Cubierta solar o aerogenerador para una cooperativa de Albacete: decidir con números
Una cooperativa agrícola de Albacete quiere cubrir el consumo eléctrico de su nave de manipulado, que es de 150 000 kWh/año, con una instalación propia. Baraja dos ofertas: (A) planta fotovoltaica de 100 kWp en la cubierta, con productividad específica estimada de 1 600 kWh/kWp·año y un 85 % de la producción autoconsumida (el resto se vierte sin retribución); (B) aerogenerador de 20 kW de potencia nominal, buje de 18 m, en un emplazamiento con velocidad media anual del viento a esa altura de 5,5 m/s y factor de capacidad estimado del 20 %. La inversión es de 68 000 € en A y 52 000 € en B; el mantenimiento anual se estima en el 1 % de la inversión en ambos casos. La energía comprada a la distribuidora cuesta 0,14 €/kWh. La nave solo consume en horario diurno de 10 h, de lunes a sábado.
1. Calcula la producción anual, el ahorro neto y el periodo de retorno simple de cada opción. ¿Cuál es la diferencia acumulada a 25 años?
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Opción A (fotovoltaica):
- Producción: 100 × 1 600 = 160 000 kWh/año.
- Autoconsumida: 0,85 × 160 000 = 136 000 kWh → ahorro bruto = 136 000 × 0,14 = 19 040 €/año.
- Mantenimiento: 1 % de 68 000 = 680 €/año → ahorro neto = 18 360 €/año.
- Retorno simple: 68 000/18 360 = 3,7 años.
Opción B (eólica):
- Producción: 20 kW × 8 760 h × 0,20 = 35 040 kWh/año, toda autoconsumida (es menor que el consumo).
- Ahorro bruto: 35 040 × 0,14 = 4 906 €/año; mantenimiento 520 €/año → 4 386 €/año.
- Retorno simple: 52 000/4 386 = 11,9 años.
Acumulado a 25 años (sin actualizar): A → 18 360 × 25 - 68 000 = 391 000 €; B → 4 386 × 25 - 52 000 = 57 650 €. La diferencia es de más de 330 000 €.
Conclusión: la fotovoltaica gana por goleada, y no por el precio del equipo, sino porque produce 4,6 veces más energía con una inversión solo un 30 % mayor. Obsérvese que el ahorro de A está limitado por el autoconsumo: 24 000 kWh se pierden cada año, lo que sugiere estudiar una batería o ajustar la potencia a 85 kWp.
2. Explica por qué un aerogenerador de 20 kW en un sitio con 5,5 m/s de media produce tan poco. ¿Qué velocidad media haría falta para igualar a la fotovoltaica con esa misma máquina?
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Ley cúbica: la potencia disponible en el viento es P = ½·ρ·A·v³. A 5,5 m/s la densidad de potencia es ½ × 1,225 × 5,5³ = 102 W/m², mientras que a la velocidad nominal (≈11 m/s) es de 815 W/m², ocho veces mayor. La máquina solo alcanza sus 20 kW en las pocas horas de viento fuerte.
Factor de capacidad: un 20 % significa que la turbina entrega de media 4 kW, no 20 kW. El reparto de velocidades (Weibull, k ≈ 2) hace que la mayor parte del tiempo el viento esté entre 3 y 6 m/s, donde la curva de potencia aún es muy baja; por debajo de la velocidad de conexión (≈3 m/s) no produce nada y por encima de la nominal se limita la potencia.
Cálculo pedido: para generar 160 000 kWh con 20 kW haría falta un factor de capacidad de 160 000/(20 × 8 760) = 0,91, es decir, el 91 % del tiempo a plena potencia. Es físicamente imposible: ningún emplazamiento terrestre supera el 45-50 %. Para igualar a la fotovoltaica con esa máquina se necesitaría una velocidad media muy superior a 8-9 m/s, propia de un emplazamiento costero o de cresta expuesta, no de una nave de Albacete.
Factores adicionales: el buje de 18 m es bajo (el perfil vertical del viento, con exponente ≈0,2, hace que a 40 m la media sea un 15-20 % mayor y la potencia un 60-70 % más), y la estela de la nave y de los edificios próximos degrada aún más el recurso.
3. Más allá del retorno económico, ¿qué comprobaciones técnicas y de proyecto harías antes de firmar la opción fotovoltaica? Cita al menos cuatro con su criterio numérico.
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1. Superficie y estructura de cubierta. Con módulos de 450 Wp y 1,96 m², hacen falta 100 000/450 = 223 módulos → 437 m² de módulo; contando separación entre filas, pasillos y sombras, la cubierta debe superar los 700-800 m² útiles. Hay que verificar la sobrecarga permanente (≈15 kg/m²) y la exposición al viento de la cubierta existente.
2. Orientación e inclinación. En Albacete la irradiación anual es alta (~1 900 kWh/m²); la productividad de 1 600 kWh/kWp supone un performance ratio de 0,84, coherente si la inclinación está entre 25° y 35° y no hay sombras. Si la cubierta es plana con orientación este-oeste, la producción caerá un 10-15 % y el retorno se estirará.
3. Temperatura. Con 40 °C ambiente la célula supera los 65 °C; con coeficiente de potencia de -0,35 %/°C se pierde ~14 % respecto a condiciones estándar. Debe estar incluido en la producción estimada, no ser una sorpresa en julio.
4. Conexión y vertido. Antes de firmar hay que confirmar que la distribuidora acepta el vertido cero o la compensación simplificada, y con qué potencia máxima. Si no hay retribución por excedentes, sobredimensionar a 100 kWp cuando el consumo diurno es de 150 000 kWh/año no es óptimo: conviene modelar el perfil horario y ajustar la potencia o añadir almacenamiento.
5. Mantenimiento y garantías. Plan de limpieza (el polvo sahariano es real en la zona), garantía de degradación (≤0,5 %/año) y de inversor (5-10 años).
6. Balance ambiental. El tiempo de retorno energético de un módulo es de 1-2 años y las emisiones se sitúan en 25-40 g CO₂/kWh, muy por debajo de los ~400 g del mix español: argumento sólido para la cooperativa.