Cálculo de la contribución fotovoltaica mínima de energía eléctrica.

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La siguiente publicación sirve como apoyo al Documento Básico (DB) sobre el Ahorro de Energía (HE) del Código Técnico de la Edificación (CTE), en concreto, a la sección HE 5 “Contribución fotovoltaica mínima de energía eléctrica“, por la que se establece que ciertos edificios deberán generar una cierta cantidad de energía eléctrica fotovoltaica cuando se den ciertos requisitos. Para ello daré algunas indicaciones que ayudará a las personas que vayan a realizar un proyecto de este tipo.


1.- ¿Qué tipos de edificios necesitan aportar una contribución fotovoltaica mínima de energía eléctrica?
(Consultar 1.1 CTE-HE 5)

Dependerá de los usos del edificio, indicados en la siguiente tabla, y cuando se superen los límites de aplicación establecidos en dicha tabla:

H5 Ámbito de aplicación

La potencia eléctrica mínima determinada podrá disminuirse o suprimirse justificadamente en los siguientes casos:

a)      Se cubra la producción mediante el aprovechamiento de otras fuentes de energía renovables. (Eólica, biomasa, geotermia, etc).

b)     Insuficiente soleamiento y no se puedan aplicar soluciones alternativas. (Ej: Cuando haya muchos obstáculos y las pérdidas sean demasiado elevadas).

c)      Se trate de rehabilitación de edificios con limitaciones no subsanables. (Ej: Un edificio antiguo cuya estructura no pueda soportar la instalación).

d)     Existan limitaciones de la normativa urbanística que imposibiliten la superficie de captación necesaria. (Ej: Los edificios del casco antiguo de una ciudad, o aquellos  afectados por un Plan General de Ordenación Municipal que imposibilite o limite su aplicación).

e)      Cuando así lo determine el órgano  competente que deba dictaminar en materia de protección histórico-artística.

En los casos b, c, d se justificará en el proyecto la causa que limita o imposibilita la potencia eléctrica mínima determinada, y a su vez, deberá incluirse un conjunto de medidas o elementos alternativos que produzcan un ahorro energético equivalente a la producción que se obtendría con la instalación solar fotovoltaica.
(Tales como mejora en la instalaciones consumidoras de energía eléctrica como la iluminación, regulación de motores o equipos más eficientes, etc).

2.- ¿Cuanta potencia tengo que instalar y cómo la tengo que instalar?

Debe seguirse los siguientes pasos:

(Consultar 1.2 CTE-HE 5)

a)      Cálculo de la potencia a instalar en función de la zona climática

b)     Comprobar que las pérdidas debidas a la orientación e inclinación de las placas y por sombras no superen los límites establecidos.

c)      Cumplimiento de las condiciones de cálculo y dimensionamiento.

d)     Cumplimiento de las condiciones de mantenimiento.

3.- Determinación de la potencia mínima a instalar

Para ello vamos a seguir a realizar un caso práctico donde se podrá ver tanto la teoría como la práctica de la normativa.

Datos:

Edificio “Oficinas de Empresas S.A.” con:

2000 m2 de oficinas y

8000 m2 nave de almacenamiento

(Todo en un mismo edificio).

Ubicación: Toledo Φ(latitud)=39,51°

 Altura edificio: 14 metros.

Tipo de cubierta: a un agua. Inclinación de la cubierta: 20º.

Orientación del edificio: -45º Este.

plano1

Utilizando la siguiente fórmula se calcula la potencia pico a instalar:

P = C * (A*S + B)

Siendo:

P = La potencia pico a instalar [kWp]

C = el coeficiente definido en la tabla 2.2. del CTE-H 5 Coeficiente climático [mirar más abajo].

A y B = Tabla 2.1 del CTE-H 5  Coeficiente de uso [mirar más abajo].

S = la superficie construida del edificio [m2].

DETERMINACIÓN de C

Toledo: Zona climática IV

toledo1

tabla 1

Luego C es igual a 1,3

DETERMINACIÓN DE P, A y B

Hay que tener en cuenta que:

a)     En cualquier caso, la potencia pico mínima a instalar será de 6,25 kWp.

b)     La superficie S a considerar para edificios ejecutados dentro de un mismo recinto será:

I.          En el caso que se destinen para un mismo uso, la suma de las superficies de todos los edificios.

II.          En el caso de distintos usos, la potencia pico mínima a instalar será la suma de las potencias picos de cada uso, siempre que resulten positivas. Para que sea obligatoria esta exigencia, la potencia resultante debe ser superior a 6,25 kWp.

En nuestro caso son dos edificios de distinto uso dentro de un mismo recinto.

Oficias

S= 2000m2 < 4000m2, en principio no sería obligatorio la instalación, pero está en un recinto con otros usos => Hay que comprobar la potencia total a instalar.

Poficinas = C * (A*S + B) = 1,3 * (0,001223 * 2000 + 1,36) =4,95 kWp

tabla2

Nave de almacenamiento

S= 8000 m2 < 10000m2 en principio no sería obligatorio la instalación, pero está en un recinto con otros usos => Hay que comprobar la potencia total a instalar.

Pnave = C * (A*S + B) = 1,3 * (0,001406*8000 – 7,81) = 4,47 kWp

tabla3

Potencia total:

Ptotal = Poficinas + Pnave = 4,95 + 4,47 = 9,42 kWp > 6,25 kWp, por tanto sí requiere instalación.

4.- Comprobación de las pérdidas por orientación e inclinación

Debe seguirse los siguientes pasos:

(Ver apartado 3.3 CTE-HE 5)

 Se debe elegir cuál es nuestro caso de colocación: General, Superposición o Integración Arquitectónica.

a)      Se considera que existe integración arquitectónica cuando los módulos cumplen una doble función energética y arquitectónica y además sustituyen elementos constructivos convencionales o son elementos constituyentes de la composición arquitectónica.

integración arquitectónica

b)     Se considera que existe superposición arquitectónica cuando la colocación de los captadores se realiza paralela a la envolvente del edificio, no aceptándose en este concepto la disposición horizontal con el fin de favorecer la autolimpieza de los módulos.

superposición

c)      En caso de que se no se cumpla las dos anteriores se considerara un caso general.

general

Una regla fundamental a seguir para conseguir la integración o superposición de las instalaciones solares es la de mantener dentro de lo posible, la alineación con los ejes principales de la edificación.

La disposición de los módulos se hará de tal manera que las pérdidas debidas a la orientación e inclinación del sistema y a las sombras sobre el mismo sean inferiores a los límites de la Tabla 2.2 del CTE-H 5 Pérdidas Límite:

tabla4

En nuestro caso la opción elegida será la de Superposición, por lo que la inclinación de las placas será idéntica a la de la cubierta β = 20º, siendo las pérdidas máximas aceptables por orientación e inclinación del 20%.

Siguiendo los ejes principales de nuestro edificio hemos colocado los módulos de tal manera que nos ha quedado una orientación (ángulo azimut) de α = -45º E.

figura1

Comprobación de las pérdidas
Comprobación gráfica:

1) Conociendo el ángulo de acimut del captador, se calcula los límites de inclinación aceptables de acuerdo a las pérdidas máximas respecto a la inclinación óptima establecidas. Para ello se utilizará la siguiente figura, válida para la latitud (Ф) de 41º, de la siguiente forma:

a) Conocido el acimut determinamos los límites para la inclinación en el caso (Ф)=41º. Los puntos de intersección del límite de pérdidas con la recta de acimut nos proporcionan los valores de inclinación máxima y mínima.

b) Si no hay intersección entre ambas, las pérdidas son superiores a las permitidas y la instalación estará fuera de los límites

figura2

Se corregirán los límites de inclinación aceptables en función de la diferencia entre la latitud del lugar y la de 41º, de acuerdo a las siguientes fórmulas:

Inclinación máxima = (inclinación máxima) – (41 – latitud).

Inclinación mínima = (inclinación mínima) – (41 – latitud), siendo 5º su valor mínimo.

figura3

Bmax = 60º

Bmin = 5º

Para la latitud de Toledo Ф = 39,51º se determina que:

βmax = 60 – (41-39,51) = 58,51º

βmin = 5 – (41-39,51) = 3,51-> nos vamos a la inclinación mínima de 5º.

Luego la inclinación de nuestras placas (20º) estaría dentro de los valores admitidos.

Comprobación analítica:

En caso cerca del límite y como instrumento de verificación se utilizará las siguientes fórmulas:

15º < β < 90º ⇒ P% = 100 [1,2 ·10-4 (β – Φ + 10)2 + 3,5 ·10-5· α2]

Β ≤ 15 ⇒ P% =100 [1,2 ·10-4 (β – Φ + 10)2]

Nuestro caso es 15º < β < 90º

P% = 100 [1,2 ·10-4 (20 – 39,51 + 10)2 + 3,5 ·10-5 (-45)2] = 8,17% < 20%

Luego en este caso, también cumpliría este requisito, por lo que nuestra instalación si sería válida.

5.- Comprobación de las pérdidas de radiación solar por sombras

Debe seguirse los siguientes pasos:

(Ver apartado 3.4 CTE-HE 5)

a)      Localizar los principales obstáculos que afectan a la superficie, en términos de sus coordenadas de su posición acimut y elevación. El campo de estudio es de 120º tanto para el este como para el oeste desde el sur (acimut).

figura4

Tomando como referencia la siguiente imagen podemos calcular en ángulo de elevación Ү de los puntos 1, 2, 3, 4, 5 y 6.

figura5

Punto 1:

Ү = arctg (H1-H/D1) = arctg ([20-14]/39,19) = 8,70º

Punto 2:

Ү = arctg (H2-H/D2) = arctg ([20-14]/49,45) = 6,92º

Punto 3:

Ү = arctg (H3-H/D3) = arctg ([30-14]/24,94) = 32,68º

Punto 4:

Ү = arctg (H4-H/D4) = arctg ([30-14]/29,35) = 28,60º

Punto 5:

Ү = arctg (H5-H/D4) = arctg ([15-14]/27,78) = 2,06º

Punto 6:

Ү = arctg (H6-H/D4) = arctg ([15-14]/31,95) = 2,00º

coordenadas

b)      Representación del perfil de obstáculos en el diagrama de la figura 3.4 Diagrama de trayectorias del Sol (Válida para la península Ibérica y Baleares, para las Islas Canarias hay que desplazarse en el diagrama 12º en sentido vertical ascendente). Dicha banda se encuentra dividida en porciones, delimitadas por las horas solares (negativas antes del mediodía solar y positivas después de éste), e identificadas por una letra y un número (A1, A2,…,D14).

figura6

c) Todas las secciones afectadas son susceptibles de sufrir pérdidas. Se les debe asignar un % de porción ocupada por la sombra. Se consideran aproximaciones a 25%, 50%, 75% y 100%.

Las secciones afectadas son:

D14, A8, A6, B6, A4, A2, A1, A3, A5, A7, B5, B7.

Debido a su escasa incidencia, las secciones A9, B11 y D13 no se tendrán en cuenta.

d) Por último se debe mirar las tablas incluidas en el CTE H5 para distintas superficies caracterizadas por sus ángulos de inclinación y orientación. Se debe elegir la más parecida a la superficie de estudio. En nuestro caso (β=20º, α=-45), se ha elegido la tabla para (β=35º, α=-30), aunque la tabla (β=35º, α=-60) también sería válida por proximidad.

figura7

Las perdidas totales por sombras será el sumatorio de las pérdidas por sección, que se calcula multiplicando el porcentaje de sombra de la sección por el coeficiente de la tabla para esa sección:

perdidas totales

tabla4

Las pérdidas “9,16%” serían muy inferiores al límite máximo permitido “15%” por sombras, por lo que nuestra instalación sería válida.

Estas son las exigencias y los cálculos que hay que realizar siguiendo el CTE-H 5:  Contribución fotovoltaica mínima de energía eléctrica.

Les recomiendo consultar el CTE H5 para más información relacionada con Contribución fotovoltaica mínima de energía eléctrica. Espero que esta publicación os ayude a entenderlo mejor.

Bibliografía:

REAL DECRETO 314/2006, de 17 de marzo, por el que se aprueba el Código Técnico de la Edificación (CTE), en concreto el Documento Básico «DB – HE Ahorro de Energía – HE 5». [Consulta: 05/01/2014]. Disponible en: http://www.codigotecnico.org/web/recursos/documentos/

Blanca Giménez, Vicente;  Castilla Cabanes, Nuria; Cortés López, José Miguel; Martínez Antón, Alicia; Pastor Villa, Rosa María. Aplicación del C T E H E 5: Cálculo de una instalación fotovoltaica. Universidad Politécnica de Valencia: E.T.S. Arquitectura. [Consulta: 05/01/2014]. Disponible en: http://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/7555/AD_calculo_instalacion_fotovoltaica.pdf

Lillo Bravo, Isidoro. HE 4 y HE 5: Energía Solar: Pérdidas de radiación por Inclinación, Orientación y Sombras. Colegio Oficial de Aparejadores y Arquitectos Técnicos de Cádiz. [Consulta: 05/01/2014]. Disponible en: http://www.coaatc.es/pdf/cte/Comunes%20HE4%20y%20HE5.pdf

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6 comentarios sobre “Cálculo de la contribución fotovoltaica mínima de energía eléctrica.

    Alfonso Naharro escribió:
    5 enero, 2014 en 16:07

    Reblogueó esto en Blog Personal.

    DGE escribió:
    5 abril, 2015 en 17:15

    Ojo, no está actualizado.

      Raúl Rufo respondido:
      16 julio, 2015 en 20:57

      Ok gracias por el aviso

    Pepito Grillo escribió:
    22 febrero, 2017 en 11:34

    Creo que la comprobación analítica para las pérdidas por orientación e inclinación es incorrecta. La inclinación óptima es 39,51º + 10º

    En la expresión el 10 sería negativo.

    P% = 100 [1,2 ·10-4 (20 – 39,51 – 10)2 + 3,5 ·10-5 (-45)2] = 8,17% < 20%

      Pepito Grillo escribió:
      22 febrero, 2017 en 11:37

      Disculpa, el resultado sería: 17,53 % no 8,17 %

        Pepito Grillo escribió:
        22 febrero, 2017 en 11:43

        Vaya, según mis apuntes, la inclinación óptima es latitud +10º pero según el CTE es latitud -10º, por tanto parece que la expresión es correcta, por favor, borrad mi comentario.

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