Sistemas de generación fotovoltaica de pequeña potencia

1. INTRODUCCIÓN
En el año 2012 se presentó un estudio del proyecto europeo POLIS: Identification and mobilization
of solar Potentials via Local strategies sobre el potencial fotovoltaico de los edificios de un barrio
de Vitoria. Para su realización se descartaron todos aquellos edificios protegidos, aquellos que
estructuralmente no podrían aguantar las cargas añadidas o aquellos con excesivas sombras y se
analizó la radiación global anual incidente sobre cada superficie. Los resultados son unos planos del
barrio, donde se muestran seis categorías de distintos colores para ilustrar el potencial de generación
solar de cada superficie evaluada. Las conclusiones son que el barrio podría generar el 75% de su
propio consumo eléctrico sólo con fotovoltaica, incluyendo tanto el consumo residencial como el
industrial. Estando situada Vitoria en una zona de baja radiación global anual en comparación con
las provincias más al sur de la península ibérica, se puede apreciar en su magnitud el potencial de
aprovechamiento de las cubiertas en los edificios en toda España para generar electricidad.

Desde finales de los años 70, el coste de fabricación de las células fotovoltaicas ha sufrido una
vertiginosa caída debido fundamentalmente a la mejora de los procesos de fabricación, animada por
una mayor demanda a nivel mundial. En el año 2007 el coste promedio de un módulo fotovoltaico
de tecnología cristalina rondaba los 4€/Wp, en 2012 un módulo de igual tecnología costaba
0,6€/Wp. Esto significa que un módulo de 200W que costaba hace cinco años 800€, hoy en día
cuesta 120€.

La integración de sistemas fotovoltaicos en la edificación presenta múltiples ventajas: generan
energía en el mismo lugar de consumo, no producen ruido, no incluyen partes móviles, son sistemas
modulares de fácil instalación y mantenimiento, permiten aprovechar superficies poco
aprovechadas del edificio como sus cubiertas o fachadas, lograr un ahorro significativo en la factura
eléctrica, aumentar el valor del inmueble y además presentan una vida útil muy elevada superior a
los 30 años.

2. MARCO LEGAL
Según la ITC-BT-40 del Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión, que describe las instalaciones
generadoras en baja tensión, podemos encontrar: instalaciones generadoras aisladas, instalaciones
generadoras interconectadas e instalaciones generadoras asistidas. En el ámbito de la rehabilitación
energética, los dos primeros casos serán los más comunes, siendo el caso de las instalaciones
generadoras asistidas casos muy contados.

1. Las instalaciones generadoras aisladas han venido electrificando zonas rurales desde hace
décadas. El sistema es sencillo: Los módulos fotovoltaicos generan energía durante el día,
que para poder aprovecharla en las noches se almacena en sistemas de acumulación. El
regulador controla la carga y descarga adecuada de las baterías y se puede añadir un inversor
si se desea alimentar cargas en corriente alterna. Dado que el coste de las baterías continúa
siendo alto, el coste del kWh producido es más caro que el que se obtiene de la red eléctrica.
Por tanto, en rehabilitación de edificios podremos recurrir a este tipo de sistemas por
motivos económicos cuando el coste de conexión a red o de ampliación de la potencia
(líneas eléctricas, transformador, permisos, etc.) sea superior al coste del sistema
fotovoltaico o bien por motivos ambientales, cuando se prefiera autogenerar energía limpia
para evitar la extensión de la red eléctrica o bien hacer uso de una energía de la red que en
buena parte tiene su origen en fuentes no renovables.

2. Las instalaciones generadoras interconectadas están formadas básicamente por el generador
fotovoltaico y un inversor de conexión a red. En este sistema no existe acumulación, pues su
lógica consiste en utilizar la red eléctrica como batería, vertiendo los excedentes a la misma.
Durante el día se trata de autoconsumir la máxima energía a partir del sistema fotovoltaico y
durante la noche se consume energía de la red eléctrica. Según el dimensionado del sistema,
se podrá dar el caso que el sistema fotovoltaico produzca durante el día más energía que la
que se consume. Qué hacer con estos excedentes es un asunto muy dependiente la
regulación del sistema eléctrico.

a. Acumular esos excedentes no es una opción permitida en España, dado que no se
permite intercalar un equipo de acumulación entre el generador y la red
(RD1699/2011 Capítulo III. Artículo 11).

b. Se pueden vender los excedentes a precio de mercado mayorista, pero el precio de
compra de la energía ronda los 5c€/kWh por lo que para instalaciones de <10kW y
para particulares no merece la pena dado que costaría más las gestiones que lo que se
ingresaría por esa venta.

c. Regalar esos excedentes. La compañía distribuidora podría negarse a aceptar ese uso
de su red, puesto que lo que está regulado actualmente es el vertido de energía a la
red para su venta.

d. Compensar esos excedentes mediante un sistema de balance neto. Posibilidad que a
Marzo del 2013 no está regulada en España.

e. Técnicamente es posible no inyectar excedentes, mediante la instalación de un
analizador de redes y un inversor que pueda limitar su potencia de salida a la
potencia consumida instantáneamente.

La opción d) es la que está imponiendo en buena parte de los países de la Unión Europea y
en América, por lo que más tarde o más temprano el Ministerio de Industria lo acabará
regulando. Entretanto la fotovoltaica puede generar importantes ahorros en la factura
eléctrica para servicios e industrias cuyos consumos se concentran durante las horas de luz,
autoconsumiendo la energía generada con fotovoltaica y vendiendo o impidiendo la
inyección a red de excedentes. Para usos residenciales, en los que los picos de consumo se producen durante la noche, el ahorro en la factura no sería mayor de un 15%, por lo que
resulta más ventajoso esperar al balance neto.

En Febrero del 2012 el IDAE presentó una nota informativa donde recopila y analiza todas
las referencias en la normativa vigente sobre autoconsumo y especialmente a partir de
instalaciones solares fotovoltaicas.

Destaca entre las regulaciones el RD1699/2011 sobre instalaciones generadoras de pequeña
potencia. Aspectos importantes que detalla y que se deben tener en cuenta en el diseño de
estas instalaciones son la limitación de potencia fotovoltaica instalada, que no podrá ser
superior a la potencia eléctrica contratada por el usuario. A partir de 5kW la conexión
fotovoltaica deberá ser en trifásica, que la línea de generación deberá ser distinta de la de
consumo y que se deberá instalar un elemento de corte en el cuadro de medida que
permitiera a la compañía distribuidora desconectar la planta generadora en caso de la misma
esté introduciendo perturbaciones no permitidas a la red.

3. EQUIPAMIENTO
En módulos destacan dos grandes grupos de tecnologías: cristalina y capa delgada. La tecnología
cristalina es la que lleva más años de desarrollo, basada en células de silicio y la más utilizada a
nivel mundial, siendo la capa delgada una tecnología emergente. Actualmente el módulo
monocristalino del fabricante Sunpower es el más eficiente que podemos encontrar en el mercado
con un 21% de eficiencia. Por debajo encontraremos normalmente módulos monocristalinos que
rondan el 15-16% de eficiencia, policristalinos en torno al 13-15%, de capa delgada de teluro de
cadmio (TeCd) alcanzan un 11% de eficiencia o también de capa delgada de silicio amorfo con un
9%.

Es importante darle a la eficiencia la importancia que tiene. Por ejemplo cuando para generar la
energía que requiere el consumo, no existen limitaciones de superficie, podemos elegir módulos
policristalinos con eficiencias del orden del 14%. Si la superficie del tejado es limitada, podemos
buscar módulos de mayor eficiencia a mayor coste.

Aspectos más importantes a la hora de comprar un módulo son los certificados de calidad, las
pruebas y tests a los que ha sido sometido el módulo, las garantías que ofrece el fabricante (10 años
de garantía contra defectos de fabricación y 25 años de garantía de producción comienza a ser lo
habitual) y la sostenibilidad de la empresa fabricante.

Los inversores transforman la corriente continua en alterna, pero no en una alterna cualquiera sino
en la que tiene los valores de tensión y frecuencia de la red de distribución nacional. También hacen
muchas otras cosas: seguir el punto de máxima potencia del generador fotovoltaico, conectarse o
desconectarse de la Red en función del estado de la misma, monitorizar y mostrar diversos datos de
producción energética, tensión, corriente, defectos de aislamiento, etc.

En los inversores la eficiencia es un parámetro muy importante. Hace 5 años la media de eficiencia
era de un 93%, ahora anda cerca del 96% y hay que destacar que el inversor más eficiente a la venta
alcanza un 98% es decir que de cada 100 unidades de energía que le entran sólo pierde 2 en forma
de calor En aquellos edificios en los que las superficies disponibles presenten sombras debidas a diferentes
obstáculos, se recomienda aislar las series de módulos afectadas en un inversor en concreto o
entrada con su seguidor del punto de máxima potencia independiente, o bien optar por la instalación
de microinversores. Los microinversores se conectan individualmente a cada módulo evitando el
montaje de series a las que pueden afectar los sombreados, cada panel es independiente y el
microinversor sigue su punto de máxima potencia individual. Actualmente el fabricante más
destacado del mercado de microinversores es Enecsys.

Para impedir la inyección de excedentes a la red, diferentes fabricantes han ideado soluciones que
comparten el mismo principio: colocar un analizador de red antes del ICP, que envía información en
tiempo real directamente al inversor para que éste reduzca su potencia en caso de que la producción
fotovoltaica sea superior al consumo, de tal forma que la curva de producción siempre estará por
debajo de la curva de consumo.

El aspecto más importante a la hora de valorar la adquisición de un inversor u otro es el servicio
técnico que ofrece el fabricante: atención telefónica de incidencias, servicio de sustitución del
inversor ante fallo del mismo, tiempos de respuesta, etc.

Respecto a los sistemas de montaje que permiten anclar los módulos a las distintas superficies, los
fabricantes de estructuras ofrecen todo tipo de sistemas de montaje e incluso el diseño de tales
sistemas. Para tejados de teja se viene utilizando ganchos salvatejas, sobre azoteas es conveniente
no perforar la cubierta para evitar problemas de filtraciones, por lo que destacan las soluciones
basadas en fijar una estructura soporte de aluminio o acero galvanizado a unos bloques de hormigón
que actuarán de base. Una evolución de este sistema son los sistemas de montaje de polietileno,
rellenables con lastre y de montaje extraordinariamente rápido, siendo un buen ejemplo el sistema
ConSole del fabricante Renusol.

Los cables de las instalaciones fotovoltaicas en la parte de continua se ven sometidos a un deterioro
por la acción de la intemperie, la humedad, el ozono, el ultravioleta. Por ello AENOR ha realizado
una especificación sobre cables para FV (EA 0038) que propone la utilización de cables especiales
para la parte de continua de las instalaciones fotovoltaicas. Se trata de cable solar que ya ofrecen los
fabricantes, con mejores propiedades de resistencia al ozono, rayos ultravioleta, humedad, altas y
bajas temperaturas (-40ºC a 120ºC), resistencia a la intemperie y libre de halógenos, alta
flexibilidad y en definitiva alta vida útil.

En Alemania es ya común que los distribuidores ofrezcan un software específico que permite
diseñar instalaciones fotovoltaicas de pequeña potencia, integrando diversas marcas y modelos de
módulos, inversores, estructuras e incluso cableado. En España destaca actualmente el PV Manager
del distribuidor IBC SOLAR, que permite diseñar y generar toda la documentación (planos de
distribución de módulos, cableado y montaje de estructuras, unifilar, presupuestos) en un breve
espacio de tiempo.

Existe una gran variedad de empresas que se dedican a suministrar soluciones para monitorizar la
planta, suministrar información y facilitar el control y el mantenimiento. Según el tamaño de la
planta nos interesará añadir mayor complejidad. La solución más sencilla para el hogar es conectar
el inversor a nuestro router mediante un cable Ethernet. Desde un ordenador de nuestra casa,
poniendo la dirección IP del inversor en el navegador Chrome o Explorer podremos acceder a un
portal que monitoriza el funcionamiento del inversor. Si lo que queremos es conectarnos desde el
ordenador fuera de la casa hay varias opciones: a través de un portal web del fabricante del inversor, que nos podrá cobrar o no por el uso de su servidor; contratando otro portal de monitorización a
alguna empresa de servicios (Greenpowermonitor, ISM, etc.). Sistemas como el Sunny Home
Manager del fabricante SMA, ofrecen a los consumidores y mantenedores información detallada en
tiempo real y además permiten enviar órdenes de encendido y apagado de cargas, adaptándose en
tiempo real a la demanda eléctrica del hogar y recurriendo incluso a la previsión meteorológica para
organizar el uso de las diferentes cargas.

Los sistemas de protección anticaidas serán también una parte imprescindible de la instalación
fotovoltaica en un edificio. Las operaciones de mantenimiento preventivo tienen lugar cada año y
las de mantenimiento correctivo en cualquier momento. Por tanto, será imprescindible la instalación
de protecciones colectivas del tipo de líneas de vida, barandillas de seguridad u otros elementos de
amarre con arnés conforme a normativa.

4. REFERENCIAS
CAAMAÑO, Estefanía (2012): “Análisis del potencial solar fotovoltaico urbano: Caso de estudio
de Vitoria-Gasteiz”. Jornada Solar Fotovoltaica, Autoconsumo y Energía Sostenible. Solar
Decathlon Europe.
España (2011). Real Decreto 1699/2011, de 18 de Noviembre, por el que se regula la conexión a
red de instalaciones de producción de energía eléctrica de pequeña potencia
FENERCOM (2009): Guía de Integración Solar Fotovoltaica. Fundación de la Energía de la
Comunidad de Madrid
IDAE (2012): “Referencias sobre autoconsumo de energía eléctrica en la normativa vigente”.
IDAE

Imagen del artículo de By The White House – The White House Youtube channel https://www.youtube.com/watch?v=ORni8uiuslI, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=32680751

Ponencia realizada el 13 de Marzo de 2013 para la Academia de Rehabilitación Energética del FENERCOM.

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