Proyecto - Instalación fotovoltaica en observatorio astronómico en Sierra Nevada - Granada
INSTALACIÓN FOTOVOLTAICA EN OBSERVATORIO ASTRONÓMICO EN SIERRA NEVADA MOJÓN DEL TRIGO
El observatorio astronómico del Mojón del Trigo
El edificio del antiguo observatorio astronómico del mojón del trigo, es un refugio antiguo perteneciente a la universidad de Granada y que se encuentra en el paraje de la Hoya de la Mora en el P.N. de Sierra Nevada.
Dispone de una cúpula porque hace más de 30 años disponía de una cúpula donde se albergaba un telescopio para estudiar las estrellas.
La llamada
El primer día que me llamó uno de los técnicos de la universidad de Granada para contarme la problemática de la Instalación fotovoltaica, me hizo mucha ilusión.
Cuando íbamos llegando en coche, pensaba a quién se le ocurriría construir semejante edificio en lo alto de un cerro tan escarpado, y sobre todo tan bien hecho como estaba.. Claro antes la gente no tenía miedo al trabajo tan duro físicamente y los días iban más despacio.
LO QUE ENCONTRAMOS
Cuando llegué me encontré que aquello para nada es un observatorio astronómico, sino que dentro estaba lleno de instrumentos científicos del CEAMA (el instituto con un nombre impronunciable que estudia el clima y el medio ambiente). Es decir, que desde hace unos años aquello está destinado a estudiar los efectos de la contaminación del granada, y cómo se comportan dichos contaminantes a nivel físico.
Allí existía una pequeña instalación fotovoltaica que daba vida a aquello, sin embargo su tamaño era tan pequeño en términos de generación de energía eléctrica que aquel instrumental no podía obtener todos los datos necesarios para los estudios por falta de energía. De nuevo, me preguntaba como narices habrán subido aquí tanto aparato, donde algunos ni entre 4 personas se podía subir.
¿Cómo subieron esa estación eléctrica?
Claro, me hablaron de que tuvieron que traer una grúa que pesaba 160 toneladas y tenía un brazo de 120m para desde abajo (la zona llana con acceso a vehículos), subir el material arriba. Desde entonces aquello me parecía todo un reto y me lo tomé personal, tenía que triplicar la potencia de generación como sea.
SOLUCIONES A MEDIDA
“El proyecto de instalación fotovoltaica”
Hicimos ese mismo verano el proyecto de ingeniería, el planteamiento fue bueno, pues íbamos a aprovechar que la tecnología solar fotovoltaica aumentaba de rendimiento de forma exponencial, y además, iba a dotarles de garantía de suministro al colocar un generador… Y donde ponemos el generador?? Pues se nos encendió la bombilla y vimos viable colocarlo en la bancada donde antes iba instalado el telescopio.
El único problema, el bicho pesa 700Kg y por las escaleras es difícil de meter a mano… más que nada el montón de horquilleros que serían necesarios no entran. Entonces pensé que, con un poco de arte podíamos meterlo por la grieta de la cúpula desde la que antes se abría para ver las estrellas. Pero meter por ahí, 70cm de ancho un generador diésel y 2 depósitos de 1000L parecía imposible. Tras una gran labor de investigación, conseguimos encontrar el equipamiento adecuado, no sin dificultad.
Pero meter por ahí, 70cm de ancho un generador diésel y 2 depósitos de 1000L parecía imposible.
Tened en cuenta que los depósitos tienen un ancho 66cm, por tanto la tolerancia asusta un poco cuando además desplazas expresamente una grúa de 160 toneladas que cobra la hora a una fortuna y que tarda en llegar arriba 5 horas desde Granada. Teníamos experiencia en resolver este tipo de cuestiones en la obra, y además soy joven y me gusta el riesgo..
1. LAS OBRAS
Tuvimos que esperar para empezar casi dos años para empezar la Instalación fotovoltaica, en parte por la pandemia y en parte porque la licencia de obras se demoró bastante, y con razón, porque lo que proponíamos parecía una locura.
El entorno hostil
Empezamos en septiembre, con mucho trabajo por hacer, pero con el invierno pisándonos los talones, en una zona hostil, donde quien va por primera vez se asusta porque el clima es imprevisible.
En Sierra Nevada de pronto se está tan a gusto al solecito, que te vas a almorzar al albergue universitario, sales y el viento te tira al suelo. Es un sitio en el que no te puedes confiar, y sobre todo, en el que los errores se pueden pagar muy caros.
Subir el material
Para empezar todo el material se tiene que subir a mano, allí hay un sendero estrecho lleno de piedras, y ningún medio mecánico salvo quizás burros podía subir para allí. El esfuerzo físico de realizar aquella instalación ha sido extremo, pues, aunque con la grúa subimos lo más importante, muchísimas otras cosas era imposible subirlas porque no entraban por la puerta del refugio y hubo que hacerlo a mano.
La instalación actual no servía
La instalación existente estaba bastante bien hecha, sin embargo, la empresa que lo hizo, o los promotores se confiaron y la demanda eléctrica resultó ser tan grande que había que multiplicar todo por tres, es decir, hubo encima que desmantelar prácticamente todo, pues hasta el cableado se había quedado pequeño. Hubo que retirar todos los equipos que había, bajarlos a Granada y montarlo todo nuevo otra vez, una auténtica locura.
2. NUESTRA TÉCNOLOGÍA INSTALACIONES AISLADAS AC - COUPLING
Allí aposté por una tecnología muy conocida en el sector de la instalación fotovoltaica aislada que se denomina AC-Coupling, o acoplamiento en alterna.
Se basa en que se coloca un inversor bidireccional conectado a un banco de baterías, en este caso fue un victron Quattro de 15kVA de potencia, con un banco de baterías de 28V y 2250AH de vasos abiertos oPZs.
3. LA DIFICULTADA
El funcionamiento del sistema AC-Coupling es relativamente simple de explicar, aunque muy difícil de poner en marcha. El inversor bidireccional victron genera una red monofásica de 15kVA a 230V y 50Hz, y al tener dos inversores solares enganchados a esta red, éstos reaccionan inyectando su producción solar en dicha red.
Según balance de potencias, todo lo que generan estos inversores y no se consume al instante por el instrumental científico es un excedente, y por ello victron tiene la capacidad de absorber este excedente y con él cargar las baterías.
Inversor bidireccional victron
La capacidad calculada almacenable en baterías ronda los 50kWh. Dicho inversor bidireccional victron genera una micro red monofásica de 15kVA de capacidad para todas las instalaciones, que es bastante (el triple de lo que había), y a dicha red, le conectamos dos inversores solares fotovoltaicos de conexión a red Fronius Primo 8.2kW monofásicos ambos de potencia en paralelo.
Fronius y Victron son los grandes buques insignia de la tecnología AC-Coupling y tanto es así que victron tiene integrado al inversor Fronius en su sistema de monitorización en la nube.
Las baterías
El problema de la Instalación fotovoltaica viene cuando las baterías están prácticamente cargadas y no admiten más carga, victron tiene una función especial denominada frequency shift, que lo que hace es modificar la frecuencia de la red que genera, desde los 50Hz hasta los 55Hz, de forma que el invesor Fronius, que dispone de un modo denominado “microrred” es capaz de reducir de forma progresiva (limitar) su producción inyectada en la red a medida que la frecuencia de la misma sube.
De ésta forma, de forma automática el inversor de baterías bidireccional victron puede mandar la orden a los inversores fotovoltaicos de que limiten la producción cuando es necesario.
Aquí hay un aspecto clave, que es el coeficiente de inyección, que implica que jamás es posible que los inversores fotovoltaicos puedan producir más energía de la que el inversor victron pueda manejar, y por tanto es importantísimo limitar la potencia activa de los inversores fotovoltaicos para que no sobrecarguen al inversor bidireccional que carga las baterías.
¿Un generador?
Más difícil es aún el acoplamiento del generador Diesel.
Puesto que al ser toda la instalación monofásica a 15kVA, y por tanto, necesariamente el generador Diesel ha de ser monofásico, lo cual a esas potencias no es nada habitual.
Suerte que encontramos un taller de Zaragoza que se dispuso a fabricarnos un conjunto a medida de 30kVA de capacidad, de manera que al acoplarlo al inversor bidireccional victron, cuando éste está en operación, alimenta a todas las cargas directamente a través de un bypass integrado en el inversor bidireccional.
Al mismo tiempo carga las baterías, de ahí que su potencia debe ser al menos el doble de la potencia nominal del inversor bidireccional.
De hecho, tuvimos que elegir un motor tipo Perkins ya que dispone de la tecnología de arranque que funciona a menos temperatura, hasta -20ºC. También hubo que resolver aspectos como la condensación en el tubo de escape a través de una cubeta de retención de líquidos que le diseñamos, el sistema de silenciador para que no suene en el exterior, el diseño del escape para que no entre agua o nieve dentro en forma de cuello de cisne, la conexión del generador a los depósitos de gasoil sin retorno (el retorno lo hemos hecho mediante un desaireador filtrante tigerloop según normativa alemana), o incluso la propia colocación de los depósitos en V, sin que ningún kit de depósitos para ponerlos en serie nos sirva, ya que todos vienen para ponerlos en fila india o espalda con espalda… pero no caben de otra forma!
Y más grandes no entran por la cúpula! En fin, todo un desafío que hubo que resolver a golpe de ingenio.
De ésta forma, de forma automática el inversor de baterías bidireccional victron puede mandar la orden a los inversores fotovoltaicos de que limiten la producción cuando es necesario.
Aquí hay un aspecto clave, que es el coeficiente de inyección, que implica que jamás es posible que los inversores fotovoltaicos puedan producir más energía de la que el inversor victron pueda manejar, y por tanto es importantísimo limitar la potencia activa de los inversores fotovoltaicos para que no sobrecarguen al inversor bidireccional que carga las baterías.
La estructura
La estructura de la Instalación fotovoltaica es harina de otro costal, ya que el edificio por su ubicación, es soplado por vientos de hasta 200Km/h, y por experiencia como lleves algo encima que haga algo de vela te puede tirar al suelo perfectamente.
Suficiente para no poder bajarse del coche siquiera o que se levanten piedras del suelo. Al ver eso me asusté, pero sabía que todo era cuestión de diseño mecánico y cálculo estructural.
El edificio está hecho mediante muros de carga de medio metro de espesor, lo bueno es que son masivos, y lo malo es que no tienen miembros metálicos a los que anclar, y el hormigón estaba bastante mal porque se desharinaba porque llevaba mucha arena y poco cemento cuando lo hicieron, así que no quedaba otra que meter varillas roscadas largas y abrazar el muro de dentro a fuera, porque el taco químico sabíamos que quizás podía fallar.
Gracias a estos anclajes, sobre estos diseñamos una estructura metálica mediante pórticos con perfil estructural, muy bien arriostrada e incluso con deflectores de viento de chapa.
La responsabilidad es muy alta ya que esta estructura funciona exactamente igual que un ala de avión, y por el tamaño de la cubierta solar, para que me entraran todas no quedaba otra que realizar un plano muy grande y además en voladizo.
Ya teníamos experiencia en integración de planos solares en Instalación fotovoltaica y decidimos realizar un amarre a 3 puntos, donde uno de los vértices del edificio coincidiera con la mitad del plano de la cubierta solar.
El estudio de sombras
El estudio de sombras de esta Instalación fotovoltaica tuvo que ser bastante complejo ya que van dos filas (hay una fila trasera) y debe ir muy ajustado para que no se sombrean. Gracias al software que disponemos hoy de cálculo en la ingeniería, tanto a nivel estructural como a nivel solar, hemos podido determinar de forma precisa cómo ejecutar ésta implantación para que el resultado fuera óptimo.
Los módulos
El tipo de módulo que hemos elegido, no podía defraudar, pues hemos confiado en Hyundai porque es el único del mercado que tiene 25 años de garantía de producto, gracias a una tecnología que tienen patentada que se llama “shingled cell”, es decir, que no existen conexiones eléctricas en el panel solar, sino que la energía eléctrica se transmite de una célula a otra mediante solapamiento.
Es algo increíble y si nos fijamos bien, parece que los paneles se han fabricado de una pieza de silicio. El control de calidad que hacen es algo extraordinario para que los paneles no sufran con las dilataciones, y gracias a eso, consiguen evitar el cableado eléctrico dentro de la propia placa solar. Con ello, se reducen de forma dramática las micro-roturas, el efecto LID/PID, hotspot, fallos de soldaduras, etc, y por eso ofrecen esa garantía, porque saben que el módulo lo cumple sin problema.
3. LOS AGRADECIMIENTOS
Tras varios meses de trabajo, estaré siempre agradecido a la Universidad de Granada por el apoyo recibido, en particular a dpto de la unidad Técnica que se ocupan del patrimonio y obras, y los catedráticos del CEAMA que rigen éstas instalaciones por la confianza depositada en nosotros.
Por supuesto a mi incansable equipo de metalistería y electricidad, así como a la oficina técnica. Este grano de arena que hemos puesto es para todos, pues de aquí saldrán muchas conclusiones que permitirán mejorar la calidad de vida y el aire que respiramos en Granada. La energía que hemos traído a este edificio, no es otra cosa que progreso para todos.
El Ingeniero Industrial,
Sebastián Castillo Valenzuela
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