recuperación de la inversión para una instalación fotovoltaica en
un marco de inflación del 3.5% y de crecimiento de la tarifa eléctrica del 1.7%
se sitúa entorno a los 8 años y medio. Debe ser introducida en tanto por uno.
Tasa de Descuento: El valor medio de previsión de inflación para el periodo de
vida considerado anteriormente. También puede introducirse el valor de coste de
oportunidad relativo a una inversión que se quiera comparar. Un valor de 0.035
suele ser aceptable y ha de ser introducido en tanto por uno
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
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Tasa de Crecimiento: Es el ritmo de crecimiento de la tarifa eléctrica de cese de
energía a la red. Actualmente se sitúa en un valor del 0.0172. Al igual que con la
inflación, debe ser introducida en tanto por uno.
•
Tipo de estudio
El programa, como ya se ha comentado, puede proporcionar 2 tipos diferentes de
estudio. No obstante, si el usuario ha optado por la introducción de un panel
propio, la selección de una de las pestañas es irrelevante, pues dichos estudios no
son más que la elección del criterio de elección de panel dentro de la base de
datos interna. Un usuario que esté usando panel propio, será dirigido después a
una pantalla con todos los datos económicos y energéticos relevantes de su
instalación.
Estudio energético: Haciendo clic en la pestaña, el programa seleccionará el
panel que proporcione la máxima energía para las condiciones introducidas. A
su vez, realizará el estudio económico pertinente de la instalación, pero
utilizando el panel elegido por criterio energético. Haciendo clic en “Iniciar
Análisis”, el usuario será conducido a una pantalla de presentación de los
resultados totales y un ranking con los resultados energéticos de los 5 mejores
paneles de la base de datos.
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
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De ahí, haciendo clic sobre la pestaña “estudio económico” podrá ir a la pantalla
con los datos económicos asociados a la instalación.
Esta pantalla energética presenta los datos energéticos y económicos del panel
elegido y un gráfico de la energía total cedida a red en cada mes. Si el usuario
desea conocer la energía cedida en un día tipo de un mes, basta dividir la energía
del mes correspondiente entre 30.
Estudio económico: Haciendo clic en la pestaña, el programa seleccionará el
panel que proporcione el máximo valor de VAN para las especificaciones
introducidas. A su vez, realizará el estudio energético pertinente de la
instalación, pero utilizando el panel elegido por criterio económico. Haciendo
clic en “Iniciar Análisis”, el usuario será conducido a una pantalla de
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
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presentación de los resultados totales y un ranking con los resultados
económicos de los 5 mejores paneles de la base de datos.
De ahí, haciendo clic sobre la pestaña “estudio energético” podrá ir a la pantalla
con los datos energéticos asociados a la instalación.
4.4
Modificaciones de la base datos.
ATENCION: Antes de realizar la modificación manual del fichero
“datos”, se recomienda guardar el original para protegerse sobre
posibles errores en dicha modificación.
El mercado de paneles solares se halla en constante evolución tanto nivel
tecnológico como de competencia de precios. Las predicciones aumento de demanda de
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paneles fotovoltaicos hacen prever un aumento de su precio en el futuro. Es por esto,
que la base de datos en la que el programa se apoya puede y debe ser modificada
periódicamente por el usuario.
Estando en la pestaña “Current Directory” y haciendo doble clic sobre el archivo
datos. mat aparecerán en el workspace las variables de defecto que el programa necesita
para trabajar. Aquí, las variables “paneles” y “nombres” forman la base de datos de
paneles del programa.
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La variable “paneles” es una matriz que tiene tantas filas como paneles y tantas
columnas como datos de trabajo de panel necesarios. Haciendo clic sobre ella se puede
modificar sobre el mismo Matlab. La estructura de introducción de características de los
paneles ha de ser la siguiente
Irradiación
Correccion Temperatura
Diseño
Potencia Tensión Intensidad Longitud Anchura Precio Tensión
diseño
panel 1
panel 2
panel 3
…..
…..
Matlab presenta gran compatibilidad con Excel, con lo que es posible
directamente cortar una gran matriz de paneles de una hoja de cálculo y pegarla
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directamente en el array editor de Matlab. Si surgiese alguna incompatibilidad, se
deberá hacer de forma manual.
La variable “nombres”, por el contrario es un vector de caracteres en columna.
Cada elemento de dicho vector corresponde al nombre por el que se quiera identificar a
cada panel. Por ejemplo, si la fila 3 de la matriz de paneles correspondiese a un panel
BP-160, el elemento 3 del vector “nombres” deberá ser ‘BP-160’ o como el usuario
desee identificar el panel.
La variable “nombres” puede ser modificada sobre el mismo Matlab de igual
forma que los paneles, pero con una salvedad: al introducir los nombres en el array
editor, estos deberán de ir entre comillas simples. La tecla de comilla simple se
corresponde con la tecla de interrogación, a la derecha del número 0.
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
- 70 -
Diseño de un Software de Análisis de Viabilidad Económico-Energética de
Instalaciones Fotovoltaicas Conectadas a Red
______________________________________________________________________
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
- 71 -
Diseño de un Software de Análisis de Viabilidad Económico-Energética de
Instalaciones Fotovoltaicas Conectadas a Red
______________________________________________________________________
5
ESTUDIOS
Se realizarán 5 estudios diferentes con el programa en 5 azoteas repartidas por
España.
Las ubicaciones seleccionadas han sido: Madrid. Barcelona, Castellón, Valencia
y Sevilla.
Se han elegido éstas ubicaciones debido a 3 factores principales:
-
Son grandes capitales de provincia
-
Tiene valores similares de Irradiación Media Mensual
-
Tienen altos valores de Irradiación, los que favorecerá el rendimiento económico
y energético de las instalaciones
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
- 72 -
Diseño de un Software de Análisis de Viabilidad Económico-Energética de
Instalaciones Fotovoltaicas Conectadas a Red
______________________________________________________________________
5.1
Ubicación nº1
Localización
Almacén Central de Cemusa
Avenida del Mar Mediterráneo nº7
Poligono Industrial San Fernando
San Fernando de Henares
CP 28850 Madrid
Características Geográficas:
Superficie del Tejado: 2025
Dimensiones: Cuadrado de 45m de lado
Dimensiones Parametrizadas:
Longitud: 45m
Anchura: 45m
Azimut: 12º
Inclinación de los Paneles: 30º
Características Económicas:
Años de Vida: 20
Tasa de Descuento: 3.5% = 0.035
Tasa de Crecimiento: 1.71% = 0.0171
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
- 73 -
Diseño de un Software de Análisis de Viabilidad Económico-Energética de
Instalaciones Fotovoltaicas Conectadas a Red
______________________________________________________________________
Estudio económico de la instalación:
La realización de un estudio de tipo económico de la instalación propuesta arrojó
los siguientes resultados acerca de la inversión
Panel Seleccionado:…………………. .Shell 165-C
Valor Actual Neto de la inversión:…... 743827 €
Tasa Interna de Retorno:……………... 13.1324 %
Desembolso:………………………….. 656241 €
Arreglo de Paneles:…………………….17x50
Número de Paneles:……………………850 paneles
A su vez, los resultados de índole energética asociados a la instalación fueron:
Energia Anual Suministrada:...………..201759 Kw/h
El gráfico de energía suministrada mensual para el panel seleccionado fue el
siguiente:
900
800
Kwhmensuales
700
600
500
400
300
Febrero
Abril
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
Junio
Agosto
Octubre
Diciembre
- 74 -
Diseño de un Software de Análisis de Viabilidad Económico-Energética de
Instalaciones Fotovoltaicas Conectadas a Red
______________________________________________________________________
A continuación se presentan algunos datos de interés sobre los 4 siguientes
paneles en el ranking de la base de datos:
'BP 3170'
'Sharp 170'
'Sharp 185'
'KC130 TM'
Desembolso
(€)
VAN (€)
TIR (%)
Energia Suministrada
(Kw/h)
808440
712090
898780
713790
741300
598840
575690
575520
11,508
10,922
9,3283
10,652
223330
188910
212480
185800
En los Anexos se presentan, a su vez, otros elementos como matrices de
irradiación, matrices de potencia y demás.
Estudio Energético de la instalación:
La realización, a su vez, de un estudio de índole energética de la instalación
propuesta arrojó los siguientes resultados sobre potencia disponible y arreglos:
Panel Seleccionado:…………………. BP 3170
Energia Anual Suministrada:...……….233.328 Kw/h
Arreglo de Paneles:……………………18x54
Número de Paneles:……………………972 paneles
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
- 75 -
Diseño de un Software de Análisis de Viabilidad Económico-Energética de
Instalaciones Fotovoltaicas Conectadas a Red
______________________________________________________________________
La energía mensual suministrada por la instalación es la siguiente:
900
800
Kwh mensuales
700
600
500
400
300
Febrero
Abril
Junio
Agosto
Octubre
Diciembre
Por otra parte, los resultados relativos al rendimiento económico de la
instalación proporcionados por el software fueron los siguientes:
Desembolso:………………………….. 808.438€
Valor Actual Neto de la inversión:…... 741.301€
Tasa Interna de Retorno:……………... 11.5084%
A continuación se presentan algunos datos de interés sobre los 4 siguientes
paneles en el ranking de la base de datos:
'Sharp 185'
'Shell 165C'
'Sharp 175'
'Sharp 170'
Desembolso
(€)
898780
VAN (€)
575690
TIR (%)
9,3283
Energia Suministrada
(Kw/h)
212480
656240
832940
712090
743830
513680
598840
13,132
9,1337
10,922
201760
194060
188910
En los Anexos se presentan, a su vez, otros elementos como matrices de
irradiación, matrices de potencia y demás
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
- 76 -
Diseño de un Software de Análisis de Viabilidad Económico-Energética de
Instalaciones Fotovoltaicas Conectadas a Red
______________________________________________________________________
5.2
Ubicación nº2
Localización
Almacén Cemusa en Barcelona
C/ Motors nº31
Zona Franca
CP 8040 Barcelona
Características Geográficas:
Superficie del Tejado: 600m2
Dimensiones: 60mx10m
Dimensiones Parametrizadas:
Longitud: 60m
Anchura: 10m
Azimut: 33º
Inclinación de los Paneles: 30º
Características Económicas:
Años de Vida: 20
Tasa de Descuento: 3.5% = 0.035
Tasa de Crecimiento: 1.71% = 0.0171
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
- 77 -
Diseño de un Software de Análisis de Viabilidad Económico-Energética de
Instalaciones Fotovoltaicas Conectadas a Red
______________________________________________________________________
Estudio económico de la instalación:
La realización de un estudio de tipo económico de la instalación propuesta arrojó
los siguientes resultados acerca de la inversión
Panel Seleccionado:…………………. Shell 165-C
Valor Actual Neto de la inversión:…... 138.161€
Tasa Interna de Retorno:……………... 9.5741%
Desembolso:………………………….. 205.963 €
Arreglo de Paneles:…………………….23x12
Número de Paneles:……………………276 paneles
A su vez, los resultados de índole energética asociados a la instalación fueron:
Energia Anual Suministrada:...………..49.591 Kw/h
El gráfico de energía suministrada mensual para el panel seleccionado fue el
siguiente:
200
180
Kwh mensuales
160
140
120
100
80
60
Febrero
Abril
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
Junio
Agosto
Octubre
Diciembre
- 78 -
Diseño de un Software de Análisis de Viabilidad Económico-Energética de
Instalaciones Fotovoltaicas Conectadas a Red
______________________________________________________________________
A continuación se presentan algunos datos de interés sobre los 4 siguientes
paneles en el ranking de la base de datos:
'BP 3170'
'Sharp 170'
'KC190GH-2'
'KC170GH-2'
Desembolso
(€)
223200
199390
207270
191390
VAN (€)
109780
88022
86599
82140
TIR (%)
8,0917
7,6599
7,4549
7,5538
Energia Suministrada
(Kw/h)
47985
41418
42349
39417
En los Anexos se presentan, a su vez, otros elementos como matrices de
irradiación, matrices de potencia y demás.
Estudio Energético de la instalación:
La realización, a su vez, de un estudio de índole energética de la instalación
propuesta arrojó los siguientes resultados sobre potencia disponible y arreglos:
Panel Seleccionado:…………………. Sharp 220
Energia Anual Suministrada:...……….56.637 Kw/h
Arreglo de Paneles:……………………23x10
Número de Paneles:…………………...230 paneles
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
- 79 -
Diseño de un Software de Análisis de Viabilidad Económico-Energética de
Instalaciones Fotovoltaicas Conectadas a Red
______________________________________________________________________
La energía mensual suministrada por la instalación es la siguiente:
200
180
Kwh mensuales
160
140
120
100
80
60
Febrero
Abril
Junio
Agosto
Octubre
Diciembre
Por otra parte, los resultados relativos al rendimiento económico de la
instalación proporcionados por el software fueron los siguientes:
Desembolso:………………………….. 199.638€
Valor Actual Neto de la inversión:…... 193.384€
Tasa Interna de Retorno:……………... 11.9333 %
A continuación se presentan algunos datos de interés sobre los 4 siguientes
paneles en el ranking de la base de datos:
'Sharp 185'
'BP 3170'
'Sharp 175'
'KC190GH-2'
Desembolso
(€)
263160
223200
234120
207270
VAN (€)
74343
109780
61132
86599
TIR (%)
6,249
8,0917
6,0528
7,4549
Energia Suministrada
(Kw/h)
48637
47985
42548
42349
En los Anexos se presentan, a su vez, otros elementos como matrices de
irradiación, matrices de potencia y demás.
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
- 80 -
Diseño de un Software de Análisis de Viabilidad Económico-Energética de
Instalaciones Fotovoltaicas Conectadas a Red
______________________________________________________________________
5.3
Ubicación nº3
Localización
Almacén Cemusa en Castellón
Avenida Hermanos Bou, Nave202
Castellón de la Plana
CP 12003 Castellón
Características Geográficas:
Superficie del Tejado: 600m2
Dimensiones: 30mx20m
Dimensiones Parametrizadas:
Longitud: 20m
Anchura: 30m
Azimut: 4º
Inclinación de los Paneles: 30º
Características Económicas:
Años de Vida: 20
Tasa de Descuento: 3.5% = 0.035
Tasa de Crecimiento: 1.71% = 0.0171
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
- 81 -
Diseño de un Software de Análisis de Viabilidad Económico-Energética de
Instalaciones Fotovoltaicas Conectadas a Red
______________________________________________________________________
Estudio económico de la instalación:
La realización de un estudio de tipo económico de la instalación propuesta arrojó
los siguientes resultados acerca de la inversión
Panel Seleccionado:…………………. Shell 165-C
Valor Actual Neto de la inversión:…... 248.102€
Tasa Interna de Retorno:……………... 13.4688%
Desembolso:………………………….. 210377 €
Arreglo de Paneles:…………………….8x34
Número de Paneles:……………………272 paneles
A su vez, los resultados de índole energética asociados a la instalación fueron:
Energia Anual Suministrada:...………..66070 Kw/h
El gráfico de energía suministrada mensual para el panel seleccionado fue el
siguiente:
900
800
Kwh mensuales
700
600
500
400
300
200
Febrero
Abril
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
Junio
Agosto
Octubre
Diciembre
- 82 -
Diseño de un Software de Análisis de Viabilidad Económico-Energética de
Instalaciones Fotovoltaicas Conectadas a Red
______________________________________________________________________
A continuación se presentan algunos datos de interés sobre los 4 siguientes
paneles en el ranking de la base de datos:
'BP 3170'
'KC130 TM'
'Sharp 170'
'KC190GH-2'
Desembolso
(€)
240290
226910
208080
215410
VAN (€)
229320
188460
186450
184930
TIR (%)
11,793
10,841
11,348
11,058
Energia Suministrada
(Kw/h)
67673
59858
56854
57691
En los Anexos se presentan, a su vez, otros elementos como matrices de
irradiación, matrices de potencia y demás
Estudio Energético de la instalación:
La realización, a su vez, de un estudio de índole energética de la instalación
propuesta arrojó los siguientes resultados sobre potencia disponible y arreglos:
Panel Seleccionado:…………………. BP 3170
Energia Anual Suministrada:...……….67673 Kw/h
Arreglo de Paneles:……………………8x36
Número de Paneles:…………………...288 paneles
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
- 83 -
Diseño de un Software de Análisis de Viabilidad Económico-Energética de
Instalaciones Fotovoltaicas Conectadas a Red
______________________________________________________________________
La energía mensual suministrada por la instalación es la siguiente:
900
800
Kwhmensuales
700
600
500
400
300
200
Febrero
Abril
Junio
Agosto
Octubre
Diciembre
Por otra parte, los resultados relativos al rendimiento económico de la
instalación proporcionados por el software fueron los siguientes:
Desembolso:………………………….. 240.287€
Valor Actual Neto de la inversión:…... 229.315€
Tasa Interna de Retorno:……………... 11.7934 %
A continuación se presentan algunos datos de interés sobre los 4 siguientes
paneles en el ranking de la base de datos:
'Shell 165-C'
'Sharp 185'
'KC130 TM'
'Sharp 175'
Desembolso
(€)
210380
267290
226910
243450
VAN (€)
248100
184840
188460
161850
TIR (%)
13,469
9,7412
10,841
9,5254
Energia Suministrada
(Kw/h)
66070
65154
59858
58407
En los Anexos se presentan, a su vez, otros elementos como matrices de
irradiación, matrices de potencia y demás
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
- 84 -
Diseño de un Software de Análisis de Viabilidad Económico-Energética de
Instalaciones Fotovoltaicas Conectadas a Red
______________________________________________________________________
5.4
Ubicación nº4
Localización
Almacén Cemusa en Valencia
C/ Ernesto García Raga nº8
CP 46930 Valencia
Características Geográficas:
Superficie del Tejado: 1275m2
Dimensiones: Croquis adjunto
Dimensiones Parametrizadas:
Longitud: 28.33m
Anchura: 45m
Azimut: 23º
Inclinación de los Paneles: 30º
Características Económicas:
Años de Vida: 20
Tasa de Descuento: 3.5% = 0.035
Tasa de Crecimiento: 1.71% = 0.0171
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
- 85 -
Diseño de un Software de Análisis de Viabilidad Económico-Energética de
Instalaciones Fotovoltaicas Conectadas a Red
______________________________________________________________________
Estudio económico de la instalación:
La realización de un estudio de tipo económico de la instalación propuesta arrojó
los siguientes resultados acerca de la inversión
Panel Seleccionado:…………………. Shell 165-C
Valor Actual Neto de la inversión:…... 449.576€
Tasa Interna de Retorno:……………... 12.7202%
Desembolso:………………………….. 714.151€
Arreglo de Paneles:…………………….11x50
Número de Paneles:……………………550 paneles
A su vez, los resultados de índole energética asociados a la instalación fueron:
Energia Anual Suministrada:...………..124.901 Kw/h
El gráfico de energía suministrada mensual para el panel seleccionado fue el
siguiente:
450
Kwh mensuales
400
350
300
250
200
Febrero
Abril
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
Junio
Agosto
Octubre
Diciembre
- 86 -
Diseño de un Software de Análisis de Viabilidad Económico-Energética de
Instalaciones Fotovoltaicas Conectadas a Red
______________________________________________________________________
A continuación se presentan algunos datos de interés sobre los 4 siguientes
paneles en el ranking de la base de datos:
'BP 3170'
'Sharp 170'
'KC130 TM'
'Sharp 185'
Desembolso
(€)
486440
426410
444650
539280
VAN (€)
418640
342760
330210
326090
TIR (%)
11,075
10,633
10,15
9,0349
Energia Suministrada
(Kw/h)
130430
110840
111660
124710
En los Anexos se presentan, a su vez, otros elementos como matrices de
irradiación, matrices de potencia y demás
Estudio Energético de la instalación:
La realización, a su vez, de un estudio de índole energética de la instalación
propuesta arrojó los siguientes resultados sobre potencia disponible y arreglos:
Panel Seleccionado:…………………. Bp 3170
Energia Anual Suministrada:...……….130.427 Kw/h
Arreglo de Paneles:……………………11x54
Número de Paneles:…………………...594 paneles
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
- 87 -
Diseño de un Software de Análisis de Viabilidad Económico-Energética de
Instalaciones Fotovoltaicas Conectadas a Red
______________________________________________________________________
La energía mensual suministrada por la instalación es la siguiente:
500
Kwh mensuales
450
400
350
300
250
Febrero
Abril
Junio
Agosto
Octubre
Diciembre
Por otra parte, los resultados relativos al rendimiento económico de la
instalación proporcionados por el software fueron los siguientes:
Desembolso:………………………….. 486.438 €
Valor Actual Neto de la inversión:…... 418.636€
Tasa Interna de Retorno:……………... 11.0748 %
A continuación se presentan algunos datos de interés sobre los 4 siguientes
paneles en el ranking de la base de datos:
'Shell 165-C'
'Sharp 185'
'Sharp 175'
'KC130 TM'
Desembolso
(€)
417150
539280
499990
444650
VAN (€)
449580
326090
290220
330210
TIR (%)
12,72
9,0349
8,8348
10,15
Energia Suministrada
(Kw/h)
124900
124710
113870
111660
En los Anexos se presentan, a su vez, otros elementos como matrices de
irradiación, matrices de potencia y demás
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
- 88 -
Diseño de un Software de Análisis de Viabilidad Económico-Energética de
Instalaciones Fotovoltaicas Conectadas a Red
______________________________________________________________________
5.5
Ubicación nº5
Localización
Almacén Cemusa en Sevilla
C/ El Palmito nº27
Poligono Industrial La Palmera
CP 41700 Sevilla
Características Geográficas:
Superficie del Tejado: 1500m2
Dimensiones: Croquis adjunto
Dimensiones Parametrizadas:
Longitud: 43m
Anchura: 35m
Azimut: 43º
Inclinación de los Paneles: 30º
Características Económicas:
Años de Vida: 20
Tasa de Descuento: 3.5% = 0.035
Tasa de Crecimiento: 1.71% = 0.0171
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
- 89 -
Diseño de un Software de Análisis de Viabilidad Económico-Energética de
Instalaciones Fotovoltaicas Conectadas a Red
______________________________________________________________________
Estudio económico de la instalación:
La realización de un estudio de tipo económico de la instalación propuesta arrojó
los siguientes resultados acerca de la inversión
Panel Seleccionado:…………………. Shell 165-C
Valor Actual Neto de la inversión:…... 511.731 €
Tasa Interna de Retorno:……………...12.1925 %
Desembolso:………………………….. 508102€
Arreglo de Paneles:…………………….17x39
Número de Paneles:……………………663 paneles
A su vez, los resultados de índole energética asociados a la instalación fueron:
Energia Anual Suministrada:...………..146.965 Kw/h
El gráfico de energía suministrada mensual para el panel seleccionado fue el
siguiente:
600
550
Kwh mensuales
500
450
400
350
300
250
200
Febrero
Abril
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
Junio
Agosto
Octubre
Diciembre
- 90 -
Diseño de un Software de Análisis de Viabilidad Económico-Energética de
Instalaciones Fotovoltaicas Conectadas a Red
______________________________________________________________________
A continuación se presentan algunos datos de interés sobre los 4 siguientes
paneles en el ranking de la base de datos:
'BP 3170'
'Sharp 170'
'Sharp 185'
'KC130 TM'
Desembolso
(€)
590190
514520
657140
523000
VAN (€)
471070
384850
365660
356700
TIR (%)
10,588
10,192
8,6354
9,6646
Energia Suministrada
(Kw/h)
152930
129610
147390
126770
En los Anexos se presentan, a su vez, otros elementos como matrices de
irradiación, matrices de potencia y demás
Estudio Energético de la instalación:
La realización, a su vez, de un estudio de índole energética de la instalación
propuesta arrojó los siguientes resultados sobre potencia disponible y arreglos:
Panel Seleccionado:…………………. BP 3170
Energia Anual Suministrada:...……….152.934Kw/h
Arreglo de Paneles:……………………17x42
Número de Paneles:…………………...714 paneles
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
- 91 -
Diseño de un Software de Análisis de Viabilidad Económico-Energética de
Instalaciones Fotovoltaicas Conectadas a Red
______________________________________________________________________
La energía mensual suministrada por la instalación es la siguiente:
600
550
Kwh mensuales
500
450
400
350
300
250
Febrero
Abril
Junio
Agosto
Octubre
Diciembre
Por otra parte, los resultados relativos al rendimiento económico de la
instalación proporcionados por el software fueron los siguientes:
Desembolso:………………………….. 590.188 €
Valor Actual Neto de la inversión:…... 471.066€
Tasa Interna de Retorno:……………... 10.5882 %
A continuación se presentan algunos datos de interés sobre los 4 siguientes
paneles en el ranking de la base de datos:
'Sharp 185'
'Shell 165-C'
'Sharp 175'
'Sharp 170'
Desembolso
(€)
VAN (€)
TIR (%)
657140
365660
8,6354
508100
511730
12,193
602680
321360
8,441
514520
384850
10,192
Energia Suministrada
(Kw/h)
147390
146970
133160
129610
En los Anexos se presentan, a su vez, otros elementos como matrices de
irradiación, matrices de potencia y demás
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
- 92 -
Diseño de un Software de Análisis de Viabilidad Económico-Energética de
Instalaciones Fotovoltaicas Conectadas a Red
______________________________________________________________________
5.6
Análisis de los estudios
Los estudios realizados a las distintas naves de almacenamiento de la empresa
CEMUSA arrojan las siguientes conclusiones sobre el diseño de las instalaciones
fotovoltaicas conectadas a red y su viabilidad económica
Estos resultados, por supuesto, son aproximaciones dado que se trata de un
sistema parametrizado. Se han tomado como lugares de estudio ciudades importantes
dentro de la geografía española, con una irradiación media anual significativa para
favorecer la rentabilidad económico-energética de la instalación y suficientemente
parecida entre ellas.
Irradiación media (Mj/dia*m^2)
16
15
14
13
12
11
10
Madrid
Barcelona
Castellón
Valencia
Sevilla
Puede apreciarse como Barcelona tiene una irradiación ligeramente menor al
resto de capitales utilizadas. Esto va a impactar de forma negativa en su rendimiento,
como se explicará más adelante.
Utilizando paneles solares de fabricación estadounidense y, por tanto,
aprovechando la debilidad del dólar frente al euro, una instalación fotovoltaica
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
- 93 -
Diseño de un Software de Análisis de Viabilidad Económico-Energética de
Instalaciones Fotovoltaicas Conectadas a Red
______________________________________________________________________
conectada a red tiene un coste por metro cuadrado de instalación situado entre los 330 y
los 400 euros/m2 como se aprecia en el siguiente gráfico:
Desembolso
€/m^2
450
Bp 3170
400
Shell 165-C
350
Sharp 170
300
Sharp 175
250
KC 130-TM
200
Madrid
Barcelona Castellón
Valencia
Sevilla
Concretamente, el coste medio de instalación de los 5 paneles que mejores
resultados han obtenido con el software ha sido de:
Coste Medio = 361.52€/m2
La tasa interna de retorno en función de la localización de la instalación y del
panel en ella usado responde a la siguiente gráfica:
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
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Diseño de un Software de Análisis de Viabilidad Económico-Energética de
Instalaciones Fotovoltaicas Conectadas a Red
______________________________________________________________________
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
Bp 3170
Shell 165-C
Sharp 170
Sharp 175
S
ev
ill
a
ia
V
al
en
c
C
as
te
lló
n
KC 130-TM
B
ar
ce
lo
na
M
ad
r id
%
TIR
Efectivamente, como ya se comentó, la menor cantidad de radiación recibida par
Barcelona hace que el rendimiento económico de la instalación sea ligeramente menor.
También se puede apreciar que el panel Shell 165-C es, de forma general, el más
eficiente económicamente hablando. La media de los estudios fue de:
TIR Medio = 10.7279%
A partir de estos resultados se puede decir que la rentabilidad para una
instalación conectada a red con una perspectiva de vida de 20 años está situada en torno
a un 10.5%. con una dispersión de +/-2% dependiendo del panel utilizado.
Se puede observar que el panel utilizado en el estudio tiene un gran impacto
sobre éste. Es por ello que la base de datos del programa ha de ser actualizada de
acuerdo a los paneles a los que el cliente tenga verdadero acceso e incluyendo los costes
de transporte y los asociados a gastos hasta que se tiene el panel listo para su
instalación.
Por otra parte, el Valor Actual Neto de las inversiones en cesión de energía
solar fotovoltaica en los almacenes fue el siguiente:
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
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Diseño de un Software de Análisis de Viabilidad Económico-Energética de
Instalaciones Fotovoltaicas Conectadas a Red
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VAN de la inversión
VAN/m^2
600
500
Bp 3170
400
Shell 165-C
300
Sharp 170
200
Sharp 175
100
KC 130-TM
S
ev
ill
a
V
al
en
ci
a
C
as
te
lló
n
B
ar
ce
lo
na
M
ad
rid
0
De nuevo es el panel Shell 165-C el más rentable económicamente hablando. El
Valor Actual Neto de la inversión de 20 años de vida se sitúa en torno a los 280€/m2.
Observando los gráficos parece ser que de la base de datos adjunta, son los paneles
Shell 165-C y Bp 3170 los más atractivos para un inversionista. Sus resultados medios
en las 5 ubicaciones han sido:
Bp 3170
Shell 165 C
VAN
334.86
338.63
TIR
11.3572
12.2176
El tiempo de recuperación de la inversión arrojó los siguientes resultados en los
estudios:
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
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Diseño de un Software de Análisis de Viabilidad Económico-Energética de
Instalaciones Fotovoltaicas Conectadas a Red
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Retorno de inversion
años
16
14
Bp 3170
12
Shell 165-C
10
Sharp 170
8
Sharp 175
6
KC 130-TM
S
ev
ill
a
V
al
en
ci
a
C
as
te
lló
n
M
ad
rid
B
ar
ce
lo
na
4
Para los 3 paneles más rentables, el retorno de una inversión en una instalación
fotovoltaica se encontró en torno a los 8-10 años, más concretamente:
Retorno de inversión = 9.31años
Finalmente, desde el punto de vista de la cesión de energía a red, o de la
potencia obtenida para uso personal (sin quitar las pérdidas asociadas al sistema de
baterías, que el software no tiene en cuenta) se presenta el siguiente gráfico:
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
Bp 3170
Shell 165-C
Sharp 170
Sharp 175
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
S
ev
ill
a
V
al
en
ci
a
C
as
te
lló
n
KC 130-TM
B
ar
ce
lo
na
M
ad
rid
Kwh/m^2
Energía anual suministrada
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Diseño de un Software de Análisis de Viabilidad Económico-Energética de
Instalaciones Fotovoltaicas Conectadas a Red
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Con la tecnología actual, se observa que una instalación fotovoltaica situada en
España es capaz de producir en torno a 95 Kwh/m2 (80 si esta situada en Barcelona).
Mas concretamente:
Energia Anual media suministrada = 92,18Kwh/m2
De nuevo se puede observar el liderazgo de los paneles Bp 3170 y Shell 165-C.
Parece que el panel BP 3170 es más apto para determinadas configuraciones de azotea.
Esto es debido a que su reducida anchura permite la colocación de un número mucho en
azoteas que tiendan al cuadrado como Madrid y Sevilla.
.
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
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Diseño de un Software de Análisis de Viabilidad Económico-Energética de
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5.7
Conclusiones
Como conclusión se pueden sacar los siguientes resultados económicos y
energéticos sobre una instalación de cesión de potencia fotovoltaica a red con las
subvenciones plasmadas en el Real Decreto 2392/2004
TIR
10,367972
Retorno
10,727956
Desembolso (€)
361,525606
VAN (€)
277,737568
Energia Suministrada (Kwh)
92,1894064
Estos resultados pueden verse incrementados hasta en un 8% en lugares de la
geografía española como Málaga, Murcia y Almería
La elevada inversión inicial necesaria hace que la generación fotovoltaica sea
vista aún con recelo por parte de los posibles inversionistas. Pero por otra parte, no se
puede desestimar el factor del reducido (casi nulo) riesgo económico asociado a éste
tipo de instalaciones. Por el contrario, una instalación de generación de combustible
fósil, puede parecer más rentable a simple vista, pero tiene el importante riesgo añadido
que le supone la fluctuación del mercado del petróleo
Finalmente, el último elemento a favor de este tipo de generación radica en su
nulo coste de mantenimiento, coste que no hay que prever su evolución en el tiempo.
Los únicos costes de operación y mantenimiento asociados a una instalación de éstas
características son la limpieza regular de los paneles y una revisión de la instalación
mecánica y eléctrica cada 6 años.
Por el contrario, la producción fotovoltaica siempre ha tenido en este país el
rechazo de la ciudadanía debido a consideraciones meramente estéticas. El rechazo
inherente a la baja rentabilidad queda bastante mermado gracias a las subvenciones
existentes. La prueba de ello es la cesión de créditos blandos por parte de la entidades
bancarias y la próxima creación de sistemas de generación en lugares como Murcia y
Córdoba.
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
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Diseño de un Software de Análisis de Viabilidad Económico-Energética de
Instalaciones Fotovoltaicas Conectadas a Red
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En definitiva, la energía fotovoltaica en España es hoy un hecho rentable que no
debería de ser pasado por alto, más aun con la situación de emisiones y destrucción del
ecosistema que se está y se va a vivir en éste siglo. Si bien no como inversión principal,
puede ser vista como una inversión complementaria de muy bajo riesgo siempre y
cuando se consiga destruir el falso mito de su nula recuperación de inversión. Es decir,
para que pueda existir un parqué fotovoltaico suficientemente amplio en España para
servir como apoyo eficaz (ya se ha comentado en el resumen la futilidad de pretender
una generación base renovable fotovoltaica. El abastecimiento energético de la sociedad
de hoy en día no puede ser puesta de rehén de la aleatoriedad climática) es necesario la
concienciación de la ciudadanía para ver éste tipo de energía como algo rentable y
necesario.
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
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6
PRESUPUESTO
Costes directos de mano de obra
Tiempo de recopilación de información………………………..………………100 horas
Tiempo de implementación……………………………………...……………...150 horas
Tiempo de transporte…………………………………………………………….20 horas
Tiempo de pruebas……………………………………………………………….80 horas
----------------------------------------------------------------------------------------------------------
Tiempo total…………………………………………………..………………..350 horas
----------------------------------------------------------------------------------------------------------
Coste por hora………………………………………………………...………..50€/hora
COSTE TOTAL MANO DE OBRA……………………………………………17500 €
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
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Instalaciones Fotovoltaicas Conectadas a Red
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Coste de material
Ordenadores………………………………………………….………………………300€
Material de oficina…………………………………………….………………………70€
Licencias……………………………………………………………………………..400€
COSTE TOTAL DE MATERIAL……………………………….…………………770 €
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
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Coste total del proyecto
Coste de mano de obra…………………………………………………………….17500€
Coste de material…………………………………………………………………….770€
COSTE TOTAL DEL PROYECTO……………………….……….……………18270 €
PRECIO DEL SOFTWARE………………………………………………………....995€
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BIBLIOGRAFIA
[XGC]
Apuntes de energías renovables
[CEIN S.A]
Guiactiva de energía solar fotovoltaica
[VRH]
Radiación Solar: Medidas y Cálculos
http://solar.ujaen.es/home_main_frame/1_radiacion.htm
www.erasolar.es
www.upcomillas.es
www.solarbuzz.com
www.gepower.com
www.shell.com
www.kyocerasolar.de
www.mrsolar.net
Autor: Fernando Domínguez de Posada Muñoz
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