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Dimensionado y gestión energética de sistemas fotovoltaicos con almacenamiento para autoconsumo residencial

El incremento del precio de la electricidad, el abaratamiento de la energía solar fotovoltaica y de los sistemas de almacenamiento, unido a las políticas de fomento de la energía limpia, han hecho especialmente atractivo en España el autoconsumo fotovoltaico en todos los sectores, incluido el residencial, sector en que se centra esta tesis. Aunque el autoconsumo fotovoltaico permite reducir notablemente el importe de las facturas eléctricas de los propietarios, no está clara cuál es la mejor forma de dimensionar estos sistemas cuando se introduce el uso de almacenamiento energético, generalmente en forma de baterías de iones de litio. Además, la batería introduce un nuevo grado de libertad que permite diseñar estrategias de gestión que garanticen un cierto beneficio al propietario, a la vez que resulte en unos perfiles de consumo que ayuden a la gestión de la red. En esta tesis se ha analizado, en primer lugar, el marco regulatorio del autoconsumo y la tarificación eléctrica en España, pasando a continuación a abordar los anteriores retos económicos y de integración en red, tomando como punto de partida el análisis de consumo de diferentes viviendas reales y analizando los distintos tipos de perfil. Seguidamente, se ha desarrollado una herramienta de dimensionado de estos sistemas que permite, no solo encontrar la solución óptima económica, sino diferentes soluciones con distintos objetivos. Además, se han analizado las estrategias de gestión del estado del arte y se ha desarrollado una nueva estrategia que permite adaptar el perfil de consumo para ayudar a la integración de la energía fotovoltaica en la red, manteniendo a su vez un compromiso de viabilidad económica para el propietario, estrategia que ha sido validada experimentalmente en una microrred a escala real, perteneciente al Laboratorio de Almacenamiento y Microrredes de la Universidad Pública de Navarra.

The increase in electricity prices, the lower cost of photovoltaic solar energy and storage systems, together with policies to promote clean energy, have made photovoltaic self-consumption particularly attractive in Spain in all sectors, including the residential sector, which is the focus of this thesis. Although photovoltaic self-consumption can significantly reduce the electricity bills by itself, it is not clear how best to size these systems when the use of energy storage is introduced, generally in the form of lithium-ion batteries. In addition, the battery introduces a new degree of freedom that allows the design of energy management strategies that guarantee a certain benefit to the homeowner while resulting in consumption power profiles that benefit the grid management. In this thesis, firstly, the regulatory framework of self-consumption and electricity pricing in Spain has been analyzed, and then the previous economic and grid integration challenges have been addressed, taking as a starting point the analysis of the power profiles of several consumers, and analyzing and categorizing the different types of profiles. Then, a sizing tool for these systems has been developed, which allows, not only to find the optimal economic solution, but also different solutions with different objectives. In addition, state-of-the-art management strategies have been analyzed and a new strategy has been developed to adapt the consumption profile to help in the integration of photovoltaic energy into the grid, while maintaining a reasonable economic gain for the owner; a strategy that has been experimentally validated in a full-scale microgrid, belonging to the Storage and Microgrids Laboratory of the Public University of Navarra.