Tipus d’instal·lacions solars fotovoltaiques

La normativa de referència que cal aplicar a les instal·lacions solars fotovoltaiques dependrà del tipus de sistema solar fotovoltaic que s’instal·li, però en qualsevol cas, una instal·lació solar fotovoltaica és una instal·lació elèctrica que ha de complir els requisits que estableix el Reglament electrotècnic de baixa tensió (REBT).

Per altra banda, les instal·lacions solars fotovoltaiques han de complir la normativa específica que regula aquestes instal·lacions i el Codi tècnic de l’edificació (CTE).

Podem diferenciar les tipologies d’instal·lacions solars fotovoltaiques següents:

• Instal·lació solar fotovoltaica aïllada. Instal·lació en la qual no hi ha en cap moment capacitat física de connexió elèctrica amb la xarxa de transport o de distribució elèctrica. Aquest tipus d’instal·lació també s’anomena instal·lació solar fotovoltaica autònoma.
• Instal·lació solar fotovoltaica d’autoconsum. Instal·lació solar fotovoltaica connectada a la xarxa de distribució elèctrica on l’energia generada pot ser consumida directament per l’edifici o habitatge que dona servei i l’energia sobrant s’envia a la xarxa de distribució elèctrica.
• Central fotovoltaica. Instal·lació solar fotovoltaica connectada directament a la xarxa de transport o de distribució elèctrica on tota l’energia produïda està destinada a la venda i es bolca directament a la xarxa elèctrica. Aquestes instal·lacions normalment poden anomenar-se de diferents maneres: hort solar, granja solar, parc solar…

La figura resumeix el marc legal de les instal·lacions solars fotovoltaiques.

En la taula s’enumeren les principals normes que afecten aquestes instal·lacions.

Alguns aspectes definits per la normativa actual són els següents:

• Es reconeix el dret de l’autoconsum compartit per part d’un o diversos consumidors.
• S’eliminen les traves administratives pel desenvolupament d’instal·lacions solars fotovoltaiques d’autoconsum de potència instal·lada igual o menor a 100 kW.
• Totes aquelles instal·lacions solars fotovoltaiques d’autoconsum amb excedents de potència instal·lada inferior o igual a 15 kW no serà necessari sol·licitar els drets d’accés ni la connexió a la xarxa de distribució elèctrica.
• S’introdueix la simplificació administrativa i tècnica, especialment per les instal·lacions de petita potència.
• Per a potències instal·lades superiors a 100 kW la normativa vigent és el RD 1955/2000.
• Cada comunitat autònoma ha de crear un registre per inscriure les instal·lacions d’autoconsum.
• S’elimina l’impost per l’electricitat generada a les instal·lacions fotovoltaiques d’autoconsum, coneguda com l’impost al Sol.

Les companyies distribuïdores també estableixen uns requisits tècnics particulars associats a la interconnexió amb la xarxa elèctrica de la seva titularitat.

La tramitació d’una instal·lació solar fotovoltaica requereix realitzar una memòria tècnica descriptiva (MTD) o un projecte tècnic (PT), depenent del tipus de connexió a la xarxa i de la potència de la instal·lació.

La ITC-BT-04 del REBT estableix les consideracions següents:

• Instal·lacions generadores de baixa tensió de menys de 10 kW. És suficient realitzar una memòria tècnica descriptiva (MTD) de la instal·lació.
• Instal·lacions generadores de baixa tensió a partir de 10 kW. Cal realitzar un projecte tècnic de la instal·lació elèctrica, realitzat i signat per un tècnic competent.
• Instal·lacions generadores d’alta tensió. Cal elaborar un projecte tècnic, independentment de la potència instal·lada.

El Reglament electrotècnic per a baixa tensió (REBT) i les seves instruccions tècniques complementàries (ITC-BT) tenen per objecte establir el marc de les condicions tècniques i garanties que han de reunir les instal·lacions elèctriques connectades a una font de subministrament de baixa tensió, amb les finalitats següents:

• Preservar la seguretat de les persones i els béns.
• Assegurar el funcionament normal d’aquestes instal·lacions i prevenir les pertorbacions en altres instal·lacions i serveis.
• Contribuir a la fiabilitat tècnica i a l’eficiència econòmica de les instal·lacions.

La ITC-BT-40 del REBT s’aplica a les instal·lacions generadores, que són aquelles dedicades a transformar qualsevol tipus d’energia no elèctrica en energia elèctrica.

Aquesta ITC classifica les instal·lacions generadores en els tipus següents:

• a) Les instal·lacions aïllades per a ús exclusiu d’alimentar càrregues o circuits de baixa tensió.
• b) Les instal·lacions generadores assistides, per a ús exclusiu d’alimentació de càrregues o circuits de baixa tensió que poden estar alternativament alimentats per la xarxa o pel generador.
• c) Instal·lacions interconnectades:
  • c1) Les instal·lacions generadores amb punt de connexió a la xarxa de distribució de baixa tensió on hi ha altres circuits i instal·lacions de baixa tensió connectats a ella, independentment que la finalitat de la instal·lació sigui tant vendre energia com alimentar càrregues, en paral·lel amb la xarxa.
  • c2) Les instal·lacions generadores amb punt de connexió a la xarxa d’alta tensió mitjançant un transformador elevador de tensió, que no té altres xarxes de distribució de baixa tensió que alimenten càrregues alienes, connectades a aquest. Aquest esquema està igualment inclòs en les condicions del REBT, encara que per la seva consideració d’instal·lació generadora connectada directament a la xarxa d’AT requereix condicions especials de connexió, atenent les reglamentacions vigents sobre proteccions i condicions de connexió en alta tensió.

L’objectiu de la normalització i estandardització és l’elaboració d’una sèrie d’especificacions tècniques que en general poder utilitzar-se de manera voluntària per les empreses com a garantia de qualitat dels materials utilitzats, de les pràctiques d’instal·lació utilitzades i dels serveis oferts. Aquesta pràctica facilita l’execució homogènia de les instal·lacions i els intercanvis comercials.

Encara que les normes són documents d’aplicació voluntària, hi ha casos en què el seu compliment és obligatori. Per exemple, en el REBT es relacionen les normes UNE que han de complir els components de les instal·lacions elèctriques.

Molts aspectes de les instal·lacions fotovoltaiques estan referenciades a les normes UNE-EN, desenvolupades pel comité CTN 206/SC82.

Les normes AEN/CTN 206/SC82, elaborades pel Comitè Tècnic de Normalització, sobre Sistemes d’Energia Solar Fotovoltaica, defineixen els principals paràmetres normalitzats que s’exigeixen als equips i a les instal·lacions fotovoltaiques. Aquestes normes recullen criteris, requisits, informacions, paràmetres, característiques, procediments i fonaments de mesura, mètodes de càlcul, assaigs, qualificacions de disseny i aprovació de tipus, avaluacions i guies per als elements i les característiques d’un sistema de conversió fotovoltaic d’energia solar.

A tall d’exemple, la taula mostra alguna de les normes desenvolupades per aquest comitè.

El Codi tècnic de l’edificació (CTE) és el conjunt de normativa que estableix les exigències bàsiques que han de complir els edificis i les seves instal·lacions.

El Reial decret que regula el Codi tècnic de l’edificació es complementa amb els documents bàsics (DB), els quals determinen la forma i les condicions en què s’han de complir les exigències per assolir la qualitat adequada als edificis. Les exigències que s’inclouen en el CTE són:

• Exigències bàsiques de seguretat estructural (SE).
• Exigències bàsiques de seguretat en cas d’incendi (SI).
• Exigències bàsiques de seguretat d’utilització i accessibilitat (SUA).
• Exigències bàsiques de salubritat (HS).
• Exigències bàsiques de protecció davant del soroll (HR).
• Exigències bàsiques d’estalvi d’energia (HE).

El Pliego de Condiciones Técnicas publicat per l’IDAE és un document guia per al dimensionament de les instal·lacions fotovoltaiques (aïllades i interconnectades). Aquest document no és d’obligat compliment, però és una guia tècnica de referència.

La figura mostra una instal·lació solar fotovoltaica típica. Els principals elements que s’utilitzen en aquestes instal·lacions són els següents:

• Mòduls fotovoltaics.
• Elements d’emmagatzematge.
• Regulador de càrrega.
• Inversors.
• Elements de seguretat i protecció.
• Sistema mesura.

A la figura podeu veure els elements que formen un generador fotovoltaic.

Els mòduls fotovoltaics es connecten entre si per formar cadenes fotovoltaiques. Cada cadena fotovoltaica està constituïda per la connexió en sèrie de mòduls fotovoltaics.

Finalment, el camp fotovoltaic o generador fotovoltaic, està conformat per la connexió de diferents cadenes fotovoltaiques.

Com què la generació d’energia d’un camp fotovoltaic és variable i depèn de la radiació solar, aquesta no sempre està disponible. Per tant, depenent del tipus d’instal·lació serà necessari emmagatzemar l’energia en les hores de màxima generació per tal d’utilitzar-la en les hores que no hi ha producció d’energia solar o en el moment de més demanda energètica de la instal·lació receptora.

Aquests dispositius s’utilitzen en les instal·lacions aïllades i en algunes instal·lacions d’autoconsum connectades a la xarxa elèctrica. Les bateries es connecten abans de l’inversor, ja que aquestes emmagatzemen corrent continu.

Per tal d’allargar la vida útil de les bateries, el seu procés de càrrega ha de ser controlat. L’element que controla l’estat de les bateries i la seva càrrega i descàrrega és el regulador de càrrega.

L’inversor és l’element encarregat de transformar el corrent continu generat pels mòduls fotovoltaics i, si és el cas, emmagatzemat en les bateries, en corrent altern.

La principal classificació dels inversors ve determinada pel tipus d’instal·lació:

• Inversor per a instal·lació solar aïllada.
• Inversor per a connexió a la xarxa elèctrica.

Les instal·lacions elèctriques incorporen dispositius que protegeixen tant la mateixa instal·lació elèctrica com a les persones contra riscos elèctrics. Aquests elements s’instal·len en el corresponent quadre elèctric.

Els principals elements de protecció d’una instal·lació són:

• Proteccions contra sobrecàrregues i curtcircuits: fusibles, interruptors automàtics…
• Proteccions contra les sobretensions transitòries, que poden produir-se en el generador fotovoltaic per descàrregues atmosfèriques.
• Proteccions contra contactes elèctrics indirectes: interruptors diferencials.

El comptador elèctric mesura l’energia consumida per la instal·lació que subministra la companyia elèctrica. En una instal·lació connectada a la xarxa també mesura l’energia abocada a la xarxa de distribució elèctrica. Per tant, una instal·lació solar pot necessitar dos comptadors diferents o un comptador bidireccional.

El comptador bidireccional mesura tant l’energia consumida de la xarxa elèctrica com l’energia injectada en ella quan el sistema fotovoltaic genera més electricitat de la que necessita la instal·lació.

Per identificar els elements d’una instal·lació solar fotovoltaica, com podeu veure a la figura, s’utilitzen símbols normalitzats.

Aquests símbols s’utilitzen per representar els esquemes elèctrics de la instal·lació.

Aquest esquema es realitza sense cap mena d’escala i no es tenen en compte consideracions dimensionals.

Quan cal realitzar el replanteig general d’una instal·lació solar fotovoltaica és necessari disposar dels esquemes i plànols necessaris que la descriguin, que cal saber interpretar. Els dos esquemes principals que poden representar una instal·lació solar són els següents:

• L’esquema multifilar (figura) descriu com es realitzen les connexions dels elements i el nombre de conductors que formen part del circuit.

• L’esquema unifilar (figura) simplifica els esquemes multifilars i redueix el nombre de conductors i els símbols dels elements utilitzats.

L’esquema funcional representa tots els elements de la instal·lació amb totes les connexions. S’ha de realitzar de manera senzilla i esquemàtica per a una fàcil comprensió del funcionament del circuit.

Aquests tipus d’esquemes sovint no utilitzen símbols normalitzats i en el seu lloc s’utilitzen símbols funcionals que representen els components utilitzats en la instal·lació. A la figura teniu un exemple d’esquema funcional d’una instal·lació solar fotovoltaica aïllada.

La figura mostra les principals tipologies d’instal·lacions solars fotovoltaiques:

• Instal·lació solar fotovoltaica aïllada. Sistema solar fotovoltaic sostingut per bateries on no hi ha una connexió física entre el sistema solar fotovoltaic i la xarxa de distribució elèctrica. S’utilitza en llocs on és costós fer arribar la xarxa de distribució elèctrica.
• Instal·lació solar fotovoltaica connectada a la xarxa. Són instal·lacions que estan interconnectades amb la xarxa de distribució elèctrica i hi treballen en paral·lel. Depenent de la configuració i ús podem classificar-les de la manera següent:
  • Instal·lacions de producció elèctrica (centrals solars). L’energia elèctrica generada es ven directament a la companyia elèctrica.
  • Instal·lacions d’autoconsum. L’energia generada s’utilitza per al consum instantani, de manera que si en algun moment no s’utilitza tota l’energia, es pot vendre l’excedent a la xarxa (instal·lació amb excedents) o no (instal·lació sense excedents).

Les instal·lacions fotovoltaiques autònomes, també anomenades instal·lacions solars fotovoltaiques aïllades, estan destinades al subministrament elèctric allà on el cost del manteniment i instal·lació de les línies elèctriques no és rendible. Per tant, són instal·lacions aïllades de la xarxa elèctrica.

Com podeu veure a la figura les instal·lacions solars fotovoltaiques autònomes estan formades pels següents elements bàsics:

• Camp fotovoltaic.
• Acumuladors d’energia elèctrica.
• Reguladors de càrrega.
• Convertidors d’energia elèctrica per a aplicacions autònomes: inversors o convertidors CC/CC.

Encara que una instal·lació solar fotovoltaica autònoma pot cobrir el 100% de les necessitats elèctriques d’una instal·lació, sovint s’acompanya d’un sistema de suport convencional com ara un grup electrogen.

Les aplicacions més habituals d’aquestes instal·lacions són:

• Electrificació d’habitatges allunyats de la xarxa elèctrica.
• Aplicacions agrícoles i ramaderes: bombament d’aigua, sistemes de reg…
• Senyalització i comunicacions.
• Etc.

Les instal·lacions solars fotovoltaiques d’autoconsum són instal·lacions solars connectades a la xarxa de distribució elèctrica on es pot cobrir totalment o parcialment el consum d’energia elèctrica d’un habitatge o edifici o qualsevol centre consumidor mitjançant un sistema de generació propi.

Les instal·lacions solars fotovoltaiques generen energia elèctrica durant el dia quan hi ha radiació solar, és a dir, la generació d’energia es concentra a les hores centrals del dia, quan hi ha més sol.

Les hores de generació d’energia normalment no coincideixen amb les hores en què es produeix el consum. Per tant, quan s’utilitzi una instal·lació solar fotovoltaica hi ha dues opcions bàsiques:

• Realitzar un consum instantani i vendre l’excedent a la xarxa.
• Utilitzar bateries per emmagatzemar l’energia sobrant.

Com que la instal·lació interior sempre està connectada a la xarxa de distribució elèctrica, no hi ha risc de quedar-se sense subministrament quan no hi ha generació fotovoltaica.

Les instal·lacions d’autoconsum tenen dues configuracions bàsiques diferents, que podeu veure a la figura

• Sense bateries: l’energia generada s’utilitza per al consum instantani, de manera que si en algun moment no s’utilitza tota l’energia generada, es ven l’excedent a la xarxa.
• Amb bateries: l’excedent d’energia generada s’aprofita per carregar les bateries de la instal·lació amb l’objectiu d’utilitzar l’energia emmagatzemada en els moments que hi hagi una demanda energètica més gran que l’energia fotovoltaica instantània generada.

En les instal·lacions d’autoconsum podem definir els conceptes següents:

• Autoconsum d’energia: aprofitament de l’energia elèctrica generada mitjançant una instal·lació fotovoltaica per abastir un edifici o un habitatge. Aquest autoconsum es pot realitzar de manera instantània per alimentar les càrregues de la instal·lació o pot utilitzar-se per emmagatzemar l’energia en bateries.
• Autoconsum col·lectiu: grup de diversos consumidors que acorden subministrar-se d’energia elèctrica que prové d’instal·lacions de generació properes i associades a les de consum.
• Excedents: l’energia que no és utilitzada de forma instantània en el moment de ser generada, s’aboca a la xarxa elèctrica.
• Compensació: l’excedent que s’ha abocat a la xarxa es descompta de la factura elèctrica de cada punt de subministrament associat, a través del mecanisme de compensació simplificada.
• Balanç net horari. diferència entre l’energia generada abocada a la xarxa i l’energia subministrada de la xarxa elèctrica durant el tram d’una hora.

La taula resumeix les principals modalitats d’instal·lacions d’autoconsum.

Per legalitzar una instal·lació fotovoltaica d’autoconsum cal que la instal·lació s’aculli a alguna de les següents modalitats d’autoconsum:

• Autoconsum sense excedents. La instal·lació està connectada a la xarxa elèctrica, però té un dispositiu que evita que l’excedent energètic s’aboqui a la xarxa.
• Autoconsum amb excedents. La instal·lació està connectada a la xarxa elèctrica i a més de generar energia per a l’autoconsum, aboca a la xarxa elèctrica els excedents:
  • Autoconsum acollit a la compensació simplificada d’excedents. La part no consumida d’energia s’aboca a la xarxa i, a canvi, l’usuari rep una compensació econòmica per part de la comercialitzadora a la factura mensual.
  • Autoconsum no acollit a la compensació simplificada d’excedents. En aquest cas, els excedents d’energia produïda per la instal·lació d’energia solar fotovoltaica es venen al mercat elèctric.

  La documentació requerida variarà en funció de la modalitat d’autoconsum.

Els titulars de les instal·lacions amb excedents han d’escollir si volen vendre els excedents de la seva instal·lació de generació o bé volen acollir-se al mecanisme de compensació simplificada.

• Si opten per vendre els excedents, s’han d’inscriure al RIPRE (Registre d’instal·lacions de producció d’energia elèctrica).
• Si opten per no vendre els excedents, no s’han d’inscriure al RIPRE i els titulars no estan sotmesos als drets i deures dels productors d’energia elèctrica.

Una instal·lació es pot acollir a la compensació d’excedents si es compleixen els requisits següents:

• La font d’energia és renovable.
• La potència instal·lada no supera els 100 kW.
• Contracte d’accés del consumidor i dels serveis auxiliars únic o unificat.
• No hi ha cap altre règim retributiu.

La figura mostra l’esquema del funcionament general de la modalitat d’autoconsum individual amb excedents i amb compensació.

L’energia excedent d’una instal·lació solar s’aboca a la xarxa elèctrica de distribució. Aquest excedent d’energia queda registrat pel comptador elèctric en trams d’una hora. A partir dels valors registrats, s’apliquen els dos mecanismes següents de manera consecutiva:

• Primer s’aplica el balanç net horari. En cada tram d’una hora, cada kWh d’energia generada que no s’utilitza i, per tant, s’aboca a la xarxa, es descompta de l’energia utilitzada de la xarxa durant aquella mateixa hora.
  Si hi ha més energia abocada a la xarxa que no pas consum, la diferència passa al mecanisme de compensació simplificat. Si en un tram horari el consum és superior a la generació, no hi ha energia destinada a la compensació i la diferència entre el consum de la xarxa i l’energia de generació es comptabilitza al preu habitual de consum.
• En el moment de la facturació s’aplica la compensació simplificada d’excedents. Aquest mecanisme estableix que l’energia generada no utilitzada de forma instantània ni descomptada fruit del balanç horari, la qual és enregistrada pel comptador elèctric, es descompta de la factura elèctrica segons un preu establert per l’empresa comercialitzadora (preu de compensació).

L’estalvi econòmic que s’obté en la factura elèctrica depèn de l’ús de l’energia que es faci:

• Autoconsum directe: consum de l’energia en el mateix moment que es produeix. Aquesta és la manera més eficient d’estalvi, ja que l’energia generada per la instal·lació solar no té cost.
• Compensació d’excedents (regulat per normativa): el preu de compensació de l’energia excedent pot variar segons la tarifa contractada a la companya comercialitzadora. La compensació és mensual i no es pot acumular per mesos posteriors. El preu resultant de la compensació simplificada d’excedents com a màxim serà el preu de cost d’energia utilitzada.
• Excedents no compensats: per poder aprofitar l’import d’excedents que no són compensats segons el mecanisme de compensació simplificada la companya comercialitzadora pot oferir serveis addicionals que beneficien a l’usuari.

A les individuals, la instal·lació de generació està associada a un sol habitatge, per exemple una instal·lació fotovoltaica a la teulada d’una casa unifamiliar que alimenta només els consums propis de l’habitatge: enllumenat, electrodomèstics, etc.

L’autoconsum col·lectiu es produeix quan diferents consumidors s’uneixen per compartir l’energia que generi una o diverses instal·lacions d’autoconsum. Aquest seria el cas, per exemple d’una instal·lació en una comunitat de veïns, on tots o alguns habitatges comparteixen la instal·lació fotovoltaica ubicada a la coberta de l’edifici. Aquesta instal·lació permet alimentar la instal·lació interior de cada usuari i també els serveis comuns de l’edifici (ascensor, enllumenat de l’escala…).

La figura mostra el principi de funcionament de l’autoconsum individual i el col·lectiu.

La figura mostra el diagrama de principi d’una central solar fotovoltaica.

Podem diferenciar dos casos diferents, els tràmits dels quals també ho són:

• Instal·lació generadora acollida a venda de tota l’energia produïda fins a 100 kW.
• Instal·lació generadora acollida a venda de tota l’energia produïda de més de 100 kW.

En tots dos casos per tal de posar en funcionament la instal·lació generadora els titulars d’aquestes instal·lacions han de sol·licitar una autorització administrativa a l’òrgan competent de la Generalitat de Catalunya en matèria d’energia i la inscripció al Registre d’instal·lacions de producció d’energia elèctrica (RIPRE).

La figura mostra un parc solar sobre un terreny rural. Habitualment aquestes instal·lacions es munten sobre coberta o sobre el terreny.