Equation Chapter 1 Section 1

Proyecto Fin de Carrera

Ingeniería de Telecomunicación

Autor: Indalecio García Mateos

Tutor: Jesús Capitán Fernández

Herramienta para el cálculo de parámetros en

instalaciones fotovoltaicas

Dep. Ingeniería de Sistemas y Automática

Escuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de Sevilla

Sevilla, 2018

iii

Proyecto Fin de Carrera

Ingeniería de Telecomunicación

Herramienta para el cálculo de parámetros en

instalaciones fotovoltaicas

Autor:

Indalecio García Mateos

Tutor:

Jesús Capitán Fernández

Profesor Ayudante Doctor

Dep. de Ingeniería de Sistemas y Automática

Escuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de Sevilla

Sevilla, 2018

v

Proyecto Fin de Carrera: Herramienta para el cálculo de parámetros en instalaciones fotovoltaicas

Autor: Indalecio García Mateos

Tutor: Jesús Capitán Fernández

El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros:

Presidente:

Vocales:

Secretario:

Acuerdan otorgarle la calificación de:

Sevilla, 2018

El Secretario del Tribunal

A mis niñas

A mi familia

vii

Agradecimientos

Agradecer el apoyo incondicional a mis seres queridos para acabar el último peldaño de esta larga escalera, y

en particular a mi padre, que desea ya casi con más alegría que yo esta conclusión, a Cristina por su insistencia

y a Jesús por su paciencia infinita y apoyo.

Indalecio García Mateos

Sevilla, 2018

Resumen

Este proyecto pretende servir como herramienta Web para el cálculo de instalaciones fotovoltaicas, en pos de

agilizar las estimaciones iniciales referentes a energía, instalaciones y economía. Su desarrollo con parámetros

modificables en su mayor parte permitirá que se adapte a distintas tecnologías, ubicaciones y cambios normativos, de forma que perdure su uso en el tiempo, si bien es muy susceptible para mejorar sus

funcionalidades en futuros proyectos de próximos ingenieros.

La instalación de la aplicación puede realizarse tanto en un servidor externo, como en una máquina local que

tenga al menos un servidor Apache, PHP y MySQL instalados.

En esta memoria se incluye un ejemplo de simulación con la representación energética, dimensional y

económica.

ix

Abstract

This project is a Web tool for estimation of photovoltaic installations, to streamline the initial calculation,

facilities and economic parameters. The whole development is done through flexible parameters that will

allow this App to adapt to different technologies. Nevertheless, it is very susceptible to improve its

functionalities by future engineers.

The installation of the application can be done on an external server working as host. A local machine with at

least an Apache server, PHP and MySQL installed can also be used.

An example of a simulation with calculation, facilities and economic estimations is included in this report.

Índice

Agradecimientos vii

Resumen viii

Abstract ix

Índice x

Índice de Tablas xii

Índice de Figuras xiii

1 INTRODUCCIÓN 1 1.1 Objetivos 1 1.2 Alcance 2 1.3 Estructura del documento 2

2 ENERGÍA RENOVABLE 3 2.1 Tipos de energía renovable 4

2.1.1 Energía Solar 4 2.1.2 Energía Eólica 5 2.1.3 Biomasa 5 2.1.4 Hidroeléctrica 6 2.1.5 Geotermia 6

2.2 Ventajas e inconvenientes de la energía renovable 7 2.3 Energía Solar Fotovoltaica 7

2.3.1 Conceptos generales 7 2.3.2 Historia 9 2.3.3 Ventajas e inconvenientes 11 2.3.4 Normativa legal aplicable 12

3 TECNOLOGÍAS APLICADAS EN EL PROYECTO 13 3.1 Fundamentos 13 3.2 Objetivos 13 3.3 Tecnologías 14

3.3.1 HTML 14 3.3.2 CSS 15 3.3.3 Apache 15 3.3.4 PHP 16 3.3.5 MYSQL 18

3.4 Uso de la herramienta Web 20 3.4.1 Instalación de XAMPP (X O.S.version + Apache + MariaDB + PHP + Perl) 20 3.4.2 Instalación de EasyPHP 25

xi

4 REQUERIMIENTOS Y COMPONENTES DE LA HERRAMIENTA 31 4.1. Diseño y desarrollo de la interfaz gráfica 31 4.2. Diseño y desarrollo de la central fotovoltaica. 32 4.3. Diseño y desarrollo de estimaciones energéticas 39 4.4. Diseño y desarrollo de estimaciones económicas 42

5 SIMULACIÓN DE UNA CENTRAL SOLAR FOTOVOLTAICA DE 3MW 27 5.1 Objetivos 27 5.2 Introducción de datos 27 5.3 Datos obtenidos 28 5.4 Conclusiones 32

Referencias 33

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 4-1. Aspectos eléctricos del módulo fotovoltaico SPR-318E-WHT-D 33

Tabla 4-2. Aspectos mecánicos del módulo fotovoltaico SPR-318E-WHT-D 34

Tabla 4-3. Aspectos técnicos del inversor Central Inverter 100 kW de Enertron-Gamesa (entrada CC) 35

Tabla 4-4. Aspectos técnicos del inversor Central Inverter 100 kW de Enertron-Gamesa (salida CA) 35

Tabla 4-5. Otros aspectos a tener en cuenta en el inversor Central Inverter 100 kW de Enertron-Gamesa 35

Tabla 4-6. Irradiación media mensual para la localización de la central solar 41

Tabla 4-7. Costes de la inversión inicial del proyecto para 100kW 42

Tabla 4-8. Cálculos económicos para un campo de 100kW 44

xiii

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 3-1. EurObserv’ER 2016. Las cifras en naranja corresponden a la potencia solar fotovoltaica acumulada hasta 2015. En azul, potencia solar fotovoltaica conectada en 2015. 8

Figura 3-2. Historia de la energía solar fotovoltaica [7] 11

Figura 4-1. Descarga del paquete XAMPP para Windows 21

Figura 4-2. Setup XAMPP 21

Figura 4-1. Selección de componentes en XAMPP 22

Figura 4-1. Carpeta de instalación 22

Figura 4-1. Más información sobre XAMPP 22

Figura 4-1. Inicio de instalación 23

Figura 4-1. Proceso de instalación 23

Figura 4-1. Finalización de la instalación de XAMPP 23

Figura 4-1. Inicio de la aplicación 24

Figura 4-1. Menú de control de XAMPP 24

Figura 4-1. Inicio del servidor Web Apache y motor de base de datos MySQL 24

Figura 4-1. Pantalla de Phpmyadmin 25

Figura 4-1. Pantalla inicial de instalación de EasyPHP 25

Figura 4-2. Pantalla de instalación 26

Figura 4-3. Pantalla de instalación (derechos y condiciones de uso) 26

Figura 4-4. Pantalla de instalación 27

Figura 4-5. Pantalla de instalación (carpeta destino) 27

Figura 4-6. Pantalla de instalación (icono de acceso rápido) 28

Figura 4-7. Pantalla de instalación 28

Figura 4-8. Pantalla de instalación (proceso de instalación) 29

Figura 4-9. Pantalla de instalación (finalización) 29

Figura 4-10. Pantalla de inicio 29

Figura 4-11. Pantalla de inicio de PHPMyAdmin 30

Figura 4-12. Pantalla para crear una nueva base de datos 30

Figura 4-13. Pantalla con la nueva base de datos creada (plantasolar) 30

Figura 4-14. Vista gráfica 32

Figura 4-15. Curva I-V del módulo fotovoltaico SPR-318E-WHT-D (Fuente: sunpowercorp.es) 34

Figura 4-16. Imagen símbolo de campo solar en la herramienta Web (Fuente: www.iconfinder.com) 38

Figura 4-17. Radiación solar en el día del año más desfavorable 38

Figura 4-18. Pantalla de inicio del PVGIS 39

Figura 4-19. Localización de la central en mapa y coordenadas 40

Figura 4-20. Pestaña superior de selección de datos de radiación mensual 40

Figura 4-21. Opciones a seleccionar en el simulador de PVGIS para obtener un formato adecuado para usar en la herramienta Web 41

Figura 5-1. Primer paso para la creación desde la App de una simulación. 28

Figura 5-2. Selección de la simulación. 28

Figura 5-3. Datos de la simulación representados en la barra superior de la herramienta Web. 28

Figura 5-4. Distintas topologías de dimensionamiento de los paneles solares en la planta simulada. 29

Figura 5-5. Simulación dimensionada seleccionada. 29

Figura 5-6. Valores de radiación para la localización por defecto del programa. 30

Figura 5-7. Cálculo de los valores de irradiación teórica y real para los datos simulados. 30

Figura 5-8. Cálculo de los valores financieros para la simulación seleccionada. 30

Figura 5-9. Año destacado a partir del cuál el balance del proyecto empieza a ser positivo. 31

Figura 5-10. Datos financieros para la simulación de 3 MW. 31

Figura 5-11. Valores del VAN y la TIR para la simulación de 3 MW. 32

1

1 INTRODUCCIÓN

La preocupación por el Medio Ambiente es parte de mi concepto de vida desde hace muchos años por lo que tenia claro que mi Proyecto final de Carrera tenia que estar relacionado con las energías renovables, si bien es

cierto empecé estudiando la energía eólica antes de dar el salto a la fotovoltaica.

Dentro del amplio espectro de las energías renovables, la energía solar ocupa un puesto muy importante para mi decisión final más por la ubicación geográfica mía que en sí por mis conocimientos previos. ¡Pero cómo

descartar el sol con la irradiación incidente tan espectacular de la que contamos en esta tierra!

Además, el hecho de desarrollar una aplicación Web me era inmensamente necesaria por la evolución

tecnológica producida, así como de la extensión de Internet a prácticamente la mayor parte de usuarios. Además, la programación en estas tecnologías Web permite el rápido aprendizaje tanto de las mismas como

del análisis de código de otros programadores, por lo que esta herramienta es susceptible de mejorarse aún más

en el futuro por futuros ingenieros.

1.1 Objetivos

l objeto de este proyecto es la realización de una aplicación Web que permita el estudio detallado de una

instalación fotovoltaica y la mejora de ésta para alcanzar rentabilidad económica.

Para ello se plantean los siguientes objetivos con vistas a la consecución de estos de forma gradual:

• Estudio de viabilidad física de una central fotovoltaica. Dimensionamiento y requerimientos técnicos.

• Análisis de las condiciones climatológicas de la zona. Cálculo estimado de irradiación en la zona

seleccionada.

• Estudio de la inversión económica.

Para realizar el estudio de viabilidad, el análisis de las condiciones climatológicas y el estudio de inversión se

desarrollará una herramienta Web que mediante un algoritmo matemático-económico permita la realización de

simulaciones con diferentes parámetros.

El primer objetivo descrito consistirá en la presentación de las necesidades de una central fotovoltaica

atendiendo a unos requisitos previos que se establecerán como criterios formales. Entre los objetivos se

encuentra la búsqueda de una localización adecuada a las necesidades que abarca este proyecto.

E

A largo plazo, la humanidad no tiene más alternativa

que utilizar energía solar si quiere sobrevivir.

- Hans Ziegler (mitad s. XX)-

INTRODUCCIÓN

2

El segundo objetivo persigue el análisis de las condiciones climatológicas a las que se verá sometida la

instalación. Éstas variarán dependiendo del objetivo alcanzado en el punto uno, siendo de vital importancia la

utilización de un modelo estadístico de clima que garantice la mayor veracidad posible en las simulaciones finales. Para ello se perseguirá el modelo que plantee menor error en cuanto a posibles cambios climáticos en

la zona elegida como destino de la instalación fotovoltaica.

Mediante la herramienta Web desarrollada se podrán generar diferentes entornos de la instalación fotovoltaica elegida (tecnología de los módulos e inversores a utilizar, diferentes localizaciones, tipologías de instalación y

dimensionamiento, etc.) y se procederá al análisis económico de estos, de forma que se planteen finalmente

conclusiones referentes a la rentabilidad económica del esquema de central propuesto.

1.2 Alcance

ueda fuera del ámbito de este proyecto la determinación de algunos aspectos físicos y otros de

ámbito legislativos. Es notable que un proyecto de instalación fotovoltaica deba realizar un estudio

pormenorizado del cableado a utilizar, tanto entre módulos como entre módulos y el inversor, transformadores trifásicos, embarrado, protecciones y un largo etcétera. Además, sería conveniente el estudio

detallado de las condiciones del terreno, de la climatología y las conexiones de red de la zona del

establecimiento de la instalación.

Con objeto de que los resultados sean los más veraces posible, todos aquellos parámetros estimados sin cálculo

fehaciente (solo mediante datos empíricos) se han sobrevalorados y además pueden editarse desde el apartado

de Configuración de la herramienta. De este modo los resultados económicos sobre rentabilidad son más estrictos que los que la realidad pudiera plantearse, de forma que, si el proyecto es rentable en la simulación, la

probabilidad de que esto suceda en la realidad es muy alta.

Sería muy conveniente también un estudio de prevención en riesgos laborales que abarque todo el proyecto de

obra de construcción, así como planes de formación para los trabajadores de la planta.

Así mismo sería recomendable el estudio de la necesidad o no legislativa en materia de prevención ambiental,

si bien estos aspectos son tan amplios que requerirían de un estudio detallado por profesionales del sector (al

igual que el estudio en materia de prevención de riesgos laborales).

Todos estos aspectos, y muchos otros que pudieran contemplarse, se alejan del objetivo de este proyecto

(programa de simulación con diferentes variables y parámetros), si bien lo complementarían lo suficiente hasta

alcanzar una herramienta que permitiera la creación de un proyecto viable de obra, construcción, mantenimiento y gestión eficiente económicamente de principio a fin, pasando de una herramienta de

simulaciones a una aplicación integral de simulación y creación de proyectos fotovoltaicos. Es por dicho

motivo que se dejan como mejoras ampliables a este proyecto por futuros alumnos de la Escuela Superior de

Ingenieros de Sevilla o de otros centros pertinentes.

1.3 Estructura del documento

l documento comienza con un capítulo dedicado a las energías renovables (apartado 2 ENERGÍA

RENOVABLE), ampliando la información sobre qué son, cómo funcionan y su necesidad en la realidad energética actual. Puesto que el proyecto se centra en una herramienta de diseño de

instalaciones fotovoltaicas, este apartado sobre energías renovables se centrará ampliamente en la energía solar

(apartado 2.3 Energía Solar Fotovoltaica), haciendo un recorrido de su evolución histórica y detallando la

normativa aplicable sobre la misma.

En un tercer capítulo de este documento (apartado 3 TECNOLOGÍAS APLICADAS EN EL PROYECTO) se

explicarán los fundamentos de la herramienta desarrollada, ahondando en la tecnología empleada para su

desarrollo, así como la forma de instalación y uso en servidor externo o local.

Q

E

3

3 Herramienta para el cálculo de parámetros en instalaciones fotovoltaicas

Los cálculos matemáticos empleados para las distintas simulaciones, así como el diseño y desarrollo de cada

uno de los apartados de la herramienta son descritos en el capítulo 4 REQUERIMIENTOS Y

COMPONENTES DE LA HERRAMIENTA). Es importante destacar que se ha realizado un modelo de escalabilidad basado en un campo de 100 kW con objeto de facilidad el dimensionamiento posterior para

medianas y grandes centrales (objeto del proyecto).

Para finalizar se presenta el quinto capítulo (apartado 5 SIMULACIÓN DE UNA CENTRAL SOLAR FOTOVOLTAICA DE 3MW) donde se realizará una simulación de trabajo real para una central de 3 MW.

Esta simulación es de enorme interés tanto para obtener una primera aproximación a posibles resultados

prácticos de la herramienta como para conocer, a modo de manual de ayuda, los pasos a seguir y el

funcionamiento de la herramienta para un nuevo usuario que desconozca su uso.

3

2 ENERGÍA RENOVABLE

ara llevar a cabo determinados trabajos, el hombre puede extraer energía a través de determinadas

elaboraciones naturales, más o menos complejas, denominadas fuentes de energía.

El hombre ha ido buscando estas fuentes de energía de las que poder extraer algún provecho, como por

ejemplo el descubrimiento del fuego, cocinar alimentos o la arcilla para fabricar recipientes en la prehistoria, o construir molinos de viento para triturar el trigo en la edad media, hasta incluso la obtención de energía

eléctrica ropiéndo átomos para ver la televisión en la época moderna.

Los combustibles fósiles han sido las fuentes de energía más utilizadas desde la Revolución Industrial hasta hoy día. Partiendo del carbón hasta el petróleo y sus derivados, estos combustibles siguen empleándose hoy en

día a la par que soluciones renovables en menor medida, como el aprovechamiento de la energía eólica, la

hidraúlica, la biomasa, etc.

Este tipo de extracción y uso de los recursos fósiles, originarán un agotamiento temprano de estos recursos, que necesitan para su formación miles e incluso millones de años. Debido a esta necesidad natural de un largo

período de tiempo para su creación, se propició el uso de la energía nuclear y al aprovechamiento hidraúlico

intensivos de los cursos de agua en aquellas zonas geográficas con recursos hídricos suficientes, con el objeto

de encontrar fuentes de energías inagotables y potenciar las economías nacionales en este ámbito.

Terminando el siglo XX, científicos y movimientos ecologistas y sociales, cuestionaban el modelo energético

empleado hasta la fecha en base a los siguientes motivos:

• Impactos medioambientales provocados por la combustión de los combustibles fósiles, entre los que

se encuentra el gran debate sobre el calentamiento global del planeta.

• Riesgos derivados del uso de la energía nuclear, visibles en los accidentes de Chernobil o Fukushima.

Por sendos motivos y otros se llega a la necesidad de búsqueda de energías alternativas [1], con el fin de

sustituir a las energías actuales y que provoquen menos impactos medioambientales. Todo esto persiguiendo

un nuevo modelo energético que sea sostenible [2].

P

ENERGÍA RENOVABLE

4

Este modelo se basa en los siguientes aspectos:

• Explotación y uso de fuentes de energía renovables.

• Nuevos procesos de extracción que lleven al uso de fuentes limpias.

• Fomento del autoconsumo, evitando la construcción de megainfraestructuras de generación y

distribución de energía eléctrica.

• Mejora del rendimiento de los dispositivos eléctricos para reducir la demanda energética.

2.1 Tipos de energía renovable

Son aquellas cuyas reservas son ilimitadas a escala humana y que, por tanto, se consideran inagotables.

Existen diferentes fuentes de energía renovables, dependiendo de los recursos naturales que aportan la energía.

2.1.1 Energía Solar

Esta energía es la que se obtiene directamente del sol, ya sea en forma de calor o transformada en electricidad.

El origen de la energía solar procede de su interior, donde se forman dos átomos de helio por la reacción de

fusión de 4 átomos de hidrógeno. La masa atómica que sobra se convierte en energía siguiendo la fórmula de Einstein E=mc2. Por lo que el sol se comporta como un reactor de fusión ubicado a 150 millones de

kilómetros.

El día del año, la hora y la latitud son los principales factores que inluyen en la intensidad de energía solar

disponible en un punto determinado de la superficie terrestre. La cantidad de energía solar recibida depende,

también, de la orientación del dispositivo receptor.

2.1.1.1 Energía Solar Térmica

La energía solar térmica aprovecha la energía recibida por el sol para calentar un fluido que pasa a través del panel solar o colector. Este fluido aumenta su temperatura y bien es almacenado o bien es llevado directamente

al punto de consumo [3].

El calentamiento de agua sanitaria, la calefacción por suelo radiante o el precalentamiento de agua para

procesos industriales son algunos ejemplos en los que se utiliza este tipo de energía.

2.1.1.2 Energía Solar Fotovoltaica

Consiste en aprovechar la energía que proviene del sol para producir energía eléctrica. Esta transformación se lleva a cabo a través de un dispositivo que se llama célula solar y, a este proceso, se le denomina efecto

fotovoltaico.

A través de un sistema fotovoltaico, constituido por un conjunto de equipos contruidos e integrados, se

realizan cuatro funciones específicas:

1. Transformar directa y eficientemente la energía solar en energía eléctrica.

2. Almacenar adecuadamente la energía eléctrica generada.

3. Proveer adecuadamente la energía producida (el consumo) y almacenada.

4. Utilizar eficientemente la energía producida y almacenada.

5

5 Herramienta para el cálculo de parámetros en instalaciones fotovoltaicas

Para dichas funciones, son necesarios una serie de componetes fotovoltaicos, que son, respectivamente a las 4

funciones:

• El módulo o panel fotovoltaico.

• La batería.

• El regulador de carga.

• El inversor.

Para instalaciones fotovoltaicas pequeñas se usan también fusibles para la protección del sistema y, para instalaciones medianas y grandes, se hace uso de sistemas de prorección más complejos, sistemas de medición

y sistemas de control de la carga eléctriga generada.

2.1.2 Energía Eólica

La causa principal de la generación del viento se debe al desigual calentamiento de la superficie terrestre por la

radiacción solar, siendo, por tanto, la fuente de energía eólica, o mejor dicho, la energía mecánica que a modo

de energía cinética transporta el aire en movimiento,

La masa de aire en movimiento lleva asociada una energía cinética, la cual mediante la utilización de

determinados artefactos o máquinas puede ser transformada en energía mecánica o incluso eléctrica, la

aplicación en la actualidad más extendida.

De la energía que llega del Sol, un 2% es, aproximadamente, la que se transforma en energía cinética de los

vientos. De esta energía, un 35% se disipa en la atmósfera a una distancia de un kilómetro por encima del

suelo. De lo que queda, se utiliza una tercera parte debido a su aleatoriedad y dispersión, pero con esta

cantidad basta para abastecer 10 veces el consumo actual de energía primaria mundial [3].

Con el objetivo de aprovechar el viento, se hace uso de aerogeneradores de eje horizontal, siendo este modelo

el más habitual, que son estructuras con rotor a barlovento que normalmente poseen tres palas y poseen un

aerogenerador (que es el que transforma la anergía que contiene el viento en electricidad). Al conjunto de

aerogeneradores se le conoce como parque eólico.

Existen otros tipos de turbinas dependiendo de su tipología: con eje vertical, con dos palas, multipalas, con

rotor a sotavento; de su tamaño: pequeños aerogeneradores (con menos de un metro de diámetro y potencias inferiores a 1 kilovatio), grandes máquinas (con más de 100m de diámetro y más de 5000 kW de potencia

nominal); de su ubicación: tierra adentro, en la línea de costa o már adentro, por ejemplo.

Entre las ventajas que se derivan del uso de la energía eólica, se pueden citar las siguientes: es inagotable,

gratuita y no impacta sobre el medio ambiente; pero cuenta también con los grandes inconvenientes de ser

dispersa y aleatoria.

2.1.3 Biomasa

Hace referencia a la energía que proviene del uso de productos obtenidos a partir de materia orgánica, dichos

productos se conocen como biomasa [5]. Este concepto abarca un gran número de diversos materiales como

residuos de aprovechamientos forestales y cultivos agrícolas, residuos de podas de jardines, combustibles

líquidos derivados de productos agrícolas (biocarburantes), residuos de origen animal, etc.

Aunque es un aprovechamiento de productos que se viene practicando desde hace mucho tiempo para proveer

de energía a las personas, ejemplos más actuales de biomasa, tales como pellets de madera o astillas, gas de

gasificación de la madera, biogás o biocarburantes se consideran potenciales interesantes para proporcinar

soluciones innovadoras para satisfacer la demanda actual de energía.

ENERGÍA RENOVABLE

6

Son muchas las ventajas medioambientales que se producen con el uso de la biomasa como recurso energético,

algunas de las cuales son:

• Reducción de las emisiones de azufre.

• Reducción de las emisiones de partículas.

• Disminución de emisiones de contaminantes como CO, CH y NOx.

• Ciclo neutro de CO2, sin contribución al efecto invernadero.

• Disminución del mantenimiento y de los peligros derivados del escape de gases tóxicos y

combustibles en las casas.

• Disminución de riesgos de incendios forestales y de plagas de insectos.

• Aprovechamiento de residuos agrícolas, evitando su quema en el terreno.

Estas ventajas, unidas a las relativas con el aspecto social y económico, hacen de la biomasa una de las fuentes

potenciales de empleo en el futuro, siendo un elemento de gran importancia para el equilibrio territorial, en

especial en las zonas rurales.

2.1.4 Hidroeléctrica

La energía hidroeléctrica es aquella que aprovecha la energía potencial del agua para producir energía

eléctrica. Esto se obtiene gracias a la caída del agua a una determinada altura hasta un nivel inferior, lo que genera el movimiento de ruedas hidrúalicas o turbinas. Las centrales eléctricas son el grupo de infraestructuras

e instalaciones que se utilizan para aprovechar dicho potencial.

Se pueden distinguir dos tipos:

• Centrales hidroeléctricas: aquellas instalaciones de potencia instalada superior a 10 MW.

• Minicentrales hidroeléctricas: aquellas de potencia instalada inferior a 10 MW.

Se trata de una energía renovable y autónoma utilizada desde hace más de un siglo para generar electricidad y,

de hecho, fue una de las primeras formas que se emplearon para producirla.

Es una fuente de energía que a gran escala está limitada, debido a que, en los países más desarrollados, la mayoría de los ríos más relevantes ya poseen una o varias centrales y, en los países en vías de desarrollo a este

tipo de proyecto le puede faltar apoyo financiero, ambiental o social. Sin embargo, en una escala menor, la

generación de este tipo de electricidad (en minicentrales hidroeléctricas) y gracias a la diversidad de caudales

disponibles para aplicar estos sistemas, sí brinda oportunidades de crecimiento.

2.1.5 Geotermia

Se denomina así porque es la energía que proviene del interior de la tierra, siendo ésta la principal diferencia con otras fuentes de energía renovables que dependen directa o indirecatamente del sol. Los usos de esta

fuente de energía son tanto el suministro de calor como la generación de electricidad.

Ejemplo de uso de esta energía desde hace miles de años son los baños termales. Por lo que, al igual que en muchas otras energías, si los yacimientos geotérmicos se gestionan de manera sostenible en el tiempo, se

puede mantener su producción de energía de manera indefinida. Lo cual se consigue ajustando la extracción de

calor a la cantidad que se genera.

Actualmente esta fuente de energía renovable se usa en muchos países del mundo a pesar de ser más abundate

en unas zonas del mundo que en otras.

7

7 Herramienta para el cálculo de parámetros en instalaciones fotovoltaicas

Se puede encontrar que las tecnologías disponibles se dividen en tres grupos:

• Centrales geotérmicas.

• Aplicaciones de uso directo.

• Bombas de calor geotérmicas.

2.2 Ventajas e inconvenientes de la energía renovable

Aunque son muchas las ventajas del uso de las energías renovables, también hay que tener en cuenta los

inconvenientes que ellas conllevan.

Entre los aspectos positivos del uso de estas se encuentran:

• Su disponibilidad es infinita, esto quiere decir que son inagotables.

• Conllevan beneficios medioambientales, al tratarse de energías limpias y apenas emiten gases de

efecto invernadero.

• Disminución de la dependencia energética externa, si se mejora la implantación de sistemas de

energías limpias.

• Beneficios económicos derivados de la creación de puestos de trabajos en las distintas fases de

producción de la energía: fabricación, instalación, mantenimiento, comercialización, etc.

• Estabilización de los precios de la energía.

Por otro lado, cabe señalar algunas desventajas que suponen el uso de este tipo de energías:

• Dificultad para garantizar el suministro, ya que no siempre se tiene disponibilidad de ellas. Si no se

dan las condiciones adecuadas, no se produce energía.

• La inversión inicial es elevada.

• Se necesitan extensas superficies para su desarrollo.

• Algunas de ellas provocan elevados impactos visuales.

2.3 Energía Solar Fotovoltaica

2.3.1 Conceptos generales

La energía fotovoltaica se puede definir como aquella energía eléctrica que se obtiene a partir de los fotones

incidentes en células fotovoltaicas por medio de la luz solar.

De manera más detallada, la luz del sol (que está compuesta por fotones) incide en las células fotovoltaicas de

la placa, por lo que se origina de esta manera un campo de electricidad entre las capas. Así se genera un circuito eléctrico. A mayor intensidad de la luz, mayor el flujo de electricidad. En días nublados también

funciona, ya que no es necesario que haya luz directa.

Las células fotoeléctricas convierten la energía solar en electricidad en forma de corriente continua, y ésta suele transformarse a corriente alterna para que se puedan usar los equipos electrónicos que suele haber en las

casas.

El dispositivo que se encarga de esta transformación se denomina inversor. El inversor transforma la corriente continua en corriente alterna con las mismas características que las de la red eléctrica a la que va a verterse,

controlando la uniformidad y calidad de la señal.

Esta corriente alterna generada finalmente pasa por un contador (que la cuantifica) y de allí es inyectada a la

red general. Aunque existen diversas configuraciones posibles para las instalaciones fotovoltaicas, siendo las de interés para este proyecto aquellas que presentan conexión directa con la red eléctrica, puesto que el fin de

ENERGÍA RENOVABLE

8

la instalación final simulada es la de alcanzar una rentabilidad económica que permita su montaje.

En cuanto a la producción de energía solar fotovoltaica en la Unión Europea, Alemania es el país dominante

en cuestión de producción de energía a partir de fuentes renovables. Respecto a la energía solar fotovoltaica, es el país con mayor potencia instalada con diferencia seguido de Italia. España se sitúa en quinto lugar. Según

las estadísticas de EurObserv’ER 2016 [6], las cifras de energía producida por países se mantienen en iguales

posiciones, salvo por Grecia, que a pesar de situarse en séptima posición en cuanto a potencia instalada, ocupa

el cuarto lugar por potencia producida.

Figura 2-1. EurObserv’ER 2016. Las cifras en naranja corresponden a la potencia solar fotovoltaica acumulada

hasta 2015. En azul, potencia solar fotovoltaica conectada en 2015.

9

9 Herramienta para el cálculo de parámetros en instalaciones fotovoltaicas

2.3.2 Historia

A continuación se indican los hitos más importantes en la historia de la energía solar fotovoltaica desde que se

produce el descubrimiento del efecto fotovoltaico, allá por mediados del siglo XIX, hasta nuestros días.

El punto de partida.

1839

El punto de partida se considera a Alexandre Edmond Bequerel1, físico francés descubriendo el efecto

fotovoltaico2.

1839

El punto de partida se considera que fue Alexandre Edmund Bequerel (París 1820- París 1891), físico francés

descubriendo el efecto fotovoltaico cuando experimentaba con una pila electrolítica, y apreció un aumento de

la generación eléctrica con la luz.

1873

Willoughby Smith descubre el efecto fotovoltaico en sólidos, en el selenio.

1877

W. G. Adams y R. E. Day producen la primera célula fotovoltaica de selenio.

1904

Albert Einstein publica su artículo sobre el efecto fotovoltaico, al mismo tiempo que un artículo sobre la

teoría de la relatividad.

1921

Einstein gana el premio Nobel de 1921 por sus teorías de 1904 explicando el efecto fotovoltaico (“for his services to Theoretical Physics, and especially for his discovery of the law of the photoelectric effect”.). Recibe

el premio y lee el discurso en Gotemburgo- Suecia, en 1923).

1954

Los investigadores D. M. Chaplin, C.S. Fuller y G. L. Pearson de los Laboratorios Bell en Murray Hill, New Jersey, producen la primera célula de silicio, publican en el artículo “A New Silicon p-n junction Photocell

for converting Solar Radiation into Electrical Power”, y hacen su presentación oficial en Washington (26

abril).

1955

Se le asigna a la industria americana la tarea de producir elementos solares fotovoltaicos para aplicaciones

espaciales. Hoffman Electronic, empresa de Illinois (EE.UU.) ofrece células del 3% de 14mW a 1.500 $/Wp).

1957

Hoffman Electronic alcanza el 8 % de rendimiento en sus células.

1958

El 17 de marzo se lanza el Vanguard I, primer satélite alimentado con energía solar. El satélite lleva 0,1W superficie aproximada de 100 cm2, para alimentar un transmisor de respaldo de 5 mW, que estuvo operativo

8 años. La Unión Soviética, muestra en la exposición Universal de Bruselas sus células con tecnología de

1 Alexandre Edmond Bequerel, físico francés (París 1820 - París 1891), miembro de una familia de científicos de cuatro generaciones, su

padre Antoine César colaboró con Ampère y Biot en el estudio de la electricidad, su hijo Antoine Henri fue premio Nobel de Física junto al matrimonio Curie por el descubrimiento de la radioactividad natural; y sus nietos, Jean que realizó importantes descubrimientos en el

campo de la cristalografía y Paul biólogo que estudió los efectos de las bajas temperaturas en los seres vivos. 2 Descubrimiento del efecto fotovoltaico. Fruto de las primeras investigaciones de A.E. Bequerelfue a sus 19 años el descubrimiento del efecto fotovoltaico al experimentar con una pila electrolítica con electrodos de platino, en la que observó el incrementen de corriente que

causa la exposición a la luz de uno de los electrodos según se indica en "Recherches sur les effects de la radiation chimique de la lumiere

solaire au moyen des courant electriques" que se encuentra en Comptes Rendues de l' Academie de Sciences 9, (1839) 561&145.

ENERGÍA RENOVABLE

10

silicio.

1959

Hoffman Electronic alcanza el 10 % de rendimiento en sus células comerciales.

1962

Se lanza el primer satélite comercial de telecomunicaciones, el Telstar, con una potencia fotovoltaica de 14W.

1963

Sharp consigue una forma práctica de producir módulos de silicio; en Japón se instala un sistema de 242W en

un faro, el más grande en aquellos tiempos.

1964

El navío espacial Nimbus se lanza con 470W de paneles fotovoltaicos.

1966

El observatorio astronómico espacial lleva 1kW de paneles solares.

1973

La producción mundial de células es 100 kW. El Skylab lleva 20kW de paneles.

1975

Las apliciones terrestres superan a las aplicaciones espaciales.

1977

La producción de paneles solares fotovoltaicos en el mundo es de 500 kW.

1980

ARCO Solar es la primera empresa que alcanzó, una fabricación industrial de 1 MW de módulos al año.

1983

La producción mundial excede los 20 MW al año.

1994

Se celebra la primera Conferencia Mundial fotovoltaica en Hawai.

1998

Se alcanza un total de 1.000 MWp de sistemas fotovoltaicos instalados.

2004

Se producen más de 1.000 MW de módulos fotovoltaicas ese año.

2008

Se producen más de 500 MW de módulos fotovoltaicos ese año.

11

11 Herramienta para el cálculo de parámetros en instalaciones fotovoltaicas

Figura 2-2. Historia de la energía solar fotovoltaica [7]

2.3.3 Ventajas e inconvenientes

Entre las ventajas que se pueden encontrar de la energía solar fotovoltaica están:

• Fuente de energía inagotable.

• Es una energía muy respetuosa con el medio ambiente: Sin contaminación ni emisiones de CO2.

• Es un sistema de aprovechamiento de energía idóneo para zonas donde no llega la electricidad.

• Los costos de operación son muy bajos.

• El mantenimiento es sencillo y de bajo costo.

• No sólo se puede integrar en las estructuras de construcciones nuevas, sino también en las ya

existentes.

• El costo disminuye a medida que la tecnología va avanzando.

Por el contrario, también se encuentran una serie de desventajas para este tipo de energía:

• Inicialmente requiere una fuerte inversión económica.

• Los lugares donde hay mayor radiación solar, son lugares desérticos y alejados de las ciudades.

• Se necesitan grandes extensiones de terreno para recolectar energía solar a gran escala.

• El nivel de radiación de esta energía fluctúa de una zona a otra, y lo mismo ocurre entre una estación

del año y otra.

• Muchas veces se debe complementar este método de convertir energía con otros.

ENERGÍA RENOVABLE

12

2.3.4 Normativa legal aplicable

Existe una normativa legal que regula el ámbito de este proyecto, estableciéndose por ley aquellas primas y

beneficios deducibles en materia de producción de energía renovable.

A continuación, se resume la normativa reguladora a tener en cuenta:

• Estrategia energética de Andalucía 2020.

• Ley 24/2013, de 26 de diciembre, del Sector Eléctrico. Cuyo objetivo es establecer la regulación del sector eléctrico garantizando el suministro eléctrico con los niveles necesarios de calidad y al mínimo

coste posible, asegurar la sostenibilidad económica y financiera del sistema y permitir un nivel de

competencia efectiva en el sector eléctrico, todo ello dentro de los principios de protección

medioambiental de una sociedad moderna.

• R.D. 1663/2000. Real Decreto sobre conexiones de instalaciones fotovoltaicas a la red de baja tensión, que establece las condiciones técnicas y administrativas necesarias para la conexión de instalaciones

fotovoltaicas a la red de baja tensión.

• BOE nº148 21/06/01. Resolución de la Dirección general de Política Energética y Minas que

establece el modelo de contrato tipo y modelo de facturas para instalaciones solares fotovoltaicas

dentro del ámbito de aplicación del RD 1663/2000.

• R.D. 436/2004. Real Decreto por el que se establece el procedimiento de inclusión en el régimen

especial, también establece las tarifas, primas e incentivos para energías renovables, así como su

revisión.

• R.D.1995/2000. Real Decreto que regula los procedimientos de autorización de instalaciones de

energía eléctrica en general (Título VIII). Aplicada en el caso de conexión a la red de alta tensión.

• Ley 31/1995. Ley de Prevención de Riesgos Laborales.

• RD 841/2002. Real Decreto por el que se regula para instalaciones de producción de energía eléctrica

en régimen especial su incentivación en la participación en el mercado de producción, determinadas

obligaciones de información de sus previsiones de producción, y la adquisición por los

comercializadores de su energía eléctrica producida.

• R.D. 842/2002. Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión “REBT” e Instrucciones Técnicas

Complementarias.

• Normas particulares y condiciones técnicas y de seguridad de 2005 de la compañía Sevillana-Endesa,

versión corregida por Resolución de 23 de Marzo de 2006 por la Dirección General de Industria,

Energía y Minas:

o Capítulo I: Generalidades.

o Capítulo II: Acometidas e Instalaciones de Enlace en BT.

o Capítulo III: Redes de Distribución en BT.

o Capítulo IV: CT, Seccionamiento y Entrega.

o Capítulo V: Redes de Distribución en MT.

o Capítulo VI: Esp. Téc. para la conexión de suministros en MT.

o Capítulo VII: Equipos de Medida para la facturación.

• Real Decreto Legislativo 1/2008, de 11 de enero, por el que se aprueba el texto refundido de la Ley de

Evaluación de Impacto Ambiental de proyectos.

• Orden ITC/3860/2007, de 28 de diciembre, por la que se revisan las tarifas eléctricas a partir del 1 de

enero de 2008.

13

13 Herramienta para el cálculo de parámetros en instalaciones fotovoltaicas

• Real Decreto 1028/2007, de 20 de julio, por el que se establece el procedimiento administrativo para

la tramitación de las solicitudes de autorización de instalaciones de generación eléctrica en el mar

territorial.

• Real Decreto 661/2007, de 25 de mayo, por el que se regula la actividad de producción de energía

eléctrica en régimen especial.

• Real Decreto 314/2006, de 17 de marzo, por el que se aprueba el Código Técnico de la Edificación.

• Real Decreto 1955/2000, de 1 de diciembre, por el que se regulan las actividades de transporte, distribución, comercialización, suministro y procedimientos de autorización de instalaciones de

energía eléctrica.

• Real Decreto 2818/1998, de 23 de diciembre, sobre producción de energía eléctrica por instalaciones

abastecidas por recursos o fuentes de energía renovables, residuos y cogeneración.

• Ley 2/2007, de 27 de marzo, de Fomento de las Energías Renovables y del Ahorro y la Eficiencia

Energética de Andalucía.

• Directiva 2009/28/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 23 de abril de 2009, relativa al

fomento del uso de energía procedente de fuentes renovables y por la que se modifican y se derogan

las Directivas 2001/77/CE y 2003/30/CE.

• Real Decreto-ley 6/2009, de 30 de abril, por el que se adoptan determinadas medidas en el sector

energético y se aprueba el bono social.

• Real Decreto 1003/2010, de 5 de agosto, por el que se regula la liquidación de la prima equivalente a

las instalaciones de producción de energía eléctrica de tecnología fotovoltaica en régimen especial.

• Real Decreto-ley 14/2010, de 23 de diciembre, por el que se establecen medidas urgentes para la

corrección del déficit tarifario del sector eléctrico.

• Real Decreto 1699/2011, de 18 de noviembre, por el que se regula la conexión a red de instalaciones

de producción de energía eléctrica de pequeña potencia.

• Real Decreto-ley 1/2012, de 27 de enero, por el que se procede a la suspensión de los procedimientos de preasignación de retribución y a la supresión de los incentivos económicos para nuevas

instalaciones de producción de energía eléctrica a partir de cogeneración, fuentes de energía

renovables y residuos.

• Ley 24/2013, de 26 de diciembre, del Sector Eléctrico.

• Real Decreto-ley 2/2013, de 1 de febrero, de medidas urgentes en el sistema eléctrico y en el sector

financiero.

• Real Decreto 413/2014, de 6 de junio, por el que se regula la actividad de producción de energía

eléctrica a partir de fuentes de energía renovables, cogeneración y residuos.

• Real Decreto 900/2015, de 9 de octubre, por el que se regulan las condiciones administrativas,

técnicas y económicas de las modalidades de suministro de energía eléctrica con autoconsumo y de

producción con autoconsumo.

• Orden Ministerial IET/1045/2014, de 16 de junio, por la que se aprueban los parámetros retributivos de las instalaciones tipo aplicables a determinadas instalaciones de producción de energía eléctrica a

partir de fuentes de energía renovables, cogeneración y residuos.

13

3 TECNOLOGÍAS APLICADAS EN EL

PROYECTO

e pretende la creación de una aplicación Web, basada en los estándares actuales de la Web e Internet, que

permita al usuario la simulación de diferentes escenarios para el cálculo de una planta solar fotovoltaica.

Se podrán parametrizar los valores técnicos del módulo fotovoltaico, inversor y localización de la planta, así como el dimensionamiento de los paneles, la irradiación estimada según datos estadísticos en relación a la

localización geográfica de la planta, así como los valores económicos resultantes del caso a simular.

3.1 Fundamentos

La base tecnológica del proyecto se fundamenta en el uso del estándar Web, HTML5 (HyperText Markup

Language, versión 5) [8], CSS3 (Cascading Stylesheets, tercera especificación) [9] y JavaScript [10]. El objeto de utilizar el estándar Web es conseguir un desarrollo susceptible de ejecutarse en la nube, accesible a través

de Internet desde cualquier punto del planeta o incluso implementable en una máquina local, sin requerir el

pago de licenciamientos ni software privado.

3.2 Objetivos

Se quiere obtener una aplicación Web que permita realizar simulaciones con multitud de parámetros editables,

que faciliten al usuario el cálculo de números casos de estudio, simulaciones e hipótesis que sirvan de base

para proseguir en cálculos más especializados y detallados.

S

TECNOLOGÍAS APLICADAS EN EL PROYECTO

14

3.3 Tecnologías

3.3.1 HTML

HTML5 es un lenguaje diseñado para organizar contenido Web. Tiene por objeto facilitar el diseño y el desarrollo Web, mediante la creación de una Interfaz de Usuario (IU) estandarizada e intuitiva para lenguaje de

marcación. HTML5 proporciona los medios para diseccionar y compartimentar sus páginas, y le permite crear

componentes discretos que no sólo están diseñados para organizar su sitio lógicamente, sino también para darle a su sitio capacidades de sindicación. El HTML5 podría llamarse el "enfoque de correlación de

información al diseño de sitios Web" porque incorpora la esencia de la correlación de la información,

dividiéndola y etiquetándola para hacerla fácil de entender y de utilizar. El HTML5 da a diseñadores y

desarrolladores de todos los niveles la capacidad para publicar cualquier cosa al mundo, desde simple

contenido de texto, hasta información rica en contenidos multimedia.

El HTML5 ofrece herramientas para la administración efectiva de datos, dibujo, video y audio. Facilita el

desarrollo de aplicaciones para diferentes navegadores para la Web, así como para dispositivos portátiles.

HTML5 es una de las tecnologías que está impulsando los avances de los servicios de computación móvil en

la nube, gracias a que permite mayor flexibilidad, permitiendo así el desarrollo de sitios Web emocionantes e

interactivos. También introduce nuevas etiquetas y mejoras, incluyendo una elegante estructura, controles de formulario, APIs, multimedia, soporte de bases de datos, y una velocidad de procesamiento significativamente

más rápida.

Las nuevas etiquetas en HTML5 son altamente evocadoras, encapsulando su rol y uso. Las versiones pasadas

de HTML usaban etiquetas que no eran tan descriptivas. No obstante, HTML5 tiene etiquetas altamente descriptivas e intuitivas. Proporciona etiquetas de contenido enriquecido que identifican el contenido

inmediatamente. Por ejemplo, la etiqueta <div> que ha sido bastante trabajada, ha sido complementada con las

etiquetas <section> y <article>. La adición de las etiquetas <video>, <audio>, <canvas> y <figure> también

ofrece una descripción más precisa del tipo específico del contenido.

El HTML5 proporciona:

• Etiquetas que describen exactamente lo que están diseñadas a contener.

• Comunicaciones de red mejoradas.

• Almacenamiento general ampliamente mejorado.

• Web Workers para ejecutar procesos en segundo plano.

• La interfaz WebSocket para establecer conexión continua entre la aplicación residente y el servidor.

• Mejor recuperación de los datos almacenados.

• Velocidades mejoradas de almacenamiento y carga de páginas.

• Soporte para CSS3 para manejar la GUI, lo que significa que el HTML5 puede estar orientado a

contenido.

• Manejo mejorado de formularios de navegador.

• Una API de base de datos basada en SQL que permite almacenamiento local del lado del cliente.

• Bastidor y video, para añadir gráficas y video sin instalar plug-ins de terceros.

• La especificación Geolocation API, que utiliza capacidades de ubicación de teléfonos inteligentes para

incorporar servicios y aplicaciones móviles de nube.

• Formularios mejorados que reducen la necesidad de descargar código JavaScript, permitiendo una

comunicación más eficiente entre dispositivos móviles y servidores nube.

El HTML5 crea una experiencia de usuario más atractiva: las páginas diseñadas utilizando HTML5 pueden

proporcionar una experiencia similar a la de las aplicaciones de escritorio. El HTML5 también ofrece un

15

15 Herramienta para el cálculo de parámetros en instalaciones fotovoltaicas

desarrollo mejorado de múltiples plataformas al combinar la capacidad de las APIs con la ubicuidad del

navegador. Usando HTML5 los desarrolladores pueden ofrecer una experiencia de aplicación moderna que

cruza plataformas sin problemas.

Además de las muchas implementaciones de escritorio de las tecnologías y métodos de la tecnología HTML5,

el HTML5 puede implementarse en navegadores Web de teléfonos móviles ricos en recursos—un mercado en

crecimiento, como se ha visto con la popularidad y omnipresencia del Apple iPhone y Google Android.

El HTML5 anuncia el advenimiento de un proceso semántico más efectivo a nivel de texto, y de mayor control

sobre la construcción y el uso de los formularios.

3.3.2 CSS

La web moderna se compone de varios aspectos. Está el técnico, el funcional y el estético, cada uno de los

cuales es importante en la misma medida que los otros. Sin embargo, cuando una persona es más afín a uno de

ellos tiende a descuidar los demás.

En este orden de ideas cuando una persona está más vinculada al aspecto técnico, generalmente descuida el

aspecto estético, donde el aspecto funcional es un cruce entre ambos, ya que no todo lo que es muy estético será funcional; y el hecho que se utilicen todas las últimas tecnologías tampoco hacen que una web o un

proyecto lo sean.

El CSS es la manera en que permite incorporar la parte estética en la web de una forma amigable para el

desarrollador, y también sirve como lenguaje universal para comunicarse con diseñadores de experiencia de

usuario y Front-End, ya que es la forma de darle un aspecto a cualquier sitio web.

CSS es un lenguaje sencillo que se utiliza para definir estilos que se pueden aplicar dentro de los documentos

HTML. Al mencionar la palabra estilos se hace referencia a que se puede controlar desde la forma en que se ven las fuentes de una web, hasta la implementación de cursores de mouse, colores, imágenes, disposición en

pantalla, etc.

CSS es un estándar y está bajo la responsabilidad de la W3C (World Wide Web Consortium) [11], por lo que

cada navegador que tiene soporte para CSS debería funcionar igual si se apegan a las instrucciones dictadas

por esta institución.

CSS3 es un nivel de especificación de CSS, es la cuarta especificación ya que se han tenido CSS, CSS2,

CSS2.1 y ahora CSS3, cada especificación parte de la anterior y cada una va incorporando mejoras, nuevos estilos, y nuevas formas de aplicarlos. Las especificaciones de estas implementaciones se pueden observar en

la web www.w3.org/Style/CSS.

Ahí se puede encontrar toda la documentación oficial, que va desde el uso de las diferentes instrucciones que

se puede utilizar, hasta aspectos técnicos que llevaron a dicha implementación.

El rol que debe cumplir CSS en una web es preparar las estructuras para ser presentadas, es decir, hacer que el

HTML que se ha construido luzca bien para ser mostrado a un usuario. Aquí es donde entran los tres factores

mencionados al inicio, un HTML sin estilos puede ser funcional, y puede emplear elementos técnicos muy modernos, sin embargo por sí solo no será estético; esto implica que aunque la web sea muy elaborada, sin

CSS parecerá algo incompleto.

Ventajas de utilizar CSS:

• Separar la presentación de la estructura, esto ayuda a que la web sea modular.

• Las hojas de estilo CSS pueden ser compartidas por todas las páginas de una web, por lo que se logra

consistencia y se reduce trabajo.

• Con CSS se pueden hacer estilos para diferentes dispositivos y ambientes.

• El mantenimiento de un sitio que ha implementado CSS es mucho más fácil.

3.3.3 Apache

Apache es el servidor web más usado en todo el mundo con una cuota de mercado superior al 60% [12]. En las

TECNOLOGÍAS APLICADAS EN EL PROYECTO

16

aplicaciones web, Apache se combina frecuentemente con Linux, la base de datos MySQL y los lenguajes de

programación PHP y Perl. Esta combinación se llama LAMP.

Un servidor web proporciona páginas HTML a los clientes que lo solicitan. Estas páginas pueden estar almacenadas en un directorio del servidor (páginas pasivas o estáticas) o ser generadas de nuevo como

respuesta a una solicitud (contenidos activos).

Las funciones de Apache pueden expandirse mediante módulos. Por ejemplo, Apache es capaz de ejecutar

scripts CGI (Common Gateway Interface) en múltiples lenguajes de programación con ayuda de módulos. Aquí no se trata sólo de Perl y PHP, sino también de otros muchos lenguajes de scripts como Python o Ruby.

Además, existen módulos que posibilitan, entre otras muchas cosas, la transmisión segura de los datos (Secure

Sockets Layer, SSL), la autentificación de usuarios, el registro ampliado, etc.

Apache puede ser adaptado a los requisitos y necesidades del usuario mediante módulos escritos por él mismo.

No obstante, para ello se requiere un cierto nivel de conocimientos.

Cuando Apache procesa una solicitud, se pueden haber definido uno o varios gestores o “handlers” en el archivo de configuración para llevar a cabo ese proceso. Los gestores pueden formar parte de Apache o bien

ser módulos activados para procesar la solicitud, por lo que el proceso puede configurarse de manera muy

flexible. Además, existe la posibilidad de integrar en Apache módulos propios para obtener un control aún

mayor sobre la tramitación de solicitudes.

La modularización está aún más acentuada en Apache 2. En esta versión, el servidor se ocupa de un número

muy reducido de tareas, mientras que el resto se realiza a través de módulos. Esto se lleva a tal extremo que

incluso el procesamiento de HTTP (HyperText Transfer Protocol) tiene lugar a través de módulos. Por lo tanto, Apache 2 no debe ser necesariamente un servidor web; también puede asumir otras tareas muy distintas

a través de módulos diferentes. Un ejemplo es el servidor de correo Proof-of-Concept (POP3) como módulo

basado en Apache.

Apache soporta un amplio abanico de prestaciones muy útiles. Las más importantes se describen a

continuación.

Máquinas virtuales (virtual hosts)

El soporte de máquinas virtuales significa que es posible manejar varias páginas Web con una instancia de Apache en un único ordenador, si bien el servidor web se manifiesta como varios servidores web

independientes de cara al usuario. Las máquinas virtuales pueden estar configuradas en distintas direcciones IP

(Internet Protocol) o “en función de los nombres”. Así se evita el tener que adquirir y administrar ordenadores

adicionales.

Reescritura flexible de URLs (Uniform Resource Locator)

Apache ofrece múltiples posibilidades para manipular y reescribir URLs (URL rewriting). Puede encontrar

información adicional en la documentación sobre Apache.

Negociación del contenido (content negotiation)

En función de las prestaciones del cliente (navegador), Apache puede proporcionar una página Web a la

medida de ese cliente. Por ejemplo, en el caso de navegadores antiguos o aquellos que trabajen sólo en modo texto (como por ejemplo Lynx), se entregará una versión simplificada de la página web sin tramas. Al

proporcionar una versión de la página apropiada para cada navegador, es posible evitar la incompatibilidad

entre muchos navegadores en lo que a JavaScript se refiere.

Flexibilidad en el tratamiento de errores

Al producirse un fallo (por ejemplo, una página no está disponible), es posible reaccionar de forma flexible y

responder convenientemente. El modo de respuesta puede configurarse de forma activa por ejemplo mediante

CGI.

3.3.4 PHP

PHP (acrónimo recursivo de PHP: Hypertext Preprocessor) es un lenguaje de código abierto muy popular

especialmente adecuado para el desarrollo web y que puede ser incrustado en HTML.

17

17 Herramienta para el cálculo de parámetros en instalaciones fotovoltaicas

En lugar de usar muchos comandos para mostrar HTML (como en C o en Perl), las páginas de PHP contienen

HTML con código incrustado que hace "algo". El código de PHP está encerrado entre las etiquetas especiales

de comienzo y final <?php y ?> que permiten entrar y salir del "modo PHP".

Lo que distingue a PHP de algo del lado del cliente como Javascript es que el código es ejecutado en el

servidor, generando HTML y enviándolo al cliente. El cliente recibirá el resultado de ejecutar el script, aunque

no se sabrá el código subyacente que era. El servidor web puede ser configurado incluso para que procese

todos los ficheros HTML con PHP, por lo que no hay manera de que los usuarios puedan saber qué existe

debajo.

Lo mejor de utilizar PHP es su extrema simplicidad para el principiante, pero a su vez ofrece muchas

características avanzadas para los programadores profesionales. Aunque el desarrollo de PHP está centrado en

la programación de scripts del lado del servidor, se puede utilizar para muchas otras cosas.

PHP está enfocado principalmente a la programación de scripts del lado del servidor, por lo que se puede hacer

cualquier cosa que pueda hacer otro programa CGI, como recopilar datos de formularios, generar páginas con

contenidos dinámicos, o enviar y recibir cookies. Aunque PHP puede hacer mucho más.

Existen principalmente tres campos principales donde se usan scripts de PHP.

• Scripts del lado del servidor. Éste es el campo más tradicional y el foco principal. Son necesarias tres

cosas para que esto funcione. El analizador de PHP (módulo CGI o servidor), un servidor web y un

navegador web. Es necesario ejecutar el servidor con una instalación de PHP conectada. Se puede acceder al resultado del programa de PHP con un navegador, viendo la página de PHP a través del

servidor. Todo esto se puede ejecutar en su máquina si está experimentado con la programación de

PHP.

• Scripts desde la línea de comandos. Se puede crear un script de PHP y ejecutarlo sin necesidad de un servidor o navegador. Solamente es necesario el analizador de PHP para utilizarlo de esta manera.

Este tipo de uso es ideal para scripts que se ejecuten con regularidad empleando cron (en *nix o

Linux) o el Planificador de tareas (en Windows). Estos scripts también pueden usarse para tareas

simples de procesamiento de texto.

• Escribir aplicaciones de escritorio. Probablemente PHP no sea el lenguaje más apropiado para crear

aplicaciones de escritorio con una interfaz gráfica de usuario, pero si se conoce bien PHP, y se

quisiera utilizar algunas características avanzadas de PHP en aplicaciones del lado del cliente, se

puede utilizar PHP-GTK para escribir dichos programas. También es posible de esta manera escribir aplicaciones independientes de una plataforma. PHP-GTK es una extensión de PHP, no disponible en

la distribución principal.

PHP puede emplearse en todos los sistemas operativos principales, incluyendo Linux, muchas variantes de Unix (incluyendo HP-UX, Solaris y OpenBSD), Microsoft Windows, Mac OS X, RISC OS y probablemente

otros más. PHP admite la mayoría de los servidores web de hoy en día, incluyendo Apache, IIS, y muchos

otros. Esto incluye cualquier servidor web que pueda utilizar el binario de PHP FastCGI, como lighttpd y

nginx. PHP funciona tanto como módulo como procesador de CGI.

De modo que, con PHP, se tiene la libertad de elegir el sistema operativo y el servidor web. Además, se tiene

la posibilidad de utilizar programación por procedimientos o programación orientada a objetos (POO), o una

mezcla de ambas.

Con PHP no se está limitado a generar HTML. Entre las capacidades de PHP se incluyen la creación de

imágenes, ficheros PDF e incluso películas Flash (usando libswf y Ming) generadas sobre la marcha. También

se puede generar fácilmente cualquier tipo de texto, como XHTML y cualquier otro tipo de fichero XML. PHP puede autogenerar estos ficheros y guardarlos en el sistema de ficheros en vez de imprimirlos en pantalla,

creando una caché en el lado del servidor para contenido dinámico.

Una de las características más potentes y destacables de PHP es su soporte para un amplio abanico de bases de

datos. Escribir una página web con acceso a una base de datos es increíblemente simple utilizando una de las extensiones específicas de bases de datos (p.ej., para mysql), o utilizar una capa de abstracción como PDO, o

conectarse a cualquier base de datos que admita el estándar de Conexión Abierta a Bases de Datos por medio

de la extensión ODBC. Otras bases de datos podrían utilizar cURL o sockets, como lo hace CouchDB.

TECNOLOGÍAS APLICADAS EN EL PROYECTO

18

PHP también cuenta con soporte para comunicarse con otros servicios usando protocolos tales como LDAP,

IMAP, SNMP, NNTP, POP3, HTTP, COM (en Windows) y muchos otros. También se pueden crear sockets

de red puros e interactuar usando cualquier otro protocolo. PHP tiene soporte para el intercambio de datos complejos de WDDX entre virtualmente todos los lenguajes de programación web. Y hablando de

interconexión, PHP tiene soporte para la instalación de objetos de Java y emplearlos de forma transparente

como objetos de PHP.

PHP tiene útiles característicos de procesamiento de texto, las cuales incluyen las expresiones regulares compatibles con Perl (PCRE), y muchas extensiones y herramientas para el acceso y análisis de documentos

XML. PHP estandariza todas las extensiones XML sobre el fundamento sólido de libxml2, y amplía este

conjunto de características añadiendo soporte para SimpleXML, XMLReader y XMLWriter.

Existen otras extensiones interesantes, las cuales están categorizadas alfabéticamente y por categoría. También

hay extensiones adicionales de PECL que podrían estar documentadas o no dentro del manual de PHP, tal

como» XDebug.

3.3.5 MYSQL

MySQL es un sistema de gestión de base de datos, multihilo y multiusuario con más de seis millones de

instalaciones. Inicialmente MySQL AB desarrolla MySQL como software libre en un esquema de

licenciamiento dual. Por un lado, lo ofrece bajo la GNU GPL, pero, empresas que quieran incorporarlo en

productos privativos pueden comprar a la empresa una licencia que les permita ese uso. Está desarrollado en su

mayor parte en ANSI C.

Al contrario de proyectos como el Apache, donde el software es desarrollado por una comunidad pública, y el

copyright del código está en poder del autor individual, MySQL está poseído y patrocinado por una empresa privada, que posee el copyright de la mayor parte del código. Esto es lo que posibilita el esquema de

licenciamiento anteriormente mencionado. Además de la venta de licencias privativas, la compañía ofrece

soporte y servicios. Para sus operaciones contratan trabajadores alrededor del mundo que colaboran vía

Internet. MySQL AB fue fundado por David Axmark, Allan Larsson, y Michael Widenius. Posteriormente en 2008, Sun Microsystems adquirió la empresa MySQL AB. Al año siguiente, fue el gigante Oracle Corporation

la empresa que se hizo con Sun Microsystems.

La siguiente lista describe algunas de las características más importantes del software de base de datos

MySQL.

Interioridades y portabilidad:

• Escrito en C y en C++.

• Probado con un amplio rango de compiladores diferentes.

• Funciona en diferentes plataformas.

• Usa GNU Automake, Autoconf, y Libtool para portabilidad.

• APIs disponibles para C, C++, Eiffel, Java, Perl, PHP, Python, Ruby, y Tcl. Uso completo de multi-

threaded mediante threads del kernel. Pueden usarse fácilmente múltiples CPUs si están disponibles.

• Proporciona sistemas de almacenamiento transaccionales y no transaccionales.

• Usa tablas en disco B-tree (MyISAM) muy rápidas con compresión de índice.

• Relativamente sencillo de añadir otro sistema de almacenamiento. Esto es útil si desea añadir una

interfaz SQL para una base de datos propia.

• Un sistema de reserva de memoria muy rápido basado en threads.

• Joins muy rápidos usando un multi-join de un paso optimizado.

• Tablas hash en memoria, que son usadas como tablas temporales.

• Las funciones SQL están implementadas usando una librería altamente optimizada y deben ser tan

rápidas como sea posible. Normalmente no hay reserva de memoria tras toda la inicialización para

19

19 Herramienta para el cálculo de parámetros en instalaciones fotovoltaicas

consultas.

• El código MySQL se prueba con Purify (un detector comercial de memoria perdida) así como con

Valgrind, una herramienta GPL.

• El servidor está disponible como un programa separado para usar en un entorno de red

cliente/servidor. También está disponible como biblioteca y puede ser incrustado (linkado) en aplicaciones autónomas. Dichas aplicaciones pueden usarse por sí mismas o en entornos donde no hay

red disponible.

Tipos de columnas:

• Diversos tipos de columnas: enteros con/sin signo de 1, 2, 3, 4, y 8 bytes de longitud, FLOAT, DOUBLE, CHAR, VARCHAR, TEXT, BLOB, DATE, TIME, DATETIME, TIMESTAMP, YEAR,

SET, ENUM, y tipos espaciales OpenGIS.

• Registros de longitud fija y longitud variable.

Sentencias y funciones:

• Soporte completo para operadores y funciones en las cláusulas de consultas SELECT y WHERE. Por

ejemplo:

mysql> SELECT CONCAT(first_name, ' ', last_name)

FROM citizen

WHERE income/dependents > 10000 AND age > 30;

• Soporte completo para las cláusulas SQL GROUP BY y ORDER BY. Soporte de funciones de agrupación (COUNT(), COUNT(DISTINCT...), AVG(), STD(), SUM(), MAX(), MIN(), y

GROUP_CONCAT()).

• Soporte para LEFT OUTER JOIN y RIGHT OUTER JOIN cumpliendo estándards de sintaxis SQL y

ODBC.

• Soporte para alias en tablas y columnas como lo requiere el estándard SQL.

• DELETE, INSERT, REPLACE, y UPDATE devuelven el número de filas que han cambiado (han sido afectadas). Es posible devolver el número de filas que serían afectadas usando un flag al conectar

con el servidor.

• El comando específico de MySQL SHOW puede usarse para obtener información acerca de la base

de datos, el motor de base de datos, tablas e índices. El comando EXPLAIN puede usarse para

determinar cómo el optimizador resuelve una consulta.

• Los nombres de funciones no colisionan con los nombres de tabla o columna. Por ejemplo, ABS es un nombre válido de columna. La única restricción es que, para una llamada a una función, no se

permiten espacios entre el nombre de función y el '(' a continuación. Puede mezclar tablas de distintas

bases de datos en la misma consulta.

Seguridad:

• Un sistema de privilegios y contraseñas que es muy flexible y seguro, y que permite verficación

basada en el host. Las contraseñas son seguras porque todo el tráfico de contraseñas está encriptado

cuando se conecta con un servidor.

Escalabilidad y límites:

• Soporte a grandes bases de datos. Se usa MySQL Server con bases de datos que contienen 50 millones de registros. También se conocen usuarios que usan MySQL Server con 60.000 tablas y

acerca de 5.000.000 de registros.

• Se permiten hasta 64 índices por tabla (32 antes de MySQL 4.1.2). Cada índice puede consistir desde

1 hasta 16 columnas o partes de columnas. El máximo ancho de límite son 1000 bytes (500 antes de MySQL 4.1.2). Un índice puede usar prefijos de una columna para los tipos de columna CHAR,

TECNOLOGÍAS APLICADAS EN EL PROYECTO

20

VARCHAR, BLOB, o TEXT.

Conectividad:

• Los clientes pueden conectar con el servidor MySQL usando sockets TCP/IP en cualquier plataforma.

En sistemas Windows de la familia NT (NT, 2000, XP o 2003), los clientes pueden usar named pipes

para la conexión. En sistemas Unix, los clientes pueden conectar usando ficheros socket Unix.

• En MySQL 5.0, los servidores Windows soportan conexiones con memoria compartida si se

inicializan con la opción --shared-memory. Los clientes pueden conectar a través de memoria

compartida usando la opción --protocol=memory.

• La interfaz para el conector ODBC (MyODBC) proporciona a MySQL soporte para programas clientes que usen conexiones ODBC (Open Database Connectivity). Por ejemplo, puede usar MS

Access para conectar al servidor MySQL. Los clientes pueden ejecutarse en Windows o Unix. El

código fuente de MyODBC está disponible. Todas las funciones para ODBC 2.5 están soportadas, así

como muchas otras.

• La interfaz para el conector J MySQL proporciona soporte para clientes Java que usen conexiones JDBC. Estos clientes pueden ejecutarse en Windows o Unix. El código fuente para el conector J está

disponible.

Localización:

• El servidor puede proporcionar mensajes de error a los clientes en muchos idomas.

• Soporte completo para distintos conjuntos de carácteres, incluyendo latin1 (ISO-8859-1), german, big5, ujis, y más. Por ejemplo, los carácteres escandinavos 'â', 'ä' y 'ö' están permitidos en nombres de

tablas y columnas. El soporte para Unicode está disponible.

• Todos los datos se guardan en el conjunto de carácteres elegido. Todas las comparaciones para

columnas normales de cadenas de carácteres son case-insensitive.

• La ordenación se realiza acorde al conjunto de carácteres elegido. Es posible cambiarla cuando

arranca el servidor MySQL. MySQL Server soporta diferentes conjuntos de carácteres que deben ser

especificados en tiempo de compilación y de ejecución.

Clientes y herramientas:

• MySQL server tiene soporte para comandos SQL para chequear, optimizar, y reparar tablas. Estos

comandos están disponibles a través de la línea de comandos y el cliente mysqlcheck. MySQL

también incluye myisamchk, una utilidad de línea de comandos muy rápida para efectuar estas

operaciones en tablas MyISAM.

• Todos los programas MySQL pueden invocarse con las opciones --help o -? para obtener asistencia en

línea.

3.4 Uso de la herramienta Web

La aplicación realizada en este Proyecto puede subirse a un servidor/hosting externo, en el cual tan solo habría que subirlos ficheros pertinentes y crear la base de datos asociada. Pero con objeto de conseguir que cualquier

usuario puediera utilizar esta herramienta desde cualquier ordenador, sin tan siquiera conexión a Internet, y

mucho menos con un servidor o host externo (con sus costes correspondientes), se explica a continuación el

proceso de instalación con un paquete que incluye todo lo necesario para ejecutar el código de este proyecto en

cualquier ordenador.

3.4.1 Instalación de XAMPP (X O.S.version + Apache + MariaDB + PHP + Perl)

Consiste en un paquete de software libre (licencia GNU), que posee un sistema de gestión de bases de datos

MySQL, un servidor web (Apache) y los intérpretes para lenguajes de script PHP y Perl. A partir de la versión

21

21 Herramienta para el cálculo de parámetros en instalaciones fotovoltaicas

5.6.15, XAMPP cambió la base de datos MySQL por MariaDB (fork de MySQL con licencia GPL).

XAMPP se encuentra disponible para Microsoft Windows, GNU/Linux, Solaris y Mac OS X [13].

A continuación se indican los pasos para hacer una instalación de XAMPP para posteriormente utilizarlo en la

ejecución de la herramienta Web el presente Proyecto.

3.4.1.1 Instalación

El primer paso será la descarga del software correspondiente al Sistema operativo en el que se quiera realizar

la instalación, en este caso Windows [14].

Figura 3-1. Descarga del paquete XAMPP para Windows

A continuación, se describen las pantallas de la instalación:

Figura 3-2. Setup XAMPP

TECNOLOGÍAS APLICADAS EN EL PROYECTO

22

Figura 3-3. Selección de componentes en XAMPP

Figura 3-4. Carpeta de instalación

Figura 3-5. Más información sobre XAMPP

23

23 Herramienta para el cálculo de parámetros en instalaciones fotovoltaicas

Figura 3-6. Inicio de instalación

Figura 3-7. Proceso de instalación

Figura 3-8. Finalización de la instalación de XAMPP

TECNOLOGÍAS APLICADAS EN EL PROYECTO

24

Figura 3-9. Inicio de la aplicación

Figura 3-10. Menú de control de XAMPP

3.4.1.2 Configuración de XAMPP

Una vez instalada la aplicación y ejecutada, habrá que iniciar el servidor Web Apache y el motor de base de

datos MySQL hacienda clic en los botones Start correspondientes:

Figura 3-11. Inicio del servidor Web Apache y motor de base de datos MySQL

El siguiente paso será la copia de los ficheros en una carpeta de htdocs.

Para crear la base de datos correspondientes, habrá que realizarlo desde la aplicación Phpmyadmin accesible

desde cualquier navegador web en la url: http://localhost/phpmyadmin.

25

25 Herramienta para el cálculo de parámetros en instalaciones fotovoltaicas

Figura 3-12. Pantalla de Phpmyadmin

Para acceder a la herramienta (carpeta dentro de htdocs) habrá que acceder a la ruta correspondiente en

http://localhost/nombredelproyecto.

3.4.2 Instalación de EasyPHP

EasyPHP constituye un paquete WAMP3, el cual incluye el lenguaje de programación PHP, un servidor Web

(en este caso Apache), un servidor de base de datos (MySQL), así como dos herramientas de gestión, una para

administrar la base de datos (PhpMyAdmin) y un depurador (Xdebug).

La ventaja de la utilización de este tipo de aplicaciones radica en la facilidad de implementación y configuración (sólo habría que parametrizar algunos aspectos de seguridad y confiabilidad para el servidor

Apache y MySQL), así como una excelente herramienta para iniciar pruebas en local.

En este proyecto se ha optado por la versión 5.3.6.0, la cual será instalada en una unidad USB o pendrive para su utilización y demostración, siendo independiente la posible posterior exportación a un servidor Web que se

estime oportuno.

3.4.2.1 Instalación en unidad USB

A continuación se describirán los pasos a realizar para la correcta instalación de este paquete WAMP.

1. Ejecución del fichero ejecutable descargado desde la Web de EasyPHP.

2. Seleccionaremos el idioma inglés para la instalación:

Figura 3-13. Pantalla inicial de instalación de EasyPHP

3 WAMP hace referencia al acrónimo de Windows Apache MySQL PHP, o lo que es lo mismo, un conjunto de herramientas que permite la

ejecución de páginas Web en modo local en cualquier ordenador, permitiendo la ejecución de aplicaciones dinámicas que se conecten a

bases de datos MySQL a través del lenguaje de programación PHP.

TECNOLOGÍAS APLICADAS EN EL PROYECTO

26

3. Haremos clic en el botón “Siguiente”.

Figura 3-14. Pantalla de instalación

4. Se aceptarán los Derechos y Condiciones de Uso seleccionando la opción “I accept the agreement”.

Figura 3-15. Pantalla de instalación (derechos y condiciones de uso)

27

27 Herramienta para el cálculo de parámetros en instalaciones fotovoltaicas

5. Se continuarán con los pasos de la instalación haciendo clic en “Next”.

Figura 3-16. Pantalla de instalación

6. Seleccionaremos la carpeta de destino.

Figura 3-17. Pantalla de instalación (carpeta destino)

TECNOLOGÍAS APLICADAS EN EL PROYECTO

28

7. Se creará un icono de acceso rápido.

Figura 3-18. Pantalla de instalación (icono de acceso rápido)

8. Instalación de la herramienta.

Figura 3-19. Pantalla de instalación

29

29 Herramienta para el cálculo de parámetros en instalaciones fotovoltaicas

9. Proceso de instalación.

Figura 3-20. Pantalla de instalación (proceso de instalación)

10. Se finalizará la instalación.

Figura 3-21. Pantalla de instalación (finalización)

3.4.2.2 Configuración de EasyPHP

Al arrancar la aplicación, se mostrará en pantalla el estado del servidor Apache y del motor de base de datos

MySQL:

Figura 3-22. Pantalla de inicio

Inicialmente crearemos un directorio donde alojaremos nuestros ficheros, así como una base de datos a la cuál

accederemos mediante el gestor de base de datos que trae instalado por defecto EasyPHP, PHPMyAdmin.

TECNOLOGÍAS APLICADAS EN EL PROYECTO

30

1. Creación del directorio de trabajo.

Generaremos una carpeta denominada “plantasolar” en la dirección:

E:\pfc\EasyPHP-5.3.6.0\www

2. Implementación de una base de datos a través de PHPMyAdmin:

a. Accederemos desde el navegador a la ruta:

http://127.0.0.1:8888/home/mysql/

Figura 3-23. Pantalla de inicio de PHPMyAdmin

b. Insertaremos un nuevo nombre para la base de datos en el campo habilitado para ello, “Crear

nueva base de datos”:

Figura 3-24. Pantalla para crear una nueva base de datos

c. Confirmaremos la creación de la nueva base de datos:

Figura 3-25. Pantalla con la nueva base de datos creada (plantasolar)

d. Ya tenemos lista la base de datos, así como también el servidor Apache corriendo.

31

31 Herramienta para el cálculo de parámetros en instalaciones fotovoltaicas

4 REQUERIMIENTOS Y COMPONENTES

DE LA HERRAMIENTA

continuación se detallarán las bases matemáticas que se han utilizado en la programación de la

herramienta para el cálculo teórico de las simulaciones, así como los conceptos de diseño de la interfaz

y resultados en cada uno de los apartados de los que consta la herramienta (creación de central, selección de la misma, dimensionamiento y elección de modelo de disposición geográfica, estimaciones

energéticas para la ubicación seleccionada y estimaciones económicas para los parámetros económicos y

legales establecidos).

4.1. Diseño y desarrollo de la interfaz gráfica

A continuación, se describirá la interfaz que caracterizará a la herramienta de simulación de este proyecto.

Se opta por la implementación de una aplicación de acceso libre, sin registro de usuarios ni identificación,

puesto que el objetivo de ésta es ayudar al diseño y dimensionamiento de una central solar fotovoltaica

utilizando una herramienta-guía que mediante simulaciones orientativas permita predecir el comportamiento

económico de rentabilidad de una planta solar.

Se presenta necesaria la creación de una sección de Configuración para variar los parámetros base de un

sistema fotovoltaico (módulos e inversores) y de otros aspectos como la ubicación de la planta y valores económicos. Con objeto de maximizar la usabilidad de la aplicación, se presentarán todos los pasos naturales

de la simulación de forma consecutiva (selección de potencia, distribución física, cálculo energético y

económico).

En la parte superior y siempre visible se deberán mostrar los datos básicos de la planta solar, permitiendo la

selección de simulaciones creadas con anterioridad y almacenadas en la base de datos MySQL.

Estos son los pasos de una simulación:

1. Paso 1: Creación de una nueva planta solar a partir de su potencia. En este apartado se introducirán los datos básicos para la simulación: la potencia en MW. Se puede crear una nueva

simulación, a la que habrá que indicar un nombre para identificarla en la base de datos posteriormente,

o bien seleccionar alguna de las simulaciones ya almacenadas en la base de datos.

A

REQUERIMIENTOS Y COMPONENTES DE LA HERRAMIENTA

32

2. Paso 2: Selección de la distribución física de los paneles. Se seleccionará la tipología que se

requiera en función de varias propuestas lógicas (campos alargados o cuadrados).

3. Paso 3: Obtención de datos energéticos. A partir de la localización de la planta solar, se podrá proceder al cálculo de los valores de radiación en dicha zona de forma estadística. Una vez calculado,

se obtendrán los valores de producción energética teórica y real, atendiendo a los parámetros de

potencia, módulos, inversores y dimensionamiento seleccionados.

4. Paso 4: Análisis económico. Se obtendrán los datos financieros relevantes teniendo en cuenta todos los parámetros de la simulación, conociéndose la viabilidad aproximada del proyecto según los datos

estimados.

La estructura básica en la que consistirá la aplicación Web será la siguiente:

• Cabecera / Título.

• Menú superior con acceso a la Configuración y datos de la planta simulada. Posibilidad de Cambiar

de simulación.

• Área para los pasos de la simulación.

• Pie Copyright.

A continuación, se detalla en un diagrama el modelo presentado anteriormente:

Figura 4-1. Vista gráfica

Con objeto de maximizar la eficiencia en la programación, se utilizará un modelo basado en capas (div) cuya

apariencia sea desarrollada con una hoja de estilos en CSS en un fichero externo que cargará al inicio.

4.2. Diseño y desarrollo de la central fotovoltaica.

Con objeto de establecer un modelo sencillo de selección de centrales fotovoltaicas de mediano y gran tamaño,

se ha optado por la selección de valores entre 1 y 10 MW para la creación de las simulaciones. Así mismo se

ha basado la programación de las simulaciones en un modelo escalable a partir de campos de 100 kW.

En el dimensionamiento de una central solar fotovoltaica, se necesitan calcular los siguientes parámetros:

• Número de huertas solares de 100 kW (sólo en el supuesto de una instalación de más de 100 kW este

valor será distinto de uno).

• Número de inversores.

33

33 Herramienta para el cálculo de parámetros en instalaciones fotovoltaicas

• Potencia del inversor en kilowatios.

• Número de módulos.

• Potencia de cada módulo (watio-pico).

• Módulos en serie.

• Módulos en paralelo.

• Módulos por cada seguidor.

• Potencia-pico seguidor (kilowatios).

Cada seguidor implementado en la central constará de una caja de conexión en la que se conectarán las

diferentes ramas (paralelo).

En este proyecto se han contemplado determinados equipos con especificaciones concretas (módulo fotovoltaico, inversor, etc.) de partida, si bien desde el apartado de Configuración pueden variarse estos

valores por los de otras tecnologías o productos y de este modo realizar simulaciones concretas para equipos

determinados.

Selección del módulo fotovoltaico

A continuación, se adjuntan las características y especificaciones técnicas del módulo fotovoltaico elegido para

su uso en la aplicación Web: Panel Solar 318 (SPR-318E-WHT-D) de SUNPOWER [15].

Tabla 4-1. Aspectos eléctricos del módulo fotovoltaico SPR-318E-WHT-D

Descripción Valor4

Potencia nominal (+5/-3%) (Pnom) 318 W

Eficiencia 19,5%

Voltaje en el punto de máxima

potencia 54,7 V

Corriente en el punto de máxima

potencia

5,82 A

Voltaje de circuito abierto 64,7 V

Corriente de cortocircuito 6,20 A

Voltaje máximo del sistema 1000 V

Coeficiente de temperatura

(potencia)

-0,38 % / K

Coeficiente de temperatura

(voltaje)

-176,6 mV / K

Coeficiente de temperatura

(corriente)

3,5 mA / K

NOCT 45 ºC +/-2 ºC

Corriente nominal de fusibles en

serie

15 A

Límite de corriente inversa (3

strings)

15,5 A

Temperatura -40 ºC hasta +85 ºC

4 Medidos en condiciones de prueba estándar (STC): Irradiancia 1000 W/m2, AM 1,5, temperatura de células 25 ºC.

REQUERIMIENTOS Y COMPONENTES DE LA HERRAMIENTA

34

Aspectos mecánicos del módulo

Tabla 4-2. Aspectos mecánicos del módulo fotovoltaico SPR-318E-WHT-D

Descripción Valor

Célula solar Monocristalino

Número de células 96

Dimensiones 1559 x 1046 x 46 mm

Peso 18,6 Kg

Temperatura -40 ºC hasta +85 ºC

A continuación, se adjunta una gráfica con la característica I / V del panel:

Figura 4-2. Curva I-V del módulo fotovoltaico SPR-318E-WHT-D (Fuente: sunpowercorp.es)

Selección del inversor

Entre las diferentes opciones que presenta el mercado actual, se ha optado por la opción de 100 kW puesto que

no se pretenden simulaciones de centrales fotovoltaicas de gran envergadura, y en caso de averías o

malfuncionamiento de éstos, afectaría en menor medida a la producción. De este modo se justifica la selección de campos de 100 kW que conformen la base para la posterior selección de instalaciones de mayor

envergadura, es decir, la mínima unidad de la herramienta Web. Además permitirá una escalabilidad y

flexibilidad enorme respecto a otros modelos para centrales fotovoltaicas medianas y grandes.

El inversor que se ha elegido es el Central Inverter 100 kW de Enertron-Gamesa [16], que cuenta con un alto

rendimiento (hasta el 96%), además de robustez y fiabilidad a largo plazo.

35

35 Herramienta para el cálculo de parámetros en instalaciones fotovoltaicas

Las características de éste se detallan a continuación:

Tabla 4-3. Aspectos técnicos del inversor Central Inverter 100 kW de Enertron-Gamesa (entrada CC)

Descripción Valor

Potencia máxima 120 kWp

Intensidad máxima 275 A

Tensión máxima 900 V

Rango de tensión 400 a 600 V

Tabla 4-4. Aspectos técnicos del inversor Central Inverter 100 kW de Enertron-Gamesa (salida CA)

Descripción Valor

Número de fases 3

Potencia nominal 100 kW

Potencia máxima 110 kW

Tensión nominal CA 400 V

Frecuencia de salida 49 Hz a 51 Hz

Factor de potencia 1

Distorsión en Intensidad < 3%

Intensidad nominal por fase 145 A

Intensidad máxima por fase 158 A

Tabla 4-5. Otros aspectos a tener en cuenta en el inversor Central Inverter 100 kW de Enertron-Gamesa

Descripción Valor

Rendimiento máximo 96,4%

Rendimiento europeo 95,4%

Consumo en reposo < 0,1%

Temperatura ambiente admisible 0 ºC a 40 ºC

Dimensiones (ancho x alto x

fondo) 1200 x 2000 x 800 mm

Peso 1200 Kg

Estimación del número de paneles para el modelo base de 100 kW

La tensión de entrada al inversor es sin duda el parámetro de configuración más importante para nuestro

sistema. Como se puede observar en la Tabla 4-3. Aspectos técnicos del inversor Central Inverter 100 kW de Enertron-Gamesa (entrada CC), el inversor utilizado en la herramienta soporta un rango de tensiones que va

desde 400 V hasta los 600 V.

Estos datos son fundamentales para la obtención del número de módulos fotovoltaicos a instalar en cada

simulación realizada, según la potencia que se quiera.

La disposición de módulos en serie proporciona una tensión generada que se corresponde con la suma de las

diferentes tensiones de cada módulo. Con objeto de satisfacer los requisitos de operación dependientes de la

temperatura (contemplada una temperatura ambiente de 25 ºC), utilizaremos los datos facilitados por el

fabricante de los paneles solares seleccionados (SPSM-280D).

REQUERIMIENTOS Y COMPONENTES DE LA HERRAMIENTA

36

Las tensiones máximas y mínimas soportadas en cada módulo se calculan aplicando las siguientes fórmulas:

𝑉𝑚á𝑥 = 𝑉𝑐𝑎𝑐.𝑒 + ∆𝑉+

𝑉𝑚𝑖𝑛 = 𝑉𝑝𝑚á𝑥𝑐.𝑒 + ∆𝑉−

donde:

• c.e son condiciones estándar,

• ca es circuito abierto, y

• pmáx es potencia máxima.

Para el cálculo de los diferentes incrementos máximos y mínimos de tensión debidos al coeficiente de

temperatura (ΔV+ y ΔV-):

∆𝑉+ = ∆𝑇 ∙ 𝛼 ∙ 𝑉𝑐𝑎𝑐.𝑒 = (−40 − 25) ∙ (−0,0038) ∙ 64,7 = 15,9809 𝑉

∆𝑉− = ∆𝑇 ∙ 𝛼 ∙ 𝑉𝑝𝑚á𝑥𝑐.𝑒 = (85 − 25) ∙ (−0,0038) ∙ 54,7 = −12,4716 𝑉

donde:

• ΔT es el incremento de temperatura (máximo y mínimo respectivamente).

• α es el coeficiente de temperatura.

Se obtiene, por tanto:

𝑉𝑚á𝑥 = 𝑉𝑐𝑎𝑐.𝑒 + ∆𝑉+ = 64,7 + 15,9809 = 80,6809 𝑉

𝑉𝑚í𝑛 = 𝑉𝑝𝑚á𝑥𝑐.𝑒 + ∆𝑉− = 54,7 − 12,4716 = 42,2284 𝑉

Determinaremos a continuación el número de paneles solares en serie (determinado por el rango de tensión de

entrada del inversor). Para ello haremos:

𝑁𝑠𝑒𝑟𝑖𝑒𝑚á𝑥 =

𝑉𝑚á𝑥𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑜𝑟

𝑉𝑚á𝑥𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜

=900 𝑉

80,6809 𝑉= 11,1550

𝑁𝑠𝑒𝑟𝑖𝑒𝑚í𝑛 =

𝑉𝑚í𝑛𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑜𝑟

𝑉𝑚í𝑛𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜

=400 𝑉

42,2284 𝑉= 9,4723

Por tanto, el número de paneles solares en serie deberá estar comprendido entre ambas cantidades:

9,4723 ≤ 𝑁𝑠𝑒𝑟𝑖𝑒 ≤ 11,1550

A mayor tensión menores pérdidas de conducción, por lo que se optará por la solución en serie con mayor

tensión, es decir, 11 módulos en serie.

Comprobemos que el inversor soporta dicha configuración:

𝑉𝑚í𝑛 < 𝑉𝑝𝑚á𝑥 ∙ 𝑁𝑠𝑒𝑟𝑖𝑒 < 𝑉𝑚á𝑥

400 𝑉 < 𝑉𝑝𝑚á𝑥 ∙ 𝑁𝑠𝑒𝑟𝑖𝑒 < 900 𝑉

→ 𝑉𝑝𝑚á𝑥 ∙ 𝑁𝑠𝑒𝑟𝑖𝑒 = 54,7 𝑉 ∙ 11 = 601,7 𝑉

Al quedar dentro del rango se confirma la configuración en serie.

A continuación, procederemos a calcular el número de paneles solares a colocar en paralelo. El límite de este

valor será aportado por la corriente máxima admisible a la entrada del inversor.

𝑁𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜 = 𝑁𝑠𝑒𝑟𝑖𝑒 ∙ 𝑁𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙𝑜 → 𝑁𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙𝑜 =𝑁𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜

𝑁𝑠𝑒𝑟𝑖𝑒

Dadas las típicas condiciones desfavorables que evitan poder alcanzar las condiciones óptimas de máxima

potencia, se dimensionará por encima el un 10% el inversor, de forma que incrementemos el aprovechamiento

de éste.

37

37 Herramienta para el cálculo de parámetros en instalaciones fotovoltaicas

El número total de módulos por campo de 100 kW será:

𝑁𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜 =(1 + 10%) ∙ 𝑃𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑜𝑟

𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙

𝑃𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜𝑝𝑖𝑐𝑜

=1,10 ∙ 100 𝑘𝑊

318 𝑊= 345,9119

Para obtener finalmente el número de módulos en paralelo:

𝑁𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙𝑜 =𝑁𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜

𝑁𝑠𝑒𝑟𝑖𝑒=

345,9119

11= 31,4465

El número de paneles solares en paralelo asciende a 31 para cada campo de 100 kW.

Comprobemos que el inversor soporta dicha configuración:

𝐼𝑐𝑐𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜 ∙ 𝑁𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙𝑜 < 𝐼𝑚á𝑥

𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑜𝑟

𝐼𝑐𝑐𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜 ∙ 𝑁𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙𝑜 < 275 𝐴

𝐼𝑐𝑐𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜 ∙ 𝑁𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙𝑜 = 6,20 𝐴 ∙ 31 = 192,2 𝐴

Al ser inferior del valor máximo, se confirma la configuración en paralelo.

La herramienta de simulación Web empleará los datos obtenidos anteriormente para trabajar en la

optimización del campo necesario para la potencia solicitada. Para ello la aplicación calculará la potencia de

cada campo, el número de éstos, la cantidad de paneles solares por cada campo, así como los datos globales

asociados al número de módulos y potencia totales en la central deseada:

𝑃𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜 = 𝑁𝑠𝑒𝑟𝑖𝑒 ∙ 𝑁𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙𝑜 ∙ 𝑃𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜 = 11 ∙ 31 ∙ 318 𝑊 = 108,438 𝑘𝑊

𝑁𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜𝑠 =𝑃𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑙

𝑃𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜=

𝑃𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑙

108,438 𝑘𝑊

𝑁𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜 = 𝑁𝑠𝑒𝑟𝑖𝑒 ∙ 𝑁𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙𝑒𝑙𝑜 = 11 ∙ 31 = 341

𝑁𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿 = 𝑁𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜 ∙ 𝑁𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜𝑠 = 341 ∙ 𝑁𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜𝑠

𝑃𝑇𝑂𝑇𝐴𝐿 = 𝑁𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜𝑠 ∙ 𝑃𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜 = 𝑁𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜𝑠 ∙ 108,438 𝑘𝑊

Queda fuera del ámbito de este proyecto y de la herramienta de simulación la elección y dimensionamiento de

los transformadores de la planta, los cuales tendrán el objetivo de transformar la tensión y corriente continua generadas en los campos solares a alterna para su adecuado transporte por la red eléctrica; así como del

cableado y cajas de conexión entre módulos, inversores y transformadores; protecciones y puesta a tierra.

Estimación de hectáreas necesarias para la central

Dado que varios parámetros de diseño quedan fuera del desarrollo de este proyecto, el dimensionamiento se

realizará con márgenes de seguridad al alza5.

Las variables a tener en cuenta son el número de campos solares de la central, el número de módulos en serie

de que consta, el ancho de cada módulo, la separación entre éstos, el número de módulos en paralelo, el alto del módulo por el seno del ángulo que forma con el suelo y la distancia de separación entre filas (la distancia

entre paneles se explicará con mayor detalle en el apartado Análisis de sombras entre paneles donde se incide

en la necesidad de mantener una distancia mínima que evite la aparición de sombras entre paneles).

Para ello se ha programado la función calculaHectareasCampo() cuya finalidad es realizar dicha estimación a

partir de los parámetros constantes descritos en el párrafo anterior (se ha supuesto una inclinación de 35

grados).

Se aplicará un factor de 1.5 de seguridad que implica la zona de separación entre campos, las lindes externas,

los equipos y edificios.

5 El número de hectáreas que se estimen con la herramienta Web será exclusivamente a modo orientativo, si bien se tendrán en cuenta márgenes de seguridad que den como resultado una estimación superior a la real, si bien se aconseja en un futuro que si se amplía este

proyecto se incluyan los datos referentes al dimensionamiento del resto de elementos de la central de forma que se optimice el tamaño

necesario de las instalaciones (así se realizaría un nuevo método de optimización económica).

REQUERIMIENTOS Y COMPONENTES DE LA HERRAMIENTA

38

Es importante destacar que se ha desarrollado la aplicación de forma que se presenten al usuario diferentes

configuraciones que no tengan más de 2 grados fuera de la arquitectura, intentando que se obtengan

extensiones rectangulares proporcionales.

En la herramienta Web se mostrará la posibilidad de seleccionar una opción de varias presentadas para la

disposición de los campos solares. Se indicará cada uno de los campos con el siguiente símbolo:

Figura 4-3. Imagen símbolo de campo solar en la herramienta Web (Fuente: www.iconfinder.com)

Análisis de sombras entre paneles

La presente herramienta está diseñada para que tenga en cuenta una separación mínima necesaria entre paneles

que evite la aparición de sombras entre éstos.

Para ello se presenta el siguiente cálculo de distancia de separación mínima entre hileras:

1. Se supone el peor caso referente a la altura solar de radiación, es decir, el día correspondiente al

solsticio de invierno (21 de diciembre), en cuyo caso dicha altura es mínima, siendo la altura al

mediodía solar la siguiente:

2. 𝐻𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 = (90° − 𝑙𝑎𝑡𝑖𝑡𝑢𝑑) − 23,5° = (90° − 37,5°) − 23,5°

3. Se obtiene que:

Figura 4-4. Radiación solar en el día del año más desfavorable

𝑑𝑚í𝑛 = 𝑙 ∙ (cos(𝑖) +sin(𝑖)

tan(𝐻𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟)) = 1159 𝑚𝑚 ∙ (cos(35) +

sin(35)

tan(29)) = 2148,68 𝑚𝑚

donde:

• H se corresponde con la altura solar mínima en el día del año más desfavorable.

• latitud son los grados de latitud correspondientes al punto geográfico en el que se encuentra la

instalación fotovoltaica. En este proyecto se ha supuesto una región comprendida entre las localidades de Gerena y Guillena, en la provincia de Sevilla, cuya latitud es aproximadamente

37,5 grados para los datos de ubicación por defecto.

• dmín es la distancia mínima de separación entre paneles solares para evitar la aparición de

sombras en la superficie de éstos debidas unos a otros.

• l es la longitud/largo del módulo.

• i se corresponde con el grado de inclinación del panel.

H l

i

Radiación solar

39

39 Herramienta para el cálculo de parámetros en instalaciones fotovoltaicas

4.3. Diseño y desarrollo de estimaciones energéticas

Para el cálculo de las estimaciones energéticas medias en la zona establecida para la central, se tendrán en

cuenta los datos registrados en la aplicación Web “Pruebas de Instalaciones Solares Europeas” (ESTI) que

proporciona el “Instituto de Energía y Transporte” (IET) [17], denominado Sistema de Información

Geográfica Fotovoltaica (a partir de aquí se le denominará PVGIS).

En dicho Portal Web se permite la obtención de los siguientes datos de radiación solar en cualquier punto

geográfico europeo:

• Estimación de potencia.

• Radiación mensual.

• Radiación diaria.

A continuación, se adjunta una captura de la Página principal de la herramienta:

Figura 4-5. Pantalla de inicio del PVGIS

Se procederá a la selección del punto geográfico donde se situará la central en el presente proyecto (valor por

defecto de ubicación), en este caso con las siguientes coordenadas geográficas:

• Latitud: 37.533

• Longitud: -6.064

• Población más cercana: Guillena (Sevilla).

REQUERIMIENTOS Y COMPONENTES DE LA HERRAMIENTA

40

Figura 4-6. Localización de la central en mapa y coordenadas

El objetivo de la presente funcionalidad es almacenar los datos de nuestra localización en un fichero con

delimitadores y formato estandarizado, para posteriormente emplear dichos datos de radiación solar en nuestra aplicación Web. De este modo la herramienta de este proyecto será extensible a cualquier punto geográfico

europeo, si se obtienen datos a partir del PVGIS, e incluso mundial siempre y cuando se cerciore el usuario de

la herramienta Web de que el formato del fichero con los datos solares coincide con el especificado en este

apartado.

Para hacer uso de dicha funcionalidad se ha desarrollado la función procesa_fichero(FICHERO_SOLAR) que

recibe como parámetro la ruta del fichero con los datos estadísticos sobre irradiación y devuelve un array con

los siguientes datos:

• Irradiación Global Horizontal (kWh/m2).

• Irradiación Global Incidente 35º (kWh/m2).

• Media temperatura 24h (ºC).

Los datos anteriores serán evaluados como medias de cada mes del año.

Estandarización para la creación del fichero con los datos del PVGIS

En primer lugar, es conveniente remarcar la necesidad explícita de que se deben garantizar los pasos que se indican a continuación para el correcto funcionamiento de la aplicación Web, de otro modo los datos podrían

no capturarse de forma adecuada y el sistema no respondería como debiera.

1. Acceso a la herramienta Web PVGIS del JRC European Commission:

http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php#

2. Selección “Monthly radiation” en la pestaña superior derecha.

Figura 4-7. Pestaña superior de selección de datos de radiación mensual

3. Selección en el mapa de Europa del punto a obtener los datos de radiación solar.

4. Indicación de las siguientes opciones en el formulario de opciones de la parte derecha de la pantalla.

41

41 Herramienta para el cálculo de parámetros en instalaciones fotovoltaicas

Figura 4-8. Opciones a seleccionar en el simulador de PVGIS para obtener un formato adecuado para usar en

la herramienta Web

5. Se descargará el fichero y será el que se emplee para la aplicación Web. Debe nombrarse como

datos.txt sustituyendo el que existe por defecto (ubicación en Sevilla provincia).

Datos obtenidos a través de la herramienta PVGIS para la localización de la central

A continuación, se adjunta una tabla con los valores de radiación para un ángulo de inclinación de 35 grados

(ubicación por defecto):

Tabla 4-6. Irradiación media mensual para la localización de la central solar

Mes Irradiación Global

Horizontal (𝑘𝑊ℎ 𝑚2⁄ )

Irradiación

Global Incidente

35º (𝑘𝑊ℎ 𝑚2⁄ )

Media

temperatura

24h (℃)

ENERO 75,64 125,86 11,0

FEBRERO 86,24 122,64 12,2

MARZO 143,22 177,01 15,2

ABRIL 157,20 164,7 17,0

MAYO 209,87 198,71 20,2

JUNIO 218,40 195,6 24,6

JULIO 219,79 201,81 26,8

AGOSTO 197,47 199,33 26,9

SEPTIEMBRE 152,70 177,9 23,8

OCTUBRE 119,04 163,37 20,1

NOVIEMBRE 74,70 116,4 14,8

DICIEMBRE 64,17 109,12 11,9

TOTAL 1719,15 1952,45 18,7

REQUERIMIENTOS Y COMPONENTES DE LA HERRAMIENTA

42

A continuación, se tendrán en cuenta las diferentes pérdidas de la instalación (módulos, temperatura, inversor,

etc.) para el cálculo del rendimiento energético de la central, y a partir de este valor se podrá obtener la energía

real producida.

Energía teórica máxima

A continuación, se efectúa el cálculo de la energía máxima anual que podría generar la instalación en

condiciones ideales:

𝐸𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑎 = 𝑃𝑝𝑖𝑐𝑜 ∙ ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠𝑆𝑜𝑙𝑎𝑟𝑒𝑠𝑝𝑖𝑐𝑜 = 𝑃𝑝𝑖𝑐𝑜 ∙ 1952,45 𝑘𝑊ℎ/𝑎ñ𝑜

Energía real producida

Teniendo en cuenta las diferentes pérdidas que se producen en la instalación, se calculará la energía máxima

anual realmente producida en la central.

Las pérdidas que se han considerado se enumeran a continuación:

• Dispersión de valores del fabricante en los módulos: 4,5%.

• Suciedad acumulada en los módulos: 2%.

• Efecto de la temperatura: 6%.

• Pérdida de los inversores: 4,6%.

No se han contemplado pérdidas por sombras gracias a la optimización realizada en la correcta colocación de

los módulos para evitar sombras, en cualquier caso.

En total se contempla un rendimiento del 82,9%.

Finalmente se calcula la energía real producida:

𝐸𝑟𝑒𝑎𝑙 = 𝑃𝑝𝑖𝑐𝑜 ∙ ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠𝑆𝑜𝑙𝑎𝑟𝑒𝑠𝑝𝑖𝑐𝑜 ∙ 𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 𝑃𝑝𝑖𝑐𝑜 ∙ 1952,45 ∙ 0,829

= 𝑃𝑝𝑖𝑐𝑜 ∙ 1618,58 𝑘𝑊ℎ/𝑎ñ𝑜

Irradiación real y producción de la central

A partir de las fórmulas anteriores, y dependiendo de las características de la central, el sistema informará al usuario mediante una tabla alusiva, los valores de producción energética anual de dicha instalación

fotovoltaica. Se podrá ver un ejemplo más concreto en el Apartado 5 del presente proyecto.

4.4. Diseño y desarrollo de estimaciones económicas

El primer paso consiste en el cálculo de la inversión necesaria para afrontar el proyecto, en función de la potencia contratada y la tipología del diseño (influirá en el cableado, conexionado, precio suelo, etc.), y una

vez obtenido el gasto se procederá al cálculo de la rentabilidad del proyecto.

Cálculo de la inversión inicial

Los costes asociados al proyecto hacen referencia a la compra de los módulos fotovoltaicos, estructuras,

invesores, transformador, cables, cajas de conexionado, puesta a tierra, caseta contadores, recursos humanos

de la obra civil, licencias de la obra civil y el terreno adquirido para ello.

Tabla 4-7. Costes de la inversión inicial del proyecto para 100kW

Concepto Precio por unidad /

instalación 100kW Uds Importe

43

43 Herramienta para el cálculo de parámetros en instalaciones fotovoltaicas

(euros) total (euros)

Panel Solar 318 (SPR-

318E-WHT-D) de

SUNPOWER

658,39 341 224.510,99

Estructuras 600,00 31 18.600,00

Inversor Central Inverter

100 kW de Enertron-

Gamesa

32.900,00 1 32.900,00

Transformador 15.800,00 1 15.800,00

Cableado 13.800,00 - 13.800,00

Cajas de conexionado (12

ramas)

450,00 6 2.700,00

Toma a tierra y accesorios 6.250,00 1 6.250,00

Obra civil 22.451,10 +

37.200,00

- 59.651,10

Terreno 70,00 0,40

Ha

280.000,00

TOTAL 654.212,09

Cálculo de la rentabilidad

Con el objeto de saber si es viable el proyecto hay que tener en cuenta tanto los costes de inversión para implementar la estructura del campo, los costes adicionales que supone en el tiempo el mantenimiento de

dicha instalación (debido al alto coste de estos proyectos es necesario esperar varios años para poder recuperar

la inversión) y los beneficios obtenidos por la inyección a la red eléctrica.

Con el cambio normativo de 2013 [18], existen tres retribuciones que se pueden obtener en estas instalaciones:

• Retribución a la inversión.

• Retribución a la operación.

• Retribución por la venta de energía en el mercado.

La ley establece el cálculo de la vida útil regulatoria al inicio del proyecto. A partir de que se alcance dicha

fecha de vida útil, no se podrán obtener retribuciones por inversión ni operación, existiendo un único retorno

económico correspondiente a la retribución por la venta de energía en el mercado.

En los presentes cálculos se tendrán en cuenta exclusivamente las retribuciones referentes a la venta de energía

en el mercado, quedando como ampliación para mejora de la herramienta un cálculo más complejo asociado a

retribuciones de inversión y operación. Al ser tan estrictos, si el proyecto sale viable en las simulaciones quiere

decir que en la realidad será más probable que finalmente sea así.

Existe en la legislación casos excepcionales para puntos no peninsulares con incentivos propios, así como la

sustitución de plantas de energía no renovables por instalaciones eólicas y fotovoltaicas que conlleva retribuciones especiales. Estos casos no se contemplan en este proyecto dada la complejidad y especificidad de

los mismos, si bien se plantea como mejora la incorporación futura en este proyecto.

La vida útil para el caso expuesto en el presente proyecto (instalaciones fotovoltaicas es grupo b.1.1 [18]) es de

30 años [19] según el artículo 5 “Vida útil regulatoria y valor estándar de la inversión inicial de las

instalaciones tipo.”.

En el presente proyecto se contempla la actualización según orden IET/221/2013, de 14 de febrero que fija la

siguiente tarifa regulada:

Tarifa regulada (€/kWh): 0,254926 para la vida útil para potencias entre 100 kW y 50 MW.

REQUERIMIENTOS Y COMPONENTES DE LA HERRAMIENTA

44

A continuación, se presenta una tabla económica para el caso de un campo de 100 kW con los cálculos de

equipamiento, ubicación e irradiación estimada (se ha supuesto un coste de mantenimiento aproximado de

5.000 euros anuales teniendo en cuenta que se calcula que un 10% de la facturación es en promedio lo que se

requiere para el mantenimiento de este tipo de instalaciones):

Tabla 4-8. Cálculos económicos para un campo de 100kW

Año Producción

(kWh) Ingresos (€) Gastos (€)

Flujo de caja

(€)

Balance (€)

2018 0 0 654.212,09 -654.212,09 -654.212,09

2019 175.515,58 44.743,49 5.000 39.743,49 -614.468,60

2020 175.515,58 44.743,49 5.000 39.743,49 -574.725,11

2021 175.515,58 44.743,49 5.000 39.743,49 -534.981,62

2022 175.515,58 44.743,49 5.000 39.743,49 -495.238,13

2023 175.515,58 44.743,49 5.000 39.743,49 -455.494,64

2024 175.515,58 44.743,49 5.000 39.743,49 -415.751,15

2025 175.515,58 44.743,49 5.000 39.743,49 -376.007,66

2026 175.515,58 44.743,49 5.000 39.743,49 -336.264,17

2027 175.515,58 44.743,49 5.000 39.743,49 -296.520,68

2028 175.515,58 44.743,49 5.000 39.743,49 -256.777,19

2029 175.515,58 44.743,49 5.000 39.743,49 -217.033,70

2030 175.515,58 44.743,49 5.000 39.743,49 -177.290,21

2031 175.515,58 44.743,49 5.000 39.743,49 -137.546,72

2032 175.515,58 44.743,49 5.000 39.743,49 -97.803,23

2033 175.515,58 44.743,49 5.000 39.743,49 -58.059,74

2034 175.515,58 44.743,49 5.000 39.743,49 -18.316,25

2035 175.515,58 44.743,49 5.000 39.743,49 21.427,24

2036 175.515,58 44.743,49 5.000 39.743,49 61.170,73

2037 175.515,58 44.743,49 5.000 39.743,49 100.914,22

2038 175.515,58 44.743,49 5.000 39.743,49 140.657,71

2039 175.515,58 44.743,49 5.000 39.743,49 180.401,20

2040 175.515,58 44.743,49 5.000 39.743,49 220.144,69

2041 175.515,58 44.743,49 5.000 39.743,49 259.888,18

2042 175.515,58 44.743,49 5.000 39.743,49 299.631,67

2043 175.515,58 44.743,49 5.000 39.743,49 339.375,16

2044 175.515,58 44.743,49 5.000 39.743,49 379.118,65

2045 175.515,58 44.743,49 5.000 39.743,49 418.862,14

2046 175.515,58 44.743,49 5.000 39.743,49 458.605,63

2047 175.515,58 44.743,49 5.000 39.743,49 498.349,12

El Valor Actual Neto (VAN) se define como:

𝑉𝐴𝑁 = ∑𝐹𝑡

(1 + 𝑟)𝑡− 𝐼𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 =

𝑛

𝑡=1

∑𝐹𝑡

(1 + 0,015)𝑡− 654.212,09 = 270.773,14 > 0

29

𝑡=1

45

45 Herramienta para el cálculo de parámetros en instalaciones fotovoltaicas

Se ha supuesto una tasa de interés de 1,5%.

Como el VAN es positivo el proyecto se considera rentable económicamente.

Respecto de la Tasa Interna de Rentabilidad (TIR), que es el valor a partir del cuál el VAN se hace 0,

obteniéndose:

𝑉𝐴𝑁 = ∑𝐹𝑡

(1 + 𝑟)𝑡− 𝐼𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 =

𝑛

𝑡=1

0 → 𝑟 ≡ 𝑇𝐼𝑅 → ∑𝐹𝑡

(1 + 𝑇𝐼𝑅)𝑡= 𝐼𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙

𝑛

𝑡=1

Se obtiene un valor de TIR aproximado del 3% que es mayor del 1,5% planteado. Por tanto el proyecto es

rentable.

Se puede obtener así mismo una primera conclusión sobre la instalación de sistemas fotovoltaicos y es la

reducción considerable de las tasas de rentabilidad actuales respecto de las primeras que aparecieron ante las

normativas que lo regulaban en 2007.

La herramienta Web creada tiene un apartado de “Configuración” en el que se encuentra un subapartado que

permita modificar los parámetros económicos. Con esto se pretende dar flexibilidad a la herramienta de forma

que no sean necesarios cambios a nivel de programación para mantener actualizado los parámetros

económicos dependientes de las leyes energéticas. Además, se consigue así ampliar enormemente el alcance

de la aplicación, puesto que estos datos podrían extrapolarse a cualquier legislación energética del mundo.

Estos parámetros modificables son:

• Vida útil de la instalación fotovoltaica: valor en años.

• Tarifa regulada: en €/kWh.

• Gastos de mantenimiento (por defecto, 5.000 euros): en euros.

• Tasa de interés (por defecto, 1,5%): en tanto por ciento.

• Panel Solar (Por defecto, 318 SPR-318E-WHT-D de SUNPOWER): en €/ud.

• Estructuras: costes en euros.

• Inversor (Por defecto, Central Inverter 100 kW de Enertron-Gamesa): en €/ud.

• Transformador: en euros.

• Cableado: en euros.

• Cajas de conexionado: en euros.

• Toma a tierra y accesorios: en euros.

• Obra civil: en euros.

• Terreno (para 0,4 Ha): en euros.

27

5 SIMULACIÓN DE UNA CENTRAL SOLAR

FOTOVOLTAICA DE 3MW

l presente apartado tratará una simulación genérica al uso, con los parámetros por defecto introducidos

para los módulos fotovoltaicos, inversores, localización de la planta y aspectos normativos. Esta

simulación es muy útil tanto para ver unos primeros resultados del funcionamiento de la aplicación, así como para iniciar a los nuevos usuarios en el uso de la herramienta como si fuera un pequeño manual de uso

con todos los pasos a seguir con capturas recurrentes).

5.1 Objetivos

Se pretende mostrar una simulación completa empleando la herramienta Web, alojada en un servidor externo

con los parámetros por defecto, y obtención de los resultados esperados para una central de 3MW.

5.2 Introducción de datos

El primer paso consistirá en accede al Portal Web e introducer una nueva simulación, que denominaremos

PFC con 3MW.

E

SIMULACIÓN DE UNA CENTRAL SOLAR FOTOVOLTAICA DE 3MW

28

Figura 5-1. Primer paso para la creación desde la App de una simulación.

A continuación, se seleccionará dicha simulación.

Figura 5-2. Selección de la simulación.

Puede observarse en el menu superior los datos de dicha simulación seleccionada.

Figura 5-3. Datos de la simulación representados en la barra superior de la herramienta Web.

5.3 Datos obtenidos

A continuación, se procederá a iniciar el analisis del punto 2. Esto nos dará los valores de cuántos campos de 100 kW hacen falta para 3 MW, con el número de inversores correspondiente, módulos en serie y paralelo, así

como distintas tipologías de posición de dichos módulos en la planta.

29

29 Herramienta para el cálculo de parámetros en instalaciones fotovoltaicas

Figura 5-4. Distintas topologías de dimensionamiento de los paneles solares en la planta simulada.

Se seleccionará para este ejemplo simulado la Opción 2. Esta podrá observarse como marcada en la barra

superior de la aplicación.

Figura 5-5. Simulación dimensionada seleccionada.

A continuación, se obtendrán los valores de radiación para un ángulo de inclinación de 35 grados de los

paneles solares (Paso 3).

SIMULACIÓN DE UNA CENTRAL SOLAR FOTOVOLTAICA DE 3MW

30

Figura 5-6. Valores de radiación para la localización por defecto del programa.

Estos datos hacen referencia al fichero txt introducido desde la Web PVGIS del JRC European Commission

para dicha localización.

El siguiente paso será el cálculo de los valores de producción de energía teórica y real.

Figura 5-7. Cálculo de los valores de irradiación teórica y real para los datos simulados.

Una vez obtenidos los datos energéticos, se pasará a obtener los datos económicos. Para ello se hará clic en el

botón “Iniciar análisis” del Paso 4. Hacer un pequeño análisis financiero de la simulación y comprobar si es

rentable.

Figura 5-8. Cálculo de los valores financieros para la simulación seleccionada.

La Herramienta calcula inicialmente una tabla con los años de vida útil de la central, detallando para cada año la producción energética, los ingresos obtenidos de su venta a la red, los gastos derivados de la inversión

inicial, así como del mantenimiento de la misma anualmente, el flujo de caja así como el balance del proyecto

hasta dicho año.

En el supuesto de que haya un año a partir del cuál el balance empieza a ser positivo, el sistema nos lo

notificará visualmente con un subrayado amarillo sobre el año en cuestión.

31

31 Herramienta para el cálculo de parámetros en instalaciones fotovoltaicas

Figura 5-9. Año destacado a partir del cuál el balance del proyecto empieza a ser positivo.

A continuación, se adjuntan los datos obtenidos para la simulación de 3 MW:

Figura 5-10. Datos financieros para la simulación de 3 MW.

En la parte inferior de la aplicación, y cerrando el estudio económico, se muestran los datos del VAN y la TIR. En el supuesto de que el VAN sea negativo, el proyecto no será rentable por lo que no se calculará el valor de

la TIR. En el supuesto de que el VAN sea positivo, se mostrará el valor de la TIR y si además este valor es

superior a la tasa de interés, el proyecto será RENTABLE y así lo indicará la aplicación.

SIMULACIÓN DE UNA CENTRAL SOLAR FOTOVOLTAICA DE 3MW

32

Figura 5-11. Valores del VAN y la TIR para la simulación de 3 MW.

5.4 Conclusiones

La aplicación es una muy buena herramienta para tener un cálculo primario sobre la viabilidad o no de un proyecto fotovoltaico, puesto que permite que para una ubicación que se crea conveniente y una potencia que

se pretenda proyectar, obtener datos del dimensionamiento de la central (número de módulos, inversores,

posición de los ramales, hectáreas del terrerno, etc.), producción de energía estimada según datos estadísticos de la zona y cálculo económico del coste de la instalación, flujos de caja y finalmente viabilidad con datos del

VAN y la TIR.

Se ha pretendido crear una herramienta escalable a partir de campos generados de 100kW con objeto de

facilitar el dimensionamiento de medianas y grandes centrales fotovoltaicas, así como para su disposición

geográfica.

Además, se ha intentado en la medida de lo posible que los valores a introducir sean en su mayor parte

editables con el objeto de que esta herramienta pueda utilizarse para hacer simulaciones con diferentes equipamientos, localizaciones, modificaciones legislativas o leyes en diferentes países simulados, etc. Para ello

se ha habilitado el apartado de “Configuración” a partir del cual se pueden especificar los parámetros de

módulos solares, inversores, datos económicos, valores de ubicación geográfica, etc.

El proyecto, aunque en desarrollo muy dilatado en el tiempo, es una buena herramienta de simulación y mi

satifacción por el desarrollo y funcionamiento de ésta es muy alta. Además, es una aplicación susceptible de

mejoras y cambios futuros, por lo que puede (y espero que así sea) ser la base de otros proyectos final de

carrera que lo mejoren e incrementen sus funcionalidades, como por ejemplo históricos de simulaciones,

generación de informes en PDF con resultados y comparativas, etc.

33

33 Herramienta para el cálculo de parámetros en instalaciones fotovoltaicas

REFERENCIAS

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for,» Energy Policy 34, p. 1645–1658, 2006.

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http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php#.

[18] E. y. T. Ministerio de Industria, «Real Decreto 413/2014, de 6 de junio, por el que se regula la actividad

de producción de energía eléctrica a partir de fuentes de energía renovables, cogeneración y residuos.,»

BOE, 2014.

[19] E. y. T. Ministerio de Industria, «Orden IET/1045/2014, de 16 de junio, por la que se aprueban los

parámetros retributivos de las instalaciones tipo aplicables a determinadas instalaciones de producción de energía eléctrica a partir de fuentes de energía renovables, cogeneración y residuos,» BOE-A-2014-6495,

2014.

Iconos y gráficos de libre utilización. http://www.iconfinder.com