Simulación y verificación de un sistema fotovoltaico con acumulación en agua caliente en caso de clima moderado y baja tarifa de venta a red.

Abstract

[ES] El trabajo estará constituido básicamente por dos partes relacionadas con la energía solar fotovoltaica, pero aplicada en diferentes campos. La primera parte consistirá en un estudio económico y energético sobre la situación de la energía fotovoltaica para autoconsumo de hogares en España. Para ello, se realizará una investigación acerca del coste que conlleva una instalación fotovoltaica para una vivienda unifamiliar realizando un estudio de mercado en España. Se deberá recopilar el precio de distintos modelos y marcas, ya sean nacionales o internacionales, de paneles fotovoltaicos mayores de 250 W procedentes únicamente de proveedores españoles. También se deberán obtener los precios de kits fotovoltaicos y se contactará con diferentes empresas instaladoras para que proporcionen información sobre el rango de potencia instalada más común y un presupuesto estimado de una instalación completa. Posteriormente, se procederá a un análisis de estos datos y se podrá obtener el coste medio de una instalación fotovoltaica en España. Con respecto al análisis energético, se deberá simular la energía generada por cada uno de los modelos de paneles fotovoltaicos obtenidos en la búsqueda del mercado, disponible en el software PVSOL de Valentine software. Concretamente, en este proyecto se pretende simular la influencia de sobredimensionar la potencia de la instalación un 150% sobre el inversor. Esta propuesta se debe a que rara vez un panel fotovoltaico produce su potencia pico, por lo que el sobredimensionamiento sobre el inversor tiene sentido para ahorrar coste. Además, el inversor pierde rendimiento cuando trabajo por debajo de su potencia nominal. Nuevamente, una vez obtenidos todos los datos de la simulación se procederá a analizar los datos. También se incluirá una perspectiva sobre los avances en las técnicas de energía fotovoltaica como son las células bifaciales y las células de perovskita. Esta parte económica-energética se realiza conjuntamente con otros países como Brasil o India y tiene como objetivo obtener una perspectiva global del coste de la energía fotovoltaica.

En segundo lugar, el trabajo se centrará en la simulación, verificación y optimización de un sistema fotovoltaico para autoconsumo en una vivienda unifamiliar de la República Checa con almacenamiento de la energía en agua caliente. Para comenzar se deberá simular la instalación actual, que dispone de 10 paneles fotovoltaicos monocristalinos Jinko Solar de 325Wp y un inversor GoodWe GW 3000-NS de 3kW. Mediante el software PVSOL, se implementará el diseño la vivienda de forma idéntica al real, así como la presencia de otros elementos como chimeneas o árboles que puedan proyectar sombras en los paneles. Tras esto, se realizará una propuesta de optimización de la instalación, variando la posición, el acimut, el ángulo de inclinación o el número de módulos. De manera simultánea, se estudiará el sistema eléctrico de la vivienda, que consta de 3 fases, y donde el sistema fotovoltaico está conectado a una de ellas. En dicha fase, se encuentran conectados los acumuladores de la instalación, los cuales son dos depósitos de agua caliente sanitaria, uno de 5L y otro de 120L que precalienta para un segundo depósito conectado a corriente en un fase distinta. Nuevamente, se realizará una propuesta de optimización sobre este sistema de acumulación de energía en agua caliente sanitaria. Además, la instalación eléctrica de la vivienda posee vatímetros que proporcionan información sobre el consumo energético de la vivienda y medidores de caudal que otorgan datos sobre el consumo instantáneo de agua. Todos estos datos quedan registrados en la aplicación de Ergomonitor. Este apartado consistirá en un análisis y verificación de los datos, y una posterior corrección del sistema de medición implantado ya que se han detectado varios errores. Durante los meses de invierno la viviend

[EN] The work will basically consist of two parts related to photovoltaic solar energy, but applied in different fields. The first part will consist of an economic and energetic study on the situation of photovoltaic energy for household consumption in Spain. For this, an investigation will be carried out about the cost of a photovoltaic installation for a single-family home, conducting a market study in Spain. The price of different models and brands, whether national or international, of photovoltaic panels greater than 250 W from only Spanish suppliers must be collected. Prices of photovoltaic kits should also be obtained and different installation companies will be contacted to provide information about the most common installed power range and an estimated budget for a complete installation. Subsequently, an analysis of these data will be carried out and the average cost of a photovoltaic installation in Spain can be obtained. Regarding the energy analysis, the energy generated by each of the photovoltaic panel models obtained in the market search, available in the Valentine software PVSOL software, must be simulated. Specifically, this project aims to simulate the influence of oversizing the power of the installation by 150% on the inverter. This proposal is due to the fact that a photovoltaic panel seldom produces its peak power, so oversizing the inverter makes sense to save cost. In addition, the inverter loses performance when it works below its nominal power. Again, once all the simulation data has been obtained, the data will be analyzed. It will also include a perspective on the advances in photovoltaic energy techniques such as bifacial cells and perovskite cells. This economic-energy part is carried out jointly with other countries such as Brazil or India and aims to obtain a global perspective of the cost of photovoltaic energy.

Secondly, the work will focus on the simulation, verification and optimization of a photovoltaic system for self-consumption in a single-family house in the Czech Republic with energy storage in hot water. To begin, the current installation must be simulated, which has ten 325Wp Jinko Solar monocrystalline photovoltaic panels and a 3kW GoodWe GW 3000-NS inverter. Using the PVSOL software, the design of the house will be implemented identically to the real one, as well as the presence of other elements such as chimneys or trees that can cast shadows on the panels. After this, a proposal will be made to optimize the installation, varying the position, the azimuth, the angle of inclination or the number of modules. Simultaneously, the electrical system of the house will be studied, which consists of 3 phases, and where the photovoltaic system is connected to one of them. In this phase, the installation's accumulators are connected, which are two domestic hot water tanks, one 5L and the other 120L, which preheats for a second tank connected to current in a different phase. Again, an optimization proposal will be made on this energy accumulation system in sanitary hot water. In addition, the electrical installation of the home has wattmeters that provide information on the energy consumption of the home and flow meters that provide data on instant water consumption. All these data are registered in the Ergomonitor application. This section will consist of an analysis and verification of the data, and a subsequent correction of the implanted measurement system since several errors have been detected. During the winter months the house has a 25 kW biomass stove with a centralized installation that heats water from a tank and distributes it through various radiators to heat the house. The final objective is to achieve self-sufficiency as far as possible by combining these two types of energy, and this project will attempt to provide a viable solution to approach this objective.