Optimización de la oferta de producción eléctrica de los paneles fotovoltaicos para Red Eléctrica Española.
Contenido
- Introducción
- Objetivos matemáticos del problema y restricciones
- Antecedentes
- Ámbito de aplicación
- Datos necesarios
- La demanda energética Española
- Perdida de energía por desviación
- Variación del desplazamiento solar horizontal en el tiempo
Introducción
La idea consiste en no orientar los paneles fotovoltaicos fijos hacia el sur buscando producir la máxima cantidad de energía, sino desviarles hacia el este o el oeste buscando la máxima producción cuando la demanda eléctrica es mayor, y por lo tanto la electricidad es más cara.
El objetivo de este trabajo es estudiar la posibilidad de
hacer un poco más sostenible todas aquellas inversiones en huertos solares
fotovoltaicos anteriores a 2008, que se planificaron en base a unas primas de
producción, y el gobierno anuló posteriormente de forma retroactiva, haciendo
inviable a los pequeños inversores la devolución de los prestamos
correspondientes con estos activos.
También puede aplicarse a instalaciones fotovoltaicas de
nueva creación para maximizar la rentabilidad y para elegir nuevos
emplazamientos (una ladera orientada hacia el oeste), ya que antes primaba la
orientación sur de los huertos solares, pero siguiendo este criterio podría
primar más la orientación optima en los momentos que la electricidad es más
cara.
Objetivos matemáticos del problema y restricciones
El objetivo es que los productores fotovoltaicos ganen el máximo dinero posible para rentabilizar sus inversiones, por lo que se prefiere producir más energía en horas que hay más demanda y por tanto son mejor retribuidas, y en la medida de lo posible se produzca menos electricidad en horas de precio cero o próximo a cero, si con otras inclinaciones puede ganarse más dinero. Para ello, se podrá variar la orientación horizontal (Azimut) fijo, según convenga hacia el este o hacia el oeste un ángulo determinado.
También es objetivo diversificar las orientaciones para
los diferentes picos horarios ya que si se optimizan todos los paneles para la
misma inclinación, podría bajar mucho el precio en esa hora a pesar de haber
gran demanda, como ya sucede parcialmente en el mercado Ibérico de 12 a 2. Esto
sucede porque la energía fotovoltaica es un porcentaje importante en la
producción española de energía (de 6000MW pico instalados en España, de los que
un gran porcentaje serán paneles fijos, para una demanda media entre 28000MW y
35000MW)
La única restricción por normativa de eficiencia
energética y pliego de condiciones técnicas de ISF es que el desvío horizontal
(Azimut) no sea mayor de 60 grados*(ver apartado perdida de energía por
desviación) lo que nos da un juego horario de optimización desde las 10:15 a
13:45* (ver apartado de posición solar)
El estudio también podría hacerse sin restricción de
desvío, y en caso de ser mejor la nueva solución, pedir al ministerio de
industria que se cambie ese punto del pliego de condiciones por los motivos
aportados en este estudio.
Antecedentes:
El único antecedente de estudio hasta la fecha, se presentó
hace un año y medio, Noviembre de 2013 en EEUU, http://www.pecanstreet.org/2013/11/report-residential-solar-systems-reduce-summer-peak-demand-by-over-50-in-texas-research-trial/ y
derivado de ello, la comisión de energía de California, da un incentivo de 500$
a las viviendas unifamiliares que instalen sus paneles orientados hacia el
oeste. http://www.energy.ca.gov/releases/2014_releases/2014-09-03_nshp_incentive_nr.html
Esto es debido a que la curva de demanda eléctrica en
EEUU es ascendente durante el día, y consumen más electricidad por la tarde.
Así en
EEUU la demanda agregada de electricidad y la curva de producción fotovoltaica
quedan como sigue:
 |
| Fuente: http://blog.opower.com |
Y se ha propuesto variar la inclinación al menos 15
grados al Oeste, para que coincida el pico de producción fotovoltaico con el
pico de demanda eléctrica.
Nuestra curva de energía (española) tiene una
peculiaridad, y es el valle que se produce en torno a las dos, porque en España
paramos varias horas para comer, por lo que la máxima producción solar, no
coincide del todo con la máxima demanda de energía, y luego tiene otro repunte
a las 8 de la tarde, cuando salimos de trabajar. Por ello, nuestras curvas de
oferta y demanda serían un objeto de estudio diferente.
Instalaciones
fotovoltaicas donde se aplica:
Las Instalaciones solares fotovoltaicas pueden
clasificarse en aisladas y conectadas a red.
Se entiende que en las instalaciones aisladas sigue
primando la orientación sur, ya que interesa producir la máxima energía posible
y cuentan con sistemas de acumulación.
Ejemplo de instalación solar aislada:
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| Vivienda aislada, realizada por la empresa http://www.telecom-prim.com/ |
Las instalaciones solares conectadas a red pueden ser
fijas o móviles.
Instalación con seguidores conectada a red:
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| Parque solar Puebla del Prior www.gruposierra.com |
Este tipo de instalaciones busca siempre la máxima
producción posible siguiendo al sol a lo largo de su trayectoria, por lo que no
es objeto de nuestro estudio.
Ejemplo de
instalación fija conectada a red:
 |
Este tipo de
instalaciones se orienta al sur, coincidiendo su máxima producción a las 12 del
mediodía (solar) siendo nuestro objeto de estudio.
Datos
necesarios
La
demanda energética Española.
Para ver la demanda energética Española de cualquier día,
solo tenemos que visitar la página de Red Eléctrica Española. http://www.ree.es/es/actividades/demanda-y-produccion-en-tiempo-real Además podemos desglosar que tipos de energía
han abastecido esa demanda, cual ha sido la producción fotovoltaica a lo largo
del día y otros datos interesantes.
Así, la curva del 10 del 03 de 2015 fue la siguiente, la
proporción de producción fotovoltaica fue el quesito rosa, y su curva de
producción fue la gráfica rosa de la derecha.
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| Curva de demanda eléctrica del 10 del 03 de 2015, www.ree.es |
Para saber el precio de la electricidad de ese día,
tenemos que ir a la página del mercado Ibérico de la energía www.omie.es
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| Curva de tarifa eléctrica del 10/03/2015 www.omie.es |
Como primera conclusión, comparando las gráficas, ya
podemos ver que uno de los picos de máxima demanda, (de 12 a 2 de la tarde) no
coincide con el precio más caro. Eso es debido a que en esos momentos la oferta
solar también aumenta, llegando a producir 5000MW de los 32.000MW demandados.
Para ver como se calcula el precio de la electricidad,
también en www.omie.es,
podemos consultar las curvas de oferta y demanda por horas, así para la una de
la tarde de ese día, tenemos la siguiente curva de oferta-demanda
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| Curva de oferta-demanda del 10/03/2015 www.omie.es |
En el mercado eléctrico español, la energía solar oferta
a cero € y seguidamente la eólica por precios próximos a cero, debido a que sus
costes variables se aproximan a cero ya que sus combustibles son gratis. El
precio final de la energía, viene dado por la central más cara que se haya
tenido que conectar en ese momento.
Si se concentra más energía renovable en una hora, que la
demandada por los usuarios, esa hora los productores renovables apenas
ingresarán dinero, por lo que se hace patente que es mejor producir menos
cuando hay más demanda.
Perdida
de energía por desviación
Las pérdidas de energía por desviación se recogen en el
pliego de condiciones técnicas de las instalaciones fotovoltaicas conectadas a
red publicado por el IDAE
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| Rueda de pérdidas por inclinación. Pliego de condiciones técnicas ISF (IDAE) |
Del mismo recogemos una limitación que “las pérdidas
generales por orientación no pueden ser superiores al 10%” y de la gráfica
sacamos otro dato, que si la inclinación vertical es óptima, podemos variar la
inclinación horizontal hasta casi 60 grados sin perder más de un 10% de energía.
Variación
del desplazamiento solar horizontal en el tiempo:
Utilizando un software de posicionamiento solar,
deducimos que en el solsticio de verano, en una hora el sol se ha desplazado 40
grados desde las 12 a las 13 (hora solar)
Con ese mismo software comprobamos que para un avance de
60 grados se necesita 1:45 horas, que es el desvío máximo permitido para
cumplir con la normativa.
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| Posición solar 22 de junio 60 grados este, (programa censol 5.0) |
En el solsticio de invierno, con 60 grados el sol se
esconde en el horizonte, por lo que optimizamos la posible desviación para
verano.
Posibles soluciones:
Las personas vivimos con el sol, y prácticamente nuestro
actividad se ajusta a la producción solar, salvo el descanso al medio día que
se produce en España, y nuestra tendencia a levantarnos cuando el sol ya ha
salido, y acostarnos cuando el sol ya se ha escondido, desfasando nuestros hábitos
varias horas del ciclo solar.
El recort de consumo eléctrico, que se produce en verano,
tiene que ver con los sistemas de aire acondicionado, que funciona más
activamente cuando más sol hay tanto a nivel diario como a nivel estacional,
con un retraso equivalente a la inercia térmica del edificio en el cual está instalado.
Ambos son ejemplos de oferta y demanda que se
autorregulan con pequeños desfases.
Aun así las soluciones deberían ir orientadas a maximizar
la producción lo máximo posible en los dos picos de consumo, (medio día y
tarde) y hacerlo de forma proporcional y repartida.
Si seguimos orientando los paneles hacia el sur, bajo el
criterio de producir más energía, lo haremos a costa de bajar más y más su
precio a las 12(solar) obteniendo menos rendimiento económico.
El hecho de maximizar la producción de los paneles en los picos de demanda
y no en la máxima producción, no solo contribuirá a obtener mayores beneficios por
la venta de electricidad, sino a ofrecer al sistema una producción más acorde
con la demanda que por sus diferentes inclinaciones se autorregule de forma
pasiva, y ofrezca a los consumidores finales un precio medio más equitativo y
constante. A los productores no les interesa vender a precio cero en horas de
poca demanda, y a los consumidores no les interesa pagar altos precios en las
horas pico.
Seguimos esperando el Real Decreto de balance neto, pero
mientras tanto, este nuevo concepto podría contribuir y al desarrollo imparable
y definitivo de la energía solar en España.
Fernando Santamaría.
