La energía fotovoltaica en la vivienda unifamiliar

El incremento del coste de la energía y la paulatina concienciación de la sociedad por los temas medioambientales, con la consiguiente importancia que adquiere la eficiencia energética de las viviendas, han generado un creciente interés por la energía fotovoltaica, como alternativa para generar la electricidad necesaria en las viviendas unifamiliares. Todavía más desde que se han dado los cambios normativos necesarios para la eliminación de lo que se denominaba “impuesto al sol”, derogado por el Real Decreto 244/2019 de 24 de abril, por el que se regulan las condiciones administrativas, técnicas y económicas del autoconsumo de energía eléctrica.

Antes de pasar a explicaros los tipos de instalaciones de autoconsumo de energía eléctrica de las que disponemos, conviene hacer un breve inciso para recordar que lo primero que necesitaremos para conseguir que una instalación de estas características sea rentable y, por tanto, amortizable en un tiempo razonable, será dotar a la vivienda de las condiciones adecuadas para reducir al mínimo posible el consumo energético. Para ello será conveniente que la vivienda disponga de un buen aislamiento, de un sistema de calefacción eficiente, de buenas carpinterías exteriores y buen acristalamiento, de un sistema de ventilación de doble flujo, de iluminación LED, de electrodomésticos con alta eficiencia energética, en resumen, será conveniente reducir al mínimo el consumo energético de la vivienda, para que la instalación de autoconsumo sea de una dimensión razonable y con ello de bajo coste y rentable en un período de tiempo no demasiado largo.

Si dotásemos de una instalación de autoconsumo de energía eléctrica a una vivienda con unas condiciones térmicas deficientes, tendríamos que sobredimensionarla para conseguir aportar toda la energía necesaria y, por lo tanto, tendría un coste demasiado elevado.

¿Qué es y cómo funciona la energía solar fotovoltaica?

Podríamos decir que la energía solar fotovoltaica es una fuente de energía renovable que produce electricidad a partir de la radiación solar, produciéndose la transformación de dicha energía solar en energía eléctrica, en lo que conocemos como paneles solares fotovoltaicos, dotados de dispositivos semiconductores denominados células fotovoltaicas.

La energía solar es, por tanto, una energía libre de contaminantes, al extraerse directamente de la radiación del sol, y una excelente alternativa contra la emisión de CO2, gases de efecto invernadero y otros contaminantes que sí se generan con la utilización de los combustibles fósiles convencionales, como el petróleo, el gas o el carbón.

El lugar en donde se produce la transformación de la energía solar en energía eléctrica es, como hemos dicho, en los paneles solares. Esta transformación se produce gracias a lo que se denomina efecto fotovoltaico, por el cual un electrón pasa de una célula del panel con carga negativa a otra con carga positiva, generándose una corriente continua. La cantidad de energía transformada en energía eléctrica, será proporcional al tamaño del módulo fotovoltaico, por lo que cuanta mayor cantidad de energía necesitemos mayor será la superficie que habrá que instalar de células fotovoltaicas y por tanto mayor será el número de paneles a colocar. Debemos Tener en cuenta que la dimensión de un panel fotovoltaico convencional tendrá una dimensión, aunque puede variar ligeramente en función de la marca, de en torno a 1,90m de alto por 1,00m de ancho, es decir una superficie próxima a los 1,90 m2 por panel.

En el mercado existen distintos tipos de paneles solares, si bien podríamos resumirlos en tres tipos, los monocristalinos, los policristalinos y los thin film. Los monocristalinos son los de mayor calidad y por lo tanto los de mayor rendimiento y también los más caros, pero los más recomendables para este tipo de instalaciones. Aun así, a la hora de elegir un panel solar se deberán tener en cuenta aspectos como la potencia pico (máxima potencia que es capaz de generar), eficiencia del panel (porcentaje de energía transformada) y coeficiente de temperatura (a mayor temperatura menor rendimiento, por lo que elegiremos paneles con coeficientes de temperatura bajos).

Muy importante nos parece hacer hincapié en que los paneles solares para este tipo de instalaciones deberán ser siempre de 24V, es decir, paneles solares formados por una matriz de 72 células (12×6), conectadas en serie para alcanzar una tensión de funcionamiento a máxima potencia suficiente para cargar baterías solares. Todavía existen publicidades engañosas en internet que lo que ofertan son paneles de 60 células (10×6), con una tensión de funcionamiento insuficiente para cargar las baterías al 100%.

Como hemos explicado la energía solar se transforma en corriente continua, por lo que esta deberá pasar a través de un inversor solar, donde se adecuará su frecuencia e intensidad para transformarla en corriente alterna y hacerla compatible para su uso doméstico. Una vez que disponemos de esta energía eléctrica transformada la utilizaremos para el autoconsumo, y la energía sobrante, denominada excedente se podrá utilizar de tres formas, almacenándola, vertiéndola a la red para obtener una compensación o desechándola mediante sistemas anti vertido.

Tipos de instalaciones de autoconsumo

Existen dos formas claramente diferenciadas de instalación fotovoltaica para autoconsumo:

• INSTALACIÓN AISLADA. En ellas el consumidor está completamente desconectado de la red eléctrica, utilizando exclusivamente la energía generada por su instalación fotovoltaica. Lógicamente este tipo de instalaciones deberán disponer de las baterías necesarias para almacenar el excedente generado, si bien también es posible el almacenamiento de parte del excedente para generar ACS.
• INSTALACIÓN CONECTADA A RED. En ellas el consumidor continúa conectado a la red eléctrica al mismo tiempo que genera electricidad con su instalación fotovoltaica. Se trata de una modalidad de instalación que permite la utilización de la energía de la red cuando los paneles solares de la instalación propia no la producen. Existen dos alternativas diferenciadas dentro de esta modalidad:
  • CON VERTIDO DE EXCEDENTES A RED. En ellas el consumidor vuelca la energía eléctrica producida por su instalación, y no consumida, a la red, a cambio de una compensación económica. Esto es lo que se denomina en el nuevo Real Decreto “compensación simplificada de los excedentes”, y que sustituye a lo que antes se llamaba “balance neto”. De esta forma la compañía suministradora realizará una compensación económica por vatio vertido a la red, que se descontará en la factura mensual. El precio del vatio podrá establecerse por el mercado regulado (tarifas PVPC) o por el mercado libre (acuerdo entre la comercializadora y el consumidor). Lógicamente con esta modalidad necesitaremos un contador bidireccional, que mida los vatios consumidos de la red y los vertidos, si bien los contadores digitales actuales tienen incorporada esta función. Se puede combinar esta modalidad de vertido de los excedentes a la red con la utilización de parte de los excedentes para ACS.
  • SIN VERTIDO A LA RED. En ellas el consumidor, estando conectado a la red, decide no volcar el excedente a dicha red. Será necesaria la instalación de un sistema anti vertido que garantice que no se inyecta energía en el sistema. Con la publicación del Real Decreto 244/2019 este sistema sería el menos recomendable de todos.

Tipos de baterías

Dado que, en nuestra opinión, el futuro de este tipo de instalaciones pasa por la modalidad de instalaciones aisladas, completamente desconectadas de la red, las baterías se convierten en un elemento fundamental de la instalación, de cuyo buen funcionamiento, mantenimiento y duración dependerá rentabilidad de una instalación fotovoltaica de autoconsumo. En el mercado existen hoy en día los siguientes tipos de baterías, si bien se trata de un sector en auge y en continua expansión, por lo que es previsible que sigan apareciendo nuevas baterías con mejores prestaciones y más económicas:

• BATERÍAS MONOBLOCK. Se trata de baterías de plomo-ácido, abiertas, que requieren de mantenimiento y de ventilación. Tienen una duración bastante limitada, en torno a 3 años y son las más económicas. Todas estas características las convierten en unas baterías idóneas para pequeñas instalaciones aisladas y que no lleven motores. Lógicamente no son adecuadas para una instalación fotovoltaica de autoconsumo de una vivienda unifamiliar.
• BATERÍAS DE CICLO PROFUNDO. De características similares a las anteriores, pero más grandes, lo que incrementa su duración hasta los 6-7 años. Serían las primeras ya válidas para una instalación de este tipo y tienen como mejor característica la capacidad para soportar descargas completas, sin mermar su vida útil ni dañar la batería. Su principal inconveniente es que no soportan bien los picos de arranque de los motores de los electrodomésticos habituales en una vivienda unifamiliar.
  
• BATERÍAS AGM. Se trata de baterías con el electrolito inmovilizado, y unas válvulas de regulación de gases para evitar pérdidas. Son, por tanto, baterías cerradas, por lo que no necesitan ventilación, y sin mantenimiento. Baterías muy resistentes, tanto a los golpes como al frío, que soportan muy bien los picos de arranque de los motores de los electrodomésticos. Demás son más rápidas que las anteriores. Su vida útil suele oscilar entre 6 y 8 años.
• BATERÍAS DE GEL. Formadas por un compuesto gelificado con un coeficiente de congelación mucho menor. Se trata de baterías también selladas, que no emiten ningún tipo de gas, por lo que no necesitan ni de mantenimiento ni de ventilación. Su duración es superior a las AGM llegando a un vida útil entre los 9 y los 12 años, en condiciones normales de funcionamiento. Son por tanto baterías recomendables para su uso en viviendas unifamiliares.
• BATERÍAS ESTACIONARIAS. Pueden ser COPZS, TOPZS u OPZV. Compuestas por vasos o torres de 2 voltios que se conectan para formar sistemas de baterías de 12V, 24V o 48V. Se trata de baterías con una vida útil superior a las anteriores, con una duración que suele llegar a los 20 años en condiciones normales de funcionamiento. Son, por lo tanto, muy recomendables para este tipo de instalaciones aunque más caras que las anteriores.
• BATERÍAS DE LITIO. Son baterías que ocupan menos espacio y pesan menos que ninguna de las anteriores. Tampoco emiten gases, por lo que no necesitan ventilación, y no requieren de ningún tipo de mantenimiento. Cuentan con el tiempo de carga más rápido de todas y pueden soportar descargas totales sin apenas verse afectada su vida útil. Su ciclo de vida útil es incluso superior al de las baterías estacionarias. Si una batería estacionaria soporta 4000 ciclos con una descarga máxima del 50%, la de litio también soportan 4000 ciclos pero con una descarga máxima del 80%. El principal inconveniente es que son las más caras de todas, si bien es de esperar que su precio baje según aumenta la competencia en el sector, como ya ha pasado con los paneles.

Es importante destacar aquí la importancia del correcto dimensionado de las baterías, ya que una instalación para autoconsumo, con una capacidad de almacenamiento insuficiente no será operativa en muchos momentos de su vida útil.

Aprovechamiento de excedentes para producción de acs

Una forma cada vez más habitual de rentabilizar este tipo de instalaciones, es la utilización de parte de los excedentes de energía para la producción de agua caliente sanitaria. Hay que tener en cuenta que la tendencia actual, hacia la viviendas de consumo casi nulo, o las viviendas pasivas, hace que el peso de la producción de agua caliente sanitaria, sea cada vez mayor en el total del consumo energético de la vivienda, dado que en este tipo de viviendas se reduce cada vez más el consumo por calefacción y refrigeración.

La forma de aprovechamiento de los excedentes para la producción de ACS es tan simple como desviar esos excedentes a una resistencia eléctrica situada en el depósito de agua caliente sanitaria, para su posterior uso. De esta forma cubriremos el consumo de ACS de la vivienda durante buena parte del año, sin necesidad de utilizar la bomba de calor o el sistema que hayamos instalado para la producción de ACS. Será importante, por supuesto, el correcto dimensionado y aislamiento de la instalación, y tener en cuenta la importancia de las pérdidas de energía en la recirculación, por lo que se requiere de su control para que sólo se recircule cuando haya ocupación.

Tramitación administrativa

El Real Decreto 244/2019 ha aclarado y simplificado los trámites necesarios para legalizar las instalaciones fotovoltaicas de autoconsumo. Se trata de un Real Decreto que claramente busca fomentar el uso de este tipo de instalaciones, haciendo especial hincapié en la vivienda unifamiliar, ya que se ha aumentado la potencia máxima permitida para una instalación monofásica hasta los 15 Kw.

Además, tanto las instalaciones sin excedentes como las instalaciones con excedentes con potencia menor o igual a 15 Kw, no necesitarán permiso de acceso y conexión, tramite reservado exclusivamente para las instalaciones con excedentes y potencia mayor a 15Kw, lo que facilita la tramitación para las viviendas unifamiliares, cuya potencia será siempre inferior a los mencionados 15 Kw. Por lo tanto para la tramitación de una instalación de autoconsumo en una vivienda unifamiliar será suficiente con la presentación de la memoria y/o proyecto técnico, redactado por técnico competente, ante la comunidad autónoma correspondiente, administración competente para ello, según se establece en el Real Decreto.

Costes y rentabilidad de una instalación de autoconsumo

Este será, sin duda, el punto clave a la hora de tomar la decisión de invertir en una instalación fotovoltaica de autoconsumo en una vivienda unifamiliar, y para ello deberemos tener en cuenta múltiples factores que intervienen en la decisión. Lo recomendable será realizar un estudio individualizado para cada caso, realizado por un técnico o empresa especializada del sector, que nos permita dimensionar la instalación adecuadamente y conocer los datos económicos de costes y amortizaciones de antemano. Si bien vamos a resumir todos aquellos aspectos que influirán en todo caso a la hora de tomar una decisión.

• En primer lugar, recordar lo comentado al principio del artículo, en cuanto a la conveniencia de dotar a la vivienda de las condiciones energéticas adecuadas para conseguir reducir el consumo eléctrico al mínimo posible, y con ello poder dimensionar la instalación de forma rentable.
• Es importante saber que el ahorro que vamos a conseguir será siempre exclusivamente el del consumo, por lo que, si optamos por las modalidades que implican seguir conectados a la red, continuaremos teniendo que soportar los costes derivados de dicha conexión, costes que con el paso del tiempo cada vez tienen más peso en el importe total de la factura, como el famoso término fijo de potencia. La modalidad de instalación aislada, elimina todos estos costes, al convertirnos en consumidores independientes, pero tiene el lógico inconveniente de que la inversión inicial es mayor, al necesitar de las baterías para el almacenaje del excedente.
• A la hora de hacer el estudio individual hay que tener en cuenta, para calcular el tiempo de amortización, que la vida útil de los paneles solares la establecen los fabricantes en torno a los 25 años. En cambio, ciclo de vida de las baterías no es el mismo que los paneles, pero la elección de unas buenas baterías, de gel, estacionarias o, en el mejor de los casos, de litio, acercarán bastante la vida útil de las baterías a la vida útil del panel.
• El coste de la instalación dependerá básicamente de las necesidades de consumo que sea necesario satisfacer. De forma genérica podríamos decir que para un vivienda media necesitaríamos un instalación fotovoltaica de en torno a 5Kw y con las baterías necesarias para el almacenaje. Es importante el correcto dimensionado de la instalación, en cuanto al número de baterías, en función del consumo de la vivienda. Si la capacidad de las baterías está infra dimensionada, se generarán descargas muy elevadas de las baterías, lo que reducirá drásticamente su ciclo de vida y habrá que cambiarlas en muy poco tiempo.
• Por lo tanto, podemos asegurar sin temor a equivocarnos, y teniendo en cuenta que se deberá hacer un estudio individualizado en cada caso, que el coste que tendremos que amortizar en una instalación de este tipo, para una vivienda unifamiliar de tamaño medio será de entre 10.000 y 12.000 €. El consumo anual de electricidad de un hogar medio en nuestro país suele situarse por encima de los 1.000 €, por lo que en unos 10-12 años estaría amortizada la inversión y empezaríamos a consumir energía a coste cero, durante los restantes años de vida útil de la instalación, que serían de otros 13 años en el caso de los paneles y algo menos en el caso de las baterías, en función de la que hayamos instalado. Todo esto ha de ser refrendarlo en cada caso con un estudio individualizado y es importante tener en cuenta la tendencia a la baja en los costes de este tipo de instalaciones en los últimos años.

En conclusión…

Podemos asegurar, sin ninguna clase de dudas, que a día de hoy, las instalaciones fotovoltaicas de autoconsumo aisladas, son una inversión rentable a todas luces. La amortización de la inversión se produce en un plazo muy razonable, de en torno a 10-12 años, y probablemente la tendencia a la baja de los precios, la convertirán en más rentables todavía a medida que se estas instalaciones se conviertan en habituales, aumente la competencia y, por tanto, bajen los precios.