Soluciones Solares Residenciales (I)

Dentro del complejo mundo de las Smart Grids, en el cual inciden diversos factores tecnológicos, económicos, ambientales, políticos, y sin lugar a duda también sociales, un actor importante es el generador solar fotovoltaico. Podemos encontrarlos en forma de parque, en sistemas de generación que pueden alcanzar algunos centenares de MW, sin embargo, en este post nos ocuparemos de una modalidad que ha resultado bastante atractiva para el ciudadano común, como una alternativa al elevado coste (y con clara tendencia al alza) de la energía eléctrica producida de forma convencional: el autoconsumo. Las conferencias del profesor Pere Soria, Responsable de Energías Renovables de CIRCUTOR en nuestro Postgrado de Smart Grids de La Salle, nos han permitido conocer aspectos muy interesantes relacionados con esta energía renovable.

En primer lugar, es necesario tener en cuenta que el generador fotovoltaico (FV) siempre se comporta como una fuente de corriente, en lugar de una fuente de tensión. Al estar constituido por sistema semiconductor que absorbe luz, para con ella iniciar un movimiento de cargas gracias al efecto fotoeléctrico, es posible conectar los polos positivo y negativo de un generador y obtener una corriente constante (de hecho, con un valor calculado en laboratorio y entregado por el fabricante) en lugar de un cortocircuito que dañe el equipo. La intensidad de la corriente generada existirá en función de la irradiancia solar (ésta, con un límite máximo) y así, dada una tensión de trabajo, tenemos una relación directa entre la potencia entregada por la instalación y el nivel de radiación incidente en ella.

Incidencia de la radiación solar en una célula fotovoltaica. Fuente: https://fuentesdeenergia.files.wordpress.com

Una instalación FV residencial con el objetivo de generar unos 500W para consumo propio, deberá considerar necesaria un área disponible para colocación de placas solares entre 3 y 4m², además de tomar en cuenta las posibles sombras que a lo largo del día pueden aparecer sobre los módulos debido al entorno físico. De aquí se infiere que no cualquier condición es bondadosa para obtener el preciado beneficio del Sol: si se cuenta, por ejemplo, con una potencia contratada de 3,3kW, y se desea satisfacer la misma de igual forma que lo haría la compañía eléctrica, será necesario disponer de una superficie de instalación cercana a los 25m² y al mismo tiempo libre de obstáculos, ya que cualquier afectación en términos de sombreado reducirá la tensión, la corriente, o ambos, según la forma de la sombra, con su inmediata influencia en la potencia de salida.

Por otra parte, la orientación de los paneles que se deseen instalar, en función al grado de inclinación respecto a la horizontal (ángulo ) y del acimut, o grado de orientación respecto a la línea del ecuador (ángulo ), deben ser también incluidos para optimizar la incidencia de la radiación.

La estimación de la potencia a instalar juega un papel fundamental: una estimación incorrecta implicará un gasto económico que puede ser, tanto en exceso, como insuficiente. Para el diseño, se realiza la selección de la potencia en función de la energía promedio mensual (digamos, que se prevé consumir) y de la irradiación promedio (cabe recordar que los términos irradiación e irradiancia son distintos) en Horas de Sol Pico (HSP). La siguiente expresión facilita su cálculo:

Donde:

E_d: Energía promedio diaria consumida por la carga (domicilio) en kWh.

I_max: Irradiancia máxima o Intensidad de radiación máxima sobre los módulos solares bajo condición estándar de prueba, asumido como 1kW/m²

H_d: Irradiación solar diaria en la zona geográfica de instalación de los módulos solares, en kWh/m² (Horas de sol pico)

F: Factor de corrección por pérdidas en el sistema (normalmente entre 0,7 y 0,8)

Para conocer los valores estimados de radiación, resulta una muy buena opción la referencia proporcionada por la aplicación online PVGIS Europa mediante la cual se obtienen valores estimados de radiación solar en función a varios factores, entre ellos la latitud, la longitud y los ángulos descritos anteriormente. La siguiente imagen nos muestra un estimado anual para la ciudad de Barcelona.

Fuente: http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php

De la tabla anterior conviene para el cálculo enfocar las columnas “H_d” y “H_m”, las cuales corresponden a la irradiación diaria y mensual, respectivamente. Si para un determinado mes, por ejemplo mayo, se prevé consumir 100kWh, es posible estimar la potencia de la instalación para ese mes en específico: aplicando la fórmula anterior (en este caso se desestima el factor F de pérdidas por estar incluido en el algoritmo del PVGIS) se obtendrá una instalación de potencia requerida de unos 500W. No obstante, para un mes de invierno fuerte como enero, tal potencia instalada ¡sería insuficiente! ya que existirán dos problemas: por una parte el consumo será alto y por otra la radiación será baja. Es posible que realizando el mismo procedimiento, ahora para un mes invernal, la potencia requerida sea el doble. Sin embargo, cuando llegue el mes de mayo estaremos siendo ineficientes…

Entonces ¿Cómo seleccionar la potencia de la instalación FV? ¿Qué criterio será el más apropiado? En realidad dependerá del caso particular de cada usuario. Si queréis saber más al respecto no os preocupéis, ya que continuaremos tratando este interesante tema en próximas entradas de nuestro blog.

Ing. Jonás González Mendible Regidor del Postgrado en Smart Grids 2014 - 2015 La Salle BCN