Lograr la neutralidad climática y alcanzar un sistema eléctrico 100% renovable. Estos son dos de los objetivos que la Unión Europea se ha marcado para el horizonte 2050 y así reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Algo que iría unido a la reducción de la dependencia energética de otros países y, por tanto, a una mayor protección frente a la volatilidad de los precios energéticos.
Para conseguirlo, la energía solar fotovoltaica se está convirtiendo en los últimos años en la solución preferida para la generación eléctrica mundial. Su enorme resiliencia y el bajo coste en comparación con otras tecnologías la convierten en una apuesta segura para lograr la descarbonización.
El Informe Anual de 2021 que la Unión Española Fotovoltaica (UNEF) destaca que “en 2020 se instalaron 139 GW de nueva capacidad fotovoltaica, superando los 100 GW por cuarto año consecutivo y suponiendo un incremento del 17% frente a 2019”. Un crecimiento explicado por el aumento significativo del mercado en todos los continentes y por la vuelta de China, que ostentó un 35% del mercado mundial, a cifras de potencia instalada que hacía ya dos años que no se veían.
Este apetito por la energía fotovoltaica en todo el mundo se mantendrá durante los próximos años. Al respecto, el informe World Energy Outlook 2020 de la Agencia Internacional de la Energía contempla que “la energía solar fotovoltaica está creciendo en un promedio del 13% por año entre 2020-2030, estableciendo nuevos récords cada año después de 2022”. De hecho, según sus estimaciones, el mundo debería hacer una inversión masiva en nuevos modos de producción, más eficientes y limpios, requiriendo en media 230 GW anuales de capacidad fotovoltaica anual en esa misma década.
Nos encontramos, pues, con una tecnología basada en una fuente de energía capaz de ayudar a conseguir de forma exitosa los objetivos de descarbonización y, al mismo tiempo, reducir la factura energética de particulares, empresas y administraciones públicas, ya que la fotovoltaica tiene la facilidad de poder utilizarse tanto en el sector industrial, como en el residencial y el comercial. A lo que se suman otras opciones como las comunidades energéticas locales e, incluso, la instalación de puntos de recarga de vehículos con la luz del sol como energía.
Energía fotovoltaica: una oportunidad para los proyectistas
En este contexto, el sector fotovoltaico se presenta como una excelente oportunidad para los técnicos que se adentren en el diseño, cálculo y dimensionamiento de instalaciones fotovoltaicas. Sobre todo en los próximos meses donde España, por ejemplo, concederá hasta 900 millones de euros de los Fondos Next Generation a las instalaciones de autoconsumo.
Estas medidas contemplan, por ejemplo, ayudas de hasta 600 euros por kilovatio instalado en el sector residencial en el caso de autoconsumo individual y de 710 en el colectivo. Para las empresas, las ayudas directas van desde el 15% para las grandes al 25% y 45% para medianas y pequeñas, respectivamente. Esto se une a incentivos fiscales que ya existían, como las bonificaciones en el IBI que ofrecen algunos municipios a particulares.
Para que la ejecución de estos proyectos permita el máximo ahorro posible, los técnicos deben dimensionar la instalación fotovoltaica adecuadamente. Y es que el cálculo correcto del número de placas solares a instalar en una construcción puede suponer entre un 50 y 70% del gasto eléctrico, lo que acelerará la amortización del sistema de autoconsumo.
Para llevar a cabo este trabajo, en BIMserver.center contamos con CYPELEC PV Systems, un software para modelar, diseñar y calcular instalaciones fotovoltaicas. Esta aplicación está integrada en el flujo de trabajo Open BIM a través de nuestra plataforma.
Pasos para realizar una instalación fotovoltaica sobre el edificio
1. Calcular los consumos energéticos de la vivienda, comercio, nave industrial…
Lo primero que debe hacer el técnico es calcular los consumos energéticos de la edificación, teniendo en cuenta los consumos eléctricos de iluminación, cocina, ACS, electrodomésticos, así como los relacionados con refrigeración y calefacción. Una vez estimados y conocidas las necesidades energéticas el técnico debe valorar la energía fotovoltaica que se puede producir y que, aunque no cubran el total de la energía demandada, puede suponer un ahorro considerable en la factura energética.
2. Empezar con el modelo arquitectónico
Llega el momento de empezar a hacer estimaciones reales. En esta fase inicial, el técnico tiene que trabajar con un modelo arquitectónico del edificio en el que quiere instalar los paneles solares fotovoltaicos. Para hacer este modelo podemos utilizar el software gratuito CYPE Architecture y tener, al menos, cuatro elementos definidos y con la superficie construida:
- Los forjados.
- Los muros.
- Los recintos.
- Las cubiertas y sobrecubiertas.
3. Importar el trabajo a CYPELEC PV Systems
Una vez que tenemos el modelo arquitectónico hay que importarlo a CYPELEC PV Systems y empezar a trabajar con él. El programa tiene en cuenta diversas variables de información como la superficie construida y la superficie de cubierta por recinto que, en el caso de España, permite cumplir con la exigencia del Código Técnico de la Edificación (CTE) de Ahorro de Energía Apartado 5.
3.1. Configurar opciones de cálculo
El programa contempla tres apartados a tener en cuenta antes de empezar a trabajar en el diseño y cálculo de la instalación.
- Parámetros generales. En este apartado están las opciones de cálculo. Aquí, por ejemplo, el proyectista define la caída de tensión máxima admisible, la orientación de la obra con respecto al Norte (sirve para calcular teniendo en cuenta el factor de inclinación), la autonomía mínima para instalaciones que tengan acumuladores y la potencia mínima del inversor con respecto a la potencia instalada.
- Secciones de cables. Esta sección es la referida a la selección de materiales y aparamenta. Aquí podemos configurar las secciones de los conductores con los que podemos trabajar, y los calibres de los fusibles, magnetotérmicos y diferenciales.
- Exigencias de potencia instalada. Este es un requerimiento del CTE del Documento Básico de Ahorro de Energía Apartado 5.
3.2. Configurar condiciones de cálculo
- Irradiancia. Lo primero que hay que hacer es ubicar el edificio geográficamente para medir la irradiancia media por día, así como la temperatura ambiente. El programa permite, a través de un acceso directo a la web PVGIS, importar archivos de irradiancia de todo el mundo. En España, además, cuenta con los datos nacionales implementados, pudiendo elegir la ubicación directamente.
- Rendimiento energético. El proyectista también puede contemplar pérdidas de la instalación como son las mermas en el cableado, pérdidas por polvo y suciedad de los módulos, pérdidas por dispersión de parámetros entre módulos y pérdidas por reflectancia angular espectral, entre otras.
- Periodo temporal. Esta selección va a influir en el documento de justificación de cada uno de los periodos. No influye en el cálculo y modelado que hagamos.
3.3. Definir los elementos con los que vamos a trabajar
El proyectista tiene que definir los siguientes elementos:
- Panel fotovoltaico. En este apartado se pueden añadir los datos de las fichas técnicas del producto, entre los que están: dimensiones, potencia nominal, temperatura de operación nominal del módulo, coeficiente de corrección de potencia por temperatura, intensidad de cortocircuito, voltaje en vacío, intensidad máxima en el pico de potencia, voltaje máximo en el pico de potencia y eficiencia.
- Inversor. Aquí hay que identificar las dimensiones, número de seguidores MPPT, rendimiento, voltaje mínimo, voltaje máximo, potencia entregada, potencia pico e intensidad máxima de entrada por MPPT.
- Conductores. El programa cuenta con información de conductores predeterminados, así como los datos de algunas marcas específicas y sus modelos concretos para rellenar este campo de forma automática.
- Acumuladores.
3.4. Predimensionamiento: Conocer el número de paneles que se van a instalar
Llega el momento de saber cuántos paneles vamos a necesitar, algo que se realizará a través del predimensionador energético de CYPELEC PV Systems. Gracias a toda la información que hemos añadido con anterioridad, el software estima el número de paneles solares que necesitará nuestra instalación fotovoltaica. Tendremos que tener en cuenta:
- Tipo de conexión. Si es una instalación conectada a la red o aislada de la red. También podemos hacer un balance de energía por valores horarios (más detallados) o por valores totales.
- Producción energética. En este apartado, el técnico puede ver la producción energética y estimar el número de paneles solares que necesitará nuestra instalación fotovoltaica en función del consumo energético del mismo que, además, en caso de tener la información, se puede añadir.
- Estimar el presupuesto de la instalación. El programa también hace una aproximación al coste de la instalación fotovoltaica.
- Fijar el coste del término de energía por tramos horarios. Esto nos permite estimar el coste de la energía por Kwh.
- Considerar el precio de venta de energía. El programa también realiza un estudio y estimación con un balance económico.
- Realizar el predimensionamiento. Con el predimensionado, el proyectista obtiene la siguiente información:
- Energía producida.
- Energía demandada.
- Energía aprovechada.
- Energía requerida.
- Energía sobrante.
- Ingresos por venta.
- Ahorro mensual.
3.5. El modelado de la instalación fotovoltaica
Una vez que sabemos cuántos paneles fotovoltaicos necesitamos es el momento de ver cómo los colocamos en la edificación:
- La vista general de CYPELEC PV Systems permite visualizar todas las capas del modelo BIM. Cuanta más información tenga el modelo BIM, el técnico dispondrá de más facilidades a la hora de planificar la ubicación de todos los elementos de la instalación fotovoltaica.
- La opción “Módulo fotovoltaico” permite escoger el panel fotovoltaico definido y trabajar con el asistente de modelado para colocar cada uno de los paneles solares en la cubierta, algo que se puede hacer tanto en 2D como en 3D.
- El proyectista puede copiar los paneles de forma masiva, establecer criterios comunes como la misma distancia entre ellos para ubicar las placas solares en la superficie disponible, pudiendo editar también individualmente cada uno de ellos.
- Introducir la caja de conexión.
- Introducir el inversor.
- Definir el punto de conexión a red.
- Establecer los conductores y configuración de la canalización.
3.6 Calcular la instalación
Con la instalación fotovoltaica modelada llega el momento de realizar el cálculo de la misma:
- Pulsar el botón “Calcular”.
- Existe la opción de calcular con sombras o sin sombras.
- En el caso de calcular con sombras se permite seleccionar la opción de obtención del perfil de sombras simplificado.
- El programa puede mostrar advertencias al proyecto en caso de que hubiera, por ejemplo, errores en los conductores. El software también ofrece posibilidades de mejora.
3.7 Calcular la energía producida
- En este punto sí es conveniente calcular las pérdidas por sombras, un proceso que tarda más tiempo al hacer un cálculo muy explícito del perfil de sombras. Para ello tiene en cuenta la interacción de la proyección solar con el resto de elementos del proyecto colindantes a los paneles solares.
- Este cálculo del programa es muy avanzado gracias al modelo BIM. De este modo, el proyectista puede anticipar y evitar colisiones, ahorrar tiempo y hacer un proyecto más viable.
- Se obtiene un cálculo muy ajustado a las pérdidas por sombras, que es lo más difícil de producir.
4. Generar la documentación del proyecto de instalación
CYPELEC PV Systems también facilita la generación de documentación del proyecto. En concreto, el programa realiza los “Cálculos justificativos y potencia instalada”:
- Cálculos justificativos de cada uno de los paneles. Se pueden hacer los cálculos justificativos por cada uno de los meses del año. El documento saca información de:
- Potencia del generador: Energía generada por el panel y conexionado entre los módulos.
- Inversor.
- Distancia mínima entre filas de módulos.
- Documento resumen de producción. Se obtiene un documento con el resumen de producción de todos los meses, así como un gráfico de barras con estos.
- El software también realiza la cuantificación de la exigencia de potencia según el CTE DB HE 5.
- CYPELEC PV Systems también puede generar los planos de la instalación. En este caso, tanto unifilar como los planos de planta.
- Por último, permite obtener el presupuesto de la instalación.
