Estudio, diseño y optimización de sistemas fotovoltaicos para autoconsumo y almacenamiento energético en el sector de la edificación

• Autores: Fernando Barrena Barrero
• Directores de la Tesis: Irene Montero Puertas (dir. tes.), María Teresa Miranda García-Cuevas (codir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Extremadura ( España ) en 2025
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Isidoro Lillo Bravo (presid.), Javier M Rey Hernandez (secret.), José Ignacio Arranz Barriga (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingenierías Industriales por la Universidad de Extremadura
• Materias:
  • Astronomía y astrofísica
    • Sistema solar
      • Energía solar
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología energética
      • Generación de energía
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en:  TESEO  Dehesa 
• Resumen
  • español

    Esta tesis analiza sistemas fotovoltaicos con almacenamiento en baterías para autoconsumo, enfocándose en su aplicación en edificaciones. Se propone modernizar hospitales del sudoeste europeo con sistemas fotovoltaicos, evaluando su consumo eléctrico. Con el uso del 30-50% de las cubiertas, se cubrió el 25-30% de la demanda anual, logrando altos índices de autoconsumo y reduciendo emisiones de CO2. La metodología desarrollada facilita evaluar la viabilidad del autoconsumo en diferentes edificios. Además, se diseñó un prototipo experimental con sistemas fotovoltaicos de alto y bajo voltaje, junto con un sistema de control adaptable a patrones de consumo. Los ensayos revelaron que las baterías de alto voltaje ofrecen un rendimiento energético superior (3-10%) respecto a las de bajo voltaje. Por último, se desarrolló un modelo de simulación en TRNSYS que incorpora un dispositivo antivertido y se validó con datos experimentales, obteniendo errores medios absolutos de 4.00 kWh/día y relativos inferiores al 10%. Este modelo permite analizar la eficiencia del sistema en distintas condiciones operativas, optimizar el dimensionamiento de sus componentes y maximizar su integración en edificios para alcanzar un consumo energético casi nulo. La investigación aporta herramientas clave para impulsar el autoconsumo y mejorar la sostenibilidad en el sector de la edificación.

  • English

    This thesis analyses photovoltaic systems with battery storage for self-consumption, focusing on their application in buildings. It is proposed to retrofit hospitals in south-west Europe with photovoltaic systems, evaluating their electricity consumption. With the use of 30-50% of the roofs, 25-30% of the annual demand was covered, achieving high rates of self-consumption and reducing CO2 emissions. The methodology developed facilitates the evaluation of the feasibility of self-consumption in different buildings. In addition, an experimental prototype was designed with high and low voltage photovoltaic systems, together with a control system adaptable to consumption patterns. Tests revealed that high-voltage batteries offer a higher energy yield (3-10%) compared to low-voltage batteries. Finally, a simulation model was developed in TRNSYS incorporating an anti-dumping device and validated with experimental data, obtaining mean absolute errors of 4.00 kWh/day and relative errors of less than 10%. This model makes it possible to analyse the efficiency of the system under different operating conditions, optimise the sizing of its components and maximise its integration in buildings to achieve near-zero energy consumption. The research provides key tools to promote self-consumption and improve sustainability in the building sector.