Diseño y análisis de sistema de recarga de vehículos eléctricos basado en energía fotovoltaica

Abstract

Trabajo de Máster Universitario en Tecnología Ambiental (2024/25). Director: Dr. Joaquín Tovar Pescador. El trabajo presenta el diseño y análisis de un sistema de recarga de vehículos eléctricos basado en energía fotovoltaica, enfocado en su implementación en el entorno del Campus de la Rábida de la Universidad Internacional de Andalucía. El objetivo principal fue desarrollar una solución sostenible que aproveche la energía solar para la recarga de vehículos eléctricos, contribuyendo así a la reducción de la dependencia de combustibles fósiles y la disminución de emisiones de gases de efecto invernadero. Para ello, se realizó un análisis que abarcó aspectos técnicos, económicos y ambientales, utilizando como herramienta de simulación PVsyst. El diseño del sistema incluyó la selección de los componentes, la determinación de la orientación y la inclinación óptimas de los paneles solares, y la evaluación del impacto de factores como el sombreado. El sistema fotovoltaico propuesto tiene una potencia nominal de 6 kWp y está configurado para aprovechar al máximo la radiación solar disponible en la región, con el objetivo adicional de inyectar el excedente de energía generada a la red eléctrica del campus. Los resultados de la simulación indicaron que el sistema es capaz de generar 8737,18 kWh anuales, con una producción específica de 1456 kWh/kWp/año. Estos valores reflejan la eficiencia del sistema bajo las condiciones climáticas del lugar y destacan su capacidad para satisfacer las necesidades energéticas del estacionamiento, al mismo tiempo que contribuye significativamente a la reducción del consumo de energía de fuentes convencionales. El coeficiente de rendimiento del sistema fue de 72,76%, lo que demuestra un uso eficiente de la energía generada, a pesar de las pérdidas inevitables por sombreado parcial durante ciertos meses del año. Desde una perspectiva económica, el análisis financiero reveló que el proyecto es rentable y sostenible a largo plazo. El Valor Presente Neto (VPN) del sistema fue de 10,545.70 EUR, con una Tasa Interna de Retorno (TIR) del 34.39% y un periodo de recuperación de la inversión de 7.3 años. Además, se calculó un Retorno sobre la Inversión (ROI) del 174.6%, lo que confirma que la inversión es atractiva y viable económicamente. En términos ambientales, el sistema diseñado no solo contribuye a la sostenibilidad energética del campus, sino que también tiene un impacto positivo en la reducción de emisiones de CO₂. Se estima que a lo largo de la vida útil del sistema se evitará la emisión de una cantidad significativa de toneladas de CO₂ a la atmósfera, alrededor de 32.9t, lo que refuerza el compromiso con la mitigación del cambio climático. En conclusión, el trabajo demuestra la viabilidad técnica, económica y ambiental de implementar un sistema de recarga de vehículos eléctricos basado en energía fotovoltaica en un entorno universitario. Los resultados obtenidos validan la propuesta como una solución replicable y eficaz para promover la movilidad sostenible y reducir el impacto ambiental en el sector del transporte.

This work presents the design and analysis of a photovoltaic-based electric vehicle charging system, focused on its implementation within the environment of the Campus of La Rábida at the International University of Andalusia. The primary objective was to develop a sustainable solution that harnesses solar energy for electric vehicle charging, thereby contributing to the reduction of fossil fuel dependence and the decrease in greenhouse gas emissions. To achieve this, a comprehensive analysis was conducted, covering technical, economic, and environmental aspects, using advanced simulation tools such as PVsyst. The system design included the careful selection of components, determination of the optimal orientation and tilt of the solar panels, and the evaluation of factors such as shading impact. The proposed photovoltaic system has a nominal power of 6 kWp and is configured to maximize the utilization of available solar radiation in the region, with the additional goal of injecting the excess energy generated into the campus's electrical grid. Simulation results indicated that the system is capable of generating 8737.18 kWh annually, with a specific yield of 1456 kWh/kWp/year. These values reflect the system's efficiency under the local climatic conditions and highlight its ability to meet the energy needs of the parking facility while significantly contributing to the reduction of conventional energy consumption. The system's Performance Ratio (PR) was 72.76%, demonstrating efficient use of the generated energy despite unavoidable losses due to partial shading during certain months of the year. From an economic perspective, the financial analysis revealed that the project is profitable and sustainable in the long term. The system's Net Present Value (NPV) was 10,545.70 EUR, with an Internal Rate of Return (IRR) of 34.39% and a payback period of 7.3 years. Additionally, a Return on Investment (ROI) of 174.6% was calculated, confirming that the investment is economically attractive and viable. In environmental terms, the designed system not only contributes to the campus's energy sustainability but also has a positive impact on reducing CO₂ emissions. It is estimated that over the system's lifetime, the emission of a significant amount of CO₂, approximately 32.9 tons, will be avoided, reinforcing the commitment to climate change mitigation. In conclusion, this work demonstrates the technical, economic, and environmental feasibility of implementing a photovoltaic-based electric vehicle charging system in a university setting. The results obtained validate the proposal as a replicable and effective solution for promoting sustainable mobility and reducing the environmental impact in the transportation sector.