Un sistema de energía fotovoltaica conectado a la red, o un sistema de energía fotovoltaica conectado a la red, es un sistema de energía fotovoltaica que genera electricidad y está conectado a la red eléctrica. Un sistema fotovoltaico conectado a la red consta de paneles solares, uno o varios inversores, una unidad de acondicionamiento de energía y un equipo de conexión a la red. Van desde pequeños sistemas residenciales y comerciales en la azotea hasta grandes estaciones de energía solar a escala de servicios públicos. A diferencia de los sistemas de energía independientes, un sistema conectado a la red rara vez incluye una solución de batería integrada, ya que todavía son muy caros. Cuando las condiciones son adecuadas, el sistema FV conectado a la red suministra el exceso de energía, más allá del consumo de la carga conectada, a la red pública.
Componentes de un sistema de energía solar
Un sistema de energía solar consiste en paneles solares, un sistema de montaje, cableado, un inversor y una conexión a la red eléctrica a través de un kilovatio-hora-metro.
Paneles solares
La parte más visible de un sistema de energía solar conectado a la red son los paneles solares.Estos atrapan la luz y la convierten en corriente continua.
Montaje
Los sistemas de energía solar se pueden montar de diferentes maneras. En techos inclinados, en techos planos, en el suelo, en el techo o con un sistema de seguimiento solar (y el llamado rastreador). Siempre tienes que mirar la carga de viento y nieve. Si no se calculan adecuadamente, un sistema de energía solar puede fallar o incluso colapsar con vientos fuertes o fuertes nevadas. La mayoría de los sistemas de montaje están hechos de aluminio.
Cuando se monta en un techo plano, se coloca una estructura de soporte separada sobre la que se montan los paneles, mirando al sol. La forma de montaje más utilizada en los Países Bajos y Bélgica está montada en un techo inclinado. La instalación de energía solar se instala directamente sobre o en el techo. Con la llamada «instalación de techo», las tejas ya no se instalan, pero los paneles solares son parte del techo. Tal construcción tiene un mayor valor estético, pero los inconvenientes son que el montaje en un techo existente requiere más mano de obra, hay menos flujo de aire de refrigeración alrededor de los paneles, por lo que la eficiencia disminuye, y ese reemplazo es a veces un problema si es más nuevo los artículos tienen diferentes dimensiones …
Los paneles solares también se pueden montar directamente en el suelo en una construcción independiente. Debido al régimen fiscal desfavorable y al precio relativamente elevado de la tierra, esta forma no se utiliza a menudo en los Países Bajos.
En un sistema de seguimiento solar, los paneles solares siguen el camino del sol. Para esto, los paneles solares están montados en un dispositivo que los mantiene óptimamente dirigidos hacia el sol. Tal sistema tiene un mayor rendimiento, pero es más caro de comprar y más susceptible a fallas.
Inversor
El inversor convierte la tensión de CC de los paneles solares a una corriente alterna de, por ejemplo, 230 o 110 voltios que se puede alimentar a la red eléctrica.
Operación
Los sistemas de tejado residenciales conectados a la red que tienen una capacidad de más de 10 kilovatios pueden satisfacer la carga de la mayoría de los consumidores. Pueden alimentar el exceso de energía a la red donde es consumido por otros usuarios. La retroalimentación se realiza a través de un medidor para monitorear la potencia transferida. La potencia fotovoltaica puede ser menor que el consumo promedio, en cuyo caso el consumidor continuará comprando energía de la red, pero una cantidad menor que la anterior. Si la potencia fotovoltaica excede sustancialmente el consumo promedio, la energía producida por los paneles será muy superior a la demanda. En este caso, el exceso de potencia puede generar ingresos al venderlo a la red. Dependiendo de su acuerdo con su compañía de energía de la red local, el consumidor solo tiene que pagar el costo de la electricidad consumida menos el valor de la electricidad generada. Este será un número negativo si se genera más electricidad que la que se consume. Además, en algunos casos, los incentivos en efectivo se pagan del operador de la red al consumidor.
La conexión del sistema de energía fotovoltaica solo se puede realizar a través de un acuerdo de interconexión entre el consumidor y la empresa de servicios públicos. El acuerdo detalla los diversos estándares de seguridad que se deben seguir durante la conexión.
Caracteristicas
La energía solar reunida por paneles solares fotovoltaicos, destinados a la entrega a una red eléctrica, debe ser acondicionada o procesada para su uso por un inversor conectado a la red.Fundamentalmente, un inversor cambia la tensión de entrada de CC de la tensión de PV a CA para la red. Este inversor se ubica entre el conjunto solar y la red, extrae energía de cada uno, y puede ser una gran unidad independiente o puede ser una colección de pequeños inversores, cada uno unido físicamente a paneles solares individuales. Vea el módulo de CA. El inversor debe controlar el voltaje de la red, la forma de onda y la frecuencia. Una razón para monitorear es que si la red está muerta o se desvía demasiado de sus especificaciones nominales, el inversor no debe transmitir energía solar. Un inversor conectado a una línea de alimentación defectuosa se desconectará automáticamente de acuerdo con las normas de seguridad, por ejemplo UL1741, que varían según la jurisdicción. Otra razón para que el inversor monitoree la red es porque para la operación normal el inversor debe sincronizarse con la forma de onda de la red y producir un voltaje ligeramente más alto que la propia red, para que la energía fluya suavemente hacia afuera desde la matriz solar.
Opciones de conexión
La producción se puede usar de diferentes maneras:
Total autoconsumo
La producción eléctrica se consume in situ por los electrodomésticos en funcionamiento (autoconsumo). Si la producción instantánea excede el consumo instantáneo, el excedente se inyecta en la red sin ser contado;
Recuento reversible
La producción eléctrica se consume in situ por los electrodomésticos en funcionamiento (autoconsumo). Si la producción instantánea excede el consumo instantáneo, el excedente se inyecta en la red y hace que el medidor eléctrico retroceda (volteando hacia abajo, para los medidores electromecánicos). Esta solución ya no se usa porque es incompatible con los nuevos medidores electrónicos;
Inyección del excedente
La producción eléctrica consumida in situ por los aparatos en funcionamiento (autoconsumo) no cuenta el medidor de producción, pero reduce el recuento de consumo. Solo se vende el excedente de la producción en comparación con el consumo instantáneo;
Inyección de la totalidad
Toda la producción se inyecta en la red y se vende. A continuación, el administrador de red crea un punto de bifurcación específico de la producción. Todo el consumo también es contabilizado por el medidor de consumo existente, como en todos los edificios conectados a la red.
Procedimientos administrativos
Son obligatorios y deben formalizar la conexión a la red de una instalación de producción fotovoltaica. La pesadez y el cambio incesante de estos enfoques son un obstáculo importante para el desarrollo de los mercados nacionales de determinados países (Italia, Francia).
Anti-isla
Islanding es la condición en la que un generador distribuido continúa alimentando una ubicación aunque la energía de la red eléctrica ya no esté presente. La isla puede ser peligrosa para los trabajadores de servicios públicos, que pueden no darse cuenta de que un circuito todavía está encendido, aunque no haya electricidad de la red eléctrica. Por esa razón, los generadores distribuidos deben detectar isla e inmediatamente dejar de producir energía; esto se conoce como anti-isla.
En el caso de un apagón de servicios públicos en un sistema fotovoltaico conectado a la red, los paneles solares continuarán entregando energía mientras el sol esté brillando. En este caso, la línea de suministro se convierte en una «isla» con poder rodeado por un «mar» de líneas sin alimentación.Por esta razón, generalmente se requiere que los inversores solares que están diseñados para suministrar energía a la red tengan un circuito automático anti-isla. En isla intencional, el generador se desconecta de la red y fuerza al generador distribuido a alimentar el circuito local. A menudo se usa como un sistema de respaldo de energía para edificios que normalmente venden su energía a la red.
Hay dos tipos de técnicas de control anti-isla:
Pasivo: se mide la tensión y / o el cambio de frecuencia durante la falla de la red y se utiliza un circuito de retroalimentación positiva para alejar la tensión y / o la frecuencia de su valor nominal. La frecuencia o el voltaje pueden no cambiar si la carga concuerda muy bien con la salida del inversor o si la carga tiene un factor de calidad muy alto (relación de potencia reactiva a real). Entonces existe alguna Zona de No Detección (NDZ).
Activo: este método emplea la inyección de algún error en frecuencia o voltaje. Cuando la red falla, el error se acumula y empuja el voltaje y / o la frecuencia más allá del rango aceptable.
Aspectos técnicos
El propietario del sistema, primero la electricidad producida beneficiario
La electricidad siempre toma prestada la ruta de menor resistencia eléctrica. El propietario del sistema, ya sea que los electrodomésticos estén en operación en el hogar o sus vecinos más cercanos, recibe a priori una parte significativa (pero no exclusiva) de la energía producida, sin influencia significativa de la presencia o ausencia de un medidor eléctrico en el camino. Solo la resistencia (modesta) del contador interviene. Por otro lado, la elección de la opción de inyección en la red no interviene.
Estándares de instalación y conexión
Existen normas más o menos estrictas según el país. La mayoría de los inversores vendidos en Europa están diseñados para cumplir con los estándares alemanes y los requisitos de conexión, debido al desarrollo de la tecnología fotovoltaica conectada en Alemania. Estos estándares y requisitos a menudo han sido adoptados por los operadores de redes de otros países europeos.Para los sistemas fotovoltaicos conectados a la red, los inversores deben cumplir con DIN VDE 0126 1.1 (Alemania, Francia …) o estar certificados por un laboratorio aprobado (Reino Unido, G77).En cuanto a los módulos fotovoltaicos, los estándares a respetar en Francia son los siguientes: IEC 61215 (tipo cristalino) e IEC 61646 (tipo de película delgada). Para el dimensionamiento de los componentes, es necesario distinguir la parte continua CC (corriente arriba del inversor) y la alternativa AC (corriente abajo del inversor). Los textos vigentes son la guía del UTE C15-712-1 para la parte CC y la norma francesa NF C 15-100 para la parte CA 2.
Mantenimiento de un sistema conectado a la red
El sistema fotovoltaico conectado a la red es el sistema de energía renovable que es el más fácil de operar porque no es necesario el mantenimiento preventivo. La inyección de la electricidad producida en la red, así como el suministro del consumo del sitio se realiza de forma automática.Con la excepción de un sitio industrial lleno de humo o polvoriento, la limpieza de los sensores se realiza de forma natural con viento y lluvia. La supervisión simple puede detectar posibles fallas del sistema. Sin embargo, es necesario prever el reemplazo del inversor que tiene, en promedio, una vida útil de 8 a 12 años.
Ventajas
Los sistemas como la medición neta y la tarifa de entrada que ofrecen algunos operadores de sistemas pueden compensar los costos de uso de electricidad de los clientes. Sin embargo, en algunos lugares, las tecnologías de grillas no pueden hacer frente a la alimentación de generación distribuida en la red, por lo que la exportación de electricidad excedente no es posible y ese excedente está conectado a tierra.
Los sistemas fotovoltaicos conectados a la red son comparativamente más fáciles de instalar ya que no requieren un sistema de batería.
La interconexión de la red de los sistemas de generación de energía fotovoltaica (PV) tiene la ventaja de la utilización efectiva de la energía generada porque no hay pérdidas de almacenamiento involucradas.
Un sistema de energía fotovoltaica es carbono negativo a lo largo de su vida útil, ya que cualquier energía producida por encima y por encima de eso para construir el panel inicialmente compensa la necesidad de quemar combustibles fósiles. Aunque el sol no siempre brilla, cualquier instalación ofrece una reducción promedio razonablemente predecible en el consumo de carbono.
Desventajas
El PV conectado a la red puede causar problemas con la regulación de voltaje. La grilla tradicional opera bajo la suposición de flujo unidireccional o radial. Pero la electricidad inyectada en la red aumenta el voltaje y puede impulsar niveles fuera del ancho de banda aceptable de ± 5%.
La red fotovoltaica conectada a la red puede comprometer la calidad de la energía. La naturaleza intermitente de PV significa cambios rápidos en el voltaje. Esto no solo desgasta los reguladores de voltaje debido al ajuste frecuente, sino que también puede provocar un parpadeo de voltaje.
Conectarse a la red plantea muchos desafíos relacionados con la protección. Además de la isla, como se mencionó anteriormente, los niveles demasiado altos de PV conectado a la red provocan problemas como la desensibilización del relé, el disparo molesto, la interferencia con los reconectadores automáticos y la ferroresonancia.
Aspectos económicos
Costo de los sistemas
El precio total de un sistema fotovoltaico depende de:
de un posible estudio preliminar (montaje legal atípico, sistemas medianos o grandes)
el tipo de equipo y las condiciones de instalación;
conexión de red;
intereses de préstamo cuando corresponda.
El precio del equipo depende principalmente del tamaño del sistema y de cómo se integra en el edificio.
El precio del material y la instalación incluidos:
| Poder | Instalación de piso o techo | Integración de techo, simple | integración de vidrio, paneles PV … |
|---|---|---|---|
| 1 a 3 kWp | 5 a 7 € / Wc | 5 a 7 € / Wc | > 7 € / Wc |
| 3 a 10 kWp | 3,5 a 5 € / Wc | 3,5 a 5 € / Wc | > 5 € / Wc |
| de 10 kWp a 36 kWp | 3 a 5 € / Wc | 3,5 a 5 € / Wc | <10 € / Wc |
| de 36 kWp a varios MW | 2 a 4 € / Wc | 3 a 4.5 € / Wc | <7 € / Wc |
tiempo de retribución
Los costos totales de los paneles solares consisten en la compra, depreciación, intereses sobre préstamos, colocación, mantenimiento, seguro y posiblemente la licencia y el subsidio. El tiempo de amortización depende de la ubicación de los paneles solares, el método de montaje y el desarrollo del precio de la electricidad. El período de amortización de los paneles solares fotovoltaicos está disminuyendo gradualmente. Cuando se monta directamente al sur en un tejado, este año 2015 será de alrededor de 7 años al mismo precio de electricidad.
Permiso
A veces es necesario solicitar un permiso para la instalación de paneles solares. Este es el caso, por ejemplo, con vistas y / o monumentos protegidos de pueblos o ciudades.
Precio de la energía
En promedio, un pico de vatios (Wp) de un panel solar cristalino cuesta alrededor de 1 euro (excluyendo el ensamblaje). 100 Wp produce aproximadamente 70 a 90 kWh por año de energía en los Países Bajos, dependiendo de la ubicación, el ángulo del techo, la cantidad de sombra y el tipo de panel solar. El cálculo se basa en el hecho de que los paneles solares suministran energía que no tienen que comprar a la compañía eléctrica. La compañía de electricidad cuesta entre 0,20 y 0,23 euros por kWh (en 2013). Si en general genera más electricidad de la que necesita, puede venderla a la compañía de electricidad por la tarifa de alimentación de aproximadamente 0,05 a 0,09 euros por kWh, lo que es mucho menos lucrativo.
Incentivos fiscales
Muchos gobiernos europeos han elegido alentar la energía solar a efectos fiscales.
IVA en paneles solares
Debido a la sentencia Fuchs, desde el 20 de junio de 2013 es posible solicitar el IVA pagado a los paneles solares por parte de las autoridades fiscales.
Balance de energía
La producción de paneles solares también requiere energía. La medida se expresa en el tiempo en que se genera esta energía. Esto se llama balance de energía y en Bélgica y los Países Bajos tiene entre 1 y 2 años.
Remuneración por la producción de electricidad inyectada en las redes
Existen diferentes tipos de remuneración según las elecciones políticas de los diferentes países.
Cuotas
«Certificados verdes» y «garantías de origen». Los kilovatios-hora producidos se pagan vendiendo «certificados verdes» o «garantías de origen» a las organizaciones que los necesitan.
Precio de compra
(en inglés Feed in Tariff, o FIT) los kilovatios-hora se pagan con una tarifa de compra, cuyo nivel es establecido por el Estado o el comprador, de acuerdo con la legislación del país o del Estado. En Francia, el decreto de marzo de 2011 prevé una revisión trimestral de los precios de compra de la energía fotovoltaica. Estas tarifas se hacen públicas por la Comisión Reguladora de la Energía (CRE), que es cobrada por el gobierno con la deliberación de los coeficientes S y V que determinan la tarifa de alimentación. Desde marzo de 2011, el precio de compra puede cambiar cada trimestre, dependiendo en particular del número de solicitudes de conexión a la red. Dado que estas tarifas son más altas que los precios de mercado, los operadores sujetos a la obligación de compra son compensados por el costo adicional mediante un recargo aplicado a todo el kWh facturado: el CSPE.
Rentabilidad de los sistemas
Estos sistemas no son en sí mismos «rentables» a nivel de la comunidad en general si solo se tienen en cuenta los costos financieros, ya que la electricidad producida es más costosa que la producida por otros sistemas de generación de electricidad (incluidas las energías renovables: eólica, termodinámica solar, etc.), debido a los altos costos de inversión debido al aún alto precio de los módulos fotovoltaicos, pero la política de soporte actual permite reducir los costos para que esta energía limpia sea rentable (lo que se verá facilitado por el inevitable aumento en el costo de los combustibles fósiles).
Sin embargo, en 2010, gracias a los subsidios directos o indirectos, una instalación puede ser muy rentable para su propietario. Una instalación instalada en 2008 y 2009 en el sur de Francia generó rendimientos de más del 12%; por ejemplo, una planta en el sur de Francia con un costo de € 7 por vatio-pico en el tendido producido en el año 1.4 kWh, pagó € 0.601 76 / kWh (€ 0.58 / kWh en 2010), casi el doble del precio de compra alemán , sin riesgos (la luz del sol varía poco, el material es muy confiable y el precio de compra está garantizado).
Perpignan es, en 2011, la ciudad que alberga la instalación fotovoltaica más grande del mundo integrada en edificios (excluidas las plantas de energía solar fotovoltaica); el sitio internacional de Saint-Charles incluye 97,000 placas fotovoltaicas en 68,000 m2 de cubierta. Produce más de 9800 MWh por año (suficiente para alimentar una ciudad de más de 8000 habitantes en electricidad).