Potencia térmica-eláctrica-COP

Optimización de Excedentes en Instalaciónes FV de Autoconsumo.

En el artículo anterior ¿Dónde están mis kilovatios? hemos podido ver que una correcta gestión de los excedentes de una instalación fotovoltaica de autoconsumo es fundamental para conseguir unos altos niveles de independencia energética y una reducción de los períodos de retorno de la inversión.

En este artículo, vamos a tratar diferentes estrategias que se pueden implementar con el fin de mitigar ese efecto, y de esa forma, permitir el máximo rendimiento a nuestra instalación de autoconsumo.

Desde la forma más básica -y sin coste adicional- que consiste en tratar de desviar los consumos eléctricos a aquellas franjas horarias en las que tenemos radiación (produción), pasando por elementos muy sencillos de gestión de excedentes para calentamiento de Agua Sanitaria, la integración con Bombas de Calor y finalmente, como solución más completa, el acoplamiento de Baterías.

ESTRATEGIAS OPTIMIZACIÓN
Superponiendo en una gráfica, como la de la figura, las curvas de producción de un sistema fotovoltaico y de consumo eléctrico se puede observar que hay un profundo desacople. Esto ocurre sobre todo en el ámbito Residencial.

Sin embargo, en la industria ambas curvas se solapan obteniéndose unos muy buenos resultados de autoconsumo y autarquía. Es por ello, que las instalaciones fotovoltaicas de autoconsumo son tan interesantes en la Industria y el sector Terciario. 

Se tiene que en los períodos de mañana y noche el edificio va a demandar un suministro de la red, ya que la generación por parte de la instalación fotovoltaica se produce durante el mediodía. En este franja horaria se tendrá, por tanto, un excedente que se verterá a la red.

Aunque la normativa actual de autoconsumo derivada del RD 244 permite el vertido y una compensa económica en el término de energía en la factura eléctrica, como hemos visto en el artículo ¿Dónde están mis kilovatios?, el mecanismo de compensación no es muy ventajoso para el usuario consumidor.

Para paliar, o al menos reducir, este efecto tenemos que idear alguna estrategia.

Aunque afortunadamente, el Sol sale todos los días describiendo la misma trayectoria dependiendo de la estación del año, por razones obvias la curva de producción no la podemos desplazar, así que tendremos que actuar sobre los hábitos y/o sobre la instalación de consumo.

Como hemos mencionado, la optimización pasaría, por una lado, con la modificación de los hábitos de consumo. Esto lo podemos efectuar de forma manual, es decir, poniendo en marcha aparatos de consumo eléctrico (lavadora, secadora..) cuando veamos que tengamos excedente de generación, o bien, ayudándonos de dispositivos que realicen dicha función de forma automática y óptima por nosotros. A este método lo hemos denominado “ADECUAR DEMANDA A PRODUCCION”.

La otra manera de conseguirlo pasaría con poder guardar o almacenar ese excedente y reutilizarlo cuando fuese necesario. En este caso, tendremos que hacer uso de baterías químicas como elemento de dicho almacenamiento. En este sentido, el sector del almacenamiento en baterías ha sufrido un fuerte desarrollo y crecimiento, debido en gran parte el VE, lo que hace que su relación coste/prestaciones sea cada vez más interesante. Denominamos “ALMACENAMIENTO EN BATERIA” a esta otra estrategia.

A continuación vemos las tres estrategias que vamos a tratar en este post. Evidentemente, hay muchas más posibilidades, pero en la actualidad entendemos que debido a su coste y desarrollo tecnológico son las más interesantes a considerar.

CONTROLADOR SURPLUS

Se trata de un dispositivo que es capaz de determinar en todo momento la energía excedentaria de la instalación y “desviar” dicha cantidad hacia una resistencia eléctrica ubicada en un depósito de Agua Caliente (termo eléctrico). Lo realmente interesante de este equipo, es que es capaz de modular la potencia que se aporta a la resistencia eléctrica en función del excedente.

Son equipos muy sencillos de instalar, económicos y realmente interesantes.

BOMBA DE CALOR

La bomba de calor es una máquina termodinámica que es capaz de transportar energía de un ambiente a otro de forma muy eficiente y con muy poco consumo energético. Es el fundamento de lo que normalmente denominamos climatización, aerotermia o geotermia. Todos estos equipos, tienen el mismo principio de funcionamiento.

Al funcionar con energía eléctrica, veremos que podemos forzar en poner a  trabajar a estos equipos con los excedentes de la instalación eléctrica, resultando así un calentamiento o enfriamiento totalmente gratuito.

BATERIAS

La otra estrategia de optimización, consiste en almacenar la energía sobrante para poder utilizarla en los momentos de demanda. Las baterías han protagonizado un enorme desarrollo y crecimiento, proporcionando en la actualidad una alternativa muy interesante.

Además, con la llegada del vehículo eléctrico (VE) -el verdadero causante de su fuerte desarrollo-, las baterías asociadas a las instalaciones fotovoltaicas proporcionan una gestión, optimización y ahorro enormemente importantes.

ADECUACION DEMANDA A PRODUCCION
CONTROLADOR SURPLUS
Los controladores Surplus son dispositivos que detectan el excedente de energía que se puede estar vertiendo a la red por parte de la instalación fotovoltaica y son capaces de redirigirlo automáticamente a una carga eléctrica (resistiva).

El sistema consta de dos elementos:

 Sensor o módulo de medición (Medidor). Se instala, como se puede observar en la imagen, entre el contador de compañía y el cuadro general para que sea capaz de determinar si nuestro edificio esta consumiendo o exportando energía y en qué cantidad.

 Módulo de control (Controlador), que recibe la información del módulo de medición, y en función de cómo es el flujo de energía es capaz de activar determinadas cargas eléctricas. Lo más habitual es utilizarlo para activar una resistencia eléctrica en un acumulador (depósito) de Agua Caliente Sanitaria.

La conexión entre Controlador y Medidor puede ser cableada o, en algunos modelos, como el de la imagen de modo inalámbrica. 

El funcionamiento es el siguiente:

El Controlador  se encuentra en todo momento recibiendo información por parte de Medidor  de la situación en la que se encuentra el flujo de energía eléctrica. En el momento en que detecta un excedente de energía (aprox. a partir de 70W), comienza a enviar esa energía a la Resistencia Eléctrica que tiene conectada.

Lo verdaderamente interesante de este sistema es automáticamente va ajustando (modulando) la energía que envía a la salida (resistencia) en función de el excedente. Es decir, no es que active una salida tipo relé al cumplirse un determinado nivel de excedente como lo pueden llegar a realizar directamente algunos inversores fotovoltaicos.

El muestreo que efectúa el controlador cada pocos segundos, lo que posibilita un ajuste preciso.

La potencia de la carga que puede gestionar el controlador puede ser de 3,5kW. Además, algunos modelos permiten gestionar dos salidas independientes. La primera normalmente se conecta a una resistencia eléctrica de inmersión como hemos visto, y la otra puede ser conectada a otra carga resistiva como puede ser un Radiador Eléctrico .

Son equipos sencillos de montar y configurar y con un coste muy reducido.

También son aconsejables para instalarlos junto con sistemas de Aerotermia, ya que estos equipos casi siempre van acompañados de un acumulador de ACS. En dichos depósitos se puede colocar una resistencia gestionada por este controlador que, aprovechando los excedentes, hará que el compresor de la Aerotermia entre en funcionamiento un menor número de veces lo que alargará su visa útil.

 

BOMBA DE CALOR
Las bombas de calor, y en concreto la versión Aire-Agua, es decir, la Aerotermia está teniendo un enorme crecimiento debido a su excelente rendimiento. Además, la normativa encaminada a reducir las Emisiones de CO2, Consumo Energético e incremento de utilización de Energías Renovables hace que este tipo de tecnología sea probablemente el idóneo para conseguir dichos objetivos.

La aerotermia hace posible que el 70% de la energía necesaria para calentar o enfriar los edificios se extraiga del aire  y, por tanto, sea gratuita. El otro 30% restante es consumo eléctrico, causado por el equipo (compresor, ventilador…). Es precisamente ese consumo eléctrico el que podemos gestionar y hacer que se consuma prioritariamente cuando haya excedente energético en el caso de contar con una instalación fotovoltaica de autoconsumo.

A modo orientativo, almacenar 300l de agua a 55ºC supone del orden de unos 14kWh. El consumo de una resistencia eléctrica serían esos 14kWh, sin embargo utilizando bomba de calor solamente se consumirían alrededor de 3,5kWh.

Combinar un sistema fotovoltaico con una bomba de calor Smart puede hacer adaptar los consumos con los patrones de generación del sistema fotovoltaico.

Hay fabricantes como Viessmann, Vaillant, Daikin que han desarrollado su propio sistema de gestión más o menos avanzado que  emparejan de los sistemas fotovoltaico y bomba de calor.

La optimización se consigue a través de la bomba de calor. El excedente solar puede almacenarse en forma de energía térmica disponible cuando se requiere. Esto se consigue haciendo subir la consigna de Agua Sanitaria, es decir, hacer trabajar la aerotermia para subir la temperatura de acumulación algo más de lo habitual cuando la energía es gratuita.

De la misma forma podemos hacer que la temperatura de un posible depósito de inercia suba (modo calor) o baje (modo frío) por encima de las consignas.

El uso de la energía solar mientras está disponible en excedente, hace aumentar el nivel de autoconsumo y de autarquía. Gracias al aumento apuntado en el proporción del consumo propio, la viabilidad económica del sistema fotovoltaico es mayor.

Estos equipos pueden ser provechosos siempre y cuando el posible sobrecoste no sea muy elevado. Aunque es de suponer que poco a poco los fabricantes irán añadiendo estas funcionalidades casi de serie.

De la misma forma que el controlador surplus, para la gestión del excendente es necesario colocar un medidor de energía. Aunque hay modelos que esta información la pueden llegar a tomar directamente del inversor. Esta tecnología de integración se encuentra en continuo desarrollo con mayor número de  opciones y funcionalidades.

ALMACENAMIENTO EN BATERIA
BATERIAS
El almacenamiento electro-químico en instalaciones FV responde a la necesidad de usar energía limpia, barata y renovable cuando no existe radiación.BatteryTeniendo en cuenta que la electricidad es el tipo de energía más flexible y eficiente en el ámbito domestico e industrial, el almacenarla para usarla directamente como fuente de electricidad hace a las baterías enormemente interesantes.
Como hemos visto, el desacople de las curvas de consumo y generación eléctrica, hace aconsejable la implementación de sistemas de almacenamiento de esa energía. Los sistemas anteriores; controlador de excedentes y bomba de calor, permiten almacenar el excedente por métodos térmicos, es decir, calentando agua a una consigna superior a la habitual para aprovecharla posteriormente.

En esta sección vamos a ver otra alternativa de almacenamiento denominada almacenamiento electro-químico, lo que conocemos por baterías.

No vamos a explicar su principio de funcionamiento ni las diferentes tecnologías existentes en la actualidad. Orientamos esta sección en detallar las ventajas que ofrece este tipo de almacenamiento.

VENTAJAS DEL ALMACENAMIENTO EN BATERIAS

AUTOCONSUMO ⇑

Incrementa el nivel de autoconsumo producido por la planta fotovoltaica. Se pueden lograr valores entre un 80-90% comparados con los 20-30% de una instalación sin baterías. Este factor hace referencia al nivel de aprovechamiento directo de la energía eléctrica generada. De esta forma, los excedentes se minimizan.

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FACTURA ⇓

Se produce una importante reducción de la factura eléctrica. Además, nos protegemos ante la volatilidad del sistema eléctrico. Si además lo podemos aprovechar para la recarga de VE, el ahorro pasará a ser de mayor envergadura ya que nos permite hacer una gestión mucho más eficiente de la instalación

AUTARQUIA ⇑

La Autarquía define en nivel de independencia en términos de consumo eléctrico. Representa, a nivel porcentual, la relación  entre la energía obtenida de la instalación FV con respecto al consumo eléctrico total del edificio. Es el factor verdaderamente importante, y que se debería de analizar en los estudios previos a nivel de previsiones.

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GARANTIA ⇑

La alta tecnología empleada en los equipos de almacenamiento actuales, como las baterías de Litio de Alto Voltage, que además de eliminar el inconveniente del efecto memoria ha conseguido una gran densidad de almacenamiento (kWh/volumen) permitiendo ofrecer garantias de más de 10.000 ciclos de carga y hasta 25años en algunos modelos.