Autoconsumo Fotovoltaico y Balance Neto: ¿En que consisten?

Hola a todos:

Voy a dedicar esta entrada para tratar dos conceptos de los que se está hablando mucho últimamente: el autoconsumo fotovoltaico y el balance neto. Estos últimos meses se están redactando leyes y disposiciones reglamentarias para tipificar y regular su funcionamiento y su tratamiento normativo, que contribuirán a decidir cual es el futuro a corto y medio plazo del sector fotovoltaico español, por lo que es un tema de gran actualidad.

Pero antes de entrar en materia sobre como se está planteando este tratamiento normativo, empecemos por unas preguntas básicas: ¿que es el autoconsumo fotovoltaico? ¿que es el balance neto?.

• El autoconsumo fotovoltaico consiste en consumir internamente la energía generada por una instalación solar.
• El balance neto es un sistema de gestión de la energía generada por las instalaciones de autoconsumo en el que se exporta a la red eléctrica la energía no consumida, para luego ser importada cuando se necesite.

Hay que tener en cuenta no obstante, que tanto el autoconsumo, como el balance neto, únicamente describe como se emplea y como se gestiona la energía producida por una instalación generadora, independientemente de la tecnología empleada para producirla (ya sea renovable o no renovable). Esta entrada se referirá de ahora en adelante al autoconsumo y el balance neto fotovoltaico, ya que es sobre lo que mas se está hablando últimamente.

Para comprender mejor estos dos conceptos, pasaré a explicar de forma resumida y (espero) fácil de entender, como funciona una instalación fotovoltaica, los tipos de instalación existentes, y como se aplican estos conceptos en una instalación de autoconsumo con balance neto. 

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO FOTOVOLTAICO

Para sentar un poco las bases, los paneles solares generan electricidad a partir del efecto fotoeléctrico (que por cierto fue descrito por Alber Einstein, ganando el premio Nobel en 1921 por ello). Mediante dicho efecto, las células de silicio captan los fotones de la luz solar, y usan su energía para arrancar los electrones de los átomos del silicio que la forman. Al salirse de su órbita alrededor de los núcleos de los átomos, se genera un movimiento continuo de electrones, que se conoce comúnmente como corriente continua. En función de la intensidad lumínica incidente sobre las células fotovoltaicas, aumenta o disminuye el número de fotones que inciden en ella, y por lo tanto variará el número de electrones arrancados, siendo mayor o menor la corriente continua generada.

Célula fotovoltaica de silicio monocristalino

Esta corriente continua, puede ser directamente aprovechada en máquinas y sistemas que funcionen con ese tipo de corriente, pero la gran mayoría de los aparatos domésticos e industriales funcionan con corriente alterna, por lo que es necesario utilizar máquinas que transformen la forma de onda para hacerla compatible. Estas máquinas son los inversores, que mediante dispositivos eléctrónicos de potencia, modifican la forma de onda de la corriente, interrumpiendo la corriente entrante y generando una onda cuadrada, que luego es suavizada hasta obtener una forma sinusoidal compatible con la red eléctrica convencional.

Proceso de rectificación de la forma de onda. (Fuente: Elaboración propia)

La energía que sale de los inversores ya es directamente aprovechable en cualquier instalación eléctrica, ya que tiene las mismas características de tensión y frecuencia que la energía suministrada por la compañía eléctrica. Únicamente variará su intensidad en función de la radiación solar incidente. 

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS Y FUNCIONALES DE LAS INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS

Hasta ahora, he realizado una breve descripción de las conversiones energéticas que se dan en una instalación fotovoltaica, pero para entender mejor como es una instalación fotovoltaica de autoconsumo, explicaré como funcionan y cuales son los elementos principales de los dos tipos de instalaciones fotovoltaicas que hay:

• Instalaciones aisladas: Este tipo de instalaciones, como su propio nombre indica, se instalan de forma aislada a la red eléctrica, como por ejemplo en casas rurales sin suministro eléctrico, bombas de agua, repetidores de teléfono, y cualquier tipo de instalación eléctrica que no esté conectada a la red eléctrica convencional. Por lo tanto, el único suministro de energía será el proporcionado por los paneles solares. Están formadas por los siguientes elementos:

Esquema de principio de una instalación solar fotovoltaica aislada. (Fuente: Elaboración propia)

• Sistema generador: Está formado por uno o varios paneles solares y sus elementos de conexión. Estos paneles están formados por un conjunto de células de silicio, las cuales células pueden ser monocristalinas, policristalinas o de silicio amorfo, respectivamente de mayor a menor rendimiento y precio. Los paneles se conectan entre ellos en serie o en paralelo formando ramales en función de los rangos de tensión e intensidad que se quieran manejar, y de la potencia de los mismos. A continuación, se conectan a una caja de protecciones en corriente continua, formada básicamente por fusibles, seccionadores y protecciones contra sobretensiones (ya sea por fenómenos atmosféricos o por defectos de aislamiento en los paneles).

Módulo solar Atersa de 290 Wp. (Fuente: www.atersa.com)

• Sistema de almacenamiento de energía: Está compuesto por una serie de baterías que almacenan de forma electroquímica la corriente continua generada por los paneles. Hay que tener en cuenta que el consumo de energía no tiene porque coincidir con la generación, por lo que este sistema, almacenará los “excedentes” que no se hayan consumido, para utilizarse cuando haya consumo pero no generación.

Baterías solares Ecosafe de Enersys (Fuente: www.enersys.com)

• Inversor: Como ya se ha explicado, esta máquina transforma la forma de onda de la corriente continua para hacerla compatible con los receptores de corriente alterna.

Inversor solar monofásico Solarmax 6000S. (Fuente: www.solarmax.es)

• Regulador: En función de las características de la instalación eléctrica que se quiere alimentar con energía solar se pueden distinguir dos tipos de receptores: los que funcionan en corriente continua y en corriente alterna, por lo que habrían dos sistemas de consumo distintos cuya demanda sería gestionada por el regulador. Por lo tanto, el regulador es una máquina que “dirige” el flujo de corriente a los distintos elementos de la instalación con las siguientes premisas:
• Cuando hay luz solar, se genera corriente continua, y si hay demanda el regulador, dirigirá la corriente generada directamente hacia los consumos.
• Cuando hay luz solar, pero hay demanda de corriente alterna, el regulador dirigirá la corriente continua generada hacia el inversor, que la transformará en corriente alterna sinusoidal y suministrará a los receptores.
• Cuando hay luz solar, pero no hay demanda de ningún tipo, o bien la demanda de energía es inferior a la generación, los excedentes se dirigirán a las baterías, almacenándose en corriente continua para su posterior uso. El regulador también controla el estado de carga de las baterías, ya que han de tener un régimen de carga-descarga determinado para que no disminuya su rendimiento.
• Cuando no hay luz solar, pero si que hay demanda, el regulador conectará los consumos en continua o el inversor a las baterías, utilizando la energía almacenada.

Regulador fotovoltaico Steca PR3030. (Fuente: www.steca.com)

• Instalaciones conectadas a red: Esta es la tipología utilizada por las plantas de generación de energía. El principio de generación es exactamente el mismo, pero en vez de funcionar de forma aislada, están conectadas a la red eléctrica, inyectando o “exportando” toda la energía generada. En cuanto a su instalación es mucho mas sencilla, ya que se eliminan muchos elementos, estando formadas por los siguientes:

Esquema de principio de una instalación solar fotovoltaica conectada a red. (Fuente: Elaboración propia)

• Sistema generador: Es exactamente igual que el utilizado en las instalaciones aisladas, la diferencia es que en este caso, en vez de diseñarlo en función de unas determinadas demandas de energía, se diseñan para generar la máxima energía posible.
• Inversor: Es exactamente igual que en las instalaciones aisladas. Hay que mencionar no obstante que los principales requerimientos de la legislación y de las compañías eléctricas para la conexión a red de estas instalaciones, son relativos a la calidad de la electricidad generada y a la forma de onda, teniendo que estar en unos rangos muy estrictos de tensión, frecuencia, armónicos, separación galvánica y otras características específicas. De igual forma se tiene que asegurar que la instalación no puede funcionar en isla, de tal forma que si la compañía suministradora desconecta la acometida de la instalación para labores de mantenimiento, el inversor deje de inyectar corriente en la red, ya que podría producir accidentes. No obstante, los fabricantes de los inversores ya han tenido en cuenta todos estos condicionantes en el diseño de las máquinas y los cumplen sobradamente.
• Elementos de conexión a red: En función de la normativa y de las exigencias de la compañía eléctrica, la conexión a red requiere una serie de elementos, que principalmente suelen ser:
• Elementos de protección: Interruptores automáticos y diferenciales para protección contra sobretensiones, cortocircuitos y derivaciones, así como seccionadores e interruptores de corte en carga para poder aislar la instalación de la red.
• Contador de electricidad: Registra la energía generada por la instalación, para de esa forma establecer la retribución económica por la energía inyectada en la red.
• Transformador de potencia: En función de la potencia de la instalación, la compañía suministradora puede exigir que se conecte en alta tensión (20.000V). Esto se hace bien para disminuir las pérdidas en el transporte de energía, o bien porque el transformador de la compañía no tenga potencia suficiente para transformar la energía generada. 

INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA DE AUTOCONSUMO

Como ya he explicado, la instalación aislada, funciona única y exclusivamente con la energía generada por los paneles, y la instalación conectada a red, inyecta o exporta toda la energía generada por la instalación (descontando los consumos propios, necesarios para que funcione el inversor y las instalaciones auxiliares de la fotovoltaica si las hay).

La instalación de autoconsumo es un mix de ambas tipologías, se diseña para cubrir la demanda energética de una instalación concreta (una vivienda, un comercio o una industria), pero se ejecuta como si fuese una instalación de conexión a red. La diferencia, es que en vez de conectarse directamente a la red de la compañía suministradora, se conecta al cuadro general de la instalación a la que va a dar suministro. De esa forma, la energía generada se puede o bien consumir instantáneamente, o bien inyectarse en la red eléctrica la parte que no se haya autoconsumido.

En el caso de que se diseñe la instalación solar de autoconsumo de tal forma que la energía generada siempre sea menor que la consumida (que nunca se inyecte energía en la red), estaremos hablando de instalaciones solares de autoconsumo instantáneo. 

BALANCE NETO FOTOVOLTAICO

Esquema explicativo del comportamiento energético del balance neto fotovoltaico a lo largo de un día. (Fuente: Elaboración propia)

El balance neto fotovoltaico, como ya he comentado al principio, es un sistema de gestión de la energía generada por las instalaciones fotovoltaicas de autoconsumo. El punto clave de la cuestión, es que la energía eléctrica inyectada en la red (diferencia entre la generada y la consumida), pueda ser consumida por la instalación (devuelta por la red eléctrica) cuando no haya generación fotovoltaica. De esta forma, se utilizaría la red eléctrica como si fuera un sistema de almacenamiento y la compañía eléctrica únicamente cobraría la diferencia entre la energía inyectada y la consumida de la red, o lo que es lo mismo, la diferencia entre la energía que sale y que entra en la instalación (de ahí su nombre de balance neto). 

Esto se explica gráficamente a través de la imagen que encabeza este apartado: 

• La línea roja representa la evolución del consumo de la vivienda a lo largo del día (en kW).
• La línea azul representa la evolución de la generación fotovoltáica a lo largo del día (en kW).
• El sombreado verde representa en todo caso la diferencia entre la energía generada por la fotovoltaica y la consumida por la instalación. Si el sombreado verde está por encima del eje de abscisas, se estará consumiendo energía de la red. Conforme va creciendo la generación, el sombreado verde va disminuyendo, hasta llegar al punto en que se igualan, a partir de ese punto, la diferencia empieza a ser negativa, por lo que es energía inyectada en la red. Lo mismo ocurre al contrario, cuando a partir del mediodía solar, la generación empieza a disminuir, hasta que se iguala con el consumo y el sombreado verde se ubica otra vez por encima del eje de abscisas. 

Poniendo un ejemplo se entenderá mucho mejor, supongamos que me quiero hacer una instalación de autoconsumo en mi casa. Por lo tanto, tendría que analizar la curva de demanda de la energía en mi casa a lo largo de un día promedio, para obtener la línea roja de la gráfica. Esto se puede realizar empleando elementos de medición como los monitores energéticos, sobre los que ha hablado en anteriores entradas. Se tomarían valores durante un margen de tiempo determinado, obteniendo los valores medios de cada hora durante todo el periodo de medida, obteniendo de esta forma los valores máximos y mínimos de energía consumida a lo largo del día. Con esta información podría establecer la potencia de paneles e inversor, que se ajuste mejor a la demanda energética de mi casa.

Una vez elegida la potencia de la instalación fotovoltaica, habría que tener en cuenta que la producción de energía dependerá de la luz solar que incida en los paneles, siendo nula en las horas nocturnas, y aumentando progresivamente desde el amanecer, hasta el mediodía solar, y disminuyendo progresivamente hasta el ocaso. También afectaría la climatología del lugar, ya que si el día está nublado, llegará menos luz a los paneles y se producirá menos.

Por todo esto, es necesario que la instalación esté conectada a la red, para que esta de apoyo a la generación de los paneles solares, suministrando la diferencia de energía necesaria en la medida que la producción solar no pueda cubrir la demanda. Lo mismo ocurrirá en el caso contrario, cuando la irradiación solar sea buena y se esté generando energía, pero la instalación esté demandando menos energía que la que se está generando, la red absorberá estos excedentes, exportándose a otras instalaciones que si que la necesiten en ese momento.

De esta forma este tipo de instalaciones ayudan a descongestionar las redes eléctricas locales y contribuyen a que la energía no se desperdicie, ya que toda la energía que es capaz de generar la instalación se aprovecha.

Con este patrón de funcionamiento, la compañía suministradora en su factura tendría que incluir un concepto mas. Junto con la energía consumida por la vivienda, se detallaría la energía generada por la instalación fotovoltáica, y únicamente se cobraría la diferencia entre ambas, de tal forma que:

• Si la energía consumida por la vivienda es igual a la generación fotovoltaica, la compañía eléctrica no cobraría ningún importe por el concepto de término de energía. Pero si que cobraría el término de potencia, el alquiler de contadores, impuesto eléctrico, IVA y otros conceptos.
• Si la energía consumida por la vivienda es menor que la generación fotovoltaica (en una vivienda no sería extraño que esto ocurriese cuando la casa está vacía durante las vacaciones o cuando se está de viaje), la compañía no solo no cobraría ningún importe por el concepto de término de energía, sino que se tendría derecho a consumir de forma gratuita en el próximo periodo la energía que ha inyectado en la red.
• Si la energía consumida por la vivienda es mayor que la generación fotovoltaica, La compañía distribuidora facturaría únicamente el importe correspondiente a la energía que se haya consumido de la red (es decir, la diferencia total entre la generación fotovoltaica y el consumo de la instalación, en valores absolutos durante el periodo de facturación).

Por lo tanto, el balance neto es un sistema ideado para aprovechar mejor la energía generada por las instalaciones fotovoltaicas sin necesidad de tener que hacer instalaciones aisladas, con los inconvenientes que tienen. 

¿COMO SE AMORTIZA UNA INSTALACIÓN DE AUTOCNOSUMO CON BALANCE NETO FOTOVOLTAICO?

Hay que tener en cuenta que la filosofía de las instalaciones de autoconsumo, es disminuir la dependencia de la red eléctrica, autogenerando de forma renovable parte de la energía que consumimos de tal forma que disminuya nuestra factura de la luz. Por lo tanto, la inversión necesaria en este tipo de instalaciones, se amortizará con los correspondientes ahorros en la factura eléctrica.

Teniendo en cuenta esto, la amortización de una instalación solar fotovoltaica de autoconsumo con balance neto dependerá de los siguientes parámetros:

• Producción de energía: A mayor producción de energía en paneles, menor será la energía que hemos de consumir de la red.
• Consumo de energía: A menor consumo de energía en nuestras casas o instalaciones, de menor potencia tendrá que ser la instalación fotovoltaica a ejecutar (y por lo tanto mas barata será), y en el caso de que ya esté realizada, mayores serán las exportaciones de energía.
• Precio de la energía: Cuanto mas cara sea la electricidad, mayor será el ahorro económico generado para un mismo nivel de producción y de consumo. En este sentido, conviene tener en cuenta que el concepto que hay que utilizar es el término de energía de la factura (€/kWh según la tarifa que se aplique), no el precio total cobrado (que incluye el término fijo de potencia, alquiler de contador, impuestos y demás).
• Precio de la instalación: A menor coste de la instalación, mas rápido se amortizará.
• Impuestos, peajes y otros conceptos que afecten al ahorro, se ha planteado por parte del gobierno en su propuesta de Real Decreto sobre el autoconsumo, el establecimiento de un “peaje de respaldo” sobre la energía generada en paneles, que hará que los ahorros generados sean inferiores.

De todas formas, tampoco quiero enrollarme mucho sobre la amortización de este tipo de instalaciones y los posibles impuestos o peajes que se pretenden implantar a su producción, ya que pretendo hacer mas adelante otra entrada en el blog abordando este tema y analizando de forma mas detallada la propuesta de Real Decreto que ha presentado el Gobierno a la Comisión Nacional de Energía para regular el autoconsumo y el balance neto.

Espero que esta entrada os haya gustado y os permita sentar las bases para poder entender mejor todas las noticias que están saliendo últimamente sobre el tema.

Saludos a todos.


Fuentes empleadas:
http://www.enersys.com/
http://www.atersa.com/
http://www.solarmax.com/
http://www.steca.com/
http://www.suelosolar.es/