Metodología de ecodiseño de instalaciones eléctricas fotovoltaicas en corriente continua para edificios urbanos aislados

Résumé

El objetivo principal de esta tesis es demostrar la viabilidad de alimentar de forma aislada de la red convencional y mediante energía solar fotovoltaica en corriente continua, incluso en periodos de baja irradiación solar, a un edificio de servicios con un alto consumo eléctrico. Esta investigación se enmarca en la necesidad de fomentar el uso de energías renovables para minimizar el impacto ambiental derivado del consumo de electricidad. Para ello, se ha desarrollado un modelo de simulación MATLAB que reproduce el comportamiento de una instalación eléctrica en corriente continua con una fuente de generación solar fotovoltaica. La implementación del modelo ha requerido del diseño de herramientas de dimensionamiento tanto para el sistema de captación de energía (placas solares fotovoltaicas) como para el sistema de almacenamiento energético (baterías químicas). Asimismo, se han desarrollado los modelos de dos controladores de corriente continua, uno para maximizar la captación de energía y otro para estabilizar la tensión de alimentación de la carga. Se realiza, además, un estudio comparativo del modelo de simulación desarrollado con modelos ya probados y validados en la literatura. Para hacer este estudio lo más fiel posible a los modelos reales, se incluye el componente resistivo presente en el cableado. Los resultados del análisis son evaluados desde diferentes perspectivas técnicas, económicas, sociales y ambientales, aportando así la información necesaria para evaluar las ventajas y desventajas de escoger un tipo de configuración según las necesidades y requisitos de la instalación eléctrica del edificio. El caso de estudio elegido para evaluar el comportamiento el modelo se localiza en el edificio del Colegio Mayor de la Universidad de Deusto en Bilbao (España), una zona con frecuentes periodos de baja irradiación. En esta validación se ha trabajado con datos reales de irradiación solar, temperatura y datos de consumo energético cuarto-horarios del propio edificio. Con dichos datos se han generado, además, varios escenarios de simulación tanto de perfil conservador, teniendo en cuenta las condiciones climatológicas históricas de la localización, como de perfil extremo. Los resultados demuestran que el modelo supera de forma satisfactoria cada uno de los escenarios propuestos. Por un lado, en los escenarios más desfavorables (tres días consecutivos de peor irradiación de los últimos 30 años) el sistema consigue garantizar el servicio. Por otro lado, en los escenarios favorables (máxima irradiación y mínimo consumo), el sistema es capaz de mantener un nivel de fluctuación en la tensión inferior al 9,7 % respecto a su valor nominal. Así mismo, los resultados derivados de evaluar la viabilidad económica y medioambiental de la solución son significativos, con un retorno de inversión de 6 años y un decremento de las emisiones contaminantes mensuales de 13 toneladas de CO2 equivalente. Finalmente, los resultados de este trabajo de investigación son extrapolables a otros contextos, especialmente a aquellas regiones donde las infraestructuras necesarias para la distribución de energía eléctrica están aún sin desplegar.