El ITG desarrolla una aplicación web para la simulación y dimensionamiento de sistemas de autoconsumo

El Instituto Tecnológico de Galicia, en colaboración con la Universidad de Évora y el INEGI, ha desarrollado una herramienta web libre para la simulación, el dimensionamiento y el análisis económico de sistemas de autoconsumo fotovoltaicos. La herramienta es parte del proyecto AGERAR, enmarcado dentro del Programa de Cooperación Transfronteriza España-Portugal (POCTEC).

El presente artículo explica las características de la herramienta web y las funcionalidades más interesantes.

Introducción

El crecimiento actual de las instalaciones de autoconsumo está fuertemente ligado al aumento de la competitividad de la tecnología fotovoltaica, y es que el año 2017 se ha instalado más potencia fotovoltaica a nivel mundial que nuclear, carbón y gas juntas. La energía solar fotovoltaica es ya una tecnología madura, que compite en costes de producción con las fuentes de generación tradicionales.

Durante el 2018 se instalaron en España 261,7 MW de potencia fotovoltaica, lo que significa un 94% más que en el 2017. De esta nueva potencia fotovoltaica el 90% corresponde a instalaciones de autoconsumo.

Otros países están integrando la energía fotovoltaica en el sistema a un ritmo mucho más acelerado, Alemania ha instalado en 2017 una potencia de 1750 MW y cuenta actualmente con más de 40 GW instalados frente a los casi 8 GW con los que cuenta España.

Los costes de producción de electricidad con fotovoltaica han caído, según la IRENA (Agencia internacional de energías renovables), un 73% desde 2010 y prevé que en los próximos años esta tendencia continúe.

La siguiente gráfica muestra los costes medios de producción de la producción de electricidad con diferentes tecnologías según nuevo informe de Lazard. El LCOE tiene en cuenta costes de inversión, financiación, mantenimiento y operación de las plantas.

Gráfico 1: Evolución de los costes medios de producción de electricidad con diferentes tecnologías. Gráfico de elaboración propia, Fuente de datos: Lazard

En este contexto y con los nuevos cambios regulatorios adoptados es España en el año 2019 (que reducen el procedimiento administrativo, establecen mecanismos de compensación de excedentes y permiten el autoconsumo compartido) se espera que las instalaciones de autoconsumo continúen creciendo de manera exponencial, y herramientas de cálculo que evalúen todos los condicionantes técnicos y legales, como la que se presenta en este artículo, serán de gran utilidad para contribuir a este desarrollo.

Características de la herramienta

La herramienta está concebida con el objetivo de dimensionar la instalación solar de autoconsumo (con o sin baterías) más adecuada para el usuario, en función de la ubicación, las características de su tejado, su perfil de consumo eléctrico y la tarifa a la que esté acogido.

Figura 1: Pantalla inicial de la herramienta para el dimensionamiento de sistemas de autoconsumo fotovoltaico.

La herramienta diseñada presenta una serie de mejoras con respecto a otras herramientas existentes en los siguientes aspectos:

  • Realiza un cálculo horario de la producción fotovoltaica esperada y de la demanda, con el objetivo de cuantificar el solapamiento entre producción y consumo.
  • La herramienta está actualizada para el computo de la compensación de excedentes según el RD 244/2019 y de acuerdo a los precios horarios de venta de excedentes publicados por REE.
  • Trabaja con tarifas eléctricas reales y precios actualizados, concretamente se puede elegir entre las siguientes tarifas: 2.0A PVPC, 2.0DHA PVPC, 2.0A, 2.0DHA, 2.1A, 2.1DHA, 3.0A y 6.1A.
  • Permite al usuario personalizar el precio del kWh en función de la oferta que tenga contratada.
  • En caso de tarifas PVPC la herramienta trabajará con datos reales y actualizados de estas tarifas.
  • Permite utilizar la curva de demanda real insertada por el usuario, o bien utilizar perfiles de demanda predefinidos.
  • La inversión estimada para paneles, inversor y baterías está basada en precios actualizados y tiene en cuenta factores de escala.
  • La herramienta realiza un análisis a 25 años, considerando la pérdida de rendimiento anual de los paneles y la pérdida de capacidad y rendimiento de las baterías.
  • La herramienta también considera los gastos de operación y mantenimiento anuales de la instalación y los gastos de reposición de baterías e inversor a lo largo de los 25 años.
  • Trabaja con datos de IPC actualizados.

Aplicaciones de la herramienta

Además de para el dimensionamiento automático de instalaciones de autoconsumo, la herramienta está siendo utilizada por el ITG para los siguientes estudios:

  • Análisis de la mejora de la rentabilidad de las instalaciones de autoconsumo con la compensación por excedentes según RD 244/2019.
  • Influencia de la potencia instalada en el periodo de retorno de la inversión con y sin compensación de excedentes.
  • Periodos de retorno de instalaciones de autoconsumo para diferentes regiones de España y Portugal según perfil de consumo.
  • Impacto de la disminución de precio de los excedentes en la rentabilidad de las instalaciones en casos futuros de sobreproducción solar.
  • Análisis económico de la idoneidad de la instalación con o sin baterías
  • Influencia de la pérdida de rendimiento y la pérdida de capacidad de las baterías en el periodo de retorno de la inversión.
  • Disminución del coste de las baterías necesario para alcanzar rentabilidades razonables en un escenario con compensación por excedentes.
A continuación, se muestra a modo de ejemplo la influencia del mecanismo de compensación de excedentes en una pequeña explotación ganadera en Madrid, acogida a una tarifa 2.0.A y con un consumo anual de 30.000 kWh anuales. Se ha utilizado la curva de carga real de la explotación para analizar el solapamiento horario entre producción fotovoltaica y consumo y poder determinar con precisión los flujos energéticos y económicos. La instalación fotovoltaica estudiada tiene una potencia pico de 10kW, orientación -3° (prácticamente Sur) y una inclinación de 35°.

Caso 1: Sin compensación de excedentes

La siguiente figura muestra los flujos energéticos en la instalación.

Caso 1. Sin compensación de excedentes.

Se observa como la mayor parte de la energía producida será autoconsumida, sin embargo también, una parte importante de energía se verterá a la red (verde claro), esta fracción corresponde a los momentos en los que la explotación no absorbe toda la energía producida (fines de semana, festivos, y otros momentos de poca demanda energética).

La siguiente figura muestra los gastos vinculados a energía antes y después de la instalación del sistema fotovoltaico.


Caso 1. Sin compensación de excedentes.

Se observa un considerable ahorro, en concreto 1370 €, sólo en el término de energía después de impuestos durante el primer año.

Realizando un análisis a 25 años, teniendo en cuenta la degradación del rendimiento de los paneles, la reposición del inversor, los costes de mantenimiento, el IPC, impuestos y demás parámetros, obtenemos los siguientes resultados.
  • Amortización de la instalación: 9,4 años
  • VAN(5%): 7.152 €
  • TIR: 10,06%

Caso 2: Con compensación de excedentes

Es evidente que la compensación de la energía vertida a red, no afectará en modo alguno a los flujos energéticos, es por ello que la siguiente figura muestra los mismos valores que en el caso anterior.

Caso 2. Con compensación de excedentes.

Sin embargo, como vemos en la próxima figura, ahora los excedentes se ven recompensados, cada hora el precio del excedente tiene un precio diferente, función del precio de mercado eléctrico y de los desvíos. De ahí la importancia de realizar un cálculo hora a hora también para la estimación de los ingresos por excedentes. A continuación, se puede observar la evolución mensual de estos ingresos.

Caso 2. Con compensación de excedentes.

El ahorro obtenido en este caso es superior al anterior, como era de esperar, en concreto 1752 € durante el primer año (un 28% más de ahorro).

Realizando el análisis a 25 años, explicado anteriormente obtenemos los siguientes resultados.

  • Amortización de la instalación: 7,3 años
  • VAN(5%): 12.421 €
  • TIR: 13,48%

Conclusiones

En el contexto actual de bajada drástica de precios de los paneles fotovoltaicos y con nuevos cambios regulatorios que favorecen la implantación de instalaciones de autoconsumo, se espera un crecimiento exponencial de este tipo de sistemas.

El simulador diseñado será una herramienta de gran utilidad para aquellos usuarios que deseen conocer cuál es la instalación de autoconsumo solar que mejor se adapta a su perfil, de una manera clara y sencilla. La herramienta les proporcionará de modo detallado la instalación más adecuada, considerando tanto los condicionantes técnicos como los regulatorios, con el fin de minimizar los periodos de retorno de la inversión y maximizar el retorno económico, energético y medioambiental.

Proyecto AGERAR

El proyecto AGERAR (Almacenamiento y gestión de energías renovables en aplicaciones comerciales y residenciales) cofinanciado por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) a través del Programa de Cooperación Transfronteriza España-Portugal (POCTEP) de Interreg 2014-2020, tiene como objetivo general promover la eficiencia energética y criterios de sostenibilidad en microrredes comerciales y residenciales. 

En el proyecto participan la Universidad de Sevilla, el Instituto Tecnológico de Galicia, el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial, la Universidad del Algarve, la Agencia Andaluza de la Energía, la Agencia Regional de Energía y Medioambiente del Algarve, la Universidad de Évora y el Instituto de Ciencia e Innovación en Ingeniería Mecánica e Ingeniería Industrial.

Artículo para la edición digital de Dínamo Técnica.
Autores: Fernando Echevarría Camarero y Pablo Carrasco Ortega
División de Energía del Instituto Tecnológico de Galicia

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