sevillapv mesa redonda 120505 - ieee pels
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SOLUCAR
Sevilla PV
Planta Fotovoltáica de Baja Concentración y Seguimiento en 2 Ejes de 1,2MWp
(Mayo 2005)
SOLUCAR Sevilla PV
Sevilla PV Planta Fotovoltáica de Baja Concentración y Seguimiento en 2 Ejes de 1,2MWp
• Solúcar
• Wip
• Idea
• Ciemat
• Atersa
• Isofoton
• Solartec
• Saint-Gobain
SOLUCARConsorcio
Subvenciones
Crédito Reembolsable PROFIT
SOLUCAR Sevilla PV
Doble Concentración
PEC Module
50 1 00 1 50 200 250 30 0 3500
2
4
6
8
10
12
E ne F eb Ma r Ab r May J un J ul Ago S ep Oct Nov Dic
100 100 100 100 100
143 144 144 146 148
0
20
40
60
80
100
120
140
160
10 20 30 40 50
Two-axis trackingFix panel tilted an angle equal to the la titude
Seguimiento al Sol en Dos Ejes
Instalar una planta fotovoltaica de conexión a red de 1,2MW con doble concentración y seguimiento al sol en dos ejes teniendoen cuenta dos conceptos:
35-48% incremento energía respecto a sistema fijo
60-88% incremento energía respecto a sistema planoNo passive heat sink Passive heat sinkConcept
Flat PV panel x1.6 x2.0 x1,6 x2.0Operation Temperature (ºC) @Tamb. 25ºC and 1 m/s windspeed
45 60 75 45 58
Thermal losses (%) compared toFlat PV (0,45% coefficient)
0 6.75 13.75 0 5.85
Energy produced (%) 100 149.2 173 160 188.3
80-130% incremento de Energía
Objetivos del Proyecto Sevilla PV
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Ingeniería: Campo Fotovoltáico La Propuesta Inicial: El Prototipo de Concentración 2x
62º
1200mm
600mm
0.72m2
15 ud x 0.72m2/ud = 10.8m2
10.8m2/array x 4arrays =43.2.m2 de paneles fotovoltáicos
Concentración Geométrica = 2.277.0 m2 espejo x cos (62º) =
=51.8m2 de superficie de captación solarcon espejos
51.8m2 espejos / 43.2m2 PV = 1.2
1.2 espejos +1.0 PV = 2.29.0m
1.2m 0.72m
Tg(α) = y/x Tg(2α-90) = y/(L+x)
Lx = [ tg(α) / tg (2α-90) ]-1
L x
α2α-90
α
α
yE
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
45 50 55 60 65 70 75 80 85 90
Angulo Alfa [º]
x / L
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
E / L
Captación Adicional x[L] Longitud Espejos E[L]
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 500 1000 1500 2000 2500 3000Longitud de Onda [nm]
Ref
lect
ivid
ad [
%]
-0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
kW/m
2 nm
Cristalería Española 3mm Heliostato Sanlucar 90 Mecánico ASTM Estandar 1.5D
Reflectividad Ponderada al Espectro Solar ASTMD: 93.0%
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Ingeniería: Campo Fotovoltáico Un Banco de Ensayos de Validación, Año 2001
Fix PV flat system
2 axis PV flat system
2 axis PV lox conc. 2.2 system
Electrical Energy Production VS Tracking and Concentration
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 4 8 12 16 20 24
Solar Time
Pow
er [W
]0
20
40
60
80
10
12
14
16
18
Power Fix Flat [W] Power 2 Axis Flat [W] Power 2 Axis 2x [W]Energy Fix Flat [Wh] Energy 2 Axis Flat [Wh] Energy 2 Axis 2x [Wh]
Prototipo de Inabensa
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Relative Energy Production Flat & Fix System
Flat with 2 Axis System
2.2x Geometric with 2 Axis
System
Flat & Fix System 1Flat with 2 Axis System 1.32 12.2x Geometric with 2 Axis System 2.24 1.70 1
Vega del Guadiamar, Término Municipal de Sanlúcar la Mayor, Sevilla Latitud 37º 26’
Longitud 6º 14’
Sanlúcar la Mayor
Ubicación
Sevilla
GW h/añoGW h/año
Sanlúcarla Mayor
Casa Quemada
La Herrería
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SevillaHuelvaN-431
Aznalcollar
Guadiamar
Casaquemada
Sevilla PV
Finca Casaquemada
Acceso por carretera local hacia Aznalcollar desde la N-431 Sevilla-Huelva, desvío en el cruce con Río Guadiamar.
Emplazamiento
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Estudio del Emplazamiento: Radiación Solar-Sinergia con PS10Design YearHorizontal
Global I(kWh/m2)
DNI(kWh/m2)
HGI.(kWh/m2)
DNI(kW/h/m2)
2000May 200 187 200 187June 237 265 237 265July 238 270 238 270
August 217 250 217 250September 164 189 164 189
October 127 166 127 166November 73 91 73 91December 50 61 50 61
2001January 61 81 61 81February 92 109 92 109
March 127 123 127 123April 191 220 191 220
Total Annual: 1777 2012
DNI 2012 kWh/m2.año
GNI 2582 kWh/m2.año
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Estudio del Emplazamiento: Terreno
Estudio topográfico Estudio geotécnico
Se ha realizado un riguroso estudio de caracterización topográfica del terreno en el emplazamiento de la planta
Se ha realizado un estudio de las características geotécnicas del terreno en el emplazamiento de la planta
Análisis de Sombras
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Ingeniería: Campo Fotovoltáico Disposición de los Heliostatos
El número de seguidores es de 170. Este número podrá disminuir o aumentar en función de la disposición de los paneles sobre el heliostato y de la apertura angular de este último.La matriz de disposición de heliostatos estará en el rango de 27X27
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Descripción Técnica
PV Array Fielddc
ac
InvertersTransformerGrid
Captación radiación solar
Concentración 2x
Sistema de Seguimiento al Sol en Dos
Ejes
Incidencia fotones en
células fotovoltáicas
Producción de energía eléctrica en forma de corriente continua
Conversión en corriente alterna
mediante inversores
Elevación de la tensión mediante
transformador de potencia
Venta a la red eléctrica
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Balance Energético
GA,año(0) GA,año(α,β) BA,año(α,β) DA,año(α,β) Ga,año(α,β) EDC EDC,pérdidas EDC,SMPP EAC EAC,cableado EAC,red
1776 2582 2012 482 4740 2678 2531 2523 2470 2465 2439
kWh/m² kWh/m² kWh/m² kWh/m² kWh/m² MWh MWh MWh MWh MWh MWh
GA,año(0) es la irradianción global sobre superficie horizontalGA,año(α,β) es la irradiación global incidente sobre la superficie de apertura del concentradorBA,año(α,β) es la irradiación directa incidente sobre la superficie de apertura del concentradorDA,año(α,β) es la irradiación directa incidente sobre la superficie de apertura del concentradorGa,año(α,β) es la irradiación global incidente sobre la superficie de los módulos fotovoltaicosEDC es la energía producida por el generador FV sin pérdidasEDC,pérdidas es la energía producida por el generador FV con pérdidasEDC,SMPP es la energía disponible a la entrada del inversorEAC es la energía a la salida del inversorEAC,cableado es la energía AC disponible considerando las pérdidas en el cableado ACEAC,red es la energía inyectada a la red eléctrica después del transformador
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Previsión Optimista
Ingeniería: Campo Fotovoltáico Prototipo de Heliostato Fotovoltaico
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Ingeniería: Campo Fotovoltáico Heliostatos: Seguimiento al Sol en Dos EjesEstructura y mecanismo
Constituidos por perfiles metálicos que sirven de soporte a los módulos fotovoltáicos y a los espejos. Estos perfiles van sujetos a un eje cilíndrico horizontal que, a través de un mecanismo reductor, está unido a un sistema que proporciona el movimiento en dos ejes, azimut y elevación accionado por dos motores.
Mecanismo de elevación: Actuador lineal de rosca trapezoidal
Mecanismo de azimut: Corona dentada-piñón con reductor planetario
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Ingeniería: Campo Fotovoltáico Heliostatos: Seguimiento al Sol en Dos EjesSistema de control local
El seguimiento en dos ejes para permitir en cada momento el posicionamiento adecuado del seguidor, se realiza por coordenadas calculadas. 3 niveles de comunicación (red Profibus).
El control del movimiento se lleva a cabo con los siguientes equipos:
•Motores (elevación y azimut)
•Sensores cuenta-vueltas
•Finales de carrerra
•PLC
•Variador de frecuencia
•Contactores
•Caja de conexión IP-65
Control Manual(ON/OFF, sentido, motor, velocidad)
Contactores (Motor Azimut)
Motor Elevacion
Motor Azimut
Control de Potencia(Variador de Frecuencia)
Control Local(PLC, I/0 remotas) Finales de Carrera
(2x elevacion, 2x azimut)
Contactores (Motor Elevacion )
Cuenta-Vueltas(Motor Elevacion)
Cuenta-Vueltas(Motor Elevacion)
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Ingeniería: Campo Fotovoltáico Prototipo de Heliostato Fotovoltaico
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Ingeniería: Campo Fotovoltáico
Módulos Fotovoltáicos
• Fabricantes: Atersa, Isofotón y Solartec
• Tecnología: Silicio Monocristalino (Isofotón y Solartec) y Policristalino (Atersa)
• Condiciones de Operación: Intemperie 2,2X efectiva
• Montados sobre Seguidor en Dos Ejes
I-110 A-124 RADIX-72-116
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Ingeniería: Inversores e Instalación Eléctrica Inversores• Sistema Centralizado: Unidades estándar hasta alcanzar 800 kVA – 900 kVA
• Sistema Distribuido: Unidades de 5kVA en cada uno de los 170 heliostatos
IGBT’s, Triple Semipuente (trifásico) o puente monofásico, Alta Eficiencia, Seguimiento MPP de Alta Eficiencia, Baja Distorsión Armónica
Enganche eléctrico a la red de distribución mediante a conexión a las barras de generación de 6,3 kV de la planta solar térmica de 11MW PS10, a 50m del lugar de emplazamiento.
Conexión a la red eléctrica
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Ingeniería: Medidas de Validación de Ciemat y Solúcar Diversas Actuaciones
SOLUCAR Sevilla PV
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
8:00
8:45
9:30
10:1
5
11:0
0
11:4
5
12:3
0
13:1
5
14:0
0
14:4
5
15:3
0
16:1
5
17:0
0
17:4
5
18:3
0
19:1
5
20:0
0
20:4
5
0
10
20
30
40
50
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70
80
PSal Inv 3PSal Inv 2PSal Inv 1Temp Inv3Temp Inv2Tamp Amb
0
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1000
1500
2000
2500
0
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40
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60
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90
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110
Ref1x (w/m2)
Ref2x (w/m2)
Viento (Km/h)
T amb (º)
hum. (%)
Tpanel (º)
T R1x (º)
T R2x (º)
25 Abril 2005, Incremento Producción (2,2x a 1x) = 1,73
Construcción
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Finalizada Nave de Montaje
Realizada Instalación de Pedestales
Comenzando Fabricación Seguidores
Ficha Técnica
Ficha Técnica
Nombre del Proyecto Sevilla PV
Emplazamiento Latitud (37º 26’), Longitud (6º, 14’)
Potencia Pico de los Módulos Fotovoltaicos 700 kWp
Potencia Nominal de la Planta 1200 kW nominal
Sistema de Seguimiento 2 ejes
Concentración 2.2 x efectiva– 1.7 x real (incluyendo pérdidas)
Fabricantes Fotovoltaicos Solartec, Atersa, Isofotón
Nº Seguidores (asumiendo un módulo estándar de 85W y 0,63m2y una apertura del seguidor de 95 m2)
175
Irradiación Directa Normal (DNI) Anual 2012 kWh/m2.año (DNI)
Energía Eléctrica Anual Generada 2,4 GWh/año
Inversores Tecnología de IGBT
Transformadores 1 de 1250 kVA
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Ingeniería Civil y Gestión de ProyectoRealización de actividades comunes al levantamiento de cualquier instalación industrial en suelo no urbano, así como la obtención de los permisos necesarios, la situación de estos es la que sigue:
Régimen Especial: Concedido
Trámites Ambientales: Resolución Favorable (N/A)
Utilidad Pública (Razones Urbanísticas): Resolución favorable del ayuntamiento y de la consejería.
Licencia Municipal de Obras: Concedida
Autorización Administrativa de la Planta: Concedida
Licencia de Actividad/Apertura: Actividad, aprobada en pleno Ayto. Apertura, se aprobará una vez acabada la obra
Negociación de los Terrenos: Derechos de superficie por un periodo de 30 años en la finca Casaquemada, sita en Sanlucar la Mayor (Sevilla).
Situación Societaria: Creada la sociedad promotora el proyecto “Fotovoltaica Solar Sevilla, S.A. (en adelante Sevilla PV), con la participación accionarial siguiente:80% Solúcar20% Idae
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Inversión / Financiación Esquema Financiero
Terrenos
Seguros
SEVILLA PV
Subvenciones y Ayudas
Siema 52% IDAE 20%
Capital SocialFinanciación
Profit Banco Sabadell
PermisosLicencias
ConsorcioOperación y
Mantenimiento
CompañíaEléctrica
Subvención UE
Solartec 7%, Atersa 10.5%, Isofotón 10.5%
Solúcar 39.19%, Ciemat 3.14%, IDAE 2.14%, Solartec 12.75%, Atersa 19.125%, Isofotón 19.125%, Saint-Gobain 1.8% y WIP 2.56%
Propuesta Inicial
(concedida)
• Junta Andalucia • Profit
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Programa de Ejecución
SOLUCAR Sevilla PV
Hadley Center, Climatic Research Unit (UK)
Ventajas Medioambientales y Sociales
• Sevilla PV 1,2MW ahorrará la emisión de 28.000 Tn de CO2 en 20 años de vida [1]
• Reducirá el Periodo de Retorno Energético (Energy Payback Time) desde 2,3 a 1,4 - 1,5 years [1]
• Ahorrará combustibles fósiles para futuras generaciones
• No presenta contaminación acústica
• Creación de Empleo (directo e indirecto)
• Turismo Científico
[1] A. Wheldom et al. “Payback Times for Energy and Carbon Dioxide: Comparison of Concentrating and Non-Concentrating PV Systems”. 16th European PV Solar Energy Conference. Glasgow-2000.
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