FOTOLINERAS

Alumno: Ionut-Cristian Ilie

Profesor: Francisco Fabregat Santiago

Asignatura: SIV007 Tecnología Fotovoltaica

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Índice

Introducción .................................................................................................................................. 3

Estado actual del sector fotovoltaico ............................................................................................ 4

Tipos de vehículos eléctricos ......................................................................................................... 5

Integración en el sistema eléctrico ............................................................................................... 6

Tipos de fotolineras ....................................................................................................................... 7

Modos de carga de un coche eléctrico ......................................................................................... 8

Tipos de recarga ............................................................................................................................ 9

Tipos de conectores .................................................................................................................... 10

Análisis de emisiones contaminantes ......................................................................................... 12

Instalación y Cálculos .................................................................................................................. 13

Tipo de recarga Tesla S ................................................................................................................ 17

Presupuesto ................................................................................................................................ 18

Rentabilidad ................................................................................................................................ 18

Conclusiones ............................................................................................................................... 19

Bibliografía .................................................................................................................................. 20

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Introducción El conjunto de las energías renovables se encuentra en un momento crítico que puede

marcar su desarrollo en el futuro. A pesar de los efectos de la crisis económica, a nivel global

continuamos experimentando un crecimiento significativo de las energías renovables, y cada

vez hay más países que están poniendo en marcha planes de desarrollo para la implantación de

este tipo de energías.

Son muchos los motivos que impulsan su desarrollo, entre los que podemos destacar:

• La lucha contra el cambio climático.

• La independencia energética y la seguridad de suministro.

• La competitividad nacional y el desarrollo tecnológico y creación de empleo. Los

elevados precios del petróleo no hacen sino reforzar esta tendencia.

Esperamos por tanto que las energías renovables constituyan una de las fuentes de

energía más relevantes y de mayor potencial de crecimiento en los próximos años. En este

contexto de apoyo a los renovables convergen muchas alternativas que no solo deben competir

con los combustibles fósiles (carbón, gas, petróleo) y la energía nuclear, sino que además deben

competir entre ellas. En esta situación, las compañías eléctricas, los promotores de proyectos

renovables y los gobiernos y reguladores deben definir una estrategia coherente a futuro y ser

cuidadosos en la selección de su mix tecnológico. Además de la generación, el sector del

transporte tiene gran culpa de las emisiones a la atmósfera de CO2.

El transporte es el sector que más energía consume en España, alcanzando un 39% del

total nacional. Cabe resaltar en este sentido que, solamente el vehículo turismo representa

aproximadamente el 15% de toda la energía final consumida en España. No solo es importante

el desarrollo de las energías renovables, sino también la mejora de la eficiencia energética en el

transporte, pensando en la implantación futura de una movilidad sostenible. La figura 1 muestra

un ejemplo de un pequeño parking adecuado para la recarga de vehículos eléctricos con

módulos solares fotovoltaicos [1].

La electrificación del vehículo constituye una alternativa tanto para la reducción de

emisiones como para aumentar la eficiencia del transporte. El vehículo eléctrico (VE) puro y

otras soluciones intermedias como los híbridos y eléctricos de rango extendido competirán con

otras soluciones más convencionales (mejoras sobre el motor de combustión interna, transición

hacia flota de vehículos de menor tamaño, etc.) de cara a lograr el objetivo de incremento de la

eficiencia de los nuevos vehículos vendidos.

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Figura 1. Ejemplo de parking eléctrico

Estado actual del sector fotovoltaico

España se situó en el año 2010 como el segundo país a nivel mundial, tras Alemania, en

potencia instalada. Sin embargo, en ese año se aprobó el Real Decreto 14/2010, llamada por

algunos la “Ley anti-fotovoltaica”, con multitud de cambios que produjeron un estancamiento

del sector. Por otro lado, y más recientemente, el 8 de diciembre de 2011 se publicó en el BOE

el RD 1699/2011, llamado a ser el decreto que regulara el Autoconsumo. Sin embargo, esta

nueva normativa lo único que regula son las condiciones de solicitud, los procedimientos de

conexión y las condiciones técnicas para instalaciones de producción de energía eléctrica de

pequeña potencia. Los aspectos más positivos y a destacar de este nuevo RD son que legaliza las

instalaciones de autoconsumo que hasta ahora estaban en un vacío legal y permite instalar

contadores en paralelo para computar la energía autoconsumida así como ceder la energía

generada a terceros, aunque no se especifica cómo se debería hacer. Todavía queda la

aprobación de la legislación que regulará el tema del Balance Neto.

A nivel global continuamos experimentando un crecimiento significativo de las energías

renovables, y cada vez hay más países que están poniendo en marcha planes de desarrollo para

la implantación de este tipo de energías.

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Tipos de vehículos eléctricos

Existen diversas tipologías de vehículos eléctricos, como son el híbrido (HEV), el hí- brido

enchufable (PHEV), el eléctrico de batería (BEV o EV), ver Figura 2 o el eléctrico de autonomía

extendida (EREV), ver Figura 3. Estos vehículos están propulsados únicamente por un motor

eléctrico. La fuente de energía proviene de la electricidad que se obtienen de la fuente renovable

o de la energía almacenada en la batería que se cargan mediante los paneles fotovoltaicos. Las

emisiones contaminantes son nulas y permite un gran ahorro económico al necesitar

electricidad en lugar de combustible. Por el contrario, la autonomía es muy inferior a la de un

vehículo convencional, lo que da inseguridad al usuario pues la red actual de recarga es muy

limitada. Otra de las grandes ventajas de estos vehículos es su eficiencia, llegando a ser de un

77% si la energía de recarga es de origen renovable, valor muy superior al del 25 %

correspondiente al vehículo de combustión.

Figura 2. Tipos de vehículos eléctricos

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Figura 3. Componentes del vehículo eléctrico

Integración en el sistema eléctrico

El vehículo eléctrico puede ser un instrumento muy útil para aplanar la curva de

demanda y aumentar el porcentaje de energías renovables en el mix de generación eléctrica, o

convertirse en un factor adicional de desequilibrio de la misma, dependiendo de cómo y cuándo

se realicen las recargas de los mismos. El sistema eléctrico español tiene capacidad para integrar

a millones de vehículos eléctricos, siempre que la recarga de los mismos se realice de una

manera controlada, aprovechando los momentos valle del sistema.

Para estimular que la recarga de los VE se realice en momentos valle, desde el Ministerio

de Industria, Turismo y Comercio se creó en 2011 una tarifa supervalle con discriminación

horaria para la recarga de vehículos eléctricos entre la una y las siete de la mañana. Sin embargo,

esta medida es únicamente un incentivo económico, que no garantiza que las recargas de los

vehículos se vayan a realizar en esta franja horaria. Para acomodar las recargas de los vehículos

eléctricos a la potencia disponible en el sistema eléctrico, es necesario dotar a las estaciones de

recarga de sistemas de control inteligentes, idealmente con una comunicación permanente con

un centro de control.

Las estaciones de recarga dotadas de sistemas de control pueden aprovechar todo el

potencial que ofrece la recarga de vehículos eléctricos en modo 3, regulando la potencia

suministrada a las cargas según una configuración local en cada estación o siguiendo

instrucciones remotas desde el centro de control. En el portal web de Red Eléctrica de España

está disponible un simulador de recarga del vehículo eléctrico, que permite a los visitantes

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realizar simulaciones de recarga de vehículos eléctricos a nivel estatal, considerando factores

como el del grado de inteligencia de la infraestructura de recarga.

Las posibilidades que ofrece un centro de control en combinación con una red de estaciones de

recarga inteligentes son muy extensas, y entre ellas figuran las siguientes:

•Adaptación de la demanda de potencia de los vehículos conectados a la potencia

disponible en cada momento

•Optimización según perfiles de usuarios de una recarga con generación mínima de

CO2 o de coste mínimo

•Tarificación de la energía transferida según ubicaciones y potencias requeridas por los

usuarios

•Posibilidad de contratar recargas de vehículos en itinerancia o roaming, ya sea entre

operadores o entre países.

•Realización de reservas previas de estaciones y localización de las mismas en la

cartografía.

•A largo plazo, el conjunto de vehículos conectados a esta red de recarga inteligente

puede comportarse como un sistema de almacenamiento eléctrico reversible (V2G – Vehicle

Two Grid)

Tipos de fotolineras

En cuanto a la infraestructura de recarga, existen actualmente distintas posibilidades en

el mercado como son los postes de recarga para aparcamientos privados o para uso público

(únicos o múltiples), puntos de pared, etc. Todos ellos se pueden adquirir con diferentes

opciones, tales como identificación personal por medio de tarjeta, sistemas de prepago con

software de gestión y monitorización, recarga inteligente, con protecciones eléctricas, seguridad

y antirrobo, etc. Los tipos de recarga dependerán del tipo y la potencia eléctrica suministrada.

Así tendremos recarga lenta (6~8 h para recargar una batería de 24 kWh), semi-rápida (3~4 h) y

rápida (15~30 minutos)

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Modos de carga de un coche eléctrico

Los modos de carga tienen que ver con el nivel de comunicación entre el vehículo

eléctrico y la infraestructura de recarga (y por consiguiente la red eléctrica), y el control que se

puede tener del proceso de carga, para programarla, ver el estado, pararla, reanudarla, o incluso

volcar electricidad a la red.

• Modo 1, sin comunicación con la red. Sería el que se aplica a una toma de corriente

convencional con conector Schuko.

• Modo 2, grado bajo de comunicación con la red. El cable cuenta con un dispositivo

intermedio de control piloto que sirve para verificar la correcta conexión del vehículo a

la red de recarga. Podría seguir usándose un conector Schuko.

• Modo 3, grado elevado de comunicación con la red. Los dispositivos de control y

protecciones se encuentran dentro del propio punto de recarga, y el cable incluye hilo

piloto de comunicación integrado (por ejemplo los conectores SAE J1772, Mennekes,

Combinado o Scame).

• Modo 4, grado elevado de comunicación con la red. Hay un conversor a corriente

continua y solo se aplica a recarga rápida (por ejemplo, conector CHAdeMO).

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Tipos de recarga

Se consideran cinco tipos de recarga según la velocidad de esta, es decir, cuánto tiempo lleva

recargar las baterías, que depende directamente de la potencia disponible.

• Recarga super-lenta, cuando la intensidad de corriente se limita a 10 A o menos por no

disponer de una base de recarga con protección e instalación eléctrica adecuada. La

recarga completa de las baterías de un coche eléctrico medio, unos 22 a 24 kWh de

capacidad, puede llevar entre diez y doce horas.

• Recarga lenta, también se puede llamar convencional o recarga normal. Se realiza a 16

A, demandando unos 3,6 kW de potencia. Recargar esas mismas baterías puede llevar

entre seis y ocho horas.

• Recarga semi-rápida, en inglés se suele llamar quick-charge, menos rápida que la fast-

charge. Se realiza a una potencia de unos 22 kW. Renault apuesta bastante por este tipo

de recarga, por ejemplo, con su cargador de bajo coste Camaleón, compatible con el

Renault ZOE. La recarga puede llevar una hora u hora y cuarto.

• Recarga rápida, la potencia que se demanda es muy alta, entre 44 y 50 kW. La recarga

de esos 22 a 24 kWh de baterías puede llevar media hora. Lo normal es que no se haga

una recarga del 100% sino en torno al 80% o 90%.

• Recarga ultra-rápida, apenas se usa, y debe considerarse algo todavía experimental, en

vehículos eléctricos a prueba con acumuladores de tipo supercondensadores (por

ejemplo algunos autobuses eléctricos). La potencia de recarga es muy elevada, y en unos

cinco o diez minutos se pueden recargar las baterías. Las baterías de iones de litio no

soportan la temperatura tan elevada que provoca este tipo de recarga pues deteriora

gravemente su vida útil.

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Tipos de conectores

Los tipos de conectores todavía no están estandarizados a nivel mundial. Así que hay

varios enchufes, con diferente tamaño y propiedades. Ha habido un intento de unión entre los

fabricantes alemanes y los norteamericanos con el sistema combinado, pero no se han puesto

de acuerdo con los franceses y los japoneses.

• Conector doméstico tipo Schuko, responde al estándar CEE 7/4 Tipo F y es compatible

con las tomas de corriente europeas. Tiene dos bornes y toma de tierra y soporta

corrientes de hasta 16 A, solo para recarga lenta y sin comunicación integrada. Lo

podemos encontrar en múltiples electrodomésticos.

• Conector SAE J1772, a veces conocido también como Yazaki. Es un estándar

norteamericano, y es específico para vehículos eléctricos. Mide 43 mm de diámetro.

Tiene cinco bornes, los dos de corriente, el de tierra, y dos complementarios, de

detección de proximidad (el coche no se puede mover mientras esté enchufado) y de

control (comunicación con la red).

Nivel 1: Hasta 16 A, para recarga lenta.

Nivel 2: Hasta 80 A, para recarga rápida.

• Conector Mennekes, es un conector alemán de tipo industrial, VDE-AR-E 2623-2-2, a

priori no específico para vehículos eléctricos. Mide 55 mm de diámetro. Tiene siete

bornes, los cuatro para corriente (trifásica), el de tierra y dos para comunicaciones.

Monofásico, hasta 16 A, para recarga lenta.

Trifásico, hasta 63 A (43,8 kW) para recarga rápida.

• Conector único combinado, se ha propuesto por norteamericanos y alemanes como

solución estándar. Tiene cinco bornes, para corriente, protección a tierra y

comunicación con la red. Admite recarga tanto lenta como rápida.

• Conector Scame, también conocido como EV Plug-in Alliance, principalmente apoyado

por los fabricantes franceses. Tiene cinco o siete bornes, ya sea para corriente

monofásica o trifásica, tierra y comunicación con la red. Admite hasta 32 A (para recarga

semirápida).

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• Conector CHAdeMO, es el estándar de los fabricantes japoneses (Mitsubishi, Nissan,

Toyota y Fuji, de quien depende Subaru). Está pensado específicamente para recarga

rápida en corriente continua. Tiene diez bornes, toma de tierra y comunicación con la

red. Admite hasta 200 A de intensidad de corriente (para recargas ultra-rápidas). Es el

de mayor diámetro, tanto el conector como el cable.

Figura 5. Tipos de cargadores

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Análisis de emisiones contaminantes

Uno de los principales objetivos perseguidos con la adopción masiva del vehículo

eléctrico en España es reducir nuestra dependencia energética del petróleo. Actualmente, el

97% de la energía utilizada en el transporte en España proviene de derivados del petróleo, que

importamos en su gran totalidad, y que supone un impacto muy negativo en nuestra balanza

comercial exterior. Para que la disminución de uso del petróleo en el transporte tenga una

reducción significativa en las emisiones de CO2 es fundamental que la generación de

electricidad también se realice siguiendo criterios para evitar al máximo la generación de CO2,

realizándola en aquellos momentos en que la presencia de fuentes renovables en el mix de

generación de energía eléctrica sea máxima.

Las emisiones generadas por los coches eléctricos, en caso de que la energía fuera

generada según el mix energético español sería de aproximadamente 0,26 kg CO2 / kWh. Si la

energía proviene de energías renovables, como el análisis de proyecto de energía fotovoltaica

planteado en este artículo, las emisiones contaminantes serían prácticamente nulas. La Figura 4

muestra un gráfico comparativo de las emisiones para los vehículos analizados, considerando

un recorrido de 100 km diarios y recarga con energía no renovable. Aun así, podemos comprobar

la gran diferencia de emisiones sin utilizar energías limpias.

Figura 4. Vehículo de Combustión VS Vehículo Eléctrico

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Instalación y Cálculos

La instalación pensada sería de autoconsumo, para este caso se necesita unos 27

módulos fotovoltaicos (por ejemplo, el modelo SolarWorld SW300 Mono) de 300 W tomando

como producción de la zona 1450 kWh/ kWp (ej. Castellón de la Plana), resultando una

instalación de 8,1 kWp. El inversor a instalar podría ser el SMA STP 17000 TL-10. Los módulos

serían colocados en 2 series de 9 paneles solares con orientación respecto al sur e inclinación de

20º. El presupuesto total estimado para esta instalación sería aproximadamente de 16.725,94€.

La Figura 6 muestra un dibujo de como sería la estructura del parking con los módulos

fotovoltaicos aunque en esta imagen aparecen 24 paneles, la forma del parking seguirá este

modelo y en la tabla 1 se observan los consumos energéticos de distintos tipos de coches

eléctricos durante un recorrido medio de 100 km.

Figura 6. Modelo de instalación

Tabla 1. Consumo energético tipos de coches eléctricos

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Se toma como modelo de coche el Tesla Modelo S ya que tiene más consumo y se supone un

consumo medio diario de 100 km y un consumo medio anual de 36000 km/año.

Tesla modelo S

La distancia media que hemos supuesto que recorre el coche en un día es de alrededor de 100

km, por lo tanto:

𝐸𝑛é𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑑í𝑎 𝑐𝑜𝑐ℎ𝑒 = 21𝑘𝑊ℎ

𝑑í𝑎 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑇𝑒𝑠𝑙𝑎 𝑆

Paneles solare instalados:

Modelo: Panel solar 300W – SolarWorld SW300 Mono

𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑑𝑖𝑎𝑟𝑖𝑎 𝑝𝑎𝑛𝑒𝑙 = 𝑊𝑝 1 𝑝𝑎𝑛𝑒𝑙 ∗ 𝐻𝑆𝑃 (𝐻𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑝𝑖𝑐𝑜) = 𝑘𝑊ℎ

𝑑í𝑎

Tabla 2. Cálculo de la hora solar pico en Castellón de la Plana

𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑑𝑖𝑎𝑟𝑖𝑎 1 𝑝𝑎𝑛𝑒𝑙 = 300 𝑊𝑝 ∗ 2,64 = 0,792 𝑘𝑊ℎ

𝑑í𝑎

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En este caso nosotros necesitamos la energía necesaria para poder cargar el coche después de

recorrer los 100 km.

Veamos los paneles que necesitamos para cubrir la demanda de energía

𝑁º𝑝𝑎𝑛𝑒𝑙𝑒𝑠 𝑎 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑎𝑟 =21

𝑘𝑊ℎ𝑑í𝑎

0,792𝑘𝑊ℎ𝑑í𝑎

= 26,51 ≈ 27 𝑝𝑎𝑛𝑒𝑙𝑒𝑠

𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑑𝑖𝑎𝑟𝑖𝑎 = 300 ∗ 2,64 ∗ 27 = 21, 384𝑘𝑊ℎ

𝑑í𝑎

Nota: Con los cálculos que se presenta anteriormente se puede observar que cubrimos la

demanda de recarga del coche una vez recorrido los 100 km.

La instalación de los paneles se realiza de la siguiente forma:

Se conectan 3 series de 9 paneles

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Inversor

SMA Sunny Tripower STP 10000 TL-20 Inversor Solar

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Tipo de recarga Tesla S

Teniendo en cuenta que se debe de realizar una recarga de 21 kWh/día el modo de

recarga será Semi-Rápida, aunque Tesla Motors apuesta por la recarga Ultra-Rápida, en nuestro

caso solamente necesitamos cargar la batería a un 20% de su capacidad.

El modo de carga es:

Modo 3, grado elevado de comunicación con la red. Los dispositivos de control y

protecciones se encuentran dentro del propio punto de recarga, y el cable incluye hilo piloto

de comunicación integrado (por ejemplo, los conectores SAEJ1772, Mennekes, Combinado

o Scame).

En el caso del Tesla modelo S tiene compatibilidad con el conector SAEJ1772, aunque el

Mennekes ha comenzado a comercializarse para este modelo.

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Presupuesto

Rentabilidad

Productos Nº Precio/ ud Precio total

Panel Solar SunModule Plus SN300 Mono

27 260€ 260€*27 paneles =7020€

SMA Sunny Tripower STP 10000 TL-20 Inversor Solar

1 2259,91€ 2259,91€

Conector SAEJ1772 + cable eléctrico

1 205,94€ 205,94€

Mano de Obra 9500€ 9500€

Coste total 16.725,94€

Energía producida por los paneles (día) 21,384𝑘𝑊ℎ

𝑑í𝑎

Energía producida por los paneles (año)

21,384𝑘𝑊ℎ

𝑑í𝑎∗ 365

𝑑í𝑎𝑠

𝑎ñ𝑜= 7805,16

𝑘𝑊ℎ

𝑎ñ𝑜

Ahorro económico 1 año

7805,16𝑘𝑊ℎ

𝑎ñ𝑜∗ 0,177

€

𝑘𝑊ℎ= 1381,51

€

𝑎ñ𝑜

Mantenimiento 300 €/año

Amortización de la inversión (años)

16.725,94 €

1381,51€

𝑎ñ𝑜 − 300€

𝑎ñ𝑜

= 15 𝑎ñ𝑜𝑠

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Conclusiones

El análisis del proyecto propuesto, aunque disponga de una tasa de amortización de 15

años se debe de tener en consideración la vida útil de los paneles una vez amortizada la

inversión, es decir los paneles solares disponen de 10 años demás hasta que dejen de rendir a

su potencial máximo. Eso sí no hay que menos preciar la vida útil del inversor ya que dispone de

menos vida útil en cambio tienen una garantía de 5 años que se puede prolongar para 25 años,

es decir tanto los paneles como el inversor, dos mecanismos importantes del negocio pueden

durar 25 años trabajando a una eficiencia elevada.

Otro aspecto que hay que tener en consideración, es el hecho de que la implantación de

distintos puntos de recargas puede favorecer al mundo de hoy y de mañana tanto desde el punto

de vista ambiental como la gran posibilidad de ofrecer puestos de trabajos.

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Bibliografía

http://www.botanicoalcala.es/primera_fotolinera.html

https://www.youtube.com/watch?v=5n72RlhT_Ww

http://enerlogy.es/es/lineas-de-negocio/renovable/fotolinera

http://www.coloradosolarpower.net/images/brochures/p100094/SLK60P6L%20BLK-

BLK_US%20060911.pdf

https://www.tutiendasolar.es/hps.php

https://www.sfe-solar.com/paneles-solares/solarworld/panel-solar-solarworld-sw-300/

https://www.motorpasion.com/coches-hibridos-alternativos/tipos-de-conectores-tipos-de-

recarga-y-modos-de-carga

http://www.faen.es/batterie/Recarga_vehiculo_electrico.pdf