Desmontando mitos sobre la orientación y el dimensionamiento de los sistemas fotovoltaicos

Investigadores de la Universidad Tecnológica de Lappeenranta (LUT) afirman haber desmontado tres mitos sobre la orientación y el dimensionamiento de los sistemas fotovoltaicos y la venta de excedentes.

“Los resultados son aplicables a las condiciones del norte, pero los métodos son aplicables en todas partes”, dijo un portavoz de la LUT a pv magazine. “A nuestros expertos les gustaría estudiar más a fondo otros datos y los de otros países sobre la electricidad solar, el consumo de energía y los precios de la electricidad”.

En este primer estudio, llamado “Optimización de las instalaciones fotovoltaicas en tejados para maximizar los ingresos en Finlandia basándose en los perfiles de carga de las clases de clientes y la generación simulada”, publicado en Solar Energy, los científicos consideraron una orientación del sistema fotovoltaico basada en la rentabilidad. Utilizaron datos horarios de 13 perfiles estadísticos de carga de clase de cliente diferentes, datos históricos de precios del mercado eléctrico para el período 2016-20 y rendimiento solar fotovoltaico simulado del sur de Finlandia.

El grupo de investigación comparó los sistemas de acimut simple y de acimut doble. Descubrió que la primera tipología de proyecto era más rentable bajo un régimen de medición neta, con orientaciones óptimas identificadas en ángulos de acimut de -15 grados a -5 grados y en ángulos de inclinación de 35 grados a -45 grados.

“Sin embargo, si no se paga ninguna compensación por el excedente de electricidad, suele ser más rentable minimizar la compra de electricidad orientando los módulos solares fotovoltaicos en dos acimuts entre este y oeste con ángulos de inclinación de 10 grados a -55 grados, dependiendo de la capacidad del sistema solar fotovoltaico y del perfil de carga”, señalaron.

Una orientación este-oeste podría suponer pérdidas económicas del 15% en comparación con un sistema orientado al sur, cuando no existe medición neta y hay que maximizar el autoconsumo.

“Una orientación sur es económicamente viable independientemente del perfil de consumo. No hay una única orientación correcta. La elección depende de si se quiere maximizar la autosuficiencia en la generación de electricidad o la rentabilidad”, afirma Altti Meriläinen, asistente de investigación en ingeniería eléctrica de la Universidad LUT.

Dimensionamiento óptimo

En “Optimal dimensioning of a solar PV plant with measured electrical load curves in Finland”, publicado recientemente en Solar Energy, otro equipo de investigación estudió la rentabilidad de los sistemas fotovoltaicos de autoconsumo. Se centraron en una tienda de comestibles, una granja lechera y una vivienda del sur de Finlandia.

“La rentabilidad del sistema de energía fotovoltaica se estudió utilizando la tasa de interés interna, el valor actual neto, el periodo de recuperación descontado y la tasa de autoconsumo”, dijeron los investigadores.

Comprobaron que las tasas internas de rendimiento respectivas eran del 6,8%, el 6,6% y el 1,4% para la tienda de comestibles, la granja lechera y el hogar. En el caso de la tienda de comestibles y la granja lechera, el tamaño del sistema fotovoltaico podía aumentarse sin que la tasa interna de rendimiento disminuyera significativamente, lo que justificaría una instalación mayor. Por el contrario, si se utiliza la tasa de autoconsumo para optimizar el tamaño de la instalación fotovoltaica, el resultado podría ser un sistema de tamaño insuficiente.

“En las viviendas unifamiliares, la solución mejor o más rentable es el sobredimensionamiento del sistema solar fotovoltaico. En edificios más grandes, el autoconsumo al 100% es la alternativa más económica. Por otro lado, la rentabilidad no caería en picado por el exceso de rendimiento”, afirma el investigador Antti Kosonen.

Un artículo publicado en Applied Energy, “Techno-economic viability of energy storage concepts combined with a residential solar photovoltaic system: A case study from Finland”, compara la rentabilidad de los sistemas fotovoltaicos que funcionan con medición neta con la de las matrices solares conectadas a un almacenamiento físico o virtual. Los investigadores descubrieron que la venta de la electricidad excedente a la red sería la opción más rentable.

“La adición de una batería física de almacenamiento de energía al sistema energético resultó aumentar la autosuficiencia de 20 a 30 puntos porcentuales para las casas estudiadas”, dijeron los académicos. “Se observó que la capacidad de potencia máxima de la instalación solar fotovoltaica era un factor significativo para determinar la cantidad de aumento de autosuficiencia obtenida por el uso de un almacenamiento de energía en batería, siendo el aumento mayor para las instalaciones solares fotovoltaicas más grandes”.

Sin embargo, dado el actual escenario de precios de la energía en Finlandia, el despliegue de baterías de iones de litio para aplicaciones residenciales no es todavía económicamente viable, concluyeron.

“Un aumento del precio de la importación de electricidad, del que el precio de la transmisión es el más significativo y propenso a subir, mejoraría la rentabilidad de una inversión en un almacenamiento físico de baterías”, dijeron.