El blog de las Energías Renovables

Artículos de 07 - 2008

Como continuación del post anterior relacionado con las instalaciones fotovoltaicas conectadas a la red de distribución eléctrica, vamos a comentar cuáles son los elementos esenciales que componen dicha instalación.

Una instalación solar fotovoltaica conectada a red, está integrada por los siguientes elementos:

• Estructura metálica soporte.
• Campo fotovoltaico o generador fotovoltaico, integrado por uno o varios módulos solares.
• Cuadro de protecciones (DC/AC).
  • Interruptor general manual.
  • Interruptor automático diferencial.
  • Interruptor automático de interconexión, para la desconexión-conexión automática en caso de pérdida de tensión o frecuencia de la red.
  • Conductores: serán todos de cobre, asegurando una pérdida de tensión en cables y cajas de conexión inferior a 1% de la tensión de trabajo del sistema.
• Uno o varios Inversores (DC/AC).
• Contador principal de energía (KWh enviados a la red).
• Contador secundario de energía (pequeños consumos KWh de los equipos fotovoltaicos, para descontar de la energía producida).

Las etapas necesarias para la ejecución de la obra civil necesaria, así como del montaje y conexionado de la instalación solar fotovoltaica, serán las siguientes:

• Replanteo sobre el terreno. Movimiento de tierras si fuese necesario, ubicación de las zapatas, losa corrida, estructura soporte, paneles, etc.
• Cimentación. Si la colocación de los módulos es sobre terraza, tejado, o sobre fachadas; no hará falta cimentación y sólo se tendrá que realizar las obras de sujeción de la estructura, previa comprobación, de que el tejado, fachada o terraza, soporte el peso de la estructura. En el caso de estructura sobre el suelo, será necesario la excavación de las zapatas necesarias, colocando a continuación la armadura metálica pertinente y el hormigonado.
• Montaje de la estructura. En el caso de que los módulos vayan sobre una estructura en el suelo, una vez que se tengan las placas de anclaje colocadas y el hormigón fraguado, se procederá a su colocación. Si la instalación es sobre cubierta, la obra es más sencilla, utilizando una estructura, normalmente metálica, para sujetar los módulos. A la hora de diseñar la estructura soporte de los módulos, se tiene que tener muy en cuenta, la forma de anclaje de ésta a la cubierta, y que la cubierta soporte perfectamente el peso de la misma.
• Colocación de los módulos e instalación eléctrica. Una vez que se haya finalizado el montaje de la estructura soporte, se procederá a la colocación de los módulos solares fotovoltaicos sobre ésta.

El primer paso a realizar cuando se quiere llevar a cabo una instalación de este tipo, es dirigirse a una o varias empresas instaladoras, para que, en función de la superficie disponible realizar el correcto estudio y dimensionado de la instalación, así como la valoración económica de la misma. Una vez aceptado el presupuesto de la empresa instaladora por parte del cliente, esta realizará el proyecto o memoria técnica, según proceda, ejecutando posteriormente la instalación, encargándose por otra parte, de la gestión de todos los trámites administrativos, los cuales dependerán principalmente de la normativa vigente a nivel estatal, y de la normativa aplicable en cada una de las distintas autonomías.

Por si a alguien le interesa, aquí os dejo algunas referencias a la normativa estatal vigente hasta el momento:

• Ley 54/1997 del Sector Eléctrico.
• Real Decreto 1663/2000 del Ministerio de Economía (BOE número 235, de 30 de septiembre de 2000)
• Real Decreto 1955/2000 (BOE número 310, de 27 de diciembre de 2000)
• Resolución de 31 de mayo de 2001, de la Dirección General de Política Energética y Minas (BOE número 148, de 21 de junio de 2000)
• Real Decreto 1454/2005, de 2 de diciembre, (BOE número 306, de 23 de diciembre de 2005)
• Real Decreto 661/2007, de 25 de mayo, (BOE número 126, de 26 de mayo de 2007)
• Resolución de 27 de septiembre de 2007, (BOE número 234, de 29 de septiembre de 2007)
• ORDEN ITC/3860/2007.

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En el post anterior introdujimos brevemente las características de un sistema solar aislado, su objetivo y componentes; continuando un poco con el tema en cuestión, vamos a comentar ahora las características de los sistemas fotovoltaicos conectados a red.

Podemos decir que las instalaciones fotovoltaicas con conexión a la red son aquellas minicentrales que generan electricidad mediante un proceso de conversión fotovoltaico y la inyectan a la red eléctrica convencional, facturándosela a la compañía eléctrica que por ley está obligada a comprarla a un precio establecido de antemano y que es, hasta ahora, más de un 500% del precio normal de la electricidad.

A partir de esto, podemos afirmar que la principal ventaja de dichas instalaciones radica en que se logran ingresos adicionales al vender la electricidad a las compañías eléctricas que por ley están obligadas a comprarla.

Dentro de las instalaciones fotovoltaicas conectadas a la red podríamos hacer una clasificación en función de su objetivo en dos grupos principalmente:

• Aquellas cuyo fin es la inversión económica. Entonces hablaríamos de parques y huertas solares, donde los inversores aportan dinero para financiar la construcción de la instalación y lograr un beneficio anual de la venta de electricidad. Los inversores adquieren un determinado porcentaje de la huerta solar y reciben ingresos proporcionales a la cantidad adquirida.
• Aquellas cuyo fin es conseguir una fuente de ingresos adicionales. Por ejemplo, las cubiertas solares son un buen medio de cómo una industria o instalación con una gran superficie de techo puede instalar paneles solares fotovoltaicos que generan energía y venderla para obtener ingresos extras a la actividad empresarial normal, en post anterior ya hemos mencionado algunos ejemplos de éste tipo.

Para que estas instalaciones sean técnicamente viables, se deben cumplir, en todos los casos los siguientes requisitos:

• Cercanía a la instalación solar fotovoltaica de una línea de distribución de energía eléctrica, para poder inyectar a la misma, la energía eléctrica producida por la instalación.
• Tener definido el punto de conexión a la red eléctrica, facilitado por la compañía distribuidora.
• Realizar la instalación, con equipos de generación y distribución de primera calidad, con las debidas protecciones, debidamente verificadas y garantizadas por los fabricantes, acordes con la legislación vigente.
• La instalación debe ser llevada a cabo por una empresa instaladora acreditada por la Administración competente.

Entre las ventajas de los sistemas fotovoltaicos con conexión a red podemos citar los siguientes:

• En el caso de instalaciones conectadas a la red, existen subvenciones y primas por producir electricidad según la comunidad autónoma.
• Los máximos de producción coinciden con las horas punta en la demanda.
• Su naturaleza modular permite instalar una potencia considerable de forma dispersa y con la colaboración de muchos pequeños inversores.
• Al estar dispersa en pequeñas instalaciones, inyecta en muchos puntos de la red, suplementando el abastecimiento de otras fuentes sin tener que sobredimensionar el sistema de distribución ante futuros aumentos de demanda.
• Es el único tipo de generación de energía que puede ser instalado masivamente en los medios urbanos.

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Continuamente no paramos de hablar de instalaciones solares, ya sean aisladas o con conexión a red. En este post y en siguientes vamos a tratar de especificar las características de cada una de ellas, empezando por las instalaciones fotovoltaicas aisladas, es decir, para ser utilizadas independientemente de la red eléctrica, o en combinación de la misma, pero sin inyectar la electricidad generada en la red eléctrica.

Dentro de las principales aplicaciones de éste tipo de instalaciones están todos aquellos sistemas que necesitan de algún tipo de alimentación eléctrica, pero que por sus propias características están aisladas o distantes de una red de suministro eléctrico. Dentro de estos sistemas podríamos nombrar entre otros, viviendas aisladas en zonas de montaña, explotaciones agrícolas, sistemas de bombeo de agua, estaciones meteorológicas, puntos de socorro en carretera, farolas, paneles de aviso, etc,… como veis las aplicaciones pueden ser muy variadas.

Los elementos que van a componer la instalación son los siguientes:

• Placas solares. Son los elementos captadores de la energía del Sol, están compuestos de materiales semiconductores, principalmente de Silicio. Dichas placas absorben los fotones de la radiación solar y los transforman en una corriente de electrones de forma continua, es decir, en energía eléctrica de señal continua.

Todos los módulos o placas solares, deben satisfacer las especificaciones UNE-EN 61215 para módulos de silicio cristalino, o UNE-EN 61646 para módulos fotovoltaicos de capa delgada, así como estar cualificados por algún laboratorio reconocido. Este requisito se acreditará mediante la presentación del certificado oficial correspondiente.

Los módulos deberán llevar los diodos de derivación para evitar las posibles averías de las células y sus circuitos por sombreados parciales, y tendrán un grado de protección IP65. Los marcos laterales, si existen, serán de aluminio o acero inoxidable.

• Soporte o estructura de las placas. El diseño de la estructura se realizará para la orientación y el ángulo de inclinación especificado para las placas fotovoltaicas, teniendo en cuenta la facilidad de montaje y desmontaje, y la posible necesidad de sustituciones de elementos. La estructura se protegerá superficialmente contra la acción de los agentes ambientales.

• Baterías o acumuladores. Normalmente la corriente generada no es consumida en el acto, por lo que es necesario almacenarla en un bloque de baterías para que esté disponible cuando resulte necesaria. La inmensa mayoría de las baterías son de plomo-ácido, es decir, están formadas por unos electrodos de plomo inmersos en una solución electrolítica ( agua con ácido sulfúrico ). De entre éstas, existen dos tipos de baterías principalmente:

• • Monobloque, similares a las de un coche. Son más económicas pero tienen un mantenimiento más complejo, y una menor duración.
  • Estacionarias, que resultan más apropiadas para estos sistemas ya que su durabilidad es mayor, aparte de que ofrecen mayor versatilidad. Se pueden conectar en serie, con lo cual se obtienen voltajes diversos.

Es siempre necesario recargar la batería antes de que llegue al 80% de descarga, ya que se estropea en caso contrario.

El acumulador será instalado siguiendo las recomendaciones del fabricante. En cualquier caso, deberá asegurarse de lo siguiente:

· El acumulador se situará en un lugar ventilado y con acceso restringido.

· Se adoptarán las medidas de protección necesarias para evitar el cortocircuito accidental de los terminales del acumulador, por ejemplo, mediante cubiertas aislantes.

• El regulador de carga. Controla la entrada de electricidad en la batería, protegiéndola contra sobrecargas o bajadas de tensión, que puedan dañarla. Los modelos más avanzados tienen capacidad de poner en marcha el generador para producir electricidad cuando la batería corre riesgo de descarga total, que también la estropearía.

Los reguladores de carga deben estar protegidos frente a cortocircuitos en la línea de consumo. El regulador debería asegurar, además de su propia protección, la de las cargas conectadas.

• El inversor. Es el encargado de la conversión de la corriente continua producida por el campo fotovoltaico en corriente alterna similar a la de los enchufes de casa, que es la única utilizable en la alimentación de los electrodomésticos convencionales. Suele ser el encargado de poner en marcha el grupo generador.

El inversor será capaz de entregar la potencia nominal de forma continuada, en el margen de temperatura ambiente especificado por el fabricante. Además, debe arrancar y operar todas las cargas especificadas en la instalación, especialmente aquellas que requieren elevadas corrientes de arranque (TV, motores, etc.), sin interferir en su correcta operación ni en el resto de cargas.

• Cargas o puntos de consumo. Son todos aquellos dispositivos que queremos alimentar con el sistema solar. Como norma general, se recomienda utilizar dispositivos de alta eficiencia para así evitar las pérdidas y gasto innecesario de la energía almacenada.

Los enchufes y tomas de corriente para corriente continua deben estar protegidos contra inversión de polaridad y ser distintos de los de uso habitual para corriente alterna.

Bueno, esto es una pequeña introducción a los sistemas fotovoltaicos aislados, ya que esto no queda aquí, ya que aún hay mucha miga detrás de todo esto, pero eso será para más adelante.

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La verdad es que me resulta muy gratificante encontrarme con noticias que reflejan el cambio que día a día vamos realizando la sociedad en general hacia ese objetivo final de situar a las energías renovables en la cima de nuestra pirámide energética.

Recientemente el ministro de Industria, Turismo y Comercio, Miguel Sebastián y el presidente de la Junta de Castilla-La Mancha, José María Barreda, presidieron en Alcázar de San Juan, en Ciudad Real, el acto de colocación de la primera piedra de Manchasol-1, primera fase del que se convertirá en el tercer mayor complejo termosolar de Europa y el cuarto del mundo.

La central Manchasol-1 se levantará sobre un terreno de 200 hectáreas en el que se instalarán 624 colectores que ocuparán 510.120 m2. El proyecto MANCHASOL, está constituido por dos plantas Manchasol-1 y Manchasol-2, las cuales suministrarán a la red alrededor de 100MW, electricidad suficiente para abastecer de forma fluida y sin cortes a más de 60.000 hogares y se prevé que evite la emisión de 149.000 toneladas de CO2 al año.

Según palabras del Ministro, “el proyecto que hoy empieza su andadura es un ejemplo claro de la línea a seguir y un paso más en la definición de un entramado de infraestructuras que nos asegurará cubrir la demanda de energía en España en el futuro. Unas infraestructuras que pueden llegar a ser, no sólo una significativa aportación al mix energético, sino un vector de innovación y empleo en zonas rurales”.

La verdad es que las repercusiones sociales, económicas y energéticas que supone la instalación de un proyecto de esta magnitud y de su relevancia son un empujón en la larga carrera de la sociedad española hacia la cultura de las energías renovables. A parte de lo estrictamente energético, la instalación de éste proyecto va a suponer la creación de alrededor de 500 nuevos puestos de trabajo, lo cual es sin duda un enorme aliciente para la economía de la zona.

La central de Manchasol es un claro ejemplo de la continuidad del trabajo que las empresas españolas del sector de la energía termosolar están llevando a cabo.

No podemos olvidar que no hace muchos meses se publicó la noticia de que la central de Sanlúcar de la Mayor (Sevilla) se convirtió en referente mundial en la producción de energía termosolar, con la puesta en marcha de la Plataforma Solar construida por Solúcar, que con 300 MW de potencia estará a pleno rendimiento en 2013. La planta producirá energía suficiente para abastecer a 180.000 hogares, tantos como los que existen actualmente Sevilla. Además, la planta evitará la emisión de más de 600.000 toneladas métricas de CO2 a la atmósfera. Las dos primeras centrales que entraron en funcionamiento son la denominada PS10, primera central de energía solar termoeléctrica de tecnología de torre construida en el mundo para operar de forma comercial, y la Sevilla PV, mayor planta fotovoltaica con sistema de baja concentración.

La central solar PS10 con 11 megavatios de potencia generará 24,3 GWh al año de energía limpia y está compuesta por 624 heliostatos de 120 metros cuadrados cada uno y una torre de 115 metros de altura. Para su funcionamiento, los heliostatos se mueven de forma automática en función del calendario solar. El reflejo solar se concentra en el receptor en la parte superior de la torre, y éste aprovecha la energía recibida para producir vapor de agua que se turbina para producir energía eléctrica suficiente para abastecer a 6.000 hogares. Esto evitará la emisión de 18.000 toneladas de CO2 anuales.

La central Sevilla PV está compuesta por 154 heliostatos compuestos de placas de silicio que producen electricidad al recibir la radiación solar. Esta instalación fotovoltaica de 1,2 megavatios evitará la emisión a la atmósfera de 1.800 toneladas de CO2 anuales.

Greenpeace mostró en su momento su satisfacción por la puesta en marcha de la primera central termosolar comercial de Europa, Sanlúcar la Mayor (Sevilla). La organización ecologista considera que la puesta en marcha de la central solar de Solúcar marca el inicio de una nueva era para la energía limpia y aporta una solución de gran potencia para la lucha contra el cambio climático.

“La energía solar ha alcanzado la mayoría de edad industrial, tras muchos años de investigación en Andalucía. Aquí está la prueba de que es posible hacer compatible economía y ecología. El negocio de producir energía tiene que basarse en tecnologías limpias como ésta, y todas las administraciones tienen que esforzarse para asegurar la rentabilidad de las inversiones a gran escala que van a ser necesarias”, ha declarado José Luis García Ortega, responsable de la campaña de Energía de Greenpeace.

Según el informe de Greenpeace “Renovables 2050”, la tecnología termosolar presenta un potencial en España de 2.739.000 MW (equivalentes a 249.000 plantas como la de Solúcar), que podrían generar una cantidad de electricidad equivalente a más de 35 veces la demanda peninsular proyectada en 2050.

Lo dicho, y aunque me tachen de utópico, la carrera hacia el abastecimiento basado en energías limpias está en marcha, y cada paso que damos nos acerca más al objetivo final.

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En ocasiones anteriores ya hemos nombrado que una de las desventajas que presentan las energías renovables es su capacidad de generación discontinua, es decir, que no son capaces de estar generando ininterrumpidamente, ya sea por falta de sol, de viento, o de la fuente que la hace posible. También es sabido, que muchas veces se genera más energía de la que es necesaria en un momento determinado, de ahí la posibilidad de crear sistemas de almacenamiento para toda esa energía sobrante.

Hasta ahora no existían formas de almacenamiento para dicha energía, normalmente eléctrica, no había superacumuladores, ni superbaterías, ni sistemas que lo hicieran posible. Si que hay que decir que existen formas tales como las estaciones de bombeo, los volantes de inercia y otros, pero que no son viables en cualquier punto, o no son lo suficientemente rentables.

Gracias a los nuevos avances se ha visto en el Hidrógeno, una potencial forma de almacenamiento la cual podría resolver este problema. El hidrógeno, es una sustancia muy abundante pero no se encuentra libre en la naturaleza, por ello debe ser producido para poder ser utilizado.

El Hidrógeno es parte componente de dos formas esenciales para la vida como son los hidrocarburos (compuestos orgánicos formados únicamente por carbono e hidrógeno) y el agua; a partir de ellos es posible obtenerlo por métodos de separación relativamente sencillos. Para separar el hidrógeno se necesita añadir energía, y es ésta la razón por la cual no se considera a este una fuente primaria sino un vector de energía.

No hay que engañarse, la realidad es que, para generar el hidrógeno, hay que gastar más energía que la que se obtiene posteriormente de él, por ello, solamente es conveniente producir hidrógeno mediante energías limpias para acumular el exceso de energía en las situaciones en las que no sea necesario disponer de ella en forma directa, es decir a medida que se produce tal y como anteriormente hemos mencionado.

Por ello, la producción de hidrógeno más eficiente es la que se realiza mediante la utilización de energías renovables y no contaminantes, como la eólica, solar u otras discontinuas, para su acumulación.

Existen ya proyectos tales como la planta experimental Eólico-Hidrógeno que se instaló en Pico Truncado, provincia de Santa Cruz (Argentina), en la cual se produce hidrógeno en un electrolizador de baja potencia; o el parque eólico experimental de la Fundación Sotavento, situado entre los concellos de Monfero (A Coruña) y Xermade (Lugo), los cuales están llevando a cabo grandes avances en esta materia de almacenamiento a partir de energía eólica.

En parque eólico experimental de la Fundación Sotavento, la energía eléctrica que se desea almacenar (de origen eólico) se deriva hacia un electrolizador, que es un dispositivo en el que el paso de la corriente disocia agua en sus dos componentes: oxígeno (O2) e hidrógeno (H2) según la reacción H2O –> H2 + ½ O2. El H2 obtenido se comprime para hacer más fácil su almacenamiento en un volumen más pequeño, mientras que el O2, que no tiene contenido energético, se libera a la atmósfera, de la que ya es componente.

El H2 se mantiene almacenado en recipientes a presión hasta el momento en el que debe emplearse para generar energía eléctrica en situaciones de demanda o necesidad de gestión.

En este caso, el H2 es utilizado como carburante en un grupo de generación eléctrica cuyo motor es similar a los de gas natural adaptado para hidrógeno. El motor aspira aire atmosférico cuyo oxígeno, en proporción del 20%, es el que, provocado por la chispa de las bujías, reacciona con el H2 en los cilindros, provocando que el cigüeñal del motor arrastre un generador que produce nuevamente energía eléctrica que se entrega a la red.

La combustión del H2 + O2 libera sólo agua en un proceso inverso al que se había producido en el electrolizador minimizando así los residuos, ya que no existe ningún tipo de combustión.

Sin duda alguna estamos ante una nueva etapa energética en la cual las renovables van a jugar un papel muy importante.

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