Energía fotovoltaica - Experiencia

El interés por la energía fotovoltaica (FV) va en aumento. El coste de la instalación se ha reducido, su eficacia ha mejorado, mientras que la factura mensual energética preocupa. Veamos sus ventajas e inconvenientes.

1. Consideraciones previas

La idea de contar con energía fotovoltaica en la vivienda es atractiva, pero antes de dejarse llevar por el impulso conviene analizar su rentabilidad al caso concreto (costo-beneficio), sistema más adecuado, condiciones de la instalación y contar con la opinión del experto.

En mi caso no lo vi rentable inicialmente ya que mi consumo era bajo, 3.031 Kwh/año (603 € anuales - 52% por consumo y resto impuestos, tasas y otros), además por tener contratado también el gas natural con la misma comercializadora me regalaban 2 horas de electricidad al día donde concentraba el mayor consumo (35%).

No obstante intuía que debía seguir adelante pensando en aumentar el consumo de electricidad (a coste cero) y de paso reducir el consumo de gas (agua sanitaria y unas horas de calefacción), así que busqué información y la analicé, el resultado es que sí me era rentable. Lo comparto a continuación por si resulta de interés.

Por último la eficiencia del material que va saliendo cada día está mejorando. Los datos que aquí aporto se refieren a principios del año 2022. Hoy el costo de las placas sería más barato y la eficacia mayor, aunque la inyección de excedentes ya no rentabiliza incluso puede llegar a penalizar.

2. Necesidades y rentabilidad del sistema fotovoltaico

2.1. Placas solares

El ajuste entre consumo de electricidad y placas necesarias lo encontré en la web de la UE Photovoltaic Geographical information System. Introduciendo latitud, longitud, temperatura media, ángulo de las placas, consumo medio mensual de la vivienda y la potencia pico de las placas, obtuve que un sistema fotovoltaico con 4 placas de 400 Watios pico (Wp) cubriría el consumo medio acostumbrado de la vivienda (5 placas en invierno y 3 placas en verano).

Pero como la producción fotovoltaica es en horas solares hay que guardar en baterías o inyectar en la red el excedente para compensar las horas sin sol. No obstante, por ahora guardar electricidad en baterías es costoso y limitado a consumos críticos, vendría bien para viviendas aisladas, pero estando conectados a la red es más práctico inyectarle los excedentes para compensar la factura (consumo, impuestos, tasas y otros gastos), pero lo que la comercializadora paga por Kw/h es 3 a 4 veces menos que lo que se paga por consumo.

2.2. Kwh a inyectar a la red para compensar factura

Teniendo en cuenta lo que pagan por inyección de excedentes (en el año 2022), para asegurar que la factura tenga un coste de 0€ hay que inyectar al menos tres veces el consumo. Lo que hay que tener en cuenta para instalar las placas necesarias. En mi caso 12 placas de 400 Wp (tres veces más de las que resultaban para el consumo habitual).

2.3. Sistema inversor a utilizar, ventajas e inconvenientes

Básicamente hay dos sistemas. Placas solares conectadas en serie con un inversor híbrido y placas independientes con micro-inversores. Cada cual tiene sus ventajas e inconvenientes dependiendo de lo que se pretenda en cada instalación.

En ambos casos los inversores se encargan de transformar la corriente continua (CC) que producen las placas en corriente alterna (CA) para consumo y para inyectar en la red pública.

Con inversor híbrido las placas solares se instalan en serie y si una tiene problemas (sombra o suciedad) traslada el efecto a toda la serie bajando el rendimiento (se puede corregir colocando un optimizador de potencia en cada panel, mejora 3-6%, pero el sistema se encarece), hay que bajar la corriente continua (CC) hasta el inversor (es un voltaje alto y peligroso) y estos inversores son voluminosos y ruidosos (ventilación mecánica).

Con micro-inversores no se dispone de energía de emergencia, alguna marca ofrece baterías pero todavía son bastante caras. En este sistema las placas solares son independientes, cada micro-inversor obtiene de cada una el máximo rendimiento, si una placa solar tiene problemas no influye en las demás; no hay altas tensiones de corriente continua (CC), los micro-inversores se colocan en el tejado junto a las placas y desde allí sale directamente la línea de corriente alterna (CA) que se inyecta en el cuadro de conexiones de la vivienda.

Ambos sistemas permiten acumular energía en baterías para consumos críticos fuera de las horas solares y en previsión de cortes de red, incluso hay marcas que en horas solares disponen de salida de emergencia para consumos críticos en caso de cortes de red (con y sin batería).

Sopesando uno y otro sistema me incliné por micro-inversores por su mayor eficiencia en instalaciones pequeñas, mayor escalabilidad y seguridad, se trabaja con poca tensión de CC (no necesita protección) y se baja directamente con una línea de CA de 220 V (que se protege con una diferencial y un magneto térmico, como si fuera un consumo). Ahora bien ante cortes de luz prolongados no dispongo de energía para consumos críticos (internet, refrigeración, iluminación, etc.), tampoco dispongo de la opción de batería para consumos críticos fuera de las horas solares.

2.4. Capacidad de la instalación eléctrica de la vivienda

Hay que revisar la capacidad de la instalación eléctrica de la vivienda por si hubiera que reforzarla. En mi caso el informe técnico de la instalación indica que soporta hasta 8,8Kkw (40 Amp), lo que estimo suficiente (los diferentes ramales también están bien dimensionados). No obstante, por seguridad, fijé como límite de producción del sistema fotovoltaico 5,4 Kw que sumado a los 3,4 kw de potencia contratada no superara los 8.8 Kw. Con estos datos la inyección de excedentes viene siendo mayor que tres veces el consumo, consiguiendo que la factura sea 0 €.

2.5. Resultado de mi instalación

Tomando como referencia la factura correspondiente al mes de octubre de 2023 resulta que en dicho mes el consumo que ha medida el contador a la entrada de la vivienda  es de 99,55 Kwh y el excedente o inyectado a la red es de 520,47 Kwh (5,3 veces el consumo) la factura es de 0 € y en la hucha o batería virtual tengo 12,47 €. Hay que hacer varias observaciones:

• La cifra se consumo, la que marca el contador, es menor que la real porque el sistema fotovoltaico aporta energía directamente a la vivienda sin pasar por el contador.
• En primavera y otoño el consumo eléctrico de la vivienda es más bajo que en verano e invierno.
• Considerando un año completo la factura total en electricidad viene siendo de 0€, pero sin privaciones con el aire acondicionado en horas solares y abaratando el gasto de gas tanto por agua caliente como por calefacción.

3. Aspectos técnicos

3.1. Elección de placas solares

Buceando por internet concreté los parámetros a tener en cuenta para las placas: Potencia en relación con el tamaño, eficiencia (20%), garantía (12 años), degradación (0,5% / año) y pérdidas de potencia con la temperatura (-0,35%). La tendencia tecnológica de las placas es a mono-cristalinas por su mayor rendimiento (+15%), durabilidad y reducción del efecto de la temperatura. Poco a poco se va extendiendo el tipo N por su mayor rendimiento (+1,2%).

Conviene elegir placas con una potencia Wp que superen la potencia Wp del inversor (30-35%), respetando siempre los topes máximos de voltaje e intensidad de entrada de cada inversor. En la gráfica siguiente se ve la mayor ganancia energética (zona roja) con placas sobredimensionadas respecto a la potencia del inversor (el inversor no se daña con la potencia, pero hay que comprobar que el voltaje e intensidad a la entrada del inversor no supere lo señalado en la ficha técnica).

Los sistemas con micro inversores mejoran el rendimiento (6-10%) al ser tratado cada panel individualmente por el inversor. Los inversores híbridos tratan a varias placas en serie y ahí se pierde algo de energía, los optimizadores palian esté problema (3-6%), pero encarece bastante la instalación.

3.2. Orientación e inclinación

Los módulos solares orientados al sur soportan un desvío de hasta 45º casi sin pérdidas (1% al 4%). Las placas orientadas al este u oeste presentan pérdidas de hasta un 20%. Aún así el sistema fotovoltaico sigue siendo rentable. En el caso de no disponer de orientación sur, el oeste es lo más favorable, a las 17h generan un 55% de su potencial mientras que los dirigidos al sur un 15%. Si el mayor consumo de la vivienda es por la tarde es mejor enfocar los módulos al oeste.

En España la inclinación media recomendable de las placas solares fijas oscila entre los 30 y 40º (en el sur se recomienda 33º para placas fijas).

3.3. Mantenimiento de las placas

Las placas soportan condiciones meteorológicas extremas. No obstante, para aprovechar al máximo la radiación solar, es importante la limpieza de excrementos de ave, polvo y suciedad general. Se aconseja limpieza periódica dependiendo de cada zona. No utilizar materiales que rayen las placas o productos abrasivos, lo más recomendable es utilizar sólo agua y trapos. No caminar sobre los paneles solares.

3.4. Instalación eléctrica del sistema fotovoltaico

La electricidad que produce el sistema fotovoltaico entra preferentemente en el consumo de la vivienda porque tiene el camino más fácil que inyectarse en la red pública (menos resistencia por cercanía). Si lo que produce la fotovoltaica no es suficiente para satisfacer el consumo lo que falte se importa de la red pública.

Opté por micro-inversores DS3 de 880 Wp con dos entradas MPPT que soportan paneles de hasta 620 Wp cada una. Después de adquirirlos salieron a la venta micro inversores con mayor potencia. En el interior de la vivienda fue suficiente colocar una caja encima del cuadro de conexiones para instalar en ella los elementos de protección y la Unidad de Comunicación de Energía (ECU-C) que controla el sistema.

Los micro inversores se colocan debajo de las placas en la misma estructura metálica. Cada placa se conecta a una de las dos entradas MPPT del micro inversor. La salida de CA de cada micro inversor se conecta en paralelo al cable o bus de alterna que baja hasta una caja común en el exterior de la vivienda donde podrán incorporarse otros micro inversores.

Como no ando muy sobrado de superficie las primeras cuatro placas la instalé en la fachada sur (150º) sobre una estructura metálica con una inclinación sobre la horizontal de 35º. Cuatro placas de 470 Wp y dos micro inversores APSystem DS3 de 880 Wp con dos entradas MPPT (440 Wp) cada uno; deberían ser placas de 550 o 600 Wp pero eran demasiado grandes. Esta configuración llegó a producir 1.760 W (100%) en febrero de 2022 en las horas centrales del sol.

La experiencia con las cuatro primeras placas fue suficiente para tomar la decisión de ampliar con otras 8 placas en el tejado de 470 Wp, vertiente oeste (240º) con una inclinación (sobre la horizontal) de 20º. La superficie disponible no me permitió colocar placas mayores.

Por seguridad fijé no superar 5,4 Kw en la FV con el fin de no superar la capacidad de la instalación de la vivienda de 8,8Kkw (sumando 5,4 Kw de la FV más 3,4 Kw de potencia contratada) siendo suficiente para disponer de energía solar directa y sufragar la mayor parte de la factura con la inyección del sobrante a la red. Así que con un total de 6 micro inversores DS3 (880 x 6 = 5.280 Wp) y 12 placas de 470 Wp quedan cubiertas las necesidades, tope real del sistema instalado 5.280 Wp.

El sistema fotovoltaico hay que conectarlo después del antiguo limitador de potencia (aguas abajo) como si fuera un consumo más (con su diferencial y magneto térmico) y para mayor protección añadir un filtro que no permita consumir por encima de la capacidad de la instalación. Esa función la realiza un IGA (interruptor general automático) colocado después de la conexión de la fotovoltaica.

Hoy las viviendas cuentan con un contador de consumo digital que lleva incorporado limitador de potencia contratada, por lo que el antiguo limitador de potencia puede ser sustituido por otro interruptor general automático combinado con un protector de sobretensiones (estacionarias y permanentes) que protegen a todo el sistema eléctrico de la vivienda incluido el sistema fotovoltaico.

La línea desde el contador de red hacia la vivienda sería: Interruptor General (40A) combinado con Protector de sobretensiones, para seguridad de todo la instalación incluyendo FV -> Punto de inyección de la FV -> Interruptor General (40 Amp) para proteger la instalación de sobrecargas de consumos -> Diferencial -> Magneto térmicos de diferentes circuitos de consumos. Y por lo que respecta a la línea fotovoltaica sería: Punto de inyección- > Diferencial -> Magneto térmico -> Inversor.

La experiencia con las cuatro primeras placas fue suficiente para tomar la decisión de ampliar con otras 8 placas en el tejado de 540 Wp, vertiente oeste (240º) con una inclinación (sobre la horizontal) de 20º. La superficie disponible no me permitió colocar placas mayores.

4. Ampliación con baterías (APstorage system)

Existe la posibilidad de incorporar almacenamiento de excedentes en baterías para utilizar por corte de la red o fuera de horas solares. Se necesita un inversor Apstorege ELS-5K (PCS) y al menos una batería compatible, puede ser Solana 48V 5,12 Kwh.

El inversor dispone de varios modos de operación: Respaldo, Autoconsumo. Peat Walley (pico valle) y Peack Shaving (reducir picos); y varias configuraciones: Fuera de red (vivienda aislada), conectado a red y conectado a red y en respaldo. 

Para una vivienda conectada a la red en la que no suele haber cortes de energía prolongado el "modo de autoconsumo" puede ser el más idéoneo y la "configuración trabajando en red". 

• El modo "Autoconsumo" reduce consumo de la red, utiliza SFV (sistema fotovoltaico) para cargar baterías o alimentar la carga de la vivienda. Da prioridad a la generación fotovoltaica para que cargue baterías y alimente el cuadro de cargas críticas. Se trata de minimizar el consumo de la red eléctrica.
• La configuración "Trabajando en red" o conectado a la red (como un sistema interconectado normal) significa que si se corta la red no habrá generación fotovoltaica pero estarán alimentadas las cargas de respaldo con la energía acumulada en la batería. Si hay algún excedente cargará las baterías mientras tenga red.

Tras consultar con la comercial "Almacén Fotovoltaico", la fórmula que me indican es la siguiente:

• Inversor Solis RAI-3K-48ES-5G (Retrofit).
• Batería Litio Pylontech US5000 4.8kWh
• Pack de cables para baterías de litio 48V para US2000C/US3000C/UP2500 y Phantom -PYLONTECH
• Portafusible de cuchilla NH1P BUC NH00
• Fusible de cuchilla de 125A gG NH00
• Armario Rack 12U BoxPV para Baterías Litio

El presupuesto con una única batería sería de 2.413€ incluido IVA  (23.09.2024) y la instalación sería la del esquema siguiente. Pinchando aquí tienes el video explicativo: 

Pinchando aquí tienes el video explicativo.

4. Conclusión (2022)

Estoy bastante satisfecho. El sistema fotovoltaico instalado produce en horas centrales suficiente energía para consumir más y reducir la factura de la luz a 0 €. Los meses de primavera y otoño se consume menos y se inyecta más a la red, por el contrario en verano e invierno se consume más y se inyecta menos. Hay comercializadoras que ofrecen la gestión de una batería virtual (hucha) donde se guardan los excedentes (en €) para compensar sucesivas facturas.

Como referencia, este es el resultado del mes de marzo de 2022 (línea verde energía vertida y línea azul energía consumida). Grafico obtenido de e-distribucion.com, web interesante para tener información puntual de nuestros consumos y vertidos a la red.

Por último, a la notable mejoría del confort en el hogar en su parte eléctrica hay que añadir un menor consumo de gas natural (calefacción y agua sanitaria), ya que los climatizadores mantienen en invierno la temperatura ideal hasta que se pone el sol atrasando la entrada en funcionamiento de la calefacción y de calentar el agua sanitaria en horas solares se encarga un termo eléctrico de 100 o más litros.

5. Actualizaciones

2023. La gráfica del sistema del día 13.11.2023 entre las 0:00 y las 19:00 horas arroja los siguientes datos: Exportado 14,4 Kwh, importado 2,28 Kwh, es decir 6,3 veces. De puertas para adentro la mayor parte del consumo en hora solar ha sido soportado por la fotovoltaica.

Planteado de otra manera la vivienda ha consumido 10,07 Kwh pero por el contador solo han entrado de la red 2,28 Kwh, la diferencia la ha puesto el sistema fotovoltaico y además ha exportado a la red 14,14 Kwh.

Otro dato interesante, desde  el 08.02.2022 que empezó a funcionar hasta hoy ha producido 13,15 Mwh y el total consumido ha sido 6,73 Mwh, como ya se ha señalado la factura hasta hoy es de 0 € y hay un remanente de unos 15 € en la batería virtual (hucha).

En definitiva disponer de este tipo de instalaciones es interesante pensando en consumir sin estar preocupados por el consumo (en horas solares) y en el coste de la factura. Si el consumo es pequeño la rentabilidad del coste de la instalación es menor, cada caso requiere su propio análisis.

2024. En este año la comercializadora empezó a penalizar los excedentes solares en lugar de compensarlos en la hucha. Los justificaba en que "debido a la gran producción energética, los precios en el mercado mayorista bajan mucho, lo que ocasiona que en algunos momentos del día, el precio es inferior a 0€ y la factura sale la compensación con precios en positivo (a pagar). Obviamente he cambiado de comercializadora, pero esto puede que acabe siendo costumbre y habrá que pensar en dejar de exportar excedentes. Cuento la experiencia aquí. 

6.Referencia

Tutorial de Instalación DS3 Microinversores ApSystems.