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Solar Decathlon Europe 2012: Balance de energía eléctrica

Claudio Montero (1), Edwin Rodríguez-Ubinas (1), Estefanía Caamaño-Martín (2), Álvaro Gutiérrez (3), Miguel Ángel Egido (2) y Sergio Vega (1). 1.- ETS de Arquitectura. Universidad Politécnica de Madrid (UPM). 2.- Instituto de Energía Solar. Universidad Politécnica de Madrid (UPM). 3.- ETSI de Telecomunicaciones. Universidad Politécnica de Madrid (UPM)25/01/2013
Un claro ejemplo del grado de madurez que ha alcanzado el autoconsumo y de las grandes posibilidades que ofrece su tecnología de cara al futuro, fue la competición Solar Decathlon Europe 2012, que tuvo lugar en Madrid del 14 al 30 de septiembre. La edición de este año tuvo además, como gran novedad, el que todas las viviendas participantes estuvieron conectadas a una 'red inteligente' o 'smart grid' con el fin de equilibrar mejor la oferta y la demanda entre productores y consumidores. Los resultados obtenidos en la competición, descritos en este artículo, demuestran la viabilidad de este tipo de iniciativas energéticas.

Solar Decathlon Europe

Solar Decathlon Europe es una competición universitaria internacional que impulsa la investigación en el desarrollo de viviendas eficientes. El objetivo de los equipos participantes es el diseño y construcción de casas que consuman la menor cantidad de recursos naturales, y produzcan un mínimo de residuos durante su ciclo de vida. Se hace especial hincapié en reducir el consumo de energía, y obtener toda la que sea necesaria a partir del sol.

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La Casa de Campo de Madrid acogió el pasado mes de septiembre una nueva edición del Solar Decathlon Europe.

Solar Decathlon Europe tiene su origen en la competición estadounidense US DOE Solar Decathlon. SD Europe nació tras la firma de un acuerdo bilateral entre los gobiernos de España y Estados Unidos, a raíz de la participación de la Universidad Politécnica de Madrid en anteriores ediciones celebradas en Washington DC. La primera competición de estas características fuera de EE UU, Solar Decathlon Europe 2010, tuvo lugar en Madrid en junio de ese año.

La segunda edición del evento Solar Decathlon Europe tuvo lugar en Madrid, del 14 al 30 de septiembre de 2012, con la participación final de 18 equipos procedentes de 12 países (Alemania, Brasil, China, Dinamarca, Hungría, Italia, Japón, Portugal, Rumanía, Francia y España).

Los equipos montaron sus viviendas en la Casa de Campo de Madrid, en el espacio conocido como ‘Escenario Puerta del Ángel’, formando la ‘Villa Solar’. Este evento abierto al público, hizo posible visitar todas las casas, y conocer de primera mano las últimas tecnologías en eficiencia energética y energía renovable aplicadas a la arquitectura. La radiación solar global incidente sobre la parcela es la única fuente de energía a consumir durante la competición.

La Villa Solar fue también el lugar para desarrollar proyectos innovadores en el campo de la distribución eléctrica. Por primera vez en esta competición la Villa Solar estuvo alimentada mediante una red de distribución de energía eléctrica ‘inteligente’, o ‘smart grid’. Mediante esta red y utilizando las tecnologías de la información, se optimizó la producción, la distribución y el consumo de la electricidad con el fin de equilibrar mejor la oferta y la demanda entre productores y consumidores.

La competición consiste en diez pruebas con puntuaciones independientes. Existen tres modos para la asignación de puntos: medición in situ, realización de tareas y jurados multidisciplinares de reconocido prestigio internacional. El equipo con el mayor número de puntos al finalizar la competición gana.

1-Arquitectura | Prueba con jurado | 120 puntos

2-Ingeniería y construcción | Prueba con jurado | 80 puntos

3-Eficiencia energética | Prueba con jurado | 100 puntos

4-Balance de Energía Eléctrica | Medición | 120 puntos

5-Condiciones de Bienestar | Medición-realización de tareas | 120 puntos

6-Funcionamiento de la casa | Medición-realización de tareas | 120 puntos

7-Comunicación y sensibilización social | Prueba con Jurado | 80 puntos

8-Industrialización y viabilidad de mercado | Prueba con Jurado | 80 puntos

9-Innovación | Prueba con Jurado | 80 puntos

10-Sostenibilidad | Prueba con Jurado | 100 puntos

Los equipos participantes y el público en general, tuvieron acceso en tiempo real a todos los datos relacionados con la monitorización de las casas, así como a las clasificaciones, puntuaciones, niveles de las distintas mediciones realizadas, periodos en los que se ha medido, etc. http://monitoring.sdeurope.org/

Balance de Energía Eléctrica

La prueba 4-Balance de Energía Eléctrica, evalúa la autosuficiencia de la energía eléctrica de las casas y su uso efectivo de energía solar. La evaluación de esta prueba se basa en los datos de los diferentes flujos de energía eléctrica de cada casa, recogidos por el sistema de monitorización de la Organización SDE, durante el periodo de competición.

La definición final de esta prueba está organizada según 3 conceptos principales:

4.1 Autonomía eléctrica: (50 puntos)

Esta sub-prueba evalúa el grado de auto-suministro de la vivienda o el balance de energía eléctrica durante el periodo de competición. Para tener un balance de energía eléctrica positivo debe cumplirse lo siguiente:

EG_yearly-EL_yearly≥0

Donde EG_yearly representa la electricidad generada a lo largo de todo el año y EL_yearly representa la carga de la energía consumida en ese mismo año.

Dado que la competición tuvo lugar en fecha cercana al equinoccio, el balance de energía eléctrica durante el periodo de competición, puede ser considerado igual al balance de energía eléctrica anual. Por este motivo, para obtener puntos en esta sub-prueba, el balance de energía eléctrica durante el periodo de competición, debe ser superior a -10kWh. Las casas con un balance de energía eléctrica por encima de 10 kWh obtendrán la puntuación máxima, y las casas de entre 10 kWh y kWh-10 obtendrán puntos reducidos.

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La casa Canopea del equipo francés Rhône Alpes se ha alzado con el triunfo de la competición Solar Decathlon Europe 2012.

4.2 Correlación temporal Generación – Consumo: (40 puntos)

Una de las principales ventajas de la generación de energía solar distribuida es que la electricidad se consume en el mismo lugar que se genera. Esto reduce las necesidades para líneas de transmisión y minimiza las pérdidas de transporte. Este efecto se maximiza si la electricidad es consumida en el mismo momento en que está siendo generada.

Esta sub-prueba evalúa la correlación temporal entre la generación y la demanda de electricidad durante determinados periodos de tiempo.

Esta correlación queda expresada del siguiente modo:

ξ =EG_L

Donde EG_L es la electricidad generada y simultáneamente consumida por las cargas, durante el periodo libre de sombras, entre las 10.00 y las 17.00 horas. EL es la electricidad consumida por las cargas, calculada para el periodo diario completo de realización de tareas de competición, incluyendo el periodo de visitas de público, entre las 8:00 y las 23:00 horas.

En el caso de que la instalación eléctrica de la casa disponga de baterías, la ecuación queda definida del siguiente modo:

ξ = EG_L+EBat_L

Donde EBat_L es la electricidad suministrada por las baterías a las cargas. La energía almacenada en las baterías proviene únicamente de los paneles fotovoltaicos, por lo que solamente la energía almacenada durante los periodos libres de sombra fue tenida en cuenta para los cálculos de puntuación.

Los puntos se otorgaran de acuerdo con la siguiente expresión:

Points obtained=Total possible points∙ ξ

Los periodos de tiempo a tener en cuenta para la evaluación de esta prueba fueron restringidos por problemas de sombras en la Villa Solar, con el objetivo de garantizar la máxima igualdad de condiciones para todos los equipos en competición.

4.3 Consumo por superficie útil: (30 puntos)

Con el fin de que los países reduzcan sus emisiones de CO2 y su dependencia energética exterior, es tan importante disponer de producción de energía renovable como un consumo eficiente de la energía.

Esta sub-prueba tiene como objetivo la evaluación de la eficiencia energética eléctrica de las casas, en relación con su superficie útil.

La siguiente ecuación determina el consumo por superficie útil.

ELs=EL_averageA

Donde EL_average representa el consumo medio de las cargas eléctricas durante el periodo de competición y A representa la superficie útil.

Los equipos participantes cuyas casas consumieron 2,5 veces más que el equipo que menos consumió no recibirán puntos en esta sub-prueba. Para el resto de equipos los puntos se asignaron de manera lineal.

Resultados

Durante la competición se observaron grandes diferencias en el comportamiento de las viviendas con respecto al balance de energía eléctrica. La Figura 1 muestra el balance neto de las viviendas durante el concurso: Podemos observar cómo la diferencia entre los equipos con mayor y menor balance es de más de 350kWh. Cabe resaltar que únicamente 2 equipos consumieron más de lo que generaron, siendo en media casi el doble la generación que el consumo.

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Figura 1. Resultados de la Prueba 4.1.

La prueba de auto correlación fue igualmente bien seguida por los equipos (ver Figura 2). 13 equipos consumieron más de la mitad de la energía en el momento de la generación, y únicamente un equipo mantuvo dicho coeficiente por debajo de 0.1.

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Figura 2. Resultados de la Prueba 4.2.

Por último, en la Prueba 4.3 se aprecian menos diferencias que en las anteriores, tal y como se observa en la Figura 3.

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Figura 3. Resultados del la Prueba 4.3.

Toda la información técnica y los resultados se encuentran disponibles para su consulta en la web http://monitoring.sdeurope.org/

Limitaciones a la Tecnología Fotovoltaica

a. Las células fotovoltaicas utilizadas debían estar disponibles en el mercado en septiembre de 2012 a un precio no superior a 6 por vatio pico. Se permite la instalación de módulos fotovoltaicos de diseño personalizado, siempre que el fabricante demuestre que dichos módulos fotovoltaicos han sido fabricados de acuerdo con las normas aplicables en la materia (por ejemplo, IEC 61215 para módulos de silicio cristalino terrestres fotovoltaicos y IEC 61646 para la película delgada terrestres módulos fotovoltaicos).

b. Los módulos fotovoltaicos encapsulados debían estar disponibles en el mercado antes del comienzo de la fase final de la Competición (septiembre de 2012) a un precio no superior a 12 vatio pico.

c. El tamaño máximo de la instalación fotovoltaica, está limitado por la siguiente norma: la potencia máxima de todos los equipos de acondicionamiento de potencia conectados a la generación fotovoltaica (DC / DC y / o CC / CA) está limitado a 10 kW. Para el acondicionamiento de alimentación de CC / CA (inversores), la potencia máxima que debe considerarse es la potencia nominal, definida como la potencia de salida máxima sin limitaciones de tiempo.

Baterías

La potencia nominal del inversor del banco de baterías está limitada a 5000 VA.

Interfaz de conexión a la red eléctrica

Las instalaciones fotovoltaicas de las casas se conectaron a la red eléctrica de distribución según una configuración monofásica.

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Figura 4. Equipos participantes y especificaciones técnicas.