Diseño de una instalación fotovoltaica aislada de 10 kWp para una bodega y vivienda con cargador para vehículo eléctrico en la Plana Alta de Castelló

Abstract

[ES] El Sol es una fuente inagotable de energía al alcance del ser humano. El avance tecnológico hace más accesible el uso de instalaciones fotovoltaicas de autoconsumo. Este progreso técnico, se traduce en una mayor eficiencia a un precio más ajustado de los módulos fotovoltaicos y del resto de los componentes y por tanto un incremento en la adopción de la generación fotovoltaica para satisfacer la demanda energética. Pese al auge que experimenta la energía solar fotovoltaica todavía existen ciertas dificultades a la hora de realizar una instalación fotovoltaica como puede ser el coste inicial del proyecto. Sin embargo, en zonas remotas donde la conexión a la red es impracticable o muy costosa, las instalaciones aisladas de la red se presentan como una solución esencial para garantizar una fuente fiable, sostenible y eficiente de energía eléctrica. La motivación del presente proyecto surge al querer cubrir un consumo de electricidad en una zona rural donde no hay posibilidad de acceso a la red eléctrica, haciendo necesaria una instalación aislada. Asimismo, se busca poder demostrar que es posible vivir cómodamente y desempeñar actividades económicas en zonas remotas gracias a los avances tecnológicos y probar que una instalación totalmente aislada es una buena inversión y establece un modelo sostenible para las áreas rurales. Para cubrir las necesidades de energía se realiza una instalación a medida para las necesidades del cliente, la cual sea lo más autónoma posible y con el menor mantenimiento. En este caso se busca alimentar una vivienda unifamiliar que incluye un cargador para vehículos eléctricos y una pequeña bodega que se encuentra en la misma finca. Por ello se determina que el sistema deberá ser capaz de suministrar una energía diaria de 23504 Wh, descartando cubrir la demanda eléctrica más elevada que se produce durante el mes de septiembre debido a la naturaleza de la actividad laboral que se desempeña, que en dicho mes alcanza un consumo diario de 41104 Wh. Para satisfacer las anteriores necesidades de energía se diseña un generador fotovoltaico de 10 kWp inclinado a 40º y situado sobre una pérgola en la finca que sirve de cochera para el tractor. La demanda energética extraordinaria en el mes de septiembre se cubrirá mediante la instalación de un generador auxiliar de gasóleo. Como solución para el almacenamiento de la energía se analizan las diversas soluciones tecnológicas, fijando una autonomía de 1,5 días ya que se cuenta con un grupo electrógeno auxiliar en la instalación. Tras valorar las distintas opciones, se opta por instalar un acumulador de litio de 50 kWh de capacidad. Para alimentar las cargas de alterna, se elige un inversor cargador monofásico de 8 kVA. Este convertidor DC/AC bidireccional también actúa como cargador de las baterías desde el generador auxiliar cuando sea necesario y no haya radiación solar suficiente. El sistema se complementa con un sistema de monitorización y gestión de la instalación capaz de arrancar y detener el generador auxiliar dadas las condiciones seleccionadas de baja batería o potencia demandada elevada. El trabajo realiza un análisis pormenorizado de las alternativas a los componentes seleccionados buscando dar una solución a las situaciones de mayor demanda sin hacer un desembolso excesivo en baterías o un inversor de características sobredimensionadas. Este proyecto está vinculado a varios Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS), en particular con el ODS 7: Energía Asequible y No Contaminante, al incentivar el uso de fuentes de energía renovable, en este caso, la solar fotovoltaica. La instalación aislada también tiene un impacto positivo en el ODS 8: Trabajo Decente y Crecimiento Económico, al mostrar la viabilidad de actividades económicas generadoras de riqueza en áreas remotas sin acceso a la red eléctrica. Además, contribuye al ODS 13: Acción por el Clima, ya que la fuente de energía principal tiene baja huella de carbono. El proyecto destaca la importancia de la e

[EN] The Sun is an endless source of energy within human reach. Technological advancements make the utilization of self-consumption photovoltaic installations more accessible. This technical progress translates into greater efficiency at a more affordable price for photovoltaic modules and other components, resulting in an increased adoption of photovoltaic generation to meet energy demands. Despite the growth experienced by photovoltaic solar energy, there are still certain challenges when it comes to implementing a photovoltaic installation, such as the initial project cost. However, in remote areas where grid connection is unfeasible or very costly, off-grid systems emerge as an essential solution to ensure a reliable, sustainable, and efficient source of electrical energy. The motivation for this project arises from the desire to meet electricity consumption in a rural area where access to the electrical grid is not possible, needing an off-grid installation. Likewise, the goal is to demonstrate that it is possible to live comfortably and engage in economic activities in remote areas thanks to technological advances, proving that a fully isolated installation is a sound investment and establishes a sustainable model for rural areas. To meet the energy needs, a custom installation is conducted to be as autonomous as possible and with minimal maintenance. In this case, the aim is to power a single-family home that includes an electric vehicle charger and a small wine cellar on the same estate. Therefore, the system must be capable of supplying a daily energy of 23504 Wh, excluding covering the higher electrical demand that occurs during the month of September due to the nature of the work activity performed, which reaches a daily consumption of 41104 Wh in that month. To meet the energy needs, a 10 kWp photovoltaic generator is designed, inclined at 40º, and located on top of a metal canopy on the property that serves as parking space for the tractor. The unconventional energy demand in September will be covered by installing an auxiliary diesel generator. As a solution for energy storage, various technological solutions are analysed, setting the autonomy at 1.5 days since there is an auxiliary generator in the installation. After assessing different options, the decision is made to install 50 kWh capacity lithium accumulator. To power AC loads, a single-phase 8 kVA inverter/charger is chosen. This bidirectional DC/AC converter also acts as a battery charger from the auxiliary generator when necessary and there is insufficient solar radiation. The system is complemented by a monitoring and management system capable of starting and stopping the auxiliary generator given selected conditions of low battery or high demanded power. The work conducts a detailed analysis of alternatives to the selected components, seeking to provide a solution to situations of higher energy demand without excessive expenditure on batteries or an oversized inverter. This project is linked to several Sustainable Development Goals (SDGs), particularly SDG 7: Affordable and Clean Energy, by encouraging the use of renewable energy sources, in this case, solar photovoltaic. The off-grid installation also has a positive impact on SDG 8: Decent Work and Economic Growth, by demonstrating the viability of wealth-generating economic activities in remote areas without access to the electrical grid. Furthermore, it contributes to SDG 13: Climate Action, as the main energy source has a low carbon footprint. The project emphasizes the importance of solar energy as a viable solution for remote areas without access to the conventional electrical grid. Despite challenges, such as higher energy demand in a specific period, it demonstrates the possibility of living comfortably and engaging in economic activities thanks to off-grid photovoltaic systems. The adopted solution and installation design decisions ensure the autonomy and efficiency of the system.