SUMINISTRO DE ENERGIAS RENOVABLES - ARMADA ESPAÑOLA · 2018. 7. 5. · SUMINISTROS DE ENERGIAS...

SUMINISTRO DE ENERGIAS RENOVABLES

EN INSTALACIONES

EN TIERRA Trabajo tutorizado por el CC D. Modesto López Rosales

realizado por el TN. D. Carlos Álvarez Peinado y el TN. D.

Guillermo López Oliva, alumnos del Curso de Especialidad

Complementaria de Control de Plataforma 2017-2018.

TN CARLOS ALVAREZ PEINADO TN GUILLERMO LOPEZ OLIVA

INDICE

1.- INTRODUCCIÓN……………………………………………… 3

2.- DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO…………………………… 4

3.- ENERGIA NECESARIA………………………………………. 5

4.- DISEÑO DE LA INSTALACIÓN…………………………….. 6

4.1.- ELECCIÓN DEL MODULO FOTOVOLTAICO….….. 6

4.2.- ELECCIÓN DEL REGULADOR DE CARGA….……. 9

4.3.- ELECCIÓN DEL GRUPO DE ACUMULADORES.…. 11

4.4.- ELECCIÓN DEL INVERSOR…………………..……… 11

4.5.- ELECCIÓN DEL AEROGENERADOR….…………… 13

5.- ESTUDIO METEOROLOGICO DE LA ZONA……………… 16

6.- DIMENSIONAMIENTO DE LA INSTALACION…………… 20

7.- MANTENIMIENTOS………………………………………….. 23

8.- CONCLUSION….…………………………………………….. 24

9.- BIBLIOGRAFIA……………………………………………….. 29

SUMINISTROS DE ENERGIAS RENOVABLES EN INSTALACIONES EN TIERRA

3 TN CARLOS ALVAREZ PEINADO TN GUILLERMO LOPEZ OLIVA

1.- Introducción

El escenario energético actual obliga a todos los países y gobiernos a realizar un

examen de conciencia sobre la huella de carbono que dejan, la cual aumenta el

efecto invernadero derivando en el calentamiento global. También han de ser

conscientes de los efectos de los humos de la combustión de combustibles

fósiles (metales pesados, compuestos de azufre…)

En el marco internacional, se hace obligatorio cumplir con los acuerdos y tratados

en vigor, referentes a las cuestiones medioambientales. En el afán de cumplir

con tales acuerdos como el tratado de Kioto, en los cuales los gobiernos se

responsabilizan de las actuaciones de las empresas y entidades

gubernamentales, cada centro y organismo debe revisar sus

directrices/directivas medioambientales y actualizarlas procurando conseguir un

modelo real que traiga consigo las actuaciones que conllevan un mejor

aprovechamiento de los recursos energéticos disponibles, buscando reducir al

mínimo las emisiones contaminantes.

A pesar de estar exentos de cumplir con estos tratados, dentro del marco del

Ministerio de Defensa, la Armada tiene la responsabilidad, como parte integrante

del Estado/organismo gubernamental, de asegurar el bienestar presente y futuro

de nuestra sociedad, es por ello que no nos mueve simplemente el ahorro

económico que supone el uso de energías renovables en las instalaciones

militares, si no que nos impele a trabajar en este sentido el deseo de garantizar

un futuro más sostenible para nuestra nación.

En el afán de proteger a la sociedad de las circunstancias nocivas que la rodean,

las empresas, universidades y todo tipo de centros de investigación, están

desarrollando día a día un crisol de nuevos sistemas de ahorro y producción

energética eficientes.

En la última década se ha desarrollado especialmente una serie de sistemas

frente a otros, demostrando su efectividad en infinidad de empresas y usuarios

privados. La tendencia generalizada para el suministro eléctrico es la instalación

de series de células fotovoltaicas, campos de aerogeneradores o la combinación

de ambos, que proporcionarían la capacidad de hacer frente a la demanda



energética exigida. Este sistema conjunto es el que usaremos para nuestro

estudio.

2.- Descripción del proyecto

La finalidad del proyecto es dotar a una instalación en tierra de la Armada de

suministro eléctrico mediante una instalación combinada fotovoltaica y eólica,

formada por: módulos fotovoltaicos, aerogeneradores, regulador de carga,

módulos de baterías e inversor de corriente, tal y como se muestra en la figura

de abajo.

Fig. 2.1. Instalación mixta fotovoltaico - eólica

Con el fin de ejemplificar los cálculos tomaremos como referencia de consumos

la Estación Naval de Puntales. Por la climatología de la zona en que se encuentra

consideramos que puede ser viable suministrar el 100% de la energía que

consume con un sistema mixto fotovoltaico eólico. Para instalaciones de la

Armada en climas menos favorables para esta tecnología quizá podría

plantearse el empleo de otros métodos de generación energética renovable,

tales como geotérmica, mareomotriz o plantas de biomasa.



Los cálculos que proponemos para la E.N. de Puntales, son los realizados

suponiendo que la instalación está aislada de la red eléctrica, en todo caso,

buscamos el máximo rendimiento. Para ello elegimos equipos de capacidad

media-alta, que generen bastante energía pero que no sean demasiado grandes

ni aparatosos.

Para permitir la instalación de los medios de generación, conversión y

almacenamiento eléctrico, aprovecharemos los tejados de los edificios, zonas

actualmente en desuso, teniendo presente que necesitamos optimizar las horas

de exposición solar de los elementos fotovoltaicos, así como las zonas de vientos

más “limpios” para los aerogeneradores.

El objetivo del sistema que proponemos es suministrar el 100% de la energía

eléctrica a la Estación durante 72 horas suponiendo que no hay luz solar ni viento

que generen electricidad.

3.- Energía necesaria

Para calcular el dimensionado de la instalación nos basamos en los datos de

consumo que muy amablemente nos ha suministrado el Oficial de Cuenta y

Razón de la Estación Naval de Puntales y que se exponen a continuación.

CONSUMO AÑO 2017 E. N. PUNTALES Potencia contratada 343 KW

PERIODO KWH KVAR / HORA

Enero 90046,00 26989,00

Febrero 83522,00 23663,00

Marzo 52806,00 24380,00

Abril 57283,00 34456,00

Mayo 51745,00 31241,00

Junio 85378,00 30349,00

Julio 93311,00 32271,00

Agosto 104620,00 39200,00

Septiembre 122202,00 32485,00

Octubre 113026,00 34335,00

Noviembre 67153,00 22159,00

Diciembre 86352,00 23324,00

TOTALES 1007444,00 354852,00

Tabla 3.1. Consumo año 2017 de la E.N. de Puntales



Basándonos en los datos anteriormente expuestos y con el fin de dimensionar la

instalación de nuestro estudio, cogemos el consumo medio de un día del mes de

mayor gasto, que es septiembre, cuyo valor es de 4.073,4 KWH, le añadimos un

factor de corrección del 20%, según estudios de la agencia europea, dando como

resultado un consumo diario para el estudio en cuestión de 4.888,1 KWH.

4.- Diseño de la instalación

4.1.- Elección del módulo fotovoltaico

Dependiendo de la tecnología a utilizar y del precio, en el mercado existen varios

tipos de módulos fotovoltaicos en función de la célula solar del que están

compuestos: silicio monocristalino, silicio policristalino y silicio amorfo. Para el

diseño de este proyecto se utilizarán los de mayor rendimiento: silicio

monocristalino. A pesar de ser algo más costosos que otras tecnologías de

módulos fotovoltaicos, proporcionan el mayor rendimiento del mercado, en torno

al 20%, como se muestra en la figura 4.1.

Fig. 4.1. Rendimiento paneles fotovoltaicos por tipo

La elección del módulo fotovoltaico se efectuará teniendo en cuenta una serie de

consideraciones que se muestran a continuación:

Potencia nominal: El objetivo es elegir un módulo de potencia elevada con el fin

de disminuir al máximo el número de elementos, como son los soportes, ya sea

estructura fija o seguidor solar, así como conexiones eléctricas. Por este motivo,

los módulos que emplearemos para nuestros cálculos tendrán una potencia

nominal de 280 W.



Tolerancia de la potencia: La calidad de un módulo viene definida por este dato.

Los valores actuales oscilan entre un 2 % y un 10 %.

Tensión nominal. En los módulos fotovoltaicos, los parámetros nominales vienen

definidos por el número de células serie-paralelo. Los módulos fotovoltaicos

están formados por una red de células conectadas como un circuito en serie para

aumentar la tensión de salida hasta el valor deseado, normalmente se utilizan 12

o 24 V, a la vez, también se conectan varias redes formando un circuito en

paralelo para aumentar la corriente eléctrica que es capaz de suministrar el

dispositivo. Lo ideal, es que la tensión sea lo más elevada posible con lo cual las

intensidades son pequeñas para una misma potencia, esto conlleva una

disminución de las pérdidas ocasionadas por caída de tensión tanto en el módulo

como en los cableados, lo que permite instalar menores secciones de cableado.

Índice de protección (IP): El índice de protección indica el grado de estanqueidad

del módulo respecto a agentes externos como el polvo y la humedad. Los

módulos actuales suelen tener valores de IP de 54 o 65.

Garantía: La garantía de los módulos fotovoltaicos se expresa en términos de

mantenimiento de un determinado porcentaje de la potencia nominal durante un

número de años que puede llegar a 25 años. Todos los módulos cumplen la

norma ISO 9001 y presentan un aislamiento clase II.

Teniendo en cuenta todas las consideraciones anteriores, se ha elegido el

módulo fotovoltaico ENNOVA MEPV 280W, de la empresa ENNOVA ENERGIA.

A continuación, mostramos las características técnicas del módulo fotovoltaico

escogido para el proyecto:

Características Eléctricas

Potencia nominal teórica Pmp 280 W

Potencia real Pmpp 253.4 W

Relación Potencia real / Potencia teórica 90.5%

Voltaje con circuito abierto Voc 44.2 V

Corriente de cortocircuito Isc 8.60 A

Voltaje a máxima potencia Vmp 35.5 V

Corriente a máxima potencia Imp 7.89 A

Eficiencia del panel 14.5%

Factor de llenado 73.7%



Tolerancia de potencia -3.00% ~ 3.00%

Voltaje máximo del sistema Vmax 1000 V

Máximo fusibles en serie 15

Coeficientes de Temperatura

Coeficiente de temperatura de Isc 0.039 %/ºC

Coeficiente de temperatura de Voc -0.31 %/ºC

Coeficiente de temperatura de Pmp -0.42 %/ºC

Características Mecánicas

Tipo de células Célula monocristalina

Potencia nominal 280W

Tolerancia, Pmpp 0/+3%

Area del módulo 1,94

Eficiencia del módulo 14,4%

Isc 8,26 A

Uoc 44,31 A

Impp 7,79 A

Umpp 35,95 A

Tensión máxima 1000 V

α Isc 0,04%/ºC

β Uoc -0,38%/ºC

γ Pmax -0,50%/ºC

Rango de Temperatura -40.0ºC a 85.0ºC

NOCT 48ºC

Marco

Aluminio anodizado plateado 0,015 mm

Robusto y resistente a la corrosión

Orificios para el drenaje de agua

Toma de tierra incorporada

Caja de conexión

Sellada, robusta y amplia favoreciendo disipación de calor

IP65 según la norma IEC 60529

Diodos by-pass incorporados (3) para protección del sombreado parcial

Conector MC4, fácil y rápida conexión

Cables 1.0 metro longitud y 4 mm2 sección

Reacción al fuego Clase II

Frontal

Vidrio templado de 3,2 mm de espesor

Texturizado, bajo contenido en hierro, extra-claro

Células solares

72 células, silicio monocristalino / 6” / 156x156 mm

Encapsulado células

EVA (etilen-vinil-acetato)

Peso y dimensiones (L x A x F) +/-2 mm



Standard: 23,5 Kg 1957 x 992 x 50 mm

Packaging

Palet de módulos homologado por AIDIMA (instituto independiente)

Superadas pruebas de impacto horizontal, caída rotacional y compresión dinámica

Tabla 4.1. Características técnicas módulo ENNOVA MEPV 280W

4.2.- Elección del regulador de carga

El regulador se encarga de controlar la carga de las baterías, así como la

descarga y evitar cargas o descargas excesivas. De un modo sencillo, un

regulador se puede entender como un interruptor, cerrado y conectado en serie

entre paneles o aerogenerador y batería para el proceso de carga y abierto

cuando la batería está totalmente cargada.

Las intensidades máximas de entrada y salida del regulador adecuadas para

cada aplicación dependerán de la corriente máxima que pueda producir el

sistema de generación fotovoltaico para la entrada y la corriente máxima de las

cargas para la salida.

Para tener en cuenta los posibles picos de tensión de entrada o los cambios de

temperatura, es recomendable que, a la hora de escoger el regulador, sea uno

que tenga de un 15-25% superior a la corriente de cortocircuito que le puede

llegar del sistema de generación o bien, de la que puede consumir la carga del

sistema.

Es por ello que nos decantamos por el modelo XANTREX XW-MPPT60-150, que

tiene una intensidad de cortocircuito de campo de 60 A de CC y cumple con los

requisitos anteriormente expuestos.



Controlador de carga solar XW

Especificaciones eléctricas

Tensión nominal de la batería 12, 24, 36, 48 o 60 V CC

Tensión máxima del campo FV (en funcionamiento)

140 V CC

Tensión máxima de circuito abierto del campo FV

150 V CC

Intensidad de cortocircuito del campo máximo

60 A CC

Tamaño mínimo y máximo de los cables de los conductos

entre 2,5 y 10 mm2

Consumo total durante el funcionamiento

2,5 W (tara)

Método de regulación del cargador:

Tres etapas: en bruto, absorción, flotación; Dos etapas: en bruto, absorción

Especificaciones mecánicas

Dimensiones (altura × anchura × profundidad)

368 × 146 × 138 mm

Peso (controlador) 4,8 kg

Peso (embalaje) 8 kg

Dimensiones del embalaje (altura × anchura × profundidad)

483 × 229 × 350 mm

Montaje Montaje vertical en pared Garantía estándar Cinco años Número de pieza 865-1030

Especificaciones medioambientales

Tipo de carcasa

De interior, ventilada, chasis metálico con orificios perforados de 22,22 y 27,76 mm y disipador térmico de aluminio

Intervalo de temperaturas de funcionamiento (a máx. potencia)

-20° C a +45° C

Temperatura de almacenamiento -40° C a +85° C

Límite de altitud (en funcionamiento)

Desde el nivel del mar hasta 4.572 m (15.000 pies) a 15° C

Normativas aprobadas

Certificaciones UL1741, 1ª edición (nov. 2005) y CSA 107.1-01; lleva la marca c(CSA)us. Lleva la marca CE conforme a las siguientes Directivas y Normativas de la UE: Directiva EMC: EN 61000-6-1, EN 61000-6-3, Directiva de Baja Tensión: EN 50178.

Tabla 4.2. Características técnicas controlador XANTREX XW-MPPT60-150



4.3.- Elección del grupo de acumuladores (baterías)

Las baterías se encargan de almacenar la energía eléctrica producida por el

sistema de generación mixto eólico-fotovoltaico para poder disponer de ella de

manera continua y estable. Supondremos que toda la alimentación de la Estación

Naval de Puntales pasa por estas baterías.

Para nuestro estudio proponemos emplear los acumuladores estacionarios de

plomo ácido, del tipo BAE 48V 3080Ah, por su durabilidad y eficiencia, que se

utilizan en aplicaciones de energía renovable, tales como la generación de

energía fotovoltaica. Están probadas en aplicaciones híbridas, así como en los

sistemas fotovoltaicos independientes, con un buen resultado. Las baterías

estacionarias BAE 3080Ah 48V se caracterizan por una alta capacidad cíclica y

un comportamiento de recarga excelente.

Fig. 4.3. Módulos de baterías BAE 48V 3080Ah

4.4.- Elección del inversor

Los inversores estáticos son circuitos que producen tensión o intensidad alterna

a partir de una fuente de corriente continua.

Los parámetros característicos de un inversor son:

Tensión Nominal. – Es la tensión que se debe aplicar a los terminales de entrada

del inversor.

Potencia Nominal. – Es la potencia que puede suministrar el inversor de forma

continuada.



Capacidad de sobrecarga. – Se refiere a la capacidad del inversor para

suministrar una potencia considerablemente superior a la nominal, así como el

tiempo que puede mantener esta situación.

Forma de onda. – En los terminales de salida del inversor aparece una señal

alterna caracterizada principalmente por su forma de onda y los valores de

tensión eficaz y frecuencia de la misma.

Eficiencia (o rendimiento). – Es la relación, expresada en tanto por ciento, entre

las potencias presentes a la salida y a la entrada del inversor. Su valor depende

de las condiciones de carga del mismo, es decir de la potencia total de los

aparatos de consumo alimentados por el inversor en relación con su potencia

nominal.

La eficiencia de todos los inversores se ve afectada no sólo por las pérdidas

producidas por la conmutación, sino también por las pérdidas debidas a

elementos pasivos, como son los transformadores, filtros, condensadores, etc…

Así la eficiencia de la conversión del sistema completo, el cual incluye filtros de

entrada, dispositivos de conmutación, filtros de salida y transformador es más

realista que únicamente la eficiencia del inversor. Los inversores generalmente

tienen una eficiencia a plena carga de entre el 90 y 94% para sistemas de baja

tensión de entrada (hasta 400 V).

En base a las necesidades de nuestra instalación y teniendo en cuenta los

modelos disponibles en el mercado, el producto elegido es el inversor Senoidal

SOLENER ISC 8000 48V, que tiene un rendimiento superior al 90%. El inversor

está protegido contra inversión de polaridad, sobrecarga, cortocircuito,

sobretemperatura y tensiones de batería fuera de rango.



Características Eléctricas

Tensión nominal de entrada 48V

Tensión nominal de salida 120/230 Vca

Frecuencia nominal de salida 50 Hz ó 60 Hz

Variación de frecuencia de salida <0,1%

Variación de tensión de salida <5%

Tensión mínima de entrada 40V

Tensión máxima de entrada 64V

Rendimiento 85-97%

Rendimiento con carga nominal >85%

Autoconsumo (en búsqueda) <70 mA

Distorsión armónica <5%

Sobrecarga 3” 13.000W

Sobrecarga 50” 11.000W

Sobrecarga 6’ 9.000W

Tabla 4.4. Especificaciones tecnicas Inversor SOLENER ISC 8000 48V

Fig. 4.4. Inversor SOLENER ISC 8000 48V

4.5.- Elección del aerogenerador

El aerogenerador es un elemento encargado de aprovechar la fuerza del viento

mediante una turbina para mover un generador eléctrico y convertir la energía

cinética del viento en potencia mecánica que mueva un generador y produzca

energía eléctrica de una manera limpia y no contaminante. Los aerogeneradores

suelen contar con dos o tres palas, nosotros optamos por la versión de tres palas

por tener un rendimiento más alto, y reduce las tensiones y vibraciones en las

palas. A demás de las palas y el generador eléctrico, los aerogeneradores

cuentan con una cola que es la encargada de orientar todo el conjunto para

optimizar la incidencia del viento en las palas.



Las características más importantes para elegir un aerogenerador son:

Velocidad de arranque: velocidad mínima que tiene que alcanzar el viento para

que las palas del aerogenerador comiencen a girar y este comience a producir

energía.

Velocidad nominal: velocidad del viento a la cual un aerogenerador genera su

potencia nominal.

Velocidad máxima: es la máxima velocidad del viento que soporta el

aerogenerador sin sufrir daños. A velocidades superiores el generador se

detiene para evitar posibles averías, dejando de suministrar energía.

Para nuestra instalación escogemos el aerogenerador Bornay 6000 neo por ser

un sistema de tamaño medio, cuyas características principales (velocidad de

arranque, velocidad nominal y velocidad máxima) se adaptan a los vientos

predominantes de la zona de la bahía de Cádiz, que no tienen una intensidad

especialmente alta, como puede observarse en la tabla 5.4. Los vientos en zona

no podrían mover las palas de aerogeneradores más grandes y potentes que

pudieran suministrar mayor corriente. Es por ello que debemos adaptarnos a las

características de la zona aumentando el número de aerogeneradores y

disminuyendo su tamaño y potencia para así adecuar la instalación a la ubicación

donde se instala, con aerogeneradores cuya velocidad de arranque, nominal y

máxima son menores. A demás disminuye a su vez el impacto visual.

Cabe destacar que, en concreto, cada unidad de este modelo cuenta con su

propio regulador eólico que controla la salida de corriente desde el

aerogenerador hasta las baterías.

Aerogenerador modelo BORNAY 6000 neo

Número de hélices 3

Diámetro 4 mts.

Material Fibra de vidrio / carbono

Dirección de rotación En el sentido contrario a las agujas del reloj

Sistema de control 1. Regulador electrónico 2. Pasivo por inclinación

Alternador Trifásico de imanes permanentes

Imanes Neodimio

Potencia nominal 6000 W



Voltaje 48 V

Regulador 48 V 150 Amp/120 V conexión a red

Para arranque 3,5 m/s

Para potencia nominal 12 m/s

Para frenado automático 14 m/s

Máxima velocidad del viento

60 m/s

Peso Aerogenerador 107 Kg

Peso regulador 18 Kg

Embalaje 120 x 80 x 80 cm - 149 Kg

Dimensiones - peso 260 x 40 x 15 cm - 22 Kg

Total 0,91 m3 - 171 Kg

Garantía 3 años

Tabla 4.5 Características técnicas Aerogenerador Bornay 6000 neo

Fig. 4.5. Aerogenerador Bornay 6000



5.- Estudio Meteorológico de la zona.

Para determinar las dimensiones de la instalación que necesitamos para

suministrar la energía eléctrica a la Estación Naval de Puntales, lo primero que

necesitamos es saber la disponibilidad de sol y viento con los que contamos en

su ubicación. Para ello nos basaremos en los datos suministrados por la AEMET

(Agencia Estatal de Meteorología) y ADRASE (Acceso a Datos De Radiación

Solar de España, perteneciente al CIEMAT, centro público de investigación

dependiente del Ministerio de Economía y Competitividad).

Del sitio web de la Agencia Estatal de Meteorología hemos sacado la siguiente

tabla, que señala los valores climatológicos normales para la localidad de Cádiz.

Valores climatológicos normales Cádiz Periodo: 1981- 2010 - Altitud (m): 2

Latitud: 36° 29' 59'' N – Longitud: 6° 15' 28'' W

Mes T TM Tm R H DR DN DT DF DH DD I

Enero 12.7 16.0 9.4 69 75 6.9 0.0 1.4 1.8 0.0 9.2 184

Febrero 13.8 16.8 10.7 58 74 6.4 0.0 1.1 1.1 0.0 8.0 197

Marzo 15.5 18.8 12.3 35 71 4.8 0.0 0.9 1.1 0.0 9.9 228

Abril 16.8 19.9 13.7 45 69 5.6 0.0 0.9 0.3 0.0 7.4 255

Mayo 19.1 22.1 16.2 27 70 3.2 0.0 0.8 0.2 0.0 8.2 307

Junio 22.4 25.3 19.5 7 69 0.9 0.0 0.3 0.5 0.0 13.9 331

Julio 24.6 27.7 21.4 0 68 0.1 0.0 0.2 0.7 0.0 19.0 -

Agosto 25.0 27.9 22.0 2 70 0.2 0.0 0.1 0.5 0.0 - -

Septiembre 23.3 26.3 20.3 24 71 2.5 0.0 0.7 0.4 0.0 11.3 252

Octubre 20.3 23.4 17.3 67 74 5.6 0.0 1.3 0.5 0.0 8.9 228

Noviembre 16.5 19.6 13.4 98 74 7.2 0.0 1.7 0.9 0.0 8.1 187

Diciembre 13.9 16.9 10.9 92 76 8.1 0.0 1.4 1.1 0.0 7.9 166

Año 18.6 21.6 15.4 523 - 50.7 - - - 0.0 - -

Leyenda

T Temperatura media mensual/anual (°C)

TM Media mensual/anual de las temperaturas máximas diarias (°C)

Tm Media mensual/anual de las temperaturas mínimas diarias (°C)

R Precipitación mensual/anual media (mm)

H Humedad relativa media (%)

DR Número medio mensual/anual de días de precipitación superior o igual a 1 mm

DN Número medio mensual/anual de días de nieve

DT Número medio mensual/anual de días de tormenta



Leyenda

DF Número medio mensual/anual de días de niebla

DH Número medio mensual/anual de días de helada

DD Número medio mensual/anual de días despejados

I Número medio mensual/anual de horas de sol

Tabla. 5.1. Valores climatológicos normales Cádiz

De la tabla anterior nos son de especial interés las columnas DD (días despejados al mes/año) e I (media mensual de horas de sol) resaltadas.

Del sitio WEB de la Agencia Andaluza de la Energía (http://www.agenciaandaluzadelaenergia.es/Radiacion/radiacion3.php) y de ADREASE (http://www.adrase.com/acceso-a-los-mapas/mapa-zona-peninsula.html) hemos extraído los datos de radiación solar media mensual, así como de dirección e intensidad del viento

Fig. 5.1. Mapa irradiación horizontal península

http://www.agenciaandaluzadelaenergia.es/Radiacion/radiacion3.php

http://www.adrase.com/acceso-a-los-mapas/mapa-zona-peninsula.html

http://www.adrase.com/acceso-a-los-mapas/mapa-zona-peninsula.html



Radiacion Global (kWh/m2)

Mes Media Mediana

Enero 80,9 91,2

Febrero 100,5 111,1

Marzo 146,5 156,5

Abril 180,7 196,6

Mayo 217,3 230

Junio 228,6 238,6

Julio 235,3 242

Agosto 211 215,8

Septiembre 161,7 171,1

Octubre 117,6 127,3

Noviembre 84,5 91,7

Diciembre 68,5 75,7

Tabla 5.2. Irradiación global horizontal en Cádiz por meses

Fig. 5.2. Gráfica de dirección del viento en Cádiz



Dirección del viento valor medio

Mes Media Mediana

Enero 122 64

Febrero 121 75

Marzo 128 104

Abril 180 125

Mayo 184 125

Junio 201 164

Julio 212 224

Agosto 218 224

Septiembre 198 194

Octubre 174 155

Noviembre 144 117

Diciembre 129 97

Tabla 5.3. Dirección del viento en Cádiz por meses

Fig.5.3. Gráfica de intensidad del viento en Cádiz



Velocidad del viento valor medio (m/s)

Mes Media Mediana

Enero 3 2

Febrero 2 2

Marzo 4 2

Abril 3 3

Mayo 3 3

Junio 3 2

Julio 2 2

Agosto 2 2

Septiembre 2 2

Octubre 2 2

Noviembre 2 2

Diciembre 3 2

Tabla 5.4. Intensidad del viento en Cádiz por meses

6.- Dimensionamiento de la instalación

Con los equipos seleccionados en el punto 4 y teniendo en cuenta los datos medios de viento y radiación solar señalados anteriormente, la instalación estaría compuesta por:

Del módulo fotovoltaico ENNOVA MEPV 280W sería necesario instalar 3.752

unidades, que generarían la siguiente producción (media por meses):

Mes Radiación(kWh/m2/día) Energía

Producida(kWh) Demanda(kWh)

Enero 3,88 3.466,33 4.888,1 Febrero 4,71 4.209,10 4.888,1 Marzo 5,19 4.629,89 4.888,1 Abril 6,29 5.612,35 4.888,1 Mayo 6,89 6.148,72 4.888,1 Junio 6,95 6.203,85 4.888,1 Julio 7,06 6.305,05 4.888,1 Agosto 6,97 6.221,14 4.888,1 Septiembre 6,14 5.477,29 4.888,1 Octubre 4,57 4.080,36 4.888,1 Noviembre 3,89 3.469,02 4.888,1 Diciembre 3,23 2.879,90 4.888,1

Tabla 6.1. Electricidad de generación fotovoltaica por meses

Atendiendo a los parámetros de Tensión Nominal, se toma en consideración

que para construir una instalación con una producción superior a 0,4 KWh,



como es la nuestra, es necesario trabajar con tensiones de 48 voltios con idea

de reducir la sección de cables y de reducir el número de módulos

acumuladores para la misma capacidad; para ello, nuestra instalación se

compone de 3.752 módulos fotovoltaicos que se dividen en 1.876 ramas en

paralelo de dos (2.-) módulos fotovoltaicos en serie.

Con respecto a la orientación y la inclinación de los módulos fotovoltaicos,

éstas deberán ser tales que consigamos el mayor rendimiento durante todo el

año, y no únicamente durante una sola estación, que es como suele estu-

diarse en una gran parte de las instalaciones mixtas y fotovoltaicas, destina-

das a proporcionar electricidad a dependencias con demanda estacional dife-

renciada. Para nuestro estudio hemos empleado la aplicación PVGIS (Sis-

tema de Información Geográfica Fotovoltaica) de la Comisión Europea JRC

(Centro Común de Investigación), a la que se puede acceder mediante el si-

guiente enlace: http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php el resultado

nos indica que la orientación recomendada, como era de suponer, es Sur. El

resultado de la inclinación no resulta tan intuitivo, arrojando la aplicación un

resultado para la inclinación de 33º sobre la horizontal.

El coste de cada uno de los elementos es de 237,16 €, con un valor total de

889.587,16 €.

Con respecto al regulador de carga XANTREX XW-MPPT60-150 sería

necesario instalar 619 unidades, que se distribuyen en 599 reguladores

acoplados a 3 ramas en paralelo de dos módulos fotovoltaicos en serie y 20

regulador acoplado a 4 ramas en paralelo de dos módulos fotovoltaicos.

Para mantener la sección de los cables que unen el regulador con los módulos

fotovoltaicos y con las baterías dentro de unos valores razonables,

proponemos colocar este/os en un espacio que habría que habilitar a este

efecto en el interior del mismo edifico de Residencia, en la planta baja.

El coste de cada uno de los elementos es de 665,00 €, con un valor total de:

411.635,00 €.

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



De los módulos de acumuladores BAE 48V 3080Ah sería necesario instalar

365 unidades, para conseguir una capacidad total de acumulación superior a

los 1.100.000Ah.

El coste de cada uno de los elementos es de 28.549,51 €, con un valor total

de 10.420.571,10 €.

Para el correcto funcionamiento de esta instalación habría que colocar 223

Inversores SOLENER ISC 8000 48V.

El coste de cada uno de los elementos es de 3.044,00 €, con un valor total de

678.812,00 €.

Con respecto al aerogenerador Bornay 6000 neo sería necesario instalar 122

unidades sobre columnas de soporte de 10 m de altura. La Tabla 6.2 muestra

la producción estimada.

Mes Velocidad

Media (m/s)

Energía Producida

(kWh)

Energía Prom. Diario (kWh)

Eficiencia Media (%)

Factor de Capacidad

(%)

Enero 7,05 222419,86 7174,83 28,9% 34,3%

Febrero 7,75 244770,4 8741,8 25,6% 41,8%

Marzo 7,11 230258,2 7427,68 25,7% 35,5%

Abril 7,35 234670,31 7822,34 28,2% 37,4%

Mayo 7,24 238363,15 7689,13 25% 36,8%

Junio 6,05 159689,42 5322,98 28,1% 25,4%

Julio 5,57 128104,47 4132,4 30,6% 19,8%

Agosto 6,02 161016,47 5194,08 28,8% 24,8%

Septiembre 6,22 172357,73 5745,26 26,6% 27,5%

Octubre 6,53 181708,05 5861,55 31% 28%

Noviembre 7,59 251953,86 8398,46 25,8% 40,2%

Diciembre 7,58 258771,34 8347,46 28% 39,9%

Tabla 6.2. Electricidad de generación eólica por meses


1.194.380,10 €.

El coste total, solo en materiales, sin tener en cuenta cableados ni mano de obra,

asciende a un valor de 13.594.985,36 €.



7.- MANTENIMIENTOS

Las instalaciones mixtas, en su conjunto, son fáciles de mantener, sin embargo,

una instalación que no tenga el mantenimiento adecuado fácilmente tendrá

problemas en un plazo más o menos corto.

En algunos casos, si no se llevan a cabo los mantenimientos conduciría a una

reducción del rendimiento de la instalación, pero la omisión de otras podría

provocar el deterioro de algunos de los elementos o el acortamiento de su vida

útil.

El mantenimiento básico del panel fotovoltaico comprende las siguientes

acciones:

Limpiar la cubierta frontal del panel. El intervalo de tiempo entre limpiezas

debe efectuarse dependiendo de la suciedad ambiental, y se realiza

sencillamente con agua y un paño suave; si fuera necesario, se aplicará

detergente.

Verificar que no hay terminales flojos ni rotos, que las conexiones están

bien apretadas y que los conductores se encuentran en buenas condiciones.

El mantenimiento de las baterías comprende las siguientes acciones:

Verificar que el local de ubicación esté bien ventilado y que las baterías

se encuentran protegidas de los rayos solares.

Mantener el nivel de electrolito en los límites adecuados.

Limpiar la cubierta superior y proteger los bornes con grasa.

Verificar que los bornes de conexión están bien apretados.

Verificar que el uso de las baterías sea el adecuado y que su estructura

de soporte esté segura y en buen estado.

En cuanto al regulador de carga, se debe realizar una comprobación de los

siguientes:



Asegurar la ventilación del disipador de calor.

Comprobar los dispositivos de descarga de tracción.

Comprobar que las conexiones están firmemente instaladas.

En el caso del inversor, las comprobaciones básicas a seguir son:

Verificar que el área de ubicación del inversor se mantenga limpia, seca y

bien ventilada.

Verificar que el inversor esté protegido de los rayos del sol.

Comprobar que el inversor funciona adecuadamente y que no se

producen ruidos extraños dentro de él. En caso de que la operación sea

defectuosa o no funcione, contactar con personal especializado.

Son todos ellos mantenimientos asequibles para ser efectuados por el personal

de la instalación con la idea de incrementar el tiempo de vida de cada uno de los

elementos.

8.- CONCLUSIÓN

A día de hoy se puede mejorar el rendimiento energético de las unidades de la

Armada mediante la inversión de capital en el desarrollo de una instalación mixta

fotovoltaica-eólica.

Del estudio de viabilidad para la construcción de una instalación mixta

fotovoltaica-eólica, con capacidad para suministrar corriente eléctrica a la E.N de

Puntales, de manera aislada a la Red Eléctrica General, sin necesidad de

producción de corriente durante 72 horas, creando energía limpia durante todo

el año, podemos determinar que, a día de hoy, con los equipos y materiales

actuales, de producción media-alta, se determina la no viabilidad de la misma,

por ser una empresa excesivamente ambiciosa y no disponer de superficie física

suficiente para instalar los medios de generación.



PRODUC FV PRODUC AEROG TOTAL NECESIDAD %

ENERO 245,81 537,58 783,39 4.888,10 16,0264

FEBRERO 298,49 619,99 918,48 4.888,10 18,7901

MARZO 328,33 524,3 852,63 4.888,10 17,4429

ABRIL 398 583,01 981,01 4.888,10 20,0693

MAYO 436,03 535,1 971,13 4.888,10 19,8672

JUNIO 439,94 386,53 826,47 4.888,10 16,9077

JULIO 447,12 303,54 750,66 4.888,10 15,3568

AGOSTO 441,17 380,8 821,97 4.888,10 16,8157

SEPTIEMBRE 388,42 408,34 796,76 4.888,10 16,2999

OCTUBRE 289,36 443,29 732,65 4.888,10 14,9884

NOVIEMBRE 246 597,41 843,41 4.888,10 17,2543

DICIEMBRE 204,23 622,47 826,7 4.888,10 16,9125

Tabla 8.1. Relación entre producción eléctrica y necesidades diarias

La idea original, no se puede llevar a cabo, así que, con este mismo estudio,

derivamos la instalación a una mixta conectada a la REG, en la que se puede

montar una instalación de 266 paneles y 17 generadores, de manera que

reducimos el consumo general de la E.N. de Puntales entre un 15% y un 20,1%,

como se observa en la tabla de arriba.

En principio proponemos instalar los paneles fotovoltaicos en la azotea de la

Residencia “Vapor” / “San Lorenzo del Puntal” que cuenta con una superficie

estimada de 600m2.

Con respecto a los aerogeneradores, la idea es instalarlos en los espacios

disponibles compatibles con el tránsito de personas y vehículos. Nuestra

propuesta es disponerlos en una fila separados unos 30 m hacia el norte de la

Residencia en la que se encuentran el resto de equipos del sistema, siguiendo

la línea de costa, por ser una zona en la que el viento alcanzará los generadores

más “limpio”, redundando en su eficiencia



La colocación de los equipos quedaría como se observa en la vista aérea

siguiente:

Foto 8.1. Foto aérea de la E.N. de Puntales

La instalación estaría compuesta, en términos generales de los siguientes:

Del módulo fotovoltaico ENNOVA MEPV 280W sería necesario instalar 266

unidades, que generarían la siguiente producción (media por meses):

Mes Radiación(kWh/m2/día) Energía

Producida(kWh) Demanda(kWh)

Enero 3,88 245,81 347,63

Febrero 4,71 298,49 347,63

Marzo 5,19 328,33 347,63

Abril 6,29 398 347,63

Mayo 6,89 436,03 347,63

Junio 6,95 439,94 347,63

Julio 7,06 447,12 347,63

Agosto 6,97 441,17 347,63

Septiembre 6,14 388,42 347,63

Octubre 4,57 289,36 347,63

Noviembre 3,89 246 347,63

Diciembre 3,23 204,23 347,63

Tabla 8.1. Tabla de producción de energía de los módulos fotovoltaicos

El coste de cada uno de los elementos es de 237,16 €, con un valor total de

63.084,56 €.



Con respecto al regulador de carga XANTREX XW-MPPT60-150 sería

necesario instalar 27 unidades, que se distribuyen en 26 reguladores

acoplados a 5 ramas en paralelo de dos módulos fotovoltaicos en serie y 1

regulador acoplado a 3 ramas en paralelo de dos módulos fotovoltaicos.

El coste de cada uno de los elementos es de 665,00 €, con un valor total de:

17.290,00 €.

De los módulos de acumuladores BAE 48V 3080Ah sería necesario instalar

36 unidades, para conseguir una capacidad total de acumulación superior a

los 100.000Ah.

El coste de cada uno de los elementos es de 28.549,51 €, con un valor total

de 1.027.782,36 €.

Para el correcto funcionamiento de esta instalación habría que colocar 19

Inversores SOLENER ISC 8000 48V.


57.836,00 €.

Con respecto al aerogenerador Bornay 6000 neo sería necesario instalar 17

unidades sobre columnas de soporte de 10 m de altura.


166.430 €.

A continuación, en la tabla 8.2. se muestra la producción de energía de los

aerogeneradores en KWh, así como su eficiencia media en relación a los

meses del año.



Mes Velocidad

Media (m/s)

Energía Producida

(kWh)

Energía Prom. Diario (kWh)

Eficiencia Media (%)

Factor de Capacidad

(%)

Enero 7,05 16664,94 537,58 35% 24,6%

Febrero 7,75 17359,78 619,99 29,3% 28,4%

Marzo 7,11 16253,43 524,3 29,3% 24%

Abril 7,35 17490,25 583,01 34% 26,7%

Mayo 7,24 16588,19 535,1 28,1% 24,5%

Junio 6,05 11596,04 386,53 32,9% 17,7%

Julio 5,57 9409,86 303,54 36,2% 13,9%

Agosto 6,02 11804,93 380,8 34,1% 17,4%

Septiembre 6,22 12250,28 408,34 30,5% 18,7%

Octubre 6,53 13742,11 443,29 37,9% 20,3%

Noviembre 7,59 17922,16 597,41 29,6% 27,3%

Diciembre 7,58 19296,49 622,47 33,7% 28,5%

Tabla 8.2. Tabla de producción de energía de los aerogeneradores

Para finalizar, comentar que, debido a las necesidades especiales de las

unidades militares, no se recomienda aislarlas por completo de las conexiones a

la red eléctrica general; si bien, no es menos cierto, que se podría reducir el

consumo de la REG entre un 15% y un 20,1%, reduciendo con ello la huella

medioambiental, como se determina más arriba.



9.- BIBLIOGRAFIA.

ADRASE (Acceso a Datos De Radiación Solar de España, perteneciente al CIEMAT, centro público de investigación dependiente del Ministerio de Economía y Competitividad).

AEMET (Agencia Estatal de Meteorología).

Agencia Andaluza de la Energía.

Aplicación PVGIS (Sistema de Información Geográfica Fotovoltaica) de la Comisión Europea JRC (Centro Común de Investigación.

Manual de usuario aerogenerador Bornay 6000 neo.

Manual de usuario del módulo de acumuladores BAE 48V 3080Ah.

Manual de usuario del módulo fotovoltaico ENNOVA MEPV 280W.

Manual de usuario del regulador de carga XANTREX XW-MPPT60-15.

Manual de usuario del Inversor SOLENER ISC 8000 48V.

Simulación de Sistemas de Energías Renovables en EcosimPro de la Escuela de Ingenierías Industriales de la Universidad de Valladolid.

SUMINISTRO DE ENERGIAS RENOVABLES - ARMADA ESPAÑOLA · 2018. 7. 5. · SUMINISTROS DE ENERGIAS...

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