L'ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA

Com ja s'ha comentat a la introducció, un dels principals objectius d'aquest treball és l'aplicació de l'energia solar fotovoltaica al col·legi Sagrat Cor. Partint d'aquest propòsit es van valorar dues possibilitats: Un sistema fotovoltaic per a l'autoabastament del centre o un sistema connectat a la xarxa elèctrica.

7.1 Sistema fotovoltaic per a l'autoabastament

Per a valorar la primera possibilitat es va demanar a secretaria de l'escola el consum total realitzat pel centre durant l'any 1999. A secretaria se'ns va facilitar el consum total de l'any 1999, separat per mesos i pels tres comptadors d'electricitat que té l'escola [35]. Valorant la mitjana de consum de l'escola cada mes es va detallar que una instal·lació per a l'autoabastament tindria un cost massa elevat i no es podria amortitzar, ja que la durada de la instal·lació fotovoltaica és d'una mitja de 30 anys. El càlcul realitzat és el següent:

• Primer s'ha de calcular el coeficient de rendiment global, segons la fórmula:

On:

C₁ és el coeficient d'autodescàrrega diària de l'acumulador. En aquest cas utilitzarem les bateries estacionaries Pb-Sb, que són les que s'utilitzen per energia solar i tenen un coeficient del 0,005.

C₂ és el coeficient d'energia perduda en la bateria en forma de calor. En condicions normals de funcionament és de 0,05.

C₃ es refereix a les pèrdues en els inversors. En els inversors d'ona sinusoïdal és de 0,2.

C₄ es refereix a les pèrdues per rendiment global en tota la xarxa per l'efecte Joule. Sempre s'agafa el valor aproximat de 0,15.

D són els dies d'autonomia de la instal·lació. S'ha pres com a referència 2 dies d'autonomia ja que Barcelona es troba en un lloc privilegiat pel que fa als dies de Sol.

P_d és la profunditat de descàrrega de la bateria. Aquesta dada ve donada pels fabricants en % i en l'expressió s'utilitza el valor en tant per u. Per les bateries escollides aquest valor era del 60 %.

  El Resultat és 0,97.

• Amb el rendiment calculem l'energia necessària:

On:

E_u és l'energia que consumeix l'escola en un dia, o sigui 301.509 Wh/dia.

R és el rendiment global trobat a l'operació anterior: 0,97

   El resultat és 310.834 Wh/dia.

• Ara hem de calcular la capacitat de l'acumulador:

On:

D és el nombre de dies d'autonomia (2 dies).

P_d és la profunditat de descàrrega de l'acumulador (60 %)

E és el valor de l'energia obtingut en el càlcul anterior.

  El resultat és 1.036.113,3 Wh.

• Per calcular la radiació solar rebuda al lloc de la instal·lació hem de:

Partint de les taules de radiació solar [36], hem de passar de kJ/m² a kWh/m² la radiació que ens dóna al mes de gener (sempre s'agafa el més desfavorable), agafant una inclinació de 55º, ja que la inclinació és la suma de la latitud més l'angle que formen les plaques amb el terra.

INCLINACIÓ= LATITUD + ANGLE PLAQUES  

INCLINACIÓ = 41,40º+15º = 55º

La radiació al mes de gener a Barcelona és de 11.244 kJ/m².

Si expressem la radiació en Wh/m², el resultat és de 3.123 Wh/m².

• Amb la radiació calculem les hores sol pic (HSP):

El càlcul s'obté dividint l'energia de radiació per la potència de radiació estàndard utilitzada per a calibrar els plafons en el laboratori. Aquesta potència és de 1.000 W/m².

• Càlcul de l'energia subministrada pels plafons tenint en compte el regulador de càrrega:

El càlcul de l'energia subministrada es resumeix en aquesta fórmula:

El resultat és 345.371 Wh.

• Número de plaques:

On:

E_pannells és l'energia calculada a l'apartat anterior (345.371 Wh).

0,9 és un coeficient que corregeix les pèrdues de potència per escalfament de la cèl·lula, reflexió a la placa, brutícia, etc.

P és la potència nominal de la placa, que ve subministrada pel fabricant, en aquest cas 130 W, ja que s'ha escollit una placa gran (ATERSA A-130) per la gran dimensió de la instal·lació.

HSP són les hores sol pic (3.1 HSP).

El resultat és de 953 plaques.

  

Amb el nombre tant gran de plaques que es necessitarien, ja es veu que la instal·lació no serà viable, però igualment realitzem el càlcul:

• Càlcul del preu de la instal·lació:

Si suposem que el cost de la instal·lació és de 1.000 ptes. per Watt instal·lat [37], el cost de la instal·lació seria de 345.371.000 ptes., preu no assumible per l'escola.

A més, tal i com es pot veure a la taula següent, la instal·lació no seria rendible, ja que les plaques solars tenen una mitjana de vida de 30 anys, i es necessitarien molt més anys per a què fos rendible:

Com s'ha vist a la taula, la instal·lació no és viable, i per això s'ha valorat l'opció de fer una central de 5 kWh connectada a la xarxa, ja que aquesta, com es veurà a continuació, sí que és rendible.

7.2 Sistema connectat a la xarxa elèctrica (1)

Per al sistema connectat a la xarxa elèctrica es va pensar en una minicentral fotovoltaica de 5 kW, ja que és el valor màxim pel qual les companyies elèctriques estan obligades a pagar 66 ptes. per cada kWh produït. Si la central fos més gran el kWh es pagaria llavors a 36 ptes.

En aquesta central no hi ha acumuladors ni regulador, ja que tota l'energia produïda s'introdueix a la xarxa elèctrica. Sí que necessitarem, però, un inversor per a passar de corrent continu a corrent altern i un comptador per a saber els kWh que ens haurà de pagar la companyia.

Primer de tot procedim a calcular la quantitat de plaques fotovoltaiques que necessitem:

• El rendiment global d'una instal·lació fotovoltaica connectada a la xarxa es calcula que és de 0,99 al no haver pèrdues a les bateries.
• Ara calculem l'energia necessària:

On:

E_u és l'energia que ha de generar la central, o sigui 5.000 Wh.

R és el rendiment global que, com s'ha comentat en l'apartat anterior, és de 0,99.

     El Resultat és 5.050,5 Wh d'energia necessària.

• Càlcul de la radiació rebuda a la zona de la instal·lació:

Aquest càlcul és el mateix que s'ha realitzat per al sistema d'autoabastament, ja que la instal·lació està ubicada en el mateix lloc.

INCLINACIÓ= LATITUD + ANGLE PLAQUES

INCLINACIÓ = 41,40º+15º = 55º

La radiació solar rebuda a Barcelona al mes de gener és de 11.244 kJ/m², que és igual a 3.123,3 Wh/m².

• Ara calculem les hores de sol pic, igual que s'ha fet abans:

• Necessitem ara calcular l'energia subministrada als plafons fotovoltaics per calcular el nombre de plaques necessàries.

On:

E és l'energia necessària per poder subministrar 5 kWh a la xarxa elèctrica.

    El Resultat és 5.611,67 Wh.

• Per calcular el nombre de plaques necessàries utilitzarem la fórmula:

On:

E_pannells és l'energia calculada a l'apartat anterior, o sigui, 5.611,67 Wh.

0,9 és un coeficient que corregeix les pèrdues de potència per escalfament de la cèl·lula, reflexió a la placa, brutícia, etc.

P és la potència nominal de la placa, que ve subministrada pel fabricant, en aquest cas 85 W, ja que s'ha escollit una placa de grandària mitjana (ATERSA A-85) perquè és la que millor s'adapta a les dimensions d'aquesta instal·lació.

HSP són les hores sol pic (3.1 HSP).

El resultat és de 23,66. S'hauria d'aproximar a 24 plaques, però amb 24 l'energia produïda seria superior a 5 kWh, pel que l'aproximarem a 23 plaques.

Ara ja sabem que necessitem 23 plaques de les elegides, ATERSA A-85, que tenen les següents característiques:

35. V. Annex II.
36. V.Annex VI.
37. Punt 4.2 (Economia) d'aquest treball.

  (p1 de 2)