Calculo sección de los cables para cada componente de la instalación fotovoltaica

Cálculo Sección de los Cables

La corriente generada por los paneles solares debe llegar a la batería con una pérdida mínima. Cada cable tiene su propia resistencia óhmica. La caída de voltaje debida a esta resistencia está de acuerdo con la ley de Ohm.

V = I x R (Aquí V es la caída de tensión en el cable, R es la resistencia e I es la corriente).

La resistencia (R) del cable depende de tres parámetros:

  1. Longitud del cable: cuanto más largo sea el cable, mayor será la resistencia
  2. Área de la sección transversal del cable: mayor es el área, menor es la resistencia
  3. El material utilizado: Cobre o Aluminio. El cobre tiene menor resistencia en comparación con el aluminio. En esta aplicación, es preferible el cable de cobre.

Puede calcular el tamaño del cable utilizando la calculadora en línea RENOGY.

Es necesario introducir los siguientes parámetros:

  1. Voltaje de funcionamiento del panel solar (Vmp)
  2. Corriente de funcionamiento del panel solar (Imp)
  3. Longitud del cable desde el panel solar hasta la batería
  4. La pérdida esperada en porcentaje

Los primeros dos parámetros (Vmp e Imp) se pueden encontrar fácilmente en la hoja de especificaciones en la parte posterior del panel solar o en la hoja de datos. La longitud del cable depende de su instalación. El porcentaje de pérdida considerado para un buen diseño es del orden del 2 al 3%.

En el paso anterior, ya hemos finalizado el Panel solar, la calificación. De la hoja de especificaciones del panel solar Vmp = 36,7 V e Imp = 6,94 A (redondeado al siguiente número más alto, es decir, 37 V y 7 A). Deje que la distancia entre el panel solar y la batería sea de 30 pies y la pérdida esperada sea del 2%. Usando los valores anteriores en la calculadora en línea de RENOGY, el tamaño del cable es 12 AWG.

La captura de pantalla del cálculo también se adjunta como referencia.

Nota: El grado de voltaje del cable debe coincidir con el voltaje máximo del sistema del panel solar.

Selección de los cables de batería del inversor de corriente del tamaño correcto

Es muy importante asegurarse de que está utilizando el tamaño de cable adecuado para su inversor/batería. Si no lo hace, su inversor podría no soportar cargas completas y sobrecalentarse, lo cual es un riesgo potencial de incendio. Utilícelo como guía para elegir el tamaño de cable adecuado y asegúrese de ponerse en contacto con un electricista profesional o con nuestro equipo técnico si tiene alguna pregunta adicional.

1. ¿Qué tamaño de inversor tiene?
2. ¿Cuál es el voltaje de CC de su banco de baterías?

3. Ahora divida la potencia del inversor por el voltaje de su batería; esto le dará la corriente máxima para sus cables.

Ejemplo de cálculo:

Corriente (amperios) = potencia (vatios) / voltaje (voltios)

Considere un inversor de 1500 vatios conectado al banco de baterías de 24 V. (1500 W)/(24 Vdc)=62,5 A Por lo tanto, 62,5 A es la corriente máxima que necesita soportar el cable para proporcionar correctamente la corriente al inversor. El siguiente tamaño más alto disponible en la mesa es 100A.

Utilice la tabla anterior como guía para determinar qué tamaño de cable será mejor para su aplicación.

En nuestro ejemplo, podemos ver que el cable 2/0 AWG sería apropiado.

NOTA: Para distancias de más de 10 pies, la caída de voltaje sobre los cables ocurrirá debido a la resistencia a través del cableado. Si necesita tender cables de más de 10 pies, se recomienda que aumente el tamaño del cable para compensar la pérdida de voltaje. Si no está seguro acerca de su aplicación, no dude en llamarnos y podremos ayudarlo a encontrar el cable correcto.

Cálculo de la sección de los cables

Para el cálculo de la sección de los cables, en los distintos tramos de nuestra instalación, se utiliza la siguiente ecuación:

Dónde:

l = Longitud del cable (m)

La distancia de cable comprendida entre elementos de la instalación fotovoltaica.

I = Intensidad de corriente (A)

k = Conductividad (m/Ω*mm2)

Es la conductividad de la que está hecho el cable. Lo más habitual es que los cables sean de cobre así que se espera que la conductividad sea de 56 m/Ω*mm2.

ΔV = Caída de tensión (V)

La caída de tensión es la máxima que queramos en el cable, no puede superar ese valor. De los Paneles al regulador, la caída de tensión suele ser del 3% como máximo. Del Regulador a la Batería, la caída de tensión suele ser del 1%. Y de la Batería al Inversor también un 1%.

S = Sección del cables (mm2)

Cuando se obtenga a sección del cable en mm2, nos debemos dirigir a la norma al reglamento técnico de baja tensión, comprobar que secciones están normalizadas y elegir la inmediata superior a la que nos hay dado el cálculo.

Es posible que muchas personas trabajen con la norma norteamericana AWG de caída de tensión (American Wire Gauge), por ello se incluye a continuación un cuadro de conversión de unidades para pasar los datos a mm2.

Deberá determinarse la sección correcta para cada tramo de cableado del sistema fotovoltaico, lo que incluye: el tramo Paneles – regulador, Regulador – Batería y Batería – Inversor.

Cálculo y selección del inversor solar para la instalación de fotovoltaica

Inversor solar

La función del inversor solar en una instalación es la de convertir la corriente continua que viene de la batería en corriente alterna más adecuada para el consumo de dispositivos. También se encarga de modular la corriente a la frecuencia y voltaje correcto que necesitan los electrodomésticos para funcionar. En el caso de Argentina, el voltaje es de 220V y la frecuencia de 50Hz. En otros países estos valores suelen variar, en Estados Unidos por ejemplo la frecuencia es de 60Hz.

Estos equipos están construidos a base de circuitos electrónicos alimentados a tensión continua, y generan una señal de tensión y frecuencia determinada. En la mayoría de los casos, generan 220V y 50Hz, como la tensión que tenemos en nuestra vivienda. Hoy en día, estos equipos son muy avanzados y disponen ya de varias protecciones. Como protección contra sobrecarga o sobredescarga de la batería, protección contra posibles cortocircuitos a la entrada o a la detención ante la ausencia de consumo (es decir, cuando detectan que no hay consumo se quedan en el modo stand by, un consumo mínimo que nos asegura un ahorro energético cuando no hay consumidores que estén activos en la instalación fotovoltaica aislada).

Los inversores, en función de la onda sinusoidal de salida, pueden ser de diferentes tipos.

Onda sinusoidal modificada: Modelo que inversor puede alimentar la mayoría de los aparatos y electrodomésticos. No obstante, esta forma de onda puede presentar algunos problemas de rendimiento con cargas inductivas, como los motores. Pero a pesar de estar limitaciones, son muy utilizados debido a que su precio es reducido.

Onda sinusoidal pura: Es el tipo de inversor más sofisticados y demandados en el mercado actual. Los mismos están diseñados para reproducir la energía suministrada por las compañías eléctricas. La onda sinusoidal es la mejor forma de onda eléctrica para alimentar equipos electrónicos que sean más sofisticados, por ejemplo: impresoras láser, televisores de pantalla de plasma, etc. Además, con este tipo de inversores eliminamos los problemas de rendimiento e incompatibilidad con algunos aparatos electrónicos, por ejemplo: las pequeñas rayas en las pantallas de los televisores es debido a los problemas que producen que la onda eléctrica no sea una onda sinusoidal pura, también el ruido de fondo en los sistemas de audio a causa de la irregularidad de la onda eléctrica que produce el inversor que no es sinusoidal pura.

Una vez vistas las características de un inversor vamos a calcular, utilizando los datos que obtuvimos en los módulos anteriores, la potencia de nuestro inversor.

Como ya hemos explicado en el módulo del cálculo de los consumos de a instalación fotovoltaica, existen de dos tipos: los que funcionan a corriente continua y a corriente continua. Los que funcionan a corriente continua no necesitan que su corriente pase por un inversor, así que estos no se tienen en cuenta. Los consumos de corriente alterna, en cambio, deberán volver a recolectarse su información incluyendo el tipo de electrodoméstico, su cantidad, potencia, horas de funcionamiento y días de uso. Si tener en cuenta el “porcentaje de simultaneidad”, la potencia de los electrodomésticos ya tenemos todo lo necesario para seleccionar nuestro inversor solar.

Si suponemos que todos los aparatos funcionan al mismo tiempo, la suma de todas la potencia de los electrodomésticos nos da la potencia mínima de nuestro inversor (sin margen de seguridad). La potencia máxima de consumidor es la potencia del electrodoméstico con mayor potencia.

Si aplicamos un margen de seguridad a la potencia del inversor solar de un 20%, obtendremos la potencia mínima del inversor. Tener en cuenta la tensión del sistema al elegir el inversor porque influirá en los cálculos.

Nota: Al momento de seleccionar el inversor hay que asegurarse de que aguanta los picos de arranque de motores y bombas. Los motores eléctricos en el momento del arranque demandan gran cantidad de energía (lo que se denomina el pico de arranque). Al seleccionar el inversor solar tenemos que asegurarnos de que aguantará dichos picos de arranque.

En caso de que se esté seguro de que ciertos aparatos no funcionarán al mismo tiempo que otros, debemos introducir entonces el “porcentaje de simultaneidad”. Si todos los equipos funcionarán al mismo tiempo, se sobreentiende un porcentaje de simultaneidad del 100% para cada aparato. Pero como en la mayoría de las instalaciones no se utilizan todos los elementos al mismo tiempo dicho porcentaje será diferente en cada aparato, porque lo que haremos un uso eficiente de la energía.

Nuevamente, si se tiene una bomba en el sistema, lo inteligente sería desconectar todos los dispositivos antes de empezar a trabajar con esta. Si se modifican las simultaneidades, se obtendrá un inversor que podrá funcionar a menor potencia. Por lo tanto, será más pequeño, se ajustará mejor a nuestra instalación y será más barato.

Pero cuidado, no se pueden poner valores a lo loco al elegir un porcentaje de simultaneidad. Como regla general, la potencia del inversor no deber ser nunca menor a la potencia máxima del consumidor (si un consumo es de 1000W, el inversor deber poder soportar si o si 1000W). Si se manipula indebidamente las simultaneidades se podrían obtener una potencia de inversor inferior a la del máximo consumidor. Para evitar ello, mantener casi todos los consumos al 100% exceptuando los especiales (como bombas o motores) rediciéndolos levemente un 30 o 40% cuando funcionen de forma aparte.

Cuando se tenga definida la potencia del inversor, es hora de revisar catálogos de fabricantes para elegir el correcto. Verificar que tengan control de potencia, asistencia de potencia y conmutador de transferencia (A).

Rango de tensión de entrada (VCC)

  • 9,5 – 17V: El rango pensado para sistemas de 12V
  • 19 – 33V: El rango pensado para sistemas de 24V
  • 38 – 66V: El rango pensado para sistemas de 48V

Tensión y frecuencia de salida (V y Hz): Verificar el país donde se compra el inversor ya que los valores cambian según la geografía. En Argentina debe ser de 220V ± 2% y 50Hz ± 0,1%.

Potencia continúa de salida a distintas temperaturas (W): Tenga en cuenta que a mayor temperatura trabaje el inversor menor será su potencia como consecuencia de la pérdida de rendimiento.

Pico de potencia (W): La potencia máxima que puede soportar el inversor sin que se dañe. Este factor debe tenerse en cuenta si hay cargas inductivas en el sistema fotovoltaico (como bombas o motores).

Eficiencia máxima del inversor (%): En inversores de onda sinusoidal pura su valor suele rondar ente el 90 y 95%. La eficiencia en inversores de onda sinusoidal modificada suele ser mucho menor.

Consumo en vacio, en modo ahorro yen modo búsqueda (W): El consumo de energía cuando no se detectan cargas conectadas al inversor.

A medida que se avanza en el desarrollo de estos equipos se les va dotando de más funcionalidades y, en el caso de los inversores de onda sinusoidal pura, también son cargadores. En caso de que le haya tocado varios días sin acceso a la radiación solar y el umbral de descarga de la batería está cerca de alcanzar el límite, los inversores pueden hacer también de cargadores de baterías convirtiendo al corriente alterna suministrada por un grupo electrógeno que funcione con gasolina en corriente continua para ser suministrada al banco de baterías. Los inversores que también sean cargadores vienen con datos específicos ara esa función como:

Entrada de corriente alterna: Especifica El Rango de tensión de entrada (para la mayoría de cargadores es 157V – 265V), a Frecuencia de entrada (para la mayoría de cargadores es 45 – 65Hz) y Factor de potencias (para la mayoría de cargadores es igual a 1).

Tensión de carga: Puede ser de absorción, de flotación o de modo almacenamiento y tendrá un valor específico para los tres tipos de tensiones del sistema (12, 24 y 48V).

Corriente de carga de la batería auxiliar: Esta es la corriente con la que se va a cargar la batería. Este es el único factor que varía con el modelo del inversor-cargador.

Corriente de carga de la batería de arranque y sensor de temperatura de la batería.

Por último, al seleccionar el inversor para nuestra instalación hay que verificar la temperatura máxima que se alcanza en verano porque, como se vio, el rendimiento de este aparato disminuye con la temperatura. Por lo tanto, la potencia de funcionamiento del inversor a la máxima temperatura de verano no debe ser menor que el consumo máximo del inversor.

¿Cómo se clasifican los inversores?

El inversor está clasificado para vatios continuos y vatios de sobretensión

1. Vatios continuos:

Los vatios continuos son la cantidad total de vatios que el inversor puede soportar indefinidamente. Un inversor de 2000 vatios puede alimentar hasta 2000 vatios de forma continua. También se denomina potencia de salida de CA nominal del inversor.

Si desea hacer funcionar varios dispositivos al mismo tiempo, simplemente sume la clasificación de potencia del equipo que está funcionando al mismo tiempo.

Ejemplo: hacer funcionar un ventilador (80 W/200 W), 2 luces LED (6 W), una computadora portátil (65 W) y un enrutador WiFi (6 W) al mismo tiempo Vatios continuos totales = 80+12+65+6= 163 W

2. Vatios de sobretensión (vatios máximos):

Los vatios de sobretensión son la cantidad de energía que el inversor puede soportar durante un tiempo muy corto, generalmente momentáneo. Un inversor de 2000 vatios clasificado en 4000 vatios de sobretensión puede manejar hasta 4000 vatios momentáneamente mientras enciende cosas como motores.

En la imagen de arriba, puede ver que el taladro consume 471,6 W durante un breve período de tiempo.

En nuestro caso, la sobretensión es aplicable para el ventilador de techo durante el arranque, que es de aproximadamente 200W.

Vatio de sobretensión total = 200+12+65+6 = 283W

Seleccione el inversor que debe admitir estos dos valores.

Voltaje y frecuencia del inverso solar

La siguiente clasificación que debe tener en cuenta al dimensionar un inversor es el voltaje de entrada/salida y la frecuencia de salida.

Voltaje de entrada/voltaje del sistema:

Para dimensionar correctamente el sistema solar, sus paneles solares, inversor y banco de baterías deben usar el mismo voltaje. es decir, voltaje del sistema.

En los pasos anteriores, hemos seleccionado una batería de 12 V y un panel solar, por lo que el voltaje de entrada del inversor debe ser de 12 V.

Tensión de salida:

El voltaje de salida común de un tomacorriente de CA es de 120/240 VCA, según la ubicación.

Frecuencia de salida:

Las dos frecuencias de salida comunes del inversor son 50/60 Hz, según la ubicación.

Antes de comprar el inversor, verifique los voltajes/frecuencias de su país que se utilizan para los electrodomésticos.

Eficiencia del inversor solar

La eficiencia de un inversor indica la cantidad de energía de CC que se convierte en energía de CA. Parte de la energía se puede perder en forma de calor, y también se consume parte de la energía de reserva para mantener el inversor en modo encendido.

La fórmula general de eficiencia es ηinv= Pac / Pdc

Aquí Pac es la potencia de salida de CA en vatios y Pdc es la entrada de potencia de CC en vatios.

¿Cuántas baterías solares necesito para mi instalación fotovoltaica?

Número de Baterías

La baterías solares son un elemento de fundamental importancia en las instalaciones fotovoltaicas aisladas debido a su función de acumular la energía eléctrica proveniente de los paneles solares para que nuestro asentamiento tenga un suministro de electricidad no se vea interrumpido

Factores que influyen en la selección de la baterías solares

Las baterías se definen por el voltaje al que trabajan, que suele venir en los valores de 12,24 o48V en corriente continua. Otro aspecto fundamental de las baterías es su capacidad, es decir, la cantidad de energía que puede almacenar, y se mide en Amperios hora (Ah).

Para saber cuánta energía debe almacenar nuestro sistema debemos calcular la capacidad que debe tener nuestras baterías solares para abastecer a nuestra instalación aislada. Para calcular a capacidad de la batería debe utilizarse la siguiente fórmula:

El consumo total se determina calculando todos los consumos del sistema y dividiéndolos por el rendimiento global como ya se hizo anteriormente, este valor se expresa en (Watt*hora/día). Los días de autonomía ya se han definido cuando se calculó el rendimiento global del sistema (el número del factor “N” de la ecuación), al igual que la profundidad de descarga (un dato que, además, debe venir en la propia batería elegida).

Una vez obtenida la capacidad, el siguiente paso es buscar baterías en catálogos comerciales para seleccionar la que necesitamos. Una vez elegida extraer los datos el voltaje nominal y capacidad de carga.

Al igual que sucedía con los paneles solares, al calcular la capacidad que necesita el sistema habrá que redondear el número de baterías hacia arriba cuando dividamos la capacidad de una batería por la capacidad del sistema.

Cuando se tenga el número de baterías requeridas, para que se sumen las capacidades en el sistema habrá que conectarlas en paralelo. Y si el voltaje del sistema es distinto al voltaje de las baterías, habrá que conectarlas en serie para que se sumen sus voltajes.

Nota: Recordar que para conectar las baterías en paralelo hay que unir todas las terminales negativas entre sí y las positivas entre sí.

¿Qué batería solar debe escoger?

Si necesita un sistema de baterías solares de respaldo, tanto las baterías de plomo-ácido como las de iones de litio pueden ser opciones efectivas. Sin embargo, instalar una batería de iones de litio suele ser la decisión correcta dada las muchas ventajas de la tecnología: mayor vida útil, mayor eficiencia y mayor densidad de energía.

Si planea vivir fuera de la red a tiempo completo, debe optar por la batería de ácido de plomo inundado (si no le importa el mantenimiento regular) o la opción de litio premium para un uso intensivo.

Si desea instalar la energía solar en una cabaña pequeña o en una casa de vacaciones, entonces solo estará allí unas pocas veces al año. En este caso, no podrá proporcionar el mantenimiento regular que se requiere para las baterías de plomo-ácido inundadas. Entonces, lo recomendable es gastar una cantidad extra para comprar una batería de ácido de plomo sellada.

Profundidad de descarga

La profundidad de descarga (DOD) de la batería es el porcentaje de la capacidad de la batería que se puede drenar de forma segura sin dañar la batería.

Como puede ver en la figura anterior, cuanto más se descargue una batería, menor será su vida útil. Las baterías de ciclo profundo están diseñadas para descargar el 80 % de su capacidad, pero se recomienda elegir un valor de alrededor del 50 % como una buena compensación entre longevidad y costo.

Para una batería de ciclo profundo, 50% y para una batería de litio 80% DOD se considera una buena práctica.

Regulador de carga solar: Cómo dimensionar un controlador para una instalación fotovoltaica

Regulador de Carga Solar

El regulador de carga solar, también llamado controlador de carga, es un elemento muy importante para una instalación fotovoltaica. Su función principal es la de controlar el proceso de carga y descarga de la batería (el acumulador de energía del sistema) monitoreando la intensidad de corriente que proviene de los paneles solares.

En este módulo aprenderemos más sobre las funciones de los reguladores de carga, los tipos que existen y a cómo seleccionarlos correctamente para que cumplan su propósito en nuestra instalación fotovoltaica.

Funciones un regulador de carga solar

Un regulador de carga puede cumplir muchas funciones, sobre todo si es muy sofisticado. Pero las principales tareas que cumplen, hasta los más elementales, son las siguientes:

  • Evitar la sobrecarga de la batería: A medida que aumenta el voltaje de entrada de los paneles solares por distintas cuestiones, el controlador de carga regula la carga de las baterías evitando cualquier sobrecarga. Una vez que la batería ha alcanzado el 100% de su carga, esta no debe continuar cargándose. De esta manera, se evita la generación de gases o la disminución del líquido electrolítico que se tiene en el interior, aumentando la vida útil de la misma.
  • Evitar la sobredescarga de la batería: Durante los periodos de luz solar insuficiente, el controlador de carga desconecta la batería de los consumos para protegerla de que se descargue de forma excesiva hasta el punto de que pueda dañarse. Esta función también aumenta la vida útil de la batería, por ello un buen regulador de carga es siempre recomendado debido a que los más baratos no suelen cumplir esta función adicional.
  • Asegurar el funcionamiento del sistema en el punto de máxima eficacia.

Tipos de reguladores de carga solares

Como explicamos en el primer módulo de este curso, existen en el mercado dos tipos de reguladores de carga comúnmente utilizados en los sistemas de energía fotovoltaica: Los reguladores de modulación de ancho de pulso (PWM) y los reguladores de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT).

Retomaremos aquí las especificaciones sobre el funcionamiento de ambos y en las cuestiones que definen la selección de uno por sobre otro para una instalación fotovoltaica.

Comparación rendimiento PWM vs MPPT

Con un regulador PWM, la corriente se extrae del panel justo por encima del voltaje de la batería, mientras que con un controlador MPPT, la corriente se extrae del panel a la tensión de alimentación máxima del panel (Vmp). 

Para ilustrar este concepto, tomemos como ejemplo una instalación compuesta por un Panel Solar Renogy de 100 W con una corriente (Imp) de 4,91 A y un voltaje (Vmp) de 20,40 V conectado a una batería de plomo-ácido de 12 V.

Regulador PWM

Regulador de Carga Solar PWM

Con un controlador PWM, el voltaje del panel se reduciría cerca del voltaje de la batería (12 V), pero la corriente permanece igual en 4,91 amperios. Esto sucede porque los paneles solares se comportan como una fuente de corriente, por lo que la corriente estará determinada por la luz solar disponible.

Ahora la potencia (P)= Vbat x Imp = 12V x 4.91A = 58.92W. Eso quiere decir que, el panel solar ahora se comporta como un panel de 59 watts.

Regulador MPPT

Regulador de Carga Solar MPPT

Con un controlador MPPT, el voltaje del panel funcionará a un voltaje cercano al punto de máxima potencia (MPP) y la corriente permanecerá igual en 4,91 amperios.

Ahora la potencia (P) = Vmp x Imp = 20.4 x 4.91 =100W

Esto equivale a una pérdida con respecto al otro tipo de controlador de carga de 100 W – 59 W = 41 W.

Sin embargo, el cálculo anterior es demasiado optimista ya que el voltaje cae a medida que aumenta la temperatura; por lo tanto, suponiendo que la temperatura del panel aumenta hasta 30 °C por encima de la temperatura de las condiciones de prueba estándar (STC) de 25 °C y el voltaje cae un 4 % por cada 10 °C, es decir, un total de 12 %.

Entonces la potencia consumida por el MPPT será 4.91A x 17.95V = 88 W

Pérdida de potencia (P) = 88 W – 59 W = 29 W, es decir, un 21 % más de potencia que el controlador PWM.

¿Cuál regulador debo elegir?

Cuando se encuentre en la situación de elegir qué tipo de controlador de carga solar comprar, necesita conocer su funcionalidad y características. Resumiendo todo lo visto podemos decir:

  1. El regulador PWM es mejor para pequeñas aplicaciones de energía fuera de la red que no necesitan otras funciones y no requieran mucho presupuesto. Si solo desea el controlador de carga básico y económico, el controlador PWM sería la mejor opción para usted.
  2. El controlador MPPT, en cambio, es mejor para un sistema más grande (como centrales eléctricas fuera de la red, energía solar para vehículos recreativos, barcos, energía solar híbrida, etc). Cuando el voltaje del panel solar es sustancialmente más alto que el voltaje de la batería, MPPT es el mejor controlador, por ejemplo, conectar un panel solar de 72 celdas (24 o 48V), para cargar una batería de 12V.
Regulador de Carga Solar PWM vs MPPT

Puede consultar la tabla de comparación anterior para los controladores de carga solar PWM y MPPT.

Criterios para la selección del regulador de carga

De forma práctica, a la hora de elegir un regulador de carga para una instalación deberemos tener en cuenta estos aspectos:

  1. Que el regulador incorpore protección de la batería contra sobrecarga, esto es fundamental;
  2. Protección de la batería contra descargas excesivas, mediante desconexión automática de la carga;
  3. Reconexión automática o manual, una vez que ha pasado la sobrecarga o sobredescarga que reconecte tanto el generador fotovoltaico como los consumos al sistema;
  4. Sistema de alarma por baja carga de la batería;
  5. Protección contra sobretensiones como un simple fusible o algo más, algo también muy recomendable.

Datos importantes en la etiqueta del regulador de carga

El regulador de carga debe estar etiquetado con la siguiente información. Los dos primeros datos son los más importantes, ya que los utilizaremos en los cálculos de dimensionamiento.

  1. Tensión nominal, que indica el valor de la tensión de trabajo (12, 24 o 48 V) y es algo que vamos a necesitar para calcular. Algunos reguladores son específicos de voltaje, lo que significa que el voltaje no se puede cambiar ni sustituir. Otros reguladores más sofisticados incluyen una función de detección automática de voltaje, que permite su uso con diferentes configuraciones de voltaje.
  2. Corriente máxima, la máxima intensidad que soportará el regulador. Para seleccionar el regulador de carga adecuado, debe conocer la corriente de salida máxima del panel solar y el voltaje de la batería.
  3. Información que nos proporciona el fabricante.
  4. El modelo del regulador que estamos utilizando.
  5. El logotipo y el número de serie.
  6. Y, por último, debe venir serie grafiadas las conexiones y la polaridad de las diferentes conexiones.

Cálculo de las dimensiones del regulador de carga solar

A la hora de dimensionar el regulador de carga solar necesario para la instalación se necesitará conocer el Voltaje nominal (Vnom) al que trabajará el aparato (muchos reguladores pueden trabajar a dos voltajes como 12/24V como ya explicamos anteriormente) y la máxima intensidad de corriente que soporta el equipo.

Para dimensionar correctamente el equipo, se debe a tener en cuenta un factor de seguridad del 30%. Esto es para que el regulador no trabaje a la intensidad límite que soporte (que se tenga un margen de maniobra a ese límite que soporta) y, por otro lado, se debe estar seguros de que nuestro regulador se ajusta a la tensión del sistema.

En base a los cálculos previos que hemos hecho con los paneles solares, para calcular ahora el regulador de carga necesitaremos la tensión del sistema y la intensidad de corriente máxima de los paneles.

El regulador de carga solar tiene que funcionar al mismo voltaje y además ser capaz de trabajar con una intensidad de corriente mínimo un 30% superior a la intensidad máxima de los paneles fotovoltaicos. Para ello, multiplicamos 1,3 a la intensidad de corriente máxima de los paneles.

Cuando se seleccione el controlador de carga, la intensidad de corriente de los paneles debe ser inferior a la intensidad máxima del regulador. Habitualmente se busca aumentar el voltaje del sistema para que circule menos corriente y el controlador con intensidad de corriente baja puede soportarlo. Sin embargo, no hay que olvidar del voltaje al que trabaja el controlador, si supera la del sistema, entonces no se puede utilizar. Repita los cálculos hasta encontrar un regulador de carga que cumpla con los dos criterios anteriores.

Dimensionamiento del regulador con la Calculadora Solar Online

Al igual de como ya lo hicimos con otros de los componentes de la instalación fotovoltaica, aquí también le sugeriremos un método rápido de dimensionamiento de su regulador de carga utilizando nuestra Calculadora Solar Online. Siga las siguientes instrucciones:




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¿Cómo calcular la distancia entre paneles solares u otros obstáculos?

Distancia entre Paneles Solares

En un sistema fotovoltaico es necesario calcular la distancia mínima entre paneles solares u otros obstáculos debido a que las sombras son muy perjudiciales para su rendimiento energético.

Por norma general, debemos siempre instalar nuestros paneles fotovoltaicos en un sitio donde sepamos con seguridad de que no se proyectarán sombras de otros objetos. En el caso de que tengamos obstáculos alrededor, como por ejemplo un árbol o edificio, y no dispongamos de espacio suficiente para colocar el módulo, en ese caso debemos hacer un cálculo aproximado. Aquí se verá un método simplificado para saber a qué distancia debemos de colocar los paneles solares para que los obstáculos no proyecten sombras sobre ellos.

¿Por qué debe haber una distancia mínima entre paneles solares?

Las sombras, además de ser perjudiciales en el rendimiento energético, tienen otros efectos perniciosos que pueden dañar irreversiblemente al panel solar, incluso destruirlo por completo. Una sombra minúscula, que aparentemente no debería tener ningún efecto importante sobre un panel, puede llegar a anularlo por completo, incluso sin sombrearlo completamente. Además, en algunas células fotovoltaicas dentro del panel pueden desarrollar el problema de punto caliente dando lugar a la destrucción del mismo.

Interrupción de circulación de corriente

Distancia entre Paneles Efecto Sombra

En un panel fotovoltaico, por construcción, las células están conectadas en serie una de tras de otra formando una cadena. Eso significa, como ya hemos explicado en el módulo anterior, el voltaje del panel irá aumentando con cada una de las células y al final se llegará a los extremos de conexión (ver línea blanca punteada). Con una pequeña sombra proyectándose en un extremo del panel, se interrumpe la circulación de corriente por varias células quedando algunas columnas de celdas completamente anuladas que ya no producirán energía en el panel hasta que se retire la sombra.

Los fabricantes que son conscientes del efecto que producen las sombras en los paneles, incorporan dentro de los mismos diodos de bypass. Dicho diodo se encarga de “puentear” la corriente del panel hacia las cadenas de celdas que no se vean afectadas por las sombras. El diodo bypass es importante porque sin él todo el panel quedaría anulado por una minúscula sombra. Es por ello, que los fabricantes suelen incorporar en los paneles de tamaño mediano-grande, un par de diodos o incluso más dependiendo del número de cadenas que tenga, para proteger el panel contra sombras parciales.

Como es sabido, a medida que se pone el sol en el horizonte, las sombras de los objetos se van pronunciando cada vez más. Por tal motivo, las sombras en el panel se van extendiendo hasta el punto que terminan por cubrirlo todo y anulándolo completamente. La sombra no tiene que ser total, dada la construcción del panel con que sea parcial y corte el paso de la irradiación solar es suficiente para que quede inutilizado. Por estos motivos, antes de hacer la instalación solar es importante hacer un correcto cálculo de sombras sobre los paneles por mínima que esta sea.

Formación de puntos calientes

Distancia entre Paneles Punto Caliente 1

Si se realiza una fotografía térmica o infrarroja a un panel que suele ser víctima de sombras que inciden sobre ella, se observará en la distribución de temperaturas puntos calientes estando próximos a la sombras con valores que pueden alcanzar hasta más de 100°C.

El motivo del aumento excesivo de dicha temperatura en las celdas dentro del panel reside en que, cuando se anula el paso de la corriente por una sombra, las celdas dejan de comportare como generadores de electricidad y pasan a comportarse como resistencias, sucediendo que toda a corriente que llega del resto de las cadenas se consuma en un “punto caliente” justo antes de la sombra. Como resultado se produce una resistencia que incrementa su temperatura, y aumenta tanto que puede llegar a destruir el panel, degradando y estropeando todo el módulo fotovoltaico.

Método más usado para calcular la distancia entre paneles solares

El método de cálculo más simple para evitar que las sombras incidan sobre los paneles, está basado en una ecuación cuyo objetivo determinar a qué distancia se tiene colocar el módulo fotovoltaico del obstáculo. El obstáculo puede ser un objeto discreto, como una chimenea o una cornisa de altura “h”, o una fila de módulos fotovoltaicos que se tienen uno delante de otro (el obstáculo sería el módulo que tenemos precediendo a nuestra fila).

Siempre se caracteriza al obstáculo por su altura “h” respecto a la horizontal donde está el módulo, y el objetivo es calcular la distancia “d” (en metros) a la que debemos colocar el módulo para que el obstáculo no produzca sombras sobre el módulo fotovoltaico.

Fórmula distancia entre paneles solares

Distancia entre Paneles Solares

La distancia en metros a colocar el panel respecto del obstáculo u otro panel solar se determina con la siguiente formula:

  • h → Altura respecto al nivel horizontal donde se va a colocar el panel
  • k → Constante que depende de la inclinación del panel y la latitud

Con la ayuda de Google Maps, o el mapa fotovoltaico que presentamos en otro de nuestros módulos, determinar la latitud de la zona geográfica donde vive. Luego, con la ayuda de una cinta métrica determine la altura que tendrá sus paneles solares cuando ya estén inclinados (o de otros obstáculos en nuestro techo o jardín). Con este simple cálculo, se puede determinar la distancia mínima necesaria entre sus paneles solares.

¿Cómo se calcula k?

  • l Latitud de la zona geográfica donde se ubica la instalación

Otra manera de calcular k, es utilizando un gráfico. Cómo la fórmula anterior depende solo de la latitud del planeta, entonces pueden graficarse todos los valores y buscar el que necesitamos mirando en qué punto la abscisa de Latitud (l) cae en la curva y luego horizontalmente encontraremos el valor de la constante (k) necesitamos para calcular d.

Ejemplo de cálculo distancia entre paneles

Si desea averiguar una aproximación rápida de la distancia mínima necesaria entre placas solares, le recomendamos que utilice nuestra Calculadora Solar Online. Aquí le mostraremos una demostración rápida con un ejemplo de instalación ubicada en Madrid, España.


1) Como primer paso, averigüe la latitud geográfica de su ubicación con la ayuda de este mapa. Recuerde ese dato para la Calculadora Solar.


2) La página de la Calculadora tiene varias secciones destinadas a calcular un componente diferente de la instalación fotovoltaica. Deberá, en este caso, dirigirse a la 5° sección dedicada a calcular la distancia entre paneles solares:


3) En la lista desplegable del formulario, seleccione la latitud inmediata superior a la de su ubicación. Si la latitud de Madrid es 40,4 aproximadamente, entonces seleccione 40,5.


4) Como lo indica la figura, deberá medir la altura de su panel solar desde el extremo superior perpendicular hacia el suelo. Escriba ese valor en el formulario como se indica.


5) Le devolverá la distancia mínima entre el obstáculo y panel solar.

¿Cuántos paneles solares necesito para mi casa? Diferencia entre conexión en Serie y Paralelo

Cuántos paneles solares necesito para mi casa

Calcular cuántos paneles solares se necesita para una casa es, sin duda, uno de los pasos más importantes durante el proceso de dimensionamiento de una instalación fotovoltaica. Las celdas solares, junto con las baterías, son los componentes más costosos de toda la instalación, y es por ello que se debe ir con cierto cuidado a la hora de hacer los cálculos.

¿Cómo calcular cuántos paneles solares se necesita para una casa?

Para saber el número de paneles solares necesarios, se debe conocer primero la cantidad de energía diaria que estos deben producir para cubrir toda la demanda. Para ello, se debe dividir el consumo energético diario de la vivienda por el rendimiento global del sistema para obtener el consumo real de la instalación, es decir, la demanda que deben cubrir los paneles solares. Como seguramente el rendimiento de la instalación será menor a uno, observará que los paneles solares deberán suministrar más energía que la que consume en su hogar, y esto se debe a las pérdidas que se presentarán en su sistema fotovoltaico. La forma a utilizar es la siguiente:

Como segundo paso, se necesita conocer la cantidad de energía que nuestro sistema fotovoltaico puede aprovechar del sol en la zona geográfica donde vivimos. Para ello, se debe calcular el número de Horas Solares Pico (HSP) disponibles (en promedio o en el peor caso) en la ubicación de la vivienda utilizando algunas formulas o ayudándose de tablas o mapa fotovoltaicos disponibles en internet. Si aún no lo ha hecho, le sugerimos que visite nuestro artículo que explica cómo calcular la Hora Solar Pico y el ángulo de inclinación óptimo para los paneles solares.

Como último paso, se debe elegir un modelo de módulo fotovoltaico disponible en el mercado actual para averiguar sus características y extraer datos esenciales que nos ayudarán a calcular el número de paneles necesarios de esta marca y qué tipo conexión que necesitarán para proveer la corriente y tensión correcta a nuestra instalación fotovoltaica.

Datos importantes en la etiqueta de panel solar

Etiqueta Renogy Panel Solar

Algunos de los datos importantes que siempre debe traer consigo un panel solar recién comprado, o que deben conocerse si es uno usado, son los siguientes: La Potencia máxima (Pmax), el Voltaje Nominal (Vnom), el Voltaje a Máxima Potencia (Vpm), la Intensidad de corriente a potencia máxima (Ipm), el Voltaje a circuito abierto (Vos) y la Intensidad de corriente de corto circuito (Isc).

El voltaje nominal es un voltaje estándar que llevan los módulos fotovoltaicos y que en la mayoría de los casos toman un valor de 12, 24, 48V (a veces menos en instalaciones pequeñas). Sin embargo, al seleccionar un panel solar en función de su voltaje, este nunca debe ser mayor a la tensión de trabajo del sistema fotovoltaico. Si puede tener un voltaje menor, pero eso se especificará mejor cuando se hablemos de las conexiones entre paneles.

El voltaje e intensidad de corriente a potencia máxima, como su nombre o indica, son los valores máximos que pueden alcanzar un panel solar cuando la irradiación solar es de una intensidad igual a 1 kWh/m2 (valor correspondiente a la Hora Solar Pico), y al multiplicarse el voltaje máximo por la intensidad de corriente máxima (Vpm*Ipm) se obtiene la Potencia máxima del panel solar (Pmax).

La tabla de especificaciones de a continuación, se corresponde con el de un generador fotovoltaico al cual ya le hemos realizado una reseña en otro artículo, hablamos del panel solar de 100W de la marca Renogy. Utilizaremos este modelos para hacer los cálculos de ejemplo:

DatosValoresUnidades
Pmax100W
Vnom12V
Vpm20.4V
Ipm4.91A
Vos24.3V
Isc5.21A

Fórmula del número de paneles solares

El valor más importante que debe extraerse de los datos de su módulo fotovoltaico es el Ipm (Intensidad de corriente a potencia máxima). Si multiplica este valor por las HSP (Horas Solares Pico diarias calculadas en módulos anteriores) obtendrá la energía diaria que podrá producir el panel solar seleccionado:

Y con ese resultado, si se multiplica por el voltaje del sistema (debe coincidir con el voltaje del panel solar) y luego se divide todo por la energía diaria necesaria que tienen que suministrar los paneles se obtendrá un número que si se redondea para arriba hasta el entero será el número de paneles solares que se necesita (conectados en paralelo).

Nota: En caso de que el voltaje de los paneles solares no coincida con el del sistema (por ejemplo, si el voltaje nominal del panel es 12V, pero el del sistema es 24V), entonces habrá que conectar algunos de los paneles solares en serie. Esto es un hecho que repercutirá en los cálculos y que veremos a continuación como solventar el problema.

Otros cálculos para determinar el número de paneles solares necesarios para una casa

Bajo ningún aspecto, el voltaje de un panel puede ser superior al del sistema. Si puede ser menor, pero con la condición de que al conectarse dos o más paneles en serie se obtengan el mismo voltaje del sistema como resultado de sumar los voltajes de los paneles por separado.

Otros cálculos importantes a realizar son la Potencia y la intensidad de corriente del campo fotovoltaico. La potencia del campo fotovoltaico se obtiene al multiplicando la potencia máxima del panel solar seleccionado por el número de paneles necesarios para el sistema.

La intensidad de corriente del campo fotovoltaico, un dato muy importante para cuando se necesite que hacer el dimensionamiento del controlador de carga, se calcula multiplicando la intensidad de corriente a potencia máxima del panel seleccionado por el número de paneles necesarios para el sistema. Este cálculo es correcto si los paneles solares están conectados en paralelo, en ese caso se suman la intensidad de corriente de cada uno de ellos.

Conexión en serie y paralelo de los paneles solares

Paneles Solares en Paralelo

Debe tenerse en cuenta que, en función de cómo se conecten los paneles, se puede variar el voltaje y la intensidad de corriente al final del campo fotovoltaico. Aprenda más sobre: conexiones en serie o paralelo.

Al realizar las conexiones de los paneles solares, se denomina cadena al número de conexiones realizadas en paralelo. Por ejemplo: Si una instalación tiene 6 cadenas en paralelo de un total de 6 paneles, significa que cada uno de los 6 paneles solares están conectados en paralelo con solo 1 panel en serie en cada cadena (6×1=6).

Los paneles conectados en paralelo NO suman su voltaje, pero su intensidad de corriente. Lo que salta a la vista al conectar paneles en paralelo es que los polos positivos están todos conectados entre sí, y los polos negativos también.

¿Qué sucede si se cambia el voltaje del sistema?

Paneles Solares en Serie

Si el voltaje del sistema es el doble que el de los paneles solares disponibles, por ejemplo, el número de paneles no se modificaría, pero si cambiaría la configuración de las conexiones y la intensidad de corriente disminuirá a la mitad. Si una instalación tiene 3 cadenas en paralelo de un total de 6 paneles, significa que hay tres grupos de paneles solares conectados en paralelo compuesto por 2 placas conectadas en serie (3×2=6).

Los paneles conectados en serie NO suman su intensidad de corriente, pero su voltaje. Lo que salta a la vista al conectar paneles en serie, es que el polo positivo de uno está conectado al polo negativo del adyacente creando así un “super-panel” cuyo voltaje puede continuar aumentando si se sigue agregando otro panel con su conexión negativa se coloca en la positiva de anterior.

Paneles Solares en Serie-Paralelo

Software para calcular cuántos paneles solares necesita para su casa

Si le resulta tedioso realizar los cálculos a mano, le proponemos que pruebe nuestra Calculadora Solar Online para que puede dimensionar su instalación fotovoltaica mucho más rápido. A continuación, le indicaremos los pasos a seguir para calcular cuantos paneles solares necesita para su casa:








¿Qué tipo de panel solar se debe elegir para la instalación?

Continuando un poco con lo explicado en el módulo introductorio del curso, indagaremos en la elección de un panel solar en función su rendimiento.

Para la mayoría de las instalaciones de paneles solares residenciales, tiene más sentido instalar paneles monocristalinos. Aunque se tenga que pagar un precio más elevado, se obtendrá una mejor eficiencia y una estética más elegante que con los paneles policristalinos.

Sin embargo, si tiene un presupuesto ajustado, los paneles policristalinos podrían tener más sentido para usted.

Las módulos fotovoltaicos de película delgada se utilizan principalmente en operaciones a gran escala, como instalaciones solares industriales o de servicios públicos debido a sus índices de eficiencia más bajos, así que no son muy recomendable para residencias aisladas.

En Solarpedia siempre recomendamos comprar un panel solar de buena marca. Una empresa de paneles solares de buena marca siempre invierte mucho en la calidad de su proceso de fabricación, así como en su reputación. Le sugerimos que lea nuestra reseña de Renogy, el mejor panel solar calidad-precio del 2022.

¿Cómo calcular la Hora Solar Pico y el ángulo de inclinación óptimo para una instalación fotovoltaica?

Hora Solar Pico

La Hora solar pico es un término importante y muy utilizado durante el dimensionamiento de instalaciones fotovoltaicas. Este concepto está relacionado con la cantidad de energía que puede obtenerse del sol en una zona geográfica determinada (como en nuestra residencia), y es una información necesaria para posteriormente calcular el número de módulos fotovoltaicos para que se iguale la potencia producida con la consumida.

Lógicamente la elección de los datos de radiación solar dependerá directamente de la situación de la instalación, así como de las condiciones meteorológicas predominantes y particulares de cada lugar. En internet puede encontrarse esta información por medio de gráficos, tablas o mapas que suelen desglosar las irradiaciones solares en diferentes regiones de un país por mes.

¿Qué es una Hora Solar Pico (HSP)?

Una Hora Solar Pico sobre horizontal, para un lugar concreto, es el valor de energía solar (HSP) total incidente sobre una superficie horizontal de un metro cuadrado (1 m2), expresado en Kilowatts hora (kWh). El significado de hora solar pico es equivalente a decir “Horas de sol a una intensidad de 1 kWh/m2”.

Explicado de una manera menos técnica, desde el amanecer hasta el atardecer, la intensidad de irradiación que recibe un panel fotovoltaico horizontal varía continuamente. En un día típico, la intensidad crece por la mañana, alcanza su máximo al mediodía y decrece por la tarde. Sumando toda la energía recibida a lo largo del día se obtendría el valor de HSP. En realidad, en los primeros momentos de la mañana y en los últimos de la tarde, la intensidad de irradiación solar es demasiado pequeña como para que el panel produzca electricidad, pero la pérdida de energía por este efecto ya se ha tenido en cuenta y suele ser mínima.

Sin embargo, sería lo mismo suponer que el panel está recibiendo una intensidad constante de un kilovatio por metro cuadrado durante un tiempo igual al número de horas de sol pico, porque al coincidir dicho número con el número de kilovatios hora de energía incidente en todo el día, en ambos casos se llega al mismo valor de HSP, cosa que simplifica mucho los cálculos. Dicho de otra manera, para obtener la energía que nos produce un panel podemos coger su intensidad a máxima potencia, multiplicarlo por el número de horas solar pico y tenemos los amperios hora que nos produce en un día promedio de un mes.

Cómo calcular la Hora Solar Pico y el ángulo de inclinación óptimo

La cantidad de horas solares pico se calcula en función de la zona geográfica de ubicación de la instalación solar. Si bien la forma tradicional de obtener esta información siempre ha sido mediante el uso de tablas de centro de meteorología, en este curso utilizaremos un software online gratuito que nos ahorrará mucho tiempo a la hora de calcular. El mismo ha sido confeccionado por el Centro Científico de la Unión Europea y ha recopilador la irradiación solar incidente, no solo en la región de viejo continente, sino en todo el mundo.

El Sistema de información geográfico fotovoltaico es la herramienta que utilizaremos para calcular la irradiación solar incidente en cualquier zona geográfica y el ángulo de inclinación óptimo de nuestros paneles solares para aprovechar al máximo la energía solar.

Para utilizarla deberá elegir su ubicación geográfica, seleccionar la pestaña de “Datos Mensuales”, elegir un periodo de años, marcar una opción de “irradiación” y, por último, darle al botón “visualizar resultados”. Obtendrá una gráfica de los valores de irradiación en el periodo seleccionado en kWh/m2. En breve, mostraremos ejemplos detallados de cómo operar esta página.

La manera en la que vamos a aprovechar esta información para obtener el dato de diseño de horas solares picos dependerá del tipo de instalación fotovoltaica que tengamos proyectada. No se tomarán las mismas Horas Solares Pico y ni el mismo ángulo de inclinación óptimo para nuestros paneles si nuestra instalación funcionará todo el año o solo unos pocos meses.

Inclinación óptima de los paneles fotovoltaicos

Determinar la inclinación óptima de nuestros módulos fotovoltaicos es la primera información que necesitamos para calcular las horas solares pico que aprovechara nuestra instalación. El ángulo de inclinación de un panel solar se puede determinar mediante dos métodos: uno de ellos en función del tipo de instalación y el otro en función de la irradiación máxima.

Inclinación óptima por tipo de instalación

Ángulo de inclinación Óptimo

La inclinación óptima de los módulos fotovoltaicos siempre depende de la latitud del lugar donde se vayan a instalar y de si son instalaciones aisladas de la red eléctrica, conectadas a red o de autoconsumo. En este curso nos centraremos en las instalaciones aisladas de la red.

Si se tiene pensado utilizar la energía solar para todo el año (es decir, se vive en una casa de forma ininterrumpida con un sistema fotovoltaico aislado) el ángulo óptimo según este método es la latitud menos diez grados (estos valores no son arbitrarios, son los recomendados por la IDAE).

Nota: Este ángulo recomendado es solo aproximado. Como IDAE es una institución española, el ángulo óptimo puede variar en otras regiones fuera de Europa. Más adelante, utilizaremos un método mejor para calcular dicho ángulo.

Sin embargo, si se tiene pensado alojarse en una vivienda solo durante días vacacionales, como el verano o el invierno, entonces la configuración cambia. Lógicamente, durante los meses de verano los paneles solares van a estar menos inclinados porque el sol estará más alto en el cielo, por lo tanto, se le resta veinte grados (20°) a la latitud en la que estamos para obtener el ángulo óptimo.

Mientras que las instalaciones que se vayan a utilizar durante el invierno, los paneles van a estar más inclinados, porque el sol va a estar más bajo en aquellos meses desfavorecidos, dónde es que queremos optimizar la captación de energía solar. En este caso, se le suma diez grados (10°) a la latitud en la que estamos para obtener el ángulo óptimo.

Inclinación óptima por irradiación máxima

Otro método muy utilizado para calcular el ángulo óptimo es el de la irradiación máxima. Como ya se explicó en el método anterior, si se inclina un panel en un ángulo óptimo solo para un periodo del año en concreto (por ejemplo, en verano) se aprovechará la mejor irradiación solar para dicho periodo, pero de menos para el resto del año.

Es por ello, que este método consiste en hallar el ángulo de inclinación en el que la irradiación que recibirá un panel solar sea la máxima a lo largo de todo el año sin tener la necesidad de tener que estarlo moviendo constantemente.

Este es el método más fiable para instalaciones que funcionarán todo el año y el que utilizaremos para dimensionar. Utilizando nuestra latitud menos diez grados como valor semilla (el valor correspondiente a la inclinación óptima por IDAE) se debe compara el gráfico “irradiación con el ángulo óptimo” con uno adicional utilizando el “ángulo que hemos seleccionado”.

Si la segunda gráfica supera los valores de irradiación en algunos meses y/o es inferior en otros, entonces el ángulo seleccionado no está optimizado. Deberá modificarse el ángulo seleccionado hasta obtener una gráfica idéntica a la del ángulo óptimo, el ángulo en que la irradiación solar anual es máxima.

Cálculo de las Horas Solar Pico según el tipo de Instalación

Si se ha optado por montar una instalación fotovoltaica que funcionará todo el año, entonces se calculará las horas solares pico tomando como referencia el peor mes del año. Se debe seleccionar el peor mes, en este caso, para que nuestro suministro de electricidad generada por el sol no se vea comprometido en aquel periodo, y en función de ese dato se dimensionará la instalación fotovoltaica. Habitualmente, el mes con menor exposición de los paneles fotovoltaicos a la energía solar es Diciembre (si se reside en el hemisferio norte) o Junio (si se reside en el hemisferio sur el planeta).




Si se ha optado montar la instalación fotovoltaica para que funcione solo un periodo del año (como el invierno o verano), las horas solares pico deben calculase haciendo un promedio entre el rango de meses del periodo. La diferencia en el método se debe a que la energía que llega a una determinada zona geográfica en periodos vacacionales no varía tanto.

Ejemplos del cálculo de las horas solares pico

A continuación, calcularemos el ángulo de inclinación óptimo y las horas solares pico para tres ciudades de referencia: Madrid (España), Ciudad de México y Buenos Aires (Argentina). Para este procedimiento nos ayudaremos tanto del Sistema de información geográfico fotovoltaico que presentamos anteriormente y de la Calculadora Solar Online de nuestra página Solarpedia.

Irradiación Solar en Madrid, España (Todo el año)

1) Comenzamos yendo al mapa fotovoltaico y seleccionamos la ubicación de la capital del país europeo. Anotar la latitud que nos devuelve.

2) Ahora diríjase a la Calculadora Online de Solarpedia (sección Hora Solar Pico), elija el tipo de instalación (en este caso, para todo el año) y escriba la latitud de su zona geográfica. El formulario le devolverá el ángulo de inclinación de IDAE.

3) Vuelva al mapa fotovoltaico y diríjase a “Datos Mensuales”.

4) Seleccione el último año de desglose de datos (en este caso 2020), marque la casilla de “Irradiación solar con el ángulo óptimo” y dele a “Visualizar Resultado” (Nota: Puede seleccionar un rango de años para más datos).

5) Obtendrá una gráfica similar a la que se muestra abajo. Ahora debe buscar el mes del año con la menor irradiación solar. Debe elegirse el peor mes para que al diseñar la instalación fotovoltaica llegue con la energía justa en ese periodo, pero sin problemas el resto de año.

6) Para este caso, se visualiza que noviembre es fue el mes con la menor irradiación solar. Colocar el curso arriba y visualizará el valor de irradiación solar mensual específico para ese periodo. Anotar dicho valor.

7) Con ese dato, ya puede regresar a la calculadora Online de Solarpedia y colocarlo en campo: “Irradiación solar MÁS BAJA del último año”. Le devolverá la Horas Solares Pico diarias para dicho mes. Aún no hemos terminado.

8) Ahora debemos descubrir cuál es el ángulo óptimo de inclinación de los paneles solares para obtener las Horas Solares Pico anteriores. Para ello, vuelva al mapa fotovoltaico, marque la casilla. “Irradiación Solar con el ángulo seleccionado”, escriba el ángulo IDAE obtenido en el paso 2 y dele a “Visualizar resultados”.

9) Observará que apareció una segunda gráfica violeta correspondiente a la Irradiación solar con el ángulo IDAE que pusimos. Esta no se correlaciona del todo con la naranja (la del ángulo óptimo) y lo que buscamos es que sí lo hagan.

10) Para ello, iremos probando con otros ángulos modificando el que pusimos dos paso atrás, iterando hacia arriba hasta lograr una correlación exacta.

11) Eventualmente, llegará a un ángulo con el que la gráfica violeta se superpondrá sobre la naranja (casi) perfectamente. Ese será el ángulo de inclinación óptimo real para sus paneles solares (instalación de todo el año).

Irradiación Solar en Madrid, España (Verano)

12) ¿Y si la instalación fotovoltaica está pensada para que funcione solo durante el verano? En ese caso, deberá selecciona la opción “Vacaciones de Verano” en la Calculadora de Solarpedia. El nuevo ángulo IDAE obtenido lo tomaremos como el óptimo real y con ese nos basaremos el cálculo de las horas solares pico.

13) Nuevamente en el mapa fotovoltaico, escribir el ángulo obtenido en la casilla de “irradiación solar con el ángulo seleccionado” y volver a darle al botón de “Visualizar resultados”.

14) Esta vez nos interesa los valores de irradiación solar en la gráfica violeta (ignore la naranja) para los meses de verano de junio, julio y agosto (puede trabajar con mayo o septiembre también). Colocar el cursor sobre la curva violeta en esos meses y anotar los valores obtenidos.

15) Con esos datos, puede regresar a la calculadora solar y escribirlos en los 3 campos de “Irradiación solar Mes de Verano”. Al final, el formulario le devolverá el promedio de las horas solares pico diarias para esos 3 meses.

Irradiación Solar en Madrid, España (Invierno)

16) ¿Y si la instalación fotovoltaica está pensada para que funcione solo durante el invierno? En ese caso, deberá selecciona la opción “Vacaciones de Invierno” en la Calculadora de Solarpedia. El nuevo ángulo IDAE obtenido lo tomaremos como el óptimo real y con ese nos basaremos el cálculo de las horas solares pico.

17) Nuevamente en el mapa fotovoltaico, escribir el ángulo obtenido en la casilla de “irradiación solar con el ángulo seleccionado” y volver a darle al botón de “Visualizar resultados”.

18) Aquí nos interesa los valores de irradiación solar en la gráfica violeta (ignore la naranja) para los meses de invierno de diciembre, enero y febrero (puede trabajar con noviembre o marzo también). Colocar el cursor sobre la curva violeta en esos meses y anotar los valores obtenidos.

19) Con esos datos, puede regresar a la calculadora solar y escribirlos en los 3 campos de “Irradiación solar Mes de Invierno”. Al final, el formulario le devolverá el promedio de las horas solares pico diarias para esos 3 meses.

Irradiación Solar en CDMX, México (Todo el año)











Irradiación Solar en Buenos Aires, Argentina (Todo el año)











El ángulo óptimo de inclinación es 34°:

Irradiación Solar en Buenos Aires, Argentina (Verano)




Irradiación Solar en Buenos Aires, Argentina (Invierno)




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Cómo calcular el consumo real y el rendimiento global de una instalación fotovoltaica

Rendimiento Global de la Instalación

El consumo que hemos calculado en el módulo anterior, no es el consumo real sino el teórico. Es decir, el consumo de los receptores después del inversor de corriente de la instalación.

Y esto es así, porque el problema es que los propios equipos del generador fotovoltaico, el regulador, las baterías y el inversor, también consumen energía en su funcionamiento inherente a las pérdidas entre sus entradas y salidas.

A modo de ejemplo, el rendimiento de un inversor suele rondar por el 95%, esto significa que se pierde un 5% de la energía desde que entra por el inversor hasta que sale. Consecuentemente, deberemos generar mayor cantidad de energía en los paneles solares hasta alcanzar la necesaria que consumen los receptores. Por lo tanto:

Consumo real = Consumo teórico + Pérdidas en los aparatos de la instalación

El consumo calculado en el módulo anterior, el de los receptores de la instalación, es el llamado consumo teórico, ya que no se ha tenido en cuenta las pérdidas en el regulador, en el inversor, en las baterías ni en los cables.

El consumo real se puede calcular de varias formas:

Cálculo del consumo real por factor de seguridad

Hay algunos proyectistas que directamente al consumo teórico le incrementan, entre un 20% a un 40% de su valor total. Dicho incremento se denomina factor de seguridad y con ese valor se aumenta el consumo para compensar las pérdidas que se tendrán en los equipos incluidos dentro de la instalación solar.

Volviendo al ejemplo de la instalación hipotética del módulo anterior, estimaremos que el consumo teórico de la misma corresponde al 75% del consumo total, por lo que tendremos que incrementarlo un 25% hasta llegar al 100%. Para ello, aplicaremos la siguiente fórmula:

Total energía necesaria a suministrar (Real) = Consumo diario / Factor de seguridad

Total energía necesaria a suministrar (Real) = Consumo diario / 0,75

Cómo la energía de la instalación hipotética calculada anteriormente corresponde al 500 Wh/día, entonces tendremos que la energía real consumida será:

Total energía necesaria a suministrar (Real) = 500/0,75 = 666,67 Wh/día.

Total energía necesaria a suministrar (Real) = 666,67 Wh/día

Esta es la forma más rápida de calcular el consumo real de una instalación fotovoltaica. Sin embargo, se suelen utilizar cálculos más precisos para economizar lo más posible el dimensionamiento de los componentes del sistema fotovoltaico.

Cálculo del consumo real por coeficientes de pérdida

Otra manera de calcular el rendimiento de la instalación es mediante la siguiente fórmula:

Los coeficientes representan el rendimiento de los componentes presentes en la instalación. Rendimientos como puede tener el panel solar, el regulador, la batería, etc. Como cada componente desarrolla un proceso de transformación de la energía, durante dicha transformación siempre se pierde algo de energía (por ejemplo, para que el inversor del sistema transforme la corriente continua a corriente alterna se debe consumir un poco de esas energía en el proceso).

Es por ello, que cada componente va a tener un rendimiento que, en los mejores casos, será del 95% (habrá un 5% de energía que se perderá). Y dichas pérdidas se deberán tener en cuenta para que nuestros paneles fotovoltaicos la cubran. Por lo tanto, la energía total que tenemos en nuestros consumos las vamos a tener que incrementar. Dicho incremento, se determina con la fórmula de rendimiento global de la instalación.

Donde:

Kb = Coeficiente de pérdidas por rendimiento de la batería

La batería, al almacenar energía, no toda la energía que ingrese va a ser almacenada en forma de energía electroquímica, sino que una pequeña parte se va a perder.

Ka = Fracción de energía que se pierde por autodescarga

Constante también relacionada con la batería. Cuando dejamos de cargar una batería (por ejemplo, de la un automóvil) durante un tiempo, esa batería poco a poco y día tras día sufrirá de una autodescarga hasta quedarse sin carga por completo. Durante el tiempo en que la batería está sin cargar, un poco de esa energía ya acumulada se perderá.

Este factor también tiene en cuenta el “tiempo frío, es decir, cuando la batería está expuesta a bajas temperaturas, parte de la energía acumulada también se perderá por termodinámica.

Kc = Pérdidas por el rendimiento del inversor

Como ya se mencionó, convertir la corriente continua en corriente alterna consume un poco de energía que debe tenerse en cuenta a la hora de dimensionar la instalación completa.

Kr = Pérdidas en el regulador de carga

Los cambios en los valores de voltaje o corriente pueden generar una pérdida de energía en el regulador independientemente si este está conectado antes de la batería o el inversor.

Kv = Pérdidas en el cableado de la instalación y equipos

El efecto Joule es el responsable de que parte de la electricidad que circula por los cables se pierde en forma de calor. Por lo tanto, debe considerarse el rendimiento de los cables al dimensionar el sistema.

N = Número de días de autonomía para asegurar un servicio sin carga

Vale la pena recordar que la radiación solar es totalmente aleatoria. Por lo que habrá días nublados durante los cuales los paneles fotovoltaicos no cargarán nada de energía. Si se tiene en cuenta un número de días de autonomía (un número variable que dependerá del tipo de instalación), se asegurará que la instalación tendrá suficiente energía en la batería para autoabastecernos, a pesar de que los paneles solares no generarán nada de energía esos días.

Pd = Profundidad máxima admisible de descarga

Otro factor relacionado con la batería. Dependiendo del tipo de batería, ya sea de gel o litio, van a tener una profundidad de descarga variable.

¿Cómo seleccionar los coeficientes de pérdida?

Rendimiento Global Instalación

En este pequeño listado encontrará los valores que suelen adoptar cada uno de los coeficientes que explicamos anteriormente. Sin embargo, no se preocupe porque no tiene por qué recordarlos. Podrá calcular el rendimiento global de su instalación fotovoltaica utilizando nuestra Calculadora Solar Online. Siguiendo unas breves instrucciones podrá determinar su consumo real proyectado.

Kb:         Pérdidas en el proceso de acumulación

  • 0.05:      Baterías nuevas, sin descargas intensas
  • 0.10:      Baterías viejas, descargas intensas, temperaturas bajas                                    

Ka:         Autodescarga de la batería

  • 0.002:     Baterías de baja autodescarga, sin mantenimiento
  • 0.005:     Baterías estacionarias de energía solar
  • 0.012:     Baterías de alta autodescarga

Kc:          Pérdidas por el rendimiento del inversor

Este rendimiento puede encontrarse en las especificaciones técnicas del inversor o en su etiqueta de característica.

  • 0:            Si no hay inversor en la instalación
  • 0,05:      Rendimiento inversor 95%
  • 0,10:      Rendimiento inversor 90%
  • 0,15:      Rendimiento inversor 85%
  • 0,20:      Rendimiento inversor < 85%                                                                   

Kv:         Otras pérdidas no consideradas             

  • 0.15       Si no se tiene en cuenta pérdidas en cableado y equipos
  • 0.05       Si se ha realizado un estudio detallado de pérdidas en equipos                                              

Pd:         Profundidad de descarga máxima admisible

Lo habitual es que la profundidad de descarga sea del 60%.

  • 0.90:      Batería descargada hasta el 90%
  • 0.80:      Batería descargada hasta el 80%
  • 0.70:      Batería descargada hasta el 70%
  • 0.60:      Batería descargada hasta el 60%
  • 0.50:      Batería descargada hasta el 50%
  • 0.40:      Batería descargada hasta el 40%
  • 0.30:      Batería descargada hasta el 30%                                                                            

N:           Número de días de autonomía

Para servicios públicos o muy importantes se eligen 15 días o más de autonomía.

  • 3:            Vivienda fines de semana
  • 5:            Vivienda habitual
  • 15:         Instalaciones especiales con servicio prioritario
  • 20:         Instalaciones especiales de alta fiabilidad                                                                

Kv:         Pérdidas en el controlador de carga

  • 0,10:      Controlador de carga eficiente
  • 0.15:      Controlador de carga antiguo, poco eficiente

Una vez hecho el cálculo se obtendrá el rendimiento global de su instalación proyectada. El próximo paso es averiguar cuanta energía se puede obtener del sol para ser aprovechada por nuestra vivienda, pero ese dato la averiguaremos en el siguiente módulo.

Cálculo del consumo real con la Calculadora Solar Online

Puede calcular el rendimiento de su instalación fotovoltaica manualmente o mediante el uso de nuestra Calculadora Solar Online. La misma ocupa la segunda sección de la página y se basa en el proceso de coeficientes de pérdida que hemos explicado aquí. Le mostramos un pequeño tutorial de cómo usarla:










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Cómo calcular el consumo teórico de los electrodomésticos para una instalación fotovoltaica

Cálculo de Consumos

El cálculo de la potencia y consumo de los electrodomésticos es sin duda una de las partes que más tiempo suelen tomar a la hora de dimensionar una instalación fotovoltaica, pero al mismo tiempo, es la que debe realizarse de la mejor manera para garantizar que nuestros generadores solares nos proporcionen la energía que necesitamos sin inconvenientes.

Existen diferentes formas de calcular la potencia consumida en una instalación eléctrica, la elección dependerá de los datos disponibles o el nivel de rigurosidad necesario al diseñar el sistema.

Como primer paso debe determinarse el consumo teórico total sumando cada uno de los consumo de energía de los receptores de la instalación. Luego debe estimarse el consumo real al tener en cuenta las pérdidas del sistema. Consecuentemente, el consumo real será la energía que deberá proporcionarnos nuestros paneles fotovoltaicos.

En este módulo nos centraremos en algunas nociones básicas de electricidad para comprender los cálculos que vamos a realizar y en los distintos métodos disponibles para determinar el consumo de los electrodomésticos teórico.

Nociones básicas de electricidad

Como una instalación fotovoltaica es en sí un circuito eléctrico, repasaremos brevemente algunos conceptos básicos de electricidad para poder comprender mejor los cálculos que realizaremos a lo largo de este módulo.

Ley de Ohm

Ley de Ohm

La intensidad de corriente que atraviesa un circuito es directamente proporcional al voltaje o tensión del mismo e inversamente proporcional a la resistencia que presenta.

Corriente (I) = Voltaje (V) / Resistencia (R)

Es más fácil recordar la relación de la ley de Ohm observando la imagen de arriba (Triángulo de Ohm). Al conocer dos valores cualesquiera de las cantidades de voltaje, corriente o resistencia, podemos usar la ley de Ohms para encontrar el tercer valor faltante.

Voltaje (V)

V (Voltios) = I (Amperios) x R (Ω)

Intensidad de corriente (I)

I (Amperios) = V (Voltios) / R (Ω)

Resistencia (R)

R (Ω) = V (voltios) / I (amperios)

Potencia (W)

P (Watt o vatios) = V (Voltios) x Corriente (Amperios)

Energía (Wh)

Energía (Watt-hora) = potencia (vatios) × Tiempo (Horas)

Capacidad (Ah)

Capacidad (Amperios-hora) = Corriente (Amperios) x Tiempo (Horas)

Cálculo del consumo de los electrodomésticos teórico

Cálculo de consumo electrodoméstico

Hacer una buena estimación de la potencia y del consumo es esencial para dimensionar correctamente una instalación fotovoltaica y no tener problemas de suministro energético.

Sin embargo, si se tiene pensado emprender una instalación aislada de autoconsumo, es decir, desconectarse completamente de la red eléctrica para comenzar a autoabastecerse de energía con generadores solares, priorizar el máximo ahorro energético en un paso previo igualmente importante.

Para este tipo de proyectos, lo recomendable es comprar todos los electrodomésticos de la mayor eficiencia energética, de ser posible A+++ (o Rango A según los estándares actuales de la clasificación de la unión europea), ya que el consumo será menor en estos casos y todos los componentes que se utilizarán para la instalación serán más baratos.

También es recomendable no emplear calefacción que funcione a base de resistencia eléctrica (como los hornos eléctricos, estufas eléctricas, anafes u hornallas inductivas), ya que suelen requerir mucha energía para funcionar. En su lugar, es más energéticamente eficiente utilizar hornos o estufas que funcionen a gas para cocinar alimentos o calentar el hogar.

Para la calefacción a gas puede utilizarse el gas natural proveniente de la red o producir biogás propio si se sigue la filosofía del autoconsumo. En otro de nuestros artículos, le enseñamos a construir un biodigestor casero.

Formas de determinar el consumo teórico

Cuando hablamos del consumo de un electrodoméstico, nos referimos a la energía que este necesita para funcionar en periodo de tiempo concreto (lo más habitual es que sea en horas al día o a la semana). Por ello, el consumo se expresa en Wh/día (Watts-hora al día).

Por otro lado, carga significa lo mismo que potencia y representa el trabajo que puede realizar el electrodoméstico en cualquier unidad de tiempo.

Para hacer el cálculo del consumo estimado en Wh al día (wh/dia) se tienen cuatro opciones:

Calculo Energía conociendo los Electrodomésticos

Si se conocen cada uno de los electrodomésticos que se utilizarán en una vivienda aislada de la red, entonces simplemente se sumarán los consumos diarios de cada uno de los ellos (receptores).

Estos consumos generalmente vienen en las etiquetas de los aparatos o puede medirlos directamente utilizando un vatímetro.

Consultar Potencias para consumo electrodomésticos

Sin embargo, en caso de no tener a disposición las etiquetas o un vatímetro, puede alternativamente averiguar el consumo de cada electrodoméstico realizando una pequeña investigación. Buscando por internet, encontrará diversas tablas de potencias de los electrodomésticos más utilizados, la siguiente fue la que se utilizó en Solarpedia para elaborar nuestra calculadora solar online para instalaciones fotovoltaicas aisladas.

Una vez que se tenga la potencia de cada electrodoméstico que formará parte de la vivienda, los consumos de cada uno se pueden calcular multiplicando la potencia de cada receptor por el número de horas que se estima estará conectado a la instalación en un día. Y la suma resultante de todos estos consumos será el consumo teórico total.

Consumo (Watts-Hora) = Potencia (Watts) × Tiempo (Horas)

Lista de consumos de electrodomésticos
Electrodoméstico Potencia (en Watt)
Afeitadora5
Aspiradora1200
Batidora de mano300
Bomba de agua de 1/2 HP380
Bomba de agua de 3/4 HP570
Cafetera de filtro eléctrica900
Caloventilador chico c/termostato1500
Cargador de celular genérico5
Computadora (sólo la CPU)200
Estufa halógena de 3 velas c/termostato1500
Estufa de cuarzo c/termostato1500
Freezer250
Heladera150
Heladera con freezer200
Heladera con freezer – Inverter200
Horno eléctrico de 25 a 30 litros c/termostato1500
Horno eléctrico de 73 litros c/termostato, para empotrar2450
Lavarropas automático de 5 kg con calentamiento de agua2500
Lavarropas automático de 5 kg500
Lavarropas semi-automático de 5 kg200
Lavavajilla para 12 cubiertos1500
Licuadora de mano o de pie600
Lustraspiradora800
Microondas800
Minicomponentes60
Monitor LED de 19″22
Notebook22
Pava eléctrica de 1,7 litros2000
Plancha1500
Planchita de pelo o buclera40
Radiador eléctrico mediano c/termostato1500
Reproductor de DVD15
Secador de cabellos2000
Secarropas a calor950
Secarropas centrífugo380
Termotanque eléctrico c/termostato1500
Tostadora950
Aire acondicionado de 2200 frigorías F/C1350
Anafe vitrocerámica con hornalla de 120 mm de diámetro750
Extractor de aire para cocina o baño – 80 m3/hora12
Lámpara de bajo consumo de 11W11
Lámpara halógena de 40 W40
Lámpara LED de 5 W5
Lámpara LED de 9 W9
Lámpara LED de 11 W11
Televisor color de tubo fluorescente de 21″75
Televisor LCD de 40″180
Televisor LED 24″40
Televisor LED 32″ a 50”90
Tubo fluorescente de 18 W18
Tubo fluorescente de 36 W36
Tubo fluorescente de 58 W58
Ventilador de techo60
Ventilador de pie90
Vitroconvector 54 x 57 cm c/termostato1000
Vitroconvector 86 x 58 cm c/termostato2000
Fuente: Argentina.gob.ar
Ejemplo de cálculo de consumo de electrodomésticos

Vamos a visualizar mejor este procedimiento mediante un ejemplo sencillo del cálculo del consumo estimado de una pequeña instalación.

Ejemplo calculo consumo electrodomésticos

Si en una instalación hipotética vamos a utilizar 2 bombillas LED de 5 W durante 5 horas al día, 1 ventilador de techo (60 W) durante 4 horas, 1 Notebook (22 W) durante 3 horas y 1 enrutador WiFi (6 W) durante 24 horas. Entonces debemos calcular el consumo de cada uno y el total de la siguiente manera:

  1. Bombilla LED: 2 x 5 W x 5 h = 50 Wh/día
  2. Notebook: 1 x 22 W x 3 h = 66 Wh/día
  3. Ventilador de Techo: 1 x 60 W x 4 h = 240 Wh/día
  4. Enrutador WiFi: 1 x 6 W x 24 h = 144 Wh/día

Total = 500 Wh/día

Puede calcular el consumo de energía manualmente como le hemos mostrado más arriba o usar nuestra Calculadora Solar Online.

Nota: Muchas instalaciones utilizan lámparas que funcionan a corriente continua conectadas directamente a la salida del regulador de carga, por lo que no habría que tenerlas en cuenta a la hora de dimensionar el inversor.

Tiempo de consumo de los electrodomésticos
Tiempo de uso consumo electrodomésticos

De vez en cuando, hay algunos receptores que no consumen energía todos los días, como por ejemplo una aspiradora.

Imagine que utilizamos una aspiradora de 1200 W, durante 2 horas solo un día a la semana. Podemos calcular el consumo de dos formas diferentes:

Consumo Aspiradora = 1200 W x 2 h x 1/7 = 342,86 Wh/día

Colocamos el 1/7 para indicar que se consume energía un día de la semana. Pero también se puede expresar de otra forma:

Consumo Aspiradora = 1200 W x 2 h x 1 = 2400 Wh/semana

A veces estos pequeños electrodomésticos lo que se hace es poner una estimación para todos del 1.000wh/dia, pero lógicamente si los conocemos es mejor poner el consumo exacto.

Para dar más ejemplos, ahora supondremos que la Notebook y el ventilador de techo se utilizarán solo durante 5 y 3 días a la semana. En este caso, para determinar el consumo diario semanal de los mismo, modificamos ligeramente el cálculo que realizamos previamente.

  1. Notebook: 1 x 22 W x 3 h x 5/7 = 47,14 Wh/día
  2. Ventilador de Techo: 1 x 60 W x 4 h x 3/7 = 101,14 Wh/día

Y si suponemos que las bombillas LED y el enrutador wifi se utilizan todos los días de la semana (7/7), el consumo total diario nos quedaría:

Consumo total diario = 50 Wh/día + 47,14 Wh/día + 101,14 Wh/día + 144 Wh/día

Consumo total diario = 347,28 Wh/día

Consumo total semanal = 347,28 Wh/día x 7

Consumo total semanal = 2396,00 Wh/día

Calculo Energía Conociendo las Etiquetas de Eficiencia Energética

Etiqueta eficiencia energética

Esta es una variante del primer método, ya que se debe de conocer cada electrodoméstico de la instalación.

Si se dispone de las etiquetas de eficiencia energética de todos los aparatos, simplemente hay que pasar el consumo estimado de cada uno de anual a diario (dividiendo entre 365) y sumarlos todos.

Este suele ser el caso cuando todos los electrodomésticos de la instalación son nuevos.

Cálculo Energía con el Recibo de la Luz

Otra forma de calcular consumos diarios consultando los últimos recibos de la luz y estimar el consumo medio diario a lo largo del último año. Estos son algunos ejemplos de algunos recibos en algunos países:

Ejemplo Iberdrola (España)
Ejemplo Edenor (Argentina)
Factura Edenor consumo electrodomésticos
Ejemplo CFE (México)

Según Datos de Consumo

Datos de consumo medio de electricidad por año en vivienda
N° de personas por viviendaConsumo medio anual de electricidad (KWh)
11800
22700
33500
44150
54900
Consumo anual estándar3500 kWh

Por último, si no se conocen los electrodomésticos de la instalación ni los últimos recibos, por ejemplo, en viviendas nuevas, se puede hacer una estimación según datos medios de consumos en viviendas, en función del número de personas que la habitarán:

Fíjate que el consumo anual estándar es 3.500 Kwh/año, para convertirlo a wh/dia sería:

3.500 Kwh/año x 1 año/365 x 1.000w/1Kw = 9.589wh/dia

Una vez que se tenga el consumo total de energía diario teórico debemos guardar este dato para cálculos posteriores que realizaremos en los próximos módulos de este curso.

Cálculo de previsión de potencia y tensión del sistema

Una vez realizado el cálculo del consumo total de los electrodomésticos de la vivienda, debemos empezar a pensar en nuestra instalación fotovoltaica. Para ello, debemos determinar hacer una previsión de potencia instalada y a la tensión (e voltaje) a la que trabajará los paneles solares y el resto de componentes del sistema fotovoltaico.

Previsión de potencia instalada

El cálculo de previsión de potencia es necesario para determinar si la instalación necesitará el asesoramiento de un ingeniero ante la posibilidad de trabajar con alto voltajes, o solo una memoria técnica de diseño de un técnico electricista.

Según el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión (REBT), todas las instalaciones generadoras de energía, como las hidráulicas, eólicas y, por supuesto, las fotovoltaicas, mayores de 10000W (10 kW) necesitan proyecto. Las que requieren menor potencia prevista simplemente requieren de la ya mencionada memoria técnica de diseño.

Existen diversas formas de calcular prevista de una instalación. En este artículo utilizaremos el método de previsión de potencia en base a los receptores, e incluso agregamos esta función en la calculadora solar online para hacerse automáticamente.

En resumidas cuentas, para calcular la potencia prevista se debe sumar la potencia de cada uno de los receptores de la instalación (consumo de los electrodomésticos) en Watts (W) y multiplicar esta suma por un factor de simultaneidad, ya que estos no estarán conectados todos a la vez.

Por lo general, se utiliza un valor de 0,7 o 0,8 como factor de simultaneidad.

Nuevamente, si no tienes los medios para averiguar las potencias reales de cada uno de los electrodomésticos, puedes utilizar la tabla de potencia de este mismo artículo.

Volvemos al ejemplo de instalación que expusimos anteriormente y sumaremos cada una de sus potencias.

Potencia prevista en continua = P. Bombilla LED x Cantidad

Potencia prevista en continua = 5W x 2

Potencia prevista en continua = 10W

Potencia prevista en alterna = P. Notebook x Cantidad + P. Ventilador de Techo x Cantidad + P. Enrutador Wifi x Cantidad

Potencia prevista en alterna = 22W x 1 + 60W x 1 + 6W x 1

Potencia prevista en alterna = 88W

Potencia prevista total = 98W

Este dato obtenido también se puede utilizar para poner un PIA y un Diferencial de protección de la instalación, o para otros cálculos, como veremos a continuación.

Como se pudo observar la potencia prevista total es de 98W, si la instalación fotovoltaica tuviese solo estos componentes y como este menor a los 10 kW (10000W), entonces no requiere proyecto de un ingeniero. Ahora solo nos falta determinar, la tensión del sistema fotovoltaico.

Elección de la tensión del sistema

Para seleccionar correctamente la tensión de la instalación fotovoltaica se debe tener en cuenta la potencia demandada por la vivienda que calculamos anteriormente. La tensión del sistema es un factor importante porque con esta no solo trabajarán los paneles solares, sino también las baterías y demás componentes de la instalación junto con los aparatos que funcionarán a corriente continua.

En función de la potencia prevista calculada, se recomiendan las siguientes tensiones de sistema:

Potencia demandada por la instalación (W)Tensión de trabajo del sistema fotovoltaicos (V)
Menos de 1500 W12 V
Entre 1500 y 5000 W24/48 V
Más de 5000 W120/300 V

En este caso, como nuestra potencia prevista (98W) es menor a 1500W, entonces no conviene trabajar a 12 V.

Tengan en cuenta que las cargas que funcionen a corriente continua (como la bombilla LED) tendrán una tensión de trabajo de 12V y no la misma después del inversor (130 o 220V). Esto es importante recordarlo para evitar trabajar con altas caídas de tensión en los cables u otros aparatos en corriente continúa.

Calculadora Solar Online

Si la información que posee sobre sus electrodomésticos es escasa, entonces puede ayudarse con nuestra Calculadora Solar Online. La primera sección de la misma está dedicada al cálculo del consumo teórico de los dispositivos domésticos. Aquí le mostramos un pequeño tutorial de cómo utilizarla:


Calculadora solar consumo electrodomésticos 1

Calculadora solar consumo electrodomésticos 2


Ejemplo calculadora solar consumo electrodomésticos 4



Ejemplo calculadora solar consumo electrodomésticos 7

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Instalación fotovoltaica: Componentes y funcionamiento de cada uno

Componentes de una Instalación Fotovoltaica

Una instalación fotovoltaica aislada es un sistema que nos autoabastece de energía a través de la irradiación solar en una determinada la zona geográfica donde está ubicada la instalación. A partir de la irradiación solar, los módulos fotovoltaicos producen corriente eléctrica destinada a almacenarse en unas baterías para posterior uso. Al final, con esa corriente almacenada nos autoabastecemos de electricidad en nuestros hogares.

Sin embargo, además de los paneles solares y las baterías, una instalación fotovoltaica cuenta con otros componentes igualmente importantes para garantizar su funcionamiento y así aprovechar la energía recolectada por el sol.

Partes de una instalación fotovoltaica

En la siguiente imagen observará los principales componentes de una instalación fotovoltaica aislada, entre los cuales se encuentran:

Esquema Instalación Fotovoltaica

El panel solar o los paneles solares captan la energía del sol y la convierten en electricidad en forma de intensidad de corriente continua. Esta se dirige por los cables hasta la batería o las baterías para almacenarse allí, pero antes pasando por el controlador de carga para protegerla de sobretensiones o sobrecargas. Posteriormente, para utilizarse la electricidad almacenada, esta abandona la batería y pasa por un inversor que convierte la corriente continua en corriente alterna. Esta última es la requerida para el funcionamiento de la mayoría de los consumos de un hogar (como los electrodomésticos).

Estos son los principales componentes que toda instalación fotovoltaica debe tener. A continuación, entraremos en mayor profundidad en cada uno de ellos.

Paneles solares

También llamados placas solares o paneles fotovoltaicos son los componentes de la instalación fotovoltaica en dónde inciden la irradiación solar y la convierten en energía eléctrica para posteriormente proporcionar la tensión o intensidad de corriente encargada de mantener la carga constante de la batería.

Los paneles solares están construidos con células fotovoltaicas que convierten la luz solar en electricidad. Estas células estas hechas de materiales semiconductores, compuestos mayormente por silicio, que utilizan el efecto fotoeléctrico para convertir la energía solar (compuesta por fotones) en energía eléctrica (compuesta por electrones).

Los fotones son unas partículas sin masa presentes en la luz que llevan consigo una cantidad de energía determinada, y cuando dichos fotones alcanzan a la placa solar, excitan al material semiconductor de las células fotovoltaicas haciendo que los electrones presente dentro de ellos se muevan, eso es lo que produce una corriente eléctrica dentro del sistema.

Estructura de un panel fotovoltaico

En su composición, el panel solar consiste en una red de células fotovoltaicas en un circuito conectado en serie. Los paneles, por lo general, están compuestos por grupos de 36 o 72 células, para producir los voltajes de 12 y 24V respectivamente.

Partes de una Celda Solar

Cada célula a su vez está compuesta por una serie de láminas apiladas pensadas para garantizar su funcionamiento. Separados por una zona de carga espacial, se encuentran los semiconductores de carga positiva y carga negativa (ambos compuestos por silicio y pequeñas cantidades de otros metales raros), los semiconductores se los apila con láminas de contacto que actúan como medio receptor de electrones excitados, y por último unas grillas metálicas a ambos lados se encargan de redirigir esos electrones al cableado del sistema.

Partes de un Panel Solar

Cuando todas las células fotovoltaicas se conectan en serie correctamente dentro del panel, se empiezan a comportar como una única célula más grande. Dicha célula solar se la recubre con un encapsulante a ambos lados, un vidrio frontal y un marco del lado dónde se recibirá la irradiación solar y un recubrimiento trasero más la caja de conexiones del lado del panel oculto al sol. Los paneles solares poseen más componentes adicionales para garantizar un mejor funcionamiento o por cuestiones de seguridad, se indagará más en ellos en futuros módulos.

Tipos de paneles fotovoltaicos

Tipos de Paneles Solares

El material más utilizado para construir las células fotovoltaicas es el silicio. Si bien se utilizan otros materiales para fabricarlos, el rendimiento de los mismos depende más de su estructura interna que por su composición y se clasifican en tipos: Monocristalino, Policristalino o Amorfo.

Los paneles solares solo pueden convertir una cantidad específica de energía solar en electricidad, ya que no son 100% eficientes y no pueden atrapar toda la energía de la luz solar. La mayoría de los paneles solares tienen menos del 20% de eficiencia, lo que significa que solo pueden atrapar alrededor del 20% de la energía solar.

Celdas de silicio monocristalino
Panel Monocristalino

Las celdas de silicio monocristalino son las más eficientes, pero también son las más costosas. Se identifican por tener un color azul homogéneo y de forma octogonal. La alta eficiencia de las células solares monocristalinas se debe a que están cortadas de una sola fuente de silicio. Como las células solares monocristalinas están hechas de un solo cristal de silicio, los electrones pueden fluir más fácilmente a través de la célula, lo que hace que la eficiencia sea mayor que la de otros tipos de paneles solares. La eficiencia puede variar de 20 a 25%.

Celdas de silicio policristalino
Panel Policristalino

Las celdas de silicio policristalino son menos eficientes, pero también menos costosas. Se identifican por su color azul poco uniforme, dicho aspecto se debe a que se combinan a partir de múltiples fuentes de silicio. Los múltiples cristales de silicio en cada celda solar dificultan el flujo de electrones, lo que hace que la tasa de eficiencia de los paneles policristalinos sea más baja que la de los paneles monocristalinos. Las clasificaciones de eficiencia de los paneles policristalinos oscilarán normalmente entre el 14 y el 17 %.

Los paneles solares policristalinos son más baratos de producir que los paneles monocristalinos, y es por ello que la mayoría de las instalaciones residenciales utilizan este tipo de paneles solares.

Celdas de silicio amorfo
Panel Amorfo

Las celdas de silicio amorfo son las más baratas y las de menor rendimiento. Se utilizan para aplicaciones pequeñas, por ejemplo, cargadores portátiles. Estos paneles solares también se los llama “de película delgada” y se fabrican depositando una fina capa de una sustancia fotovoltaica sobre una superficie sólida, como el vidrio. Ejemplos de estas sustancias fotovoltaicas incluyen silicio amorfo (a-Si), telururo de cadmio (CdTe), seleniuro de cobre, indio y galio (CIGS), células solares sensibilizadas por colorante (DSC).

La principal ventaja de las células solares amorfas es que pueden generar electricidad en condiciones de poca luz. Sin embargo, su principal problema es la baja eficiencia de conversión fotoeléctrica, que es solo del 8 al 12%.

Regulador de carga

Reguladores de Carga

También llamado controlador de carga, este componente de la instalación fotovoltaica es el encargado de verificar el estado de carga de la batería (si la batería ya está cargada, el regulador cuidará de que esta no se sobrecargue), adaptando diferente ritmo para la carga. En algunos casos, este regulador también se encargar de que la batería no se descargue más de lo programado. Estas funciones son importantes para evitar que la batería (el componente más costoso de la instalación) se dañe irreversiblemente.

A medida que aumenta el voltaje de entrada del panel solar, el controlador de carga regula la carga de las baterías evitando cualquier sobrecarga y desconecta la carga cuando la batería está descargada. Su correcto funcionamiento influye en gran medida en la vida útil de a batería.

Tipos de Reguladores de carga solar

Regulador de Carga PWM vs MPPT

Actualmente, existen dos tipos de controladores de carga comúnmente utilizados en los sistemas de energía fotovoltaica, los de modulación de ancho de pulso (PWM) o de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT).

Controlador de carga solar PWM

PWM o Pulse Wave Modulation, que en español significa Modulación de ancho de pulso, representa el método que utiliza el regulador para controlar la carga. Su función es reducir el voltaje de la matriz solar hasta casi el de la batería para garantizar que esta última se cargue correctamente. En otras palabras, fijan el voltaje del panel solar al voltaje de la batería arrastrando el voltaje a máxima potencia del panel solar hasta el voltaje del sistema de baterías sin cambios en la corriente.

Además, utiliza un interruptor electrónico (MOSFET) para conectar y desconectar el panel solar con la batería. Al cambiar el MOSFET a alta frecuencia con varios anchos de pulso, se puede mantener un voltaje constante. El controlador PWM se autoajusta variando los anchos (longitudes) y la frecuencia de los pulsos enviados a la batería.

Cuando el ancho es del 100%, el MOSFET está completamente ENCENDIDO, lo que permite que el panel solar cargue la batería de forma masiva. Cuando el ancho está en 0%, el transistor está APAGADO y abre el circuito del panel solar, lo que evita que fluya corriente a la batería cuando la batería está completamente cargada.

Controlador de carga solar MPPT

El controlador de carga MPPT extrae la potencia máxima del módulo fotovoltaico al obligarlo a operar a un voltaje cercano al punto de máxima potencia (MPP). Estos son diseñados para ajustar su voltaje de entrada para utilizar la máxima potencia de salida del panel solar y luego transformar esta potencia para suministrar el requisito de voltaje variable. El voltaje de entrada se varía mediante el uso de un convertidor CC/CC.

Los controladores MPPT hacen esto a través de un algoritmo adaptativo que sigue el punto de máxima potencia del panel/matriz solar y luego ajusta el voltaje de entrada para mantener la cantidad de energía más eficiente para el sistema.

La ventaja de rendimiento de un controlador MPPT es sustancial (del 10 al 40%) cuando la temperatura de la celda solar es baja (menos de 45 °C). Son más eficientes que el controlador PWM, llegando a ser la eficiencia de un controlador MPPT típico de alrededor del 94-99%.

Para aprovechar al máximo el potencial del controlador MPPT, el voltaje del conjunto debe ser sustancialmente más alto que el voltaje de la batería. El controlador MPPT es la mejor solución para sistemas de mayor potencia.

Batería

La Batería es el componente de la instalación fotovoltaica encargado de almacenar la energía eléctrica generada por los paneles, transformándola temporalmente en energía electroquímica para posteriormente entregarla a los consumos eléctricos del sistema. Se utiliza para almacenar la energía durante el día y así aprovecharse durante la noche o en aquellos días en los que la irradiación solar sea escasa o no produzcan los paneles fotovoltaicos apenas electricidad. Es una parte esencial de una instalación fotovoltaica fuera de la red y proporciona una fuente constante de energía estable y confiable que permite alimentar dispositivos cuando se pone el sol.

Tipos de baterías

Tipos de Baterías

El costo de la batería constituye una gran parte del costo total de la instalación fotovoltaica, y a la hora de seleccionarla se deben tener en cuenta varios criterios de clasificación. Las baterías se clasifican según su aplicación y construcción o según su composición química.

Tipos de baterías según su aplicación
Batería de automóvil o ciclo profundo

Batería automotriz: Este tipo de batería está diseñada para proporcionar una gran cantidad de corriente durante un corto período de tiempo. Esta oleada de corriente es necesaria para hacer girar el motor de un vehículo durante el arranque. Por lo tanto, se emplean muchas placas delgadas para lograr un área de superficie máxima y, como resultado, una corriente de arranque más alta en las baterías de arranque.

Batería de ciclo profundo: Una batería de ciclo profundo está diseñada para proporcionar una cantidad constante de corriente durante un largo período de tiempo. Este tipo de batería también está diseñada para descargarse profundamente una y otra vez. Para lograr esto, una batería de ciclo profundo utiliza placas más gruesas. Esto conducirá a superficies más bajas y, en consecuencia, menos potencia instantánea, a diferencia de las baterías de arranque. Este tipo de baterías son las más recomendadas para proyectos de instalaciones fotovoltaicas.

Tipos de baterías según su composición química

Dos de los tipos de baterías más comunes, en cuanto a su composición química, son las de iones de litio y de plomo-ácido. Aparte de estos, las baterías de NiCd (Níquel-Cadmo) también se utilizan para aplicaciones con energías renovables, pero aquí no se tendrán en cuenta por su alto porcentaje de autodescarga (ver más adelante en el módulo dedicado la selección de la batería).

En líneas generales, y como sus nombres lo indican, las baterías de plomo-ácido se fabrican con plomo, mientras que las baterías de litio se fabrican con el metal litio. Tanto las baterías de litio como las de plomo-ácido pueden almacenar energía de manera efectiva, pero cada una tiene sus ventajas y desventajas características.

Batería de plomo-ácido
Batería de ácido-plomo

La batería de plomo-ácido es una tecnología comprobada que cuesta menos, pero requiere un mantenimiento regular y su duración no suele ser muy extensa. De esta tecnología se subdividen a su vez, las baterías de plomo-ácido inundado (FLA) o las de ácido de plomo sellado (SLA). Las baterías FLA se sumergen en agua para funcionar y deben revisarse regularmente y rellenarse cada 1-3 meses para que sigan funcionando correctamente. También debe instalarse en un lugar ventilado para permitir que escapen los gases de la batería.

Las baterías SLA vienen en dos tipos, AGM (Absorbent Glass Mat) y Gel, que tienen muchas propiedades similares. Requieren poco o ningún mantenimiento y son a prueba de derrames. La diferencia clave entre las baterías AGM y las de gel es que las baterías de gel tienden a tener tasas de carga y rendimiento más bajos. Las baterías de gel generalmente no pueden manejar tanta corriente de carga, lo que significa que tardan más en recargarse y generan menos energía.

Batería de litio
Batería de ion litio

El litio es una tecnología de batería con una vida útil más larga y una mayor eficiencia, pero más costosa por el aumento del rendimiento. Las baterías de litio que se emplean en las instalaciones fotovoltaicas son de fosfato de hierro y litio (LiFePO4) que tienen una gran estabilidad térmica, altas clasificaciones de corriente y un largo ciclo de vida. Esta nueva tecnología dura más y se puede someter a ciclos más profundos. Tampoco requieren mantenimiento ni ventilación, a diferencia de las baterías de plomo-ácido. El principal inconveniente de las baterías de litio es su precio más alto en comparación con las baterías de plomo-ácido en este momento.

Inversor

Inversores de Corriente

El inversor es un dispositivo que convierte la corriente continua (CC) en corriente alterna (CA) igual a la red eléctrica para alimentar los electrodomésticos: 110V – 60Hz en América o 230V – 50Hz en Europa. Por norma general, el inversor se conecta siempre a la salida de la batería y NO al regulador de carga.

Tipos de inversor

Lo mejor es que sea lo más baja posible para que el inversor tenga un buen rendimiento. En función de la onda de salida generada tenemos 3 tipos de inversores:

  1. Inversores de onda cuadrada
  2. Inversores de onda sinusoidal modificada
  3. Inversores de onda sinusoidal pura
Formas de Onda Inversores

El inversor de onda cuadrada es más barato de todos, pero no es adecuado para todos los electrodomésticos. La salida de onda cuadrada no es adecuada para refrigeradores, hornos de microondas, equipos electrónicos sensibles, impresoras láser y la mayoría de los tipos de motores. Se basan en una rectificación muy simple de la onda de corriente continua de entrada, con muy poca modulación o filtrado. La onda resultante tiene un gran contenido en armónicos no deseados. La distorsión armónica total (THD) es bastante elevada, en torno al 40%, y su rendimiento es bajo, en torno al 50-60%.

Normalmente, los inversores de onda sinusoidal modificada presentan una THD del 20% y sus rendimientos son mayores del 90%. Se pueden utilizar para alimentar a muchos electrodomésticos, pero no son recomendados para aplicaciones inductivas como motores o bombas de agua. En general, funcionan con menor eficiencia que los inversores de onda sinusoidal pura.

Por último, los inversores de onda sinusoidal pura tienen un cuidadoso filtrado de la señal generada. En general son la mejor opción para la alimentación de cargas en corriente alterna. La onda sinusoidal es la mejor forma de onda eléctrica para alimentar equipos electrónicos que sean más sofisticados, por ejemplo: impresoras láser, televisores de pantalla de plasma, etc.

Consumos eléctricos

Consumos de la Instalación Fotovoltaica

Por último, los consumos, las cargas o consumidores de energía son cualquier componente del circuito de la instalación fotovoltaica que ofrecen una mayor o menor resistencia al paso de la corriente, por lo que al conectarse a una fuente de fuerza electromotriz se considera como una “carga” o consumidor de energía eléctrica.

Tipos de consumos eléctricos

Los consumos pueden venir en dos tipos, los que consumen corriente continua o los que consumen corriente alterna. Los primeros se caracterizan por NO necesitar de un inversor para poder ser abastecidos de energía. Ejemplos: Bombillas LED, linternas, celulares, cámaras digitales, calculadoras, laptops, etc.

Los últimos, en cambio, requieren de un inversor y funcionan generalmente a 110 V y 60 Hz en el continente americano o 230 V y 50 Hz en el continente europeo. Ejemplos: lavarropas, refrigeradores, impresoras, ventiladores, Aires acondicionados, microondas, televisores, etc. En los próximos módulos dimensionaremos casa componente de la instalación paso a paso realizando los cálculos correspondientes, partiendo como base con qué consumos se quiere abastecer la instalación, tanto en corriente alterna como continua.

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