lunes, 26 de enero de 2009
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5.9 Tipos de Baterías

Baterías de plomo - ácido de electrolito liquido



Las baterías de plomo - ácido se aplican ampliamente en los sistemas de generación fotovoltaicos. Dentro de la categoría plomo - ácido, las de plomo - antimonio, plomo - selenio y plomo - calcio son las más comunes.
La unidad de construcción básica de una batería es la celda de 2 Volts.
Dentro de la celda, la tensión real de la batería depende de su estado de carga, si está cargando, descargando o en circuito abierto.
En general, la tensión de una celda varia entre 1,75 Volts y 2,5 Volts, siendo el promedio alrededor de 2 Volts, tensión que se suele llamar nominal de la celda.
Cuando las celdas de 2 Volts se conectan en serie (POSITIVO A NEGATIVO) las tensiones de las celdas se suman, obteniéndose de esta manera, baterías de 4,6,12 Volts, etc...
Si las baterías están conectadas en paralelo (POSITIVO A POSITIVO Y NEGATIVO A NEGATIVO) las tensiones no cambian, pero se sumaran sus capacidades de corriente. Solo se deben conectar en paralelo baterías de igual tensión y capacidad.
Se puede hacer una clasificación de las baterías en base a su capacidad de almacenamiento de energía (medido en Ah a la tensión nominal) y a su ciclo de vida (numero de veces en que la batería puede ser descargada y cargada a fondo antes de que se agote su vida útil).
La capacidad de almacenaje de energía de una batería depende de la velocidad de descarga.   La capacidad nominal que la caracteriza corresponde a un tiempo de descarga de 10 horas.  Cuanto mayor es el tiempo de descarga, mayor es la cantidad de energía que la batería entrega. Un tiempo de descarga típico en sistemas fotovoltaicos es 100 hs. Por ejemplo, una batería que posee una capacidad de 80 Ah en 10 hs (capacidad nominal) tendrá 100 Ah de capacidad en 100 hs.
Dentro de las baterías de plomo - ácido, las denominadas estacionarias de bajo contenido de antimonio son una buena opción en sistemas fotovoltaicos. Ellas poseen unos 2500 ciclos de vida cuando la profundidad de descarga es de un 20 % (es decir que la batería estará con un 80 % de su carga) y unos 1200 ciclos cuando la profundidad de descarga es del 50 % (batería con 50 % de su carga).
Las baterías estacionarias poseen además, una baja auto-descarga (3 % mensual aproximadamente contra un 20 % de una batería de plomo - ácido convencional) y un reducido mantenimiento.
Dentro de estas características se encuadran también las baterías de plomo-calcio y plomo- selenio, que poseen una baja resistencia interna, valores despreciables de gasificación y una baja autodescarga.
5.10 Baterías selladas
Gelificadas
Estas baterías incorporan un electrolito del tipo gel con consistencia que puede variar desde un estado muy denso al de consistencia similar a una jalea. No se derraman, pueden montarse en casi cualquier posición y no admiten descargas profundas.
Electrolito absorbido
El electrolito se encuentra absorbido en una fibra de vidrio microporoso o en un entramado de fibra polimérica. Al igual que las anteriores no se derraman, admiten cualquier posición y admiten descargas moderadas.
Tanto estas baterías como las Gelificadas no requieren mantenimiento en forma de agregado de agua, no desarrollan gases evitando el riesgo de explosión, pero ambas requieren descargas poco profundas durante su vida de servicio.
Níquel - Cadmio
Las principales características son :
1) El electrolito es alcalino
2) Admiten descargas profundas de hasta el 90% de la capacidad nominal
3) Bajo coeficiente de autodescarga
4) Alto rendimiento ante variaciones extremas de temperatura
5) La tensión nominal por elemento es de 1,2 Volts
6) Alto rendimiento de absorción de carga (mayor al 80 %)
7) Muy alto costo comparadas con las baterías ácidas
Al igual que las baterías de plomo - ácido, estas se pueden conseguir en las dos versiones, standard y selladas, utilizando la mas conveniente según la necesidad de mantenimiento admisible para la aplicación prevista. Dado su alto costo, no se justifica su utilización en aplicaciones rurales.
6 - Dimensionamiento de Sistemas Fotovoltaicos y Banco de Baterías   


6.1 Datos necesarios para dimensionar un sistema

Tensión nominal del sistema
    Se refiere a la tensión típica con que operan las cargas a conectar. Se deberá, además , distinguir si dicha tensión es alterna o continua.

Potencia requerida por la carga

    La potencia que cada carga demanda es un dato esencial.
Los equipos de comunicaciones requieren potencias importantes cuando funcionan en transmisión y esto, muchas veces ocurre solo durante algunos minutos por día.
    Durante el resto del tiempo requieren una pequeña potencia de mantenimiento . Esta diferenciación debe ser tenida en cuenta en el diseño del sistema.

Horas de utilización de las cargas

    Conjuntamente con la potencia requerida por la carga deberá deberá especificarse las horas diarias de utilización de dicha potencia.
Multiplicando potencia por horas de utilización, se obtendrán los watts hora requeridos por la carga al cabo de un día.

Localización geográfica del sistema (Latitud , Longitud y la altura sobre el nivel del mar del sitio de la instalación)

    Estos datos son necesarios para determinar el ángulo de inclinación adecuado para el modulo fotovoltaico y el nivel de radiación (promedio mensual) del lugar.


Autonomía prevista

    Esto se refiere a los días en que se prevé que disminuirá o no habrá generación y que deberán ser tenidos en cuenta en el dimensionamiento de las baterías. Para sistemas rurales domésticos se toman entre 3 y 5 días y para sistemas de comunicaciones remotos entre 7 y 10 días de autonomía.


    Se indica a continuación una planilla de calculo con ayuda de la cual se determinaran los Watts/hora diarios (Wh/día) de todas las cargas de corriente continua y alterna que se pretendan alimentar.

a) Cargas en corriente continua
Aparato    Horas de uso por día (A)    Consumo del aparato en Watts (B)    Total Watts hora/día ( A x B )
Lámpara bajo consumo 7 W    1    8.5    8.5
2 Lámparas bajo consumo 9 W    1 c/u 3    10    60
Lámpara bajo consumo 9 W    1    10    10
Equipo de transmisión                 
Banda ciudadana                 
transmisión    0.5    12    6
Escucha    3    3    9
                   
            Subtotal 1    93.5





b) Cargas en corriente alterna
Aparato    Horas de uso por día (A)    Consumo del aparato en Watts (B)    Total Watts hora/día (A x B)
TV.. Color 14"    2    60    120
                   
Agregar 15% para tener en cuenta el rendimiento del inversor    18
Subtotal 2    138

Demanda total de energía en Watts-hora/día (1 + 2)    231.5


1) Identificar cada carga de corriente continua, su consumo en Watts y la cantidad de horas por día que opera. En el ejemplo se han considerado lámparas de bajo consumo de 7 y 9 W. que con su balasto consumen 8,5 y 10 W. respectivamente. También un equipo de transmisión tipo banda ciudadana donde se ha identificado su consumo en transmisión y en escucha.
2) Multiplicar la columna (A) por la (B) para obtener los Watts hora / día de consumo de cada aparato (columna [A xB]).

3) Sumar los Watts hora/día de cada aparato para obtener los Watts hora/día totales de las cargas en corriente continua (Subtotal 1).
4) Proceder de igual forma con las cargas en corriente alterna con el agregado de un 15% de energía adicional para tener en cuenta el rendimiento del inversor (Subtotal 2 ).
Para poder elegir el inversor adecuado, se deberá tener en claro cuales son los niveles de tensión que se manejaran tanto del lado de corriente alterna como de continua. por ejemplo, si en una vivienda rural se instala un generador solar en 12 Vcc. y se desea alimentar un televisor color que funciona en 220 Vca y que consume 60W, el inversor será de 12 Vcc a 220 Vca y manejara como mínimo 60 W. Si existieran otras cargas de corriente alterna se deberán sumar todas aquellas que se deseen alimentar en forma simultanea. El resultado de dicha suma, mas un margen de seguridad de un 10%, aproximadamente, determinara la potencia del inversor.
5) Obtener la demanda total de energía. Subtotal 1 + Subtotal 2.


6.2 Calculo del numero de módulos necesarios

Método Simplificado

Es necesaria la utilización de una tabla con los datos meteorológicos de la localidad donde será
instalado el equipamiento esto es necesario para el dimensionamiento del mismo. se deben saber
los niveles de radiación solar típicos de la región . Como ya se ha visto , la capacidad de
generación de los módulos varia con la radiación.


Para realizar un calculo aproximado de la cantidad de módulos necesarios para una instalación
se puede proceder de la siguiente forma:

1)Calcular en base a la planilla de dimensionamiento la demanda total de energía de la
instalación (Subtotal1 + Subtotal 2)

2)Determinar en que zona se realizara la instalación.

3)Los valores de radiación deben calcularse para que en invierno abastezcan adecuadamente el
consumo para ello deberán restarse a los valores promedios de radiación el porcentaje que se
indica en la tabla 1.
Para mostrarlo con un ejemplo se supone que la demanda total es la que surge del ejemplo
anterior, es decir 231,5 Wh/día y que el lugar de instalaciones es el sur de la provincia de
Córdoba (Zona D).


 
      ZONA A     ZONA B      ZONA C     ZONA D     ZONA E     ZONA F       ZONA G
DIFERENCIA EN % ENTRE EL VALOR PROMEDIO INDICADO ( GRADOS ) EN LA TABLA Y LOS MÁXIMOS DE VERANO Y MÍNIMOS DE INVIERNO      40 %     30 %     30 %      20 %      15 %      12%     5 %
ANGULO DE INCLINACIÓN     70      65     60     45-50     30-35     35      20
 


EL FRENTE DE LOS MÓDULOS DEL GENERADOR DEBE MIRAR AL NORTE GEOGRÁFICO (POSICIÓN DEL SOL AL
MEDIODÍA).
EL PLANO DE LOS MÓDULOS DEBE INSTALARSE INCLINADO, FORMANDO CON EL PLANO HORIZONTAL, EL ANGULO
INDICADO EN LA TABLA.


 

Desde el punto de vista técnico, la sencillez de diseño y el carácter modular de las instalaciones fotovoltaicas son buenos indicadores de versatilidad. Es posible aumentar la potencia de un sistema domético simplemnte acoplando más paneles sin necesidad de sobredimensionar los componentes iniciales. y hasta puede mudarse de vivienda ya que es fácil de transportar y reinstalar. Ahora bien, para vender electricidad sera preciso suscribir un nuevo contrato y reiniciar en proceso de conexión a red

  6.3 Cálculo del banco de baterías

La capacidad del banco de baterías se obtiene utilizando la siguiente fórmula:

Cap.= 1,66 x Dtot x Aut.

Donde:

1,66: factor de corrección de batería que tiene en cuenta la profundidad de descarga admitida, el envejecimiento y un factor de temperatura.

Dtot: Demanda total de energía de la instalación en Ah/día.
Esto se obtiene dividiendo los Wh/día totales que surgen de la planilla de dimensionamiento por la tensión del sistema.

Aut: Días de autonomía según lo visto en el ítem Autonomía prevista.

Para el ejemplo que hemos tomado será :

Cap. Bat. =1,66 x (( 231,5 Wh/día / 12 Volts ) x 5 días) = 160 Ah

Se tomara el valor normalizado inmediatamente superior al que resulte de este calculo y se armaran las combinaciones serie-paralelo que resulten adecuadas para cada caso.
Para asegurar una operación apropiada de las cargas deberá hacerse una adecuada selección de los cables de conexión. Tanto de aquellos que vinculan al generador solar con las baterías como de aquellos que interconectan éstas con las cargas.
    En el caso de una vivienda rural, esquemas de conexionado básicos serán los siguientes:

A) Instalación en 12 Vcc con un módulo fotovoltaico de 30 celdas  y batería
 

B) Instalación en 12 Vcc con dos módulos fotovoltaicos de 30 celdas  y batería
 
C) Instalación en 12 Vcc con un módulo fotovoltaico de 33 celdas
y regulador de 12 Vcc
 
D) Instalación en 12 Vcc con módulos fotovoltaicos de 33 celdas y regulador de 12 Vcc
 
Para alimentación de equipos de comunicaciones pueden llegar a necesitarse tensiones superiores a 12 Vcc. Tensiones de trabajo típicas son 24,36 y 48 Vcc. Para realizar el dimensionamiento adecuado, consultar nuestro Anexo A, aquí sólo se indicarán algunos conexionados básicos para las tensiones mencionadas.

a) Instalación en 24 Vcc con 4 módulos fotovoltaicos de 24 Vcc
 
b) Instalación en 36 Vcc con 6 módulos fotovoltaicos de 36 Vcc
 
c) Instalación en 48 Vcc con 8 módulos fotovoltaicos de 48 Vc
Ejemplo práctico
6.4 Ejemplo práctico

Supongamos una familia que habita una casa rural en la que existen 12 puntos de luz de alumbrado fluorescente de alta eficiencia con una potencia de 20W cada uno, y otros 6 puntos de luz de 30W cada uno.
Además hay un frigorífico de bajo consumo que consume 160 Wh de potencia por día y un televisor que consume 50 W .
Se estima que en promedio cada punto de luz de 20 W va a permanecer encendido unas 2 horas al día, y cada uno de los puntos de luz de 30 W otras 2 horas al día; el televisor unas 5 horas por día, y el frigorífico todo el día.

El consumo total en un día se calculará así:
CANTIDAD    DESCRIPCIÓN    POTENCIA (W)    TIEMPO (h)    CONSUMO (Wh)
12    Puntos de luz    20    2    480
6    Puntos de luz    30    2    360
1    Frigorífico              160
1    Televisor    50    5    250
               SUMA    1250
               20% del total    250
               CONSUMO TOTAL    1500
 
Supongamos que la instalación se encuentra en la provincia de Sevilla, para esta zona, el valor mínimo recomendado de autonomía es de 11 días por lo que la capacidad de la batería será de
1500 Wh * 11 = 16500 Wh
Suponiendo que la tensión de alimentación es de 12 V, tendremos una capacidad de
16500 Wh / 12 V =1375 Ah
Los paneles solares se orientan siempre hacia el sur y su inclinación debe ser aproximadamente igual a la latitud del lugar incrementada en 15º para maximizar la energía captada en épocas invernales en los que el consumo normalmente es mayor y las horas de radiación y altura solar menor.
Una expresión aproximada para determinar el número de Watios - hora de energía E que puede aportar, a lo largo de un típico día de invierno con escasa nubosidad, un panel cuya potencia nominal sea P Watios, instalado en un lugar cuya latitud sea L grados es:

E = (5 - L / 15) x (1 + L / 100) x P

 VENTAJAS
Las instalaciones fotovoltaicas, a diferencia de las alternativas tradicionales de electrificación en viviendas aisladas de la red, presentan grandes ventajas en los siguientes sentidos:
Tecnología silenciosa.
Tecnología limpia y respetuosa con el medio ambiente.
Requiere un mínimo mantenimiento presentando la instalación un gran periodo de vida útil.
Desaparece la dependencia de combustibles fósiles, siempre sometidos a fluctuaciones en precio y a problemas de transporte.
Beneficio económico, ya que la instalación se amortiza en un breve periodo de tiempo.
INCONVENIENTES
El usuario de instalaciones fotovoltaicas también debe de conocer sus limitaciones, principalmente en cuanto a la moderación en el consumo y el empleo de aparatos de consumo con elevados rendimientos.
Debido al bajo rendimiento de la conversión fotoeléctrica en los paneles solares, las superficies de captación instaladas son relativamente grandes, es previsible que, con el tiempo, se vaya aumentando dicho rendimiento con la consecuente disminución de superficie de paneles.



7 - Conexiones y Dimensionamiento de Cables

7.1  Conexionado y Dimensionamiento de cables de conexión

Los cables cuyo recorrido se realiza prioritariamente en intemperie deberán ser aptos para esta condición. Se recomienda utilizar para estos casos el cable cuyas características fija la Norma IRAM 2220. Este cable cuya sección transversal responde a la siguiente Fig. no necesita protección mecánica, es decir que no necesitará realizar su recorrido dentro dentro de un caño. Su nivel de aislamiento es de 1100 Volts.
 
El cable tipo "taller"(Norma IRAM 2158)responde a la siguiente Fig.  Es un cable muy flexible no apto para intemperie que debe ser instalado dentro de un caño ya sea de PVC o de hierro, que le servirá de protección mecánica. Su nivel de aislación es de 500 V.
 
Para realizar el cableado en el interior de una vivienda o edificio se utiliza cable de cobre con aislación de PVC antillama que responde a la Norma IRAM 2183. Este cable, que no es apto para instalaciones a la intemperie debe ir montado dentro de un caño de PVC o de hierro. Su nivel de aislación es de 1000 V. Un corte del mismo se ve en la Fig. 7.10.
 
Con el propósito de asegurar un funcionamiento adecuado de las cargas (luminarias, televisión, equipos de transmisión, etc) no deberá haber más de un 5% de caída de tensión tanto entre módulos y baterías como entre baterías y centros de cargas.
    Para simplificar el proceso de selección del cable, la Tabla 7.1 nos muestra la sección adecuada de cable a utilizar para una caída de tensión del 5% en sistemas de 12 V.
    En la columna de la izquierda debe elegirse la corriente que se espera circulará por el cable.     Sobre ese mismo renglón se busca la distancia que recorrerá dicho tramo de cable y leyendo en la parte superior de dicha columna se encuentra la sección de cable correspondiente.
    Si la instalación es de 24,36 ó 48 Vcc se deberá proceder de igual forma. es decir entrar en la tabla con la corriente estimada y buscar la distancia, pero ahora se deberá dividir la sección obtenida por 2,3 y 4 respectivamente. Si el valor que resulta de esta división no coincide con un valor normalizado de sección, deberá tomarse el normalizado inmediatamente superior.

Distancia máxima en metros para una caída de tensión de 5% en sistemas de 12 Volts
Seccion (mm2)    35     25     16     10     6     4     2.5     1.5
Corriente (A)                                
1     540     389     246     156     93     62     39     22
2     270     194     123     78     46     31     19     11
3     180     130     82     52     31     20     13     7
4     135     97     62     39     23     15     10     5
5     108     78     49     31     18     12     8     4
6     90     65     41     26     15     10     6     3
7     77     55     35     22     13     9     5     2.8
8     67     49     31     19     12     8     4.5     2.5
9     60     43     27     17     10     7     4     2
10     54     39     25     16     9     6     3.5     1.8
12     45     32     20     13     8     5     3     1.5
15     36     26     16     10     6     4     2     1
18     30     22     14     9     5     3     1.8     0.8
21     26     18     12     7     4     3     1.6     0.7
24     22     16     10     6.5     3.5     2.5     1.5     0.5
27     20     14     9     5.5     3     2     1     -
30     18     13     8     5     2.5     1.5     0.8     -







Los módulos fotovoltaicos se pueden instalar en terrazas, tejados y patios; pero también en las fachadas: en las ventanas, en los balcones, en las paredes y en las cornisas. Un aspecto fundamental en la localización de los módulos es asegurar que no existen obstáculos que les puedan dar sombra, al menos durante las horas centrales del día (vegetación, nieve, otros edificios, elementos constructivos, otros módulos, etc.).

En nuestras latitudes, la orientación óptima de los módulos fotovoltaicos es hacia el sur. Sin embargo lo que se deja de generar por estar orientados hacia el sureste o suroeste representa sólo un 0,2% por cada grado de desviación respecto al sur (en un entorno de ±25º respecto al sur). Del mismo modo, la inclinación óptima de los módulos fotovoltaicos depende de la latitud del lugar donde se van a instalar (lo que implica una inclinación entre 5º y 10º menos que la latitud; por ejemplo resultarían unos 35º en el centro de la península) y de la época del año en la que se quiere maximizar la producción (lo normal es colocarlos para que capten el máximo de irradiación anual); aunque lo que se deja de generar por estar inclinados por encima o por debajo de este óptimo representa sólo un 0,08% por cada grado de desviación respecto a la inclinación óptima.

En cualquier caso, es recomendable una inclinación superior a los 15º, para permitir que el agua de la lluvia se escurra; y donde nieva con cierta frecuencia es recomendable una inclinación a partir de los 45º, para favorecer el deslizamiento de la nieve. En definitiva, asumiendo "pérdidas" (lo que se deja de generar) de hasta un 5-10% se tiene un gran abanico de posibilidades de orientación e inclinación, y se facilita la instalación de generadores fotovoltaicos en diferentes circunstancias.
Pero siempre hay que procurar acercarse lo más posible a las condiciones óptimas de instalación: orientación sur e inclinación entre 5º y 10º menos que la latitud.

8 - Instalación y Mantenimiento


8.1  Ubicación y orientación de los módulos
Aunque los módulos fotovoltaicos pueden instalarse perfectamente en la mayoría de los edificios existentes, la mejor y más fácil integración arquitectónica se logra si se incluyen en el proyecto de un edificio de nueva construcción, circunstancia que debe exigirse al arquitecto diseñador de la casa, si estamos interesados en ello.

En general, se habla de tejados fotovoltaicos aunque a menudo el generador fotovoltaico también se puede encontrar en un patio, en una terraza, o en una fachada. En cualquiera de los casos, la integración de generadores fotovoltaicos en edificios facilita y abarata su instalación, puede mejorar el aislamiento del edificio y ahorra costes de construcción, ya que los módulos sustituyen a algunos elementos constructivos: revestimiento de fachadas y tejados, tejas, ventanas , etc.

De forma más avanzada, las células fotovoltaicas se pueden integrar en los elementos arquitectónicos como módulos multifuncionales, que unen las cualidades de elemento constructivo, estética, generación de electricidad solar, producción de energía térmica
y control de la luz diurna.

La integración de módulos fotovoltaicos en la edificación siempre debería tener en cuenta adicionalmente los criterios de la arquitectura bioclimática y atender a las características particulares de cada climatología, de manera que se asegure que la temperatura de los módulos no se incremente sustancialmente, lo que disminuiría su eficacia, así como para evitar que se produzcan acumulaciones de calor en el edificio que pudieran forzar un significativo aumento del consumo de energía para refrigeración.

Si en el edificio existe una comunidad de propietarios, la instalación la puede realizar la propia comunidad (para uso común o de los propietarios individuales) o realizarla alguno de los propietarios para su propio uso, contando con el acuerdo de la comunidad.
La superficie que ocupa este tipo de insta?lación depende de la potencia que se quiera instalar y del tipo de módulos que se utilice, pero en general se considera que se debe contar con que cada kWp de módulos ocupa una superficie de unos 10 m2. Por tanto, es fácil encontrar superficie disponible en la mayoría de los edificios.

El peso de los módulos puede variar en función del tipo que se utiliza, pero en general se deben considerar unos 15 kg/m2; en su caso, la estructura de soporte de los módulos podría pesar otros 10 kg/m2. Los efectos del viento podrían suponer en algunos casos una carga adicional.
Incluso en caso de instalarse en tejados y terrazas, el peso de los módulos no suele representar ningún problema, pero siempre es recomendable consultar la normativa vigente de edificación, aunque raramente habría que reforzar las estructuras. En el caso de edificios nuevos o de reformas importantes, el generador fotovoltaico se puede integrar en el edificio, facilitando su instalación, optimizando su rendimiento y abaratando su coste.
8.2  Ubicación geográfica

Los módulos fotovoltaicos generan electricidad durante todo el año, mientras llegue radiación solar. Normalmente en verano se genera más electricidad debido a la mayor duración del tiempo soleado, aunque la inclinación de los módulos también es importante. En los días nublados también se genera electricidad, aunque el rendimiento energético se reduce proporcionalmente a la reducción de la intensidad de la radiación. Incluso existen células fotovoltaicas diseñadas para funcionar en el interior de edificios (como las que incorporan algunas calculadoras y distintos aparatos), optimizadas para intensidades más bajas.

Los sistemas fotovoltaicos generan electricidad a partir de la intensidad de la radiación solar, no del calor. Por lo tanto, el frío no representa ningún problema para el aprovechamiento fotovoltaico. De hecho, como la mayoría de los dispositivos electrónicos, los generadores fotovoltaicos funcionan más eficientemente a más bajas temperaturas (dentro de unos límites).

En toda la geografía española se dan condiciones suficientes para la generación de electricidad fotovoltaica, aunque las zonas más soleadas son más favorables aún. Es paradójico que en países menos soleados que el nuestro, como Alemania, Austria, Holanda, Suiza... no se plantean la duda de si tendrán sol suficiente, y los tejados fotovoltaicos están mucho más extendidos que aquí, como demuestra el éxito del programa "100.000 tejados solares" de Alemania, un programa que comenzó en 1999 y que se completó en junio de 2003, antes de la finalización del plazo, instalando 300MW.


8.3 Mantenimiento de la instalación




El mantenimiento de los sistemas fotovoltaicos conectados a la red es mínimo, y de carácter preventivo; no tiene partes móviles sometidas a desgaste, ni requiere cambio de piezas ni lubricación. Entre otras cuestiones, se considera recomendable realizar revisiones periódicas de las instalaciones, para asegurar que todos los componentes funcionan correctamente. Dos aspectos a tener en cuenta son, por un lado, asegurar que ningún obstáculo haga sombra sobre los módulos; y por el otro, mantener limpios los módulos fotovoltaicos, concretamente las caras expuestas al sol. Normalmente la lluvia ya se encarga de hacerlo, pero es importante asegurarlo. Las "pérdidas" (lo que se deja de generar) producidas por la suciedad pueden llegar a ser de un 5%, y se pueden evitar con una limpieza con agua (sin agentes abrasivos ni instrumentos metálicos) después de muchos días sin llover, después de una lluvia de fango o de una nevada. (es recomendable a la hora de limpiar los paneles, sobre todo en verano, que se haga fuera de las horas centrales del día, para evitar cambios bruscos de temperatura entre el agua y el panel). Es difícil pensar en una fuente de energía con un mantenimiento tan sencillo.
Hay un aspecto sobre el que conviene alertar: la proximidad de chimeneas y, por tanto, la posible deposición de hollín sobre los paneles, que naturalmente disminuye el rendimiento
La experiencia demuestra que los sistemas fotovoltaicos conectados a la red tienen muy pocas posibilidades de avería, especialmente si la instalación se ha realizado correctamente y si se realiza un mantenimiento preventivo. Básicamente las posibles reparaciones que puedan ser necesarias son las mismas que cualquier aparato o sistema eléctrico, y que están al alcance de cualquier electricista. En muchos casos se pueden prevenir las averías, mediante la instalación de elementos de protección como los interruptores magnetotérmicos.



8.4 Seguridad en la instalación



En los sistemas fotovoltaicos conectados a la red resulta de aplicación el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión. Como en cualquier otro tipo de instalación eléctrica de baja tensión, existe la posibilidad de descarga eléctrica y/o cortocircuito. Aunque el riesgo es muy bajo, para evitarlo existen los dispositivos de protección que se montan en las instalaciones normales: magnetotérmicos, diferenciales, derivaciones a tierra, aislantes, etc.

Los tejados fotovoltaicos no deben suponer un riesgo añadido, ni para las personas ocupantes del edificio, ni para la red eléctrica, ni para los equipos.

Para conseguirlo, hay que tener en cuenta algunas medidas a adoptar, entre las que conviene destacar la importancia de la conexión a tierra de todos los elementos metálicos, como medida importante para la seguridad de las personas y porque muchas de las instalaciones existentes en la actualidad descuidan este aspecto.
Asimismo, es importante proteger los equipos con las medidas adecuadas.
Por otro lado los generadores fotovoltaicos conectados a la red no conllevan la exigencia de instalar pararrayos, aunque como en cualquier otra instalación eléctrica ésta puede dañarse por la acción de los rayos. En este sentido, la instalación de conductores a tierra en los elementos externos puede contribuir a paliar el efecto electrostático de los rayos.

8.5 Vida útil de la instalación

Las instalaciones más antiguas, de los años 60-70, aún están operativas.
Una de las instalaciones más antiguas de Cataluña es la de Els Metges, Cassà de la Selva, en Girona. Se instaló en 1974 y aún continúa produciendo energía. Son paneles de 33 Wp y que costaron aproximadamente unas 11,3 €/Wp (1.880 ptas./Wp).
Normalmente se considera que la vida de los módulos fotovoltaicos es de unos 25-30 años; de hecho, a menudo se encuentran en el mercado módulos con garantías de 10, 15 y 20 años. Sin embargo, la experiencia demuestra que en realidad estos componentes nunca (hasta ahora) dejan de generar electricidad, aunque con la edad las células fotovoltaicas reducen algo (muy poco) su rendimiento energético. Recuérdese que en general se trata de equipos fabricados para resistir todas las inclemencias del tiempo y que las células están hechas de silicio que es como una piedra.



9. Implantación de tejados fotovoltaicos


Existen muchas instalaciones fotovoltaicas conectadas a la red, dentro y fuera de España. En España existen desde 1993 y contamos con grandes centrales como pueda ser la central solar fotovoltaica de Toledo de 1 MW o a la central solar de EHN en Tudela (Navarra),la mayor planta solar fotovoltaica de España por potencia instalada con 1,2 MWp e inaugurada en 2003.

Además de estas grandes instalaciones, se contabilizan hoy centenares de edificios que cuentan con sistemas fotovoltaicos en operación conectados a la red sumando en total una potencia instalada de algo más de 5,3 MW a finales de 2001 que sumada a la potencia solar funcionando en situación aislada (sin conexión a red) suman 15,7 MW, cifra muy baja si tenemos como objetivo el Plan de Fomento de las Energías Renovables que plantea 147 MW solares entre conexión a red y aislada. Por ejemplo, Greenpeace instaló y conectó a la red en 1997 un generador fotovoltaico de 1 kWp en el Instituto Antoni Maura, en Palma de Mallorca.

Al ritmo actual de crecimiento, tardaremos 40 años en alcanzar la meta a pesar de que en nuestro territorio se produce el 8% de la célula mundiales .
Otros ejemplos, a nivel internacional, puede ser la Villa Olímpica de los Juegos Olímpicos de Sydney 2000 que representó el mayor desarrollo solar fotovoltaico en el sector doméstico del mundo . Los módulos fotovoltaicos están integrados en los tejados de hasta 665 casas y edificios permanentes de la Villa Solar, y conectados a la red eléctrica, generando 1 millón de kWh/año. El coste de cada casa no fue superior al normal, pero el gasto de los inquilinos es mucho menor. En la Villa Olímpica también se utilizaron criterios de arquitectura bioclimática, se aprovechó la energía solar térmica para calentar el agua (con apoyo mínimo de gas) y se utilizaron electrodomésticos y lámparas de bajo consumo.

En los últimos años numerosas promociones de viviendas, y hasta barrios enteros, se están dotando de tejados solares en países como Alemania, Holanda, Japón... Sólo en Alemania, tras la nueva ley de apoyo, se pidieron 70 MW nuevos (unos 70.000 tejados) hasta fin de abril 2000 y se acaba de terminar en junio de 2003, antes del plazo previsto, el programa "100.000 tejados solares", un programa comenzado en 1999 y que ha logrado la instalación de 300MW.



10.presente y futuro de la energía solar fotovoltaica


10.1 Planes europeos relativos a energía solar fotovoltaica


A partir de la década de los ochenta se desarrolla una intensa actividad normativa en la materia,haciendo más evidente la relación entre el incremento de producción industrial,el consumo de energía y la protección ambiental. Así a finales de 1997,fue adoptado por la Comisión Europea “El Libro Blanco de las Energías Renovables ”,cuyo objetivo es definir las líneas de actuación para que las energías renovables lleguen a representar el 12%de la energía primaria consumida en la Unión Europea en el año 2010. Una parte esencial para conseguir este objetivo es “La campaña de despegue ”.Esta campaña no pretende más que acelerar el desarrollo de la estrategia global en los primeros años.
El objetivo fijado para la energía solar fotovoltaica, principalmente enfocado hacia instalaciones conectadas a la red incorporadas a la estructura de edificios, es para el año 2010:    3 GWp instalados La tecnología fotovoltaica debe ser considerada no solamente en función de su aportación energética, sino además y muy principalmente debe ir acompañando conceptos relacionados con el uso racional de la energía en edificios y considerada como parte del esfuerzo por reducir el consumo energético.



10.2 Planes nacionales relativos a energía solar fotovoltaica



En España,con unos datos conservadores frente a sus posibilidades reales, se prevé pasar de los 20 MWp actualmente instalados a más de 135 MWp para el año 2010.El marco de referencia para cumplir estas previsiones viene establecido por la Ley del Sector Eléctrico 54/1997,cuyo principal objetivo es la liberalización del sector eléctrico en España, los Reales Decretos 2818/1998 de 23 de Diciembre y 1663/2000 de 29 de Septiembre,la Resolución de la Dirección General de Política Energética y Minas (BOE de 21 de mayo de  2001)y el Plan de Fomento de las Energías Renovables y elaborado por la Secretaría de Estado de Industria y Energía del Ministerio de Economía y el Instituto para la Diversificación y Ahorro Energético -IDAE.
El Consejo de Ministros,de 30 de diciembre de 1999,aprobó,en cumplimiento de la  disposición transitoria decimosexta de la Ley del Sector Eléctrico,el Plan de Fomento de las Energías Renovables para el periodo 2000/2010,plasmando el compromiso del Gobierno español con el desarrollo del aprovechamiento energético de los recursos renovables.
Los objetivos del Plan, establecidos de acuerdo con la referida Ley 54/1997, señalan que en el año 2010,España deberá alcanzar el 12% del total de su demanda de energía, con fuentes renovables, lo que supone que mas del 17% de la electricidad se generará con energías renovables y duplicar la participación de este tipo de recursos energéticos, respecto a la existente en 1998.Con ello, además ,se da respuesta a una serie de compromisos internacionales adquiridos por el Estado Español en el marco del Protocolo de Kyoto y de conformidad con las directrices contempladas en el “Libro  Blanco de las Energías Renovables ”de la Unión Europea.
El objetivo que el Plan de Fomento fija, en concreto, para el sector de la energía solar fotovoltaica es:

•Nuevas instalaciones aisladas:20 MWp
•Nuevas instalaciones conectadas a la red:115 MWp
•Total:135 MWp

Este objetivo se repartiría por regiones según se refleja a continuación:


                                              Conectada     Aislada         Total
Andalucía              11,50          4,00              15,50
Aragón               5,75          1,20                 6,95
Asturias                  3,45         0,40                3,85
Baleares                6,90          0,40                7,30
Comunidad Valenciana       9,20          1,20                        10,40
Canarias                5,75          1,00                6,75
Cantabria                 3,45          0,40                3,85
Castilla-La Mancha             3,45          2,00                5,45
Castilla y León           9,20          2,40                      11,60
Cataluña              14,95          1,00              15,95
Extremadura                 4,60          1,60               6,20
Galicia               4,60          1,60                6,20
La Rioja              3,45                 0,40                3,85
Madrid             12,65          0,40             13,05
Murcia               3,45          0,80                4,25
Navarra                6,90         0,80                7,70
Pais Vasco               5,75          0,40                6,15
Total                                  115,00                20,00                               135,00

Fuente:IDEA


Dichos objetivos se marcan teniendo en cuenta ese potencial y atendiendo la realidad que afecta a este sector, con una capacidad productiva elevada que se destina a la exportación y elevados costes de inversión. Sus líneas prioritarias de actuación son:

•Integración en edificios.
•Desarrollo y normalización de kits estándar para pequeñas aplicaciones.
•Investigación y desarrollo de tecnologías de lámina delgada.
•Mejoras en el desarrollo de los onduladores.
•Desarrollo de tecnologías de concentración.

Para la consecución de dichos objetivos se proponen las siguientes medidas
e incentivos:

•Apoyo público a la inversión
•Subvención y financiación de actuaciones de investigación y desarrollo.
•Desgravación fiscal a la inversión.
•Desarrollo de un reglamento de instalaciones fotovoltaicas.
•Simplificación de las condiciones administrativas y técnicas para la
conexión a red.
•Regulación del carnet de instalador.
•Acreditación de “empresa instaladora ”.
•Creación del carnet de mantenedor de instalaciones.
•Campaña de concienciación ciudadana.
•Acción ejemplarizante de las Administraciones Públicas.
•Líneas especificas de financiación preferente.
•Promoción de proyectos piloto de aplicación.

Según las conclusiones de dicho Plan, se considera que en España existe un potencial para la energía solar fotovoltaica de 2.300 MWp instalados, de los cuales 300 MWp serían de aplicaciones aisladas y 2.000 MWp de aplicaciones conectadas la red.
 


10.3 FABRICANTES EN ESPAÑA



•ATERSA,radicada en Valencia, fabrica células y paneles además de equipos electrónicos.www.atersa.com
•INGETEAM,con ubicación en Pamplona, fabrica inversores, sistemas de monitorización y otros equipos electrónicos para instalaciones fotovoltaicas. solar@p.ingeteam.es
•ISOFOTÓN,que se ubica en Málaga, fabrica células y paneles. www.isofoton.es
•MASTERVOLT,ubicada en Vilassar de Mar, Barcelona. Es fabricante de convertidores a red, autónomos y cargadores. www.mastervolt.net

•BP SOLAR,con fabricas en Tres Cantos,  Alcobendas y San Sebastián de los Reyes, produce células y paneles solares además de desarrollar proyectos integrales. www.bpsolar.com
•ENERTRÓN,ubicada en el Municipio de Torres de la Alameda, está dedicada a la fabricación de equipos de electrónica de potencia para instalaciones fotovoltaicas. www.enertron.net
•SOLENER,ubicada en el Distrito de Villaverde Alto, en Madrid, dedicada a la fabricación de componentes electrónicos del sistema fotovoltaico.www.solener.com
•SAFT NIFE, ubicada en el País Vasco proporciona baterías fotovoltaicas de Ni-Cd. www.saft.es
•SILIKEN,fabricante de módulos en la Comunidad Valenciana. www.siliken.com
•TFM,localizada en Barcelona y especializada en la integración de la fotovoltaica en edificios,fabrica paneles cristal - cristal específicos para esta aplicación. www.tfm.es
•TUDOR,que desde sus instalaciones de Zaragoza fabrica acumulado- res de plomo ácido para aplicaciones aisladas de energía solar fotovoltaica.www.exide.com


11. Legislación



11.1  Introducción

Este Real Decreto es aplicable a todas las instalaciones de producción mediante congeneración o que utilicen como energía primaria las energías renovables no consumibles, eólica, biomasa o cualquier tipo de biocarburante y a las instalaciones que utilicen como energía primaria la energía solar.
Este Real Decreto, del anterior Ministerio de Industria y Energía, junto con el Real Decreto 1663/2000 y la Resolución de 31 de mayo 2001 de la actual Dirección General de Política Energética y Minas, del Ministerio de Economía, ha significado en España un precedente histórico en lo referente a la energía solar fotovoltaica (en adelante FV).

11.2  Objetivos y ámbito del Real Decreto en lo relativo a la energía solar fotovoltaica.

El presente Real Decreto desarrolla, en lo que se refiere al régimen especial, la Ley 54/1997 del sector eléctrico que hace compatible la libre competencia con la mejora de la eficiencia energética, la reducción del consumo y la mejora del medio ambiente, elementos necesarios en función de los compromisos adquiridos por España en la reducción de los gases responsables del efecto invernadero.
El ámbito de aplicación del Real Decreto comprende todas las instalaciones FV de producción de energía eléctrica conectadas a red, aunque establece una prima diferente para las instalaciones con una potencia eléctrica instalada igual o inferior a 50 MW que utilicen como energía primaria la energía solar FV.
Esta es la principal novedad que introduce este RD, ya que al establecer una prima a la producción de electricidad procedente de las instalaciones FV, favorece la producción de este tipo de energía limpia y así, su participación activa, junto al resto de las energías renovables, en el compromiso adquirido por el Gobierno Español ante la comunidad internacional para que el conjunto de estas energías renovables alcance en el año 2010 una participación del 12% en el total de la demanda energética española.
Estas medidas económicas tendrán vigencia hasta que se consiga una potencia pico total instalada de 50 MW, (en las de tamaño inferior a 5 kWp.), se cumplan las exigencias de reducción de CO 2 de Kioto (12% antes referido) o se actualice la política medioambiental de la Administración General del Estado. Entrando en detalle y a los efectos del límite de potencia establecido, se considerará que pertenecen a una única instalación, las instalaciones que viertan su energía a un mismo transformador con tensión de salida igual a la de la red de distribución, interpretándose como transformador el propio inversor FV. En el caso de que varias instalaciones de producción utilicen las mismas instalaciones de evacuación, la referencia anterior se entenderá respecto al transformador (inversor) anterior al que sea común para varias instalaciones de producción.


11.3 Competencias

La autorización administrativa para la construcción, modificación y reconocimiento de instalación acogida al régimen especial corresponde a los órganos de las Comunidades Autónomas con competencia en la materia. Por tanto, el desarrollo necesario de este RD, para hacer posible tanto la conexión a red como el pago de la prima contemplada en el mismo, es competencia del Ministerio de Ministerio de Economía y de las Comunidades Autónomas. Este Real Decreto establece que, en caso de que la Comunidad Autónoma en donde estuviesen ubicadas las instalaciones no contase con competencias en la materia, o dichas instalaciones estuviesen ubicadas en más de una Comunidad, la autorización citada correspondería a la Dirección General de la Energía del Ministerio de Economía.



11.4 Procedimiento de presentación de solicitudes




Los titulares o explotadores de las instalaciones de producción que pretendan acogerse al régimen especial deberán solicitar la inclusión de la misma ante la Administración competente acreditando, además del tipo de instalación, las principales características técnicas y de funcionamiento. Asimismo, deberá realizarse una evaluación cuantificada de la energía que va a ser transferida a la red. En caso de que la solicitud tenga que ser presentada ante la Dirección General de Política Energética y Minas actual, lo hará el titular o explotador de la instalación (propietario, arrendatario o titular de cualquier otro derecho que le vincule con la explotación de una instalación), incluyendo, además de lo descrito en el párrafo anterior, una memoria resumen de la entidad peticionaria, persona jurídica, que deberá contener:
- Nombre o razón social y domicilio del peticionario
- Capital social y accionistas con participación superior al 5 por 100, en su caso, y participación
de los mismos. Relación de empresas filiales en las que el peticionario sea mayoritario.
Este apartado no se debería exigir a las instalaciones inferiores a 5 kWp.
- Condiciones de eficiencia energética y técnicas de seguridad de la instalación
- Relación de las instalaciones acogidas a este régimen de las que el peticionario es titular
- Copia del balance y cuenta de resultados correspondiente al último ejercicio fiscal. Este apartado
no se exige a las instalaciones inferiores a 5 kWp.
El procedimiento de tramitación se ajustará a lo previsto en la Ley 30/92 sobre Régimen Jurídica de las Administraciones  Públicas y del Procedimiento Administrativo Común. La Dirección General de la Energía resolverá sobre la solicitud en el plazo de seis meses. La falta de resolución expresa en plazo tendrá efectos desestimatorios, pudiendo presentar un recurso si se estima oportuno ante la Administración competente. Estos plazos se contemplan específicamente en el RD 2000, antes comentado.



11.5 Registro Administrativo



Se constituye una sección denominada “Registro Administrativo de Instalaciones de Producción en Régimen Especial” en el Registro Administrativo de Instalaciones de Producción de Energía Eléctrica a que se refiere el artículo 2.1.4 de la Ley del Sector Eléctrico, dependiendo de la Dirección General de la Energía en el Ministerio de Economía. Esta sección permitirá el adecuado seguimiento al Régimen Especial, y específicamente la gestión y el control de la percepción de las primas, tanto en lo relativo a la potencia instalada, como a la evolución de la energía producida, la energía cedida a la red y la energía utilizada. Sin perjuicio de lo previsto anteriormente, las Comunidades Autónomas podrán crear y gestionar los correspondientes registros territoriales, llevándose a cabo la adecuada coordinación entre ellas y la propia Dirección General del Ministerio de Economía para garantizar la intercambiabilidad de las inscripciones entre el Registro Administrativo de Instalaciones de Producción en Régimen Especial y los Registros Auto-nómicos
que puedan constituirse. La inscripción en este Registro constará de dos fases: una previa y una definitiva.

Inscripción previa:

Se producirá de oficio, una vez que haya sido otorgada por la Comunidad Autónoma la condición
de instalación de producción acogida al Régimen Especial. Con este objeto la Comunidad Autónoma competente deberá dar traslado en el plazo de un mes de esta resolución o de la inscripción de la instalación en el registro autonómico, a la Dirección General de Política Energética y Minas.
La formalización de la inscripción, dará lugar a un número de identificación en el registro que será
comunicado a la Comunidad Autónoma, para que ésta proceda a su notificación al interesado. La
notificación será efectuada por la Dirección General de Política Energética y Minas, cuando ésta
resulte competente.
Esta inscripción previa será cancelada si en el plazo de dos años desde su notificación al interesado, éste no ha solicitado la inscripción definitiva.

Inscripción definitiva:

Se dirigirá al órgano correspondiente de la Comunidad Autónoma competente, o en su caso, a
la Dirección General de Política Energética y Minas. Será acompañada del contrato firmado con la empresa distribuidora. Esta solicitud podrá presentarse simultáneamente con la solicitud del acta de puesta en mar-cha de la instalación. La Comunidad Autónoma competente deberá dar traslado de la resolución por la que se le otorge dicha condición, en el plazo de un mes, o de la inscripción efectuada en el registro auto-nómico, o en su caso de los datos precisos para la toma de razón de la inscripción definitiva, a la Dirección General de Política Energética y Minas del Ministerio de Economía. Esta inscripción definitiva será comunicada a la Comunidad Autónoma, para que ésta proceda a su notificación al solicitante y a la empresa distribuidora. Los titulares o explotadores de las instalaciones inscritas en el registro citado con anterioridad, han de realizar periódicamente una actualización de la documentación. Para ello deberán enviar durante el primer trimestre de cada año, al órgano que autorizó la instalación, una memoria resumen, según modelo adjunto en el Anexo 2. Este Ane
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