Categoría: Curso Energia Solar

El diagrama de arriba es en el que nos basaremos para montar nuestra instalación fotovoltaica. Detallaremos las conexiones de cada uno de los componentes a continuación:

Panel solar: La conexión de los paneles solares depende del voltaje de entrada máximo y la corriente del controlador de carga. Los conectores MC4 se utilizan para conectar los paneles solares en serie/paralelo.

Banco de batería: Los bancos de baterías deben estar cableados para que coincidan con el voltaje de su sistema, que es el voltaje permitido por sus electrodomésticos de CC o inversor de CA. Se utilizan cables de cobre o barras colectoras para conectar la batería en serie y en paralelo.

Controlador de carga: El controlador de carga tiene 3 terminales: Una de ellas va para los paneles solares, la segunda hacia la o las baterías y la última a las cargas en CC. Debe conectar los cables del panel solar, el banco de baterías y las cargas en CC al terminal respectivo. Durante la conexión, asegúrese de que la polaridad sea la correcta.

Inversor: Conecte el terminal de entrada del inversor al banco de baterías. Durante la conexión, asegúrese de que la polaridad sea la correcta.

Disyuntores: Aunque el controlador de carga y el inversor tienen fusibles incorporados para protección, puede colocar fusibles e interruptores externos para mayor seguridad y confiabilidad del sistema. Puede observar el diagrama para las diferentes ubicaciones de los disyuntores/fusibles. Para un sistema más grande, necesita disyuntores adicionales para la iluminación.

Advertencia de seguridad

Es importante que recuerde que estamos trabajando con corriente continua. Por lo tanto, el polo positivo (+) se conectará al positivo (+) y el negativo (-) al negativo (-) del panel solar al controlador de carga. Si se mezcla, el equipo puede explotar o puede incendiarse. Por lo tanto, debe tener mucho cuidado al conectar estos cables (utilice un multímetro para estar seguro). Se recomienda utilizar cables de 2 colores, es decir, color rojo y negro para positivo (+) y negativo (-). Si no tiene un cable rojo y negro, puede enrollar tapones rojos y negros en los terminales.

Instalación de los paneles solares en el sistema fotovoltaico

El panel solar puede instalarse ya sea en el techo de la vivienda, en un poste o estructura metálica. En algunos países es más común que su instalación sea en una estructura metálica o poste de madera pues suele suceder que las condiciones o características de los techos de los domicilios sea variable y algunas veces inestable. En lo posible, colocar los paneles fotovoltaicos en las estructuras de metal que se han construido para soportarlos.

Considere el tipo de estructura metálica puede variar en tamaño y forma, familiarícese con ella antes de comenzar la colocación de los paneles panel solar. Al momento de colocar el panel en la estructura, hay que tener cuidado de no dañar el panel con los pernos. Una vez instalado, asegúrese que los pernos están bien fijados y el panel asegurado.

Conectar los cables del panel

Actualmente, algunos modelos de panel solar, ya traen ensambladas las conexiones a la caja del módulo, por lo tanto, no es necesario abrirla. Sin embargo, se revisarán las acciones claves para realizar la conexión de los cables al panel.

1. Medir la longitud del cable que necesitará. Asegúrese que el cable tenga la longitud suficiente para llegar del panel solar al controlador de carga.
2. Pelar los extremos del cable con un alicate.
3. Quitar la tapa de la caja que está en la parte de atrás del panel.
4. Identificar el polo positivo y negativo. Utilizar un multímetro para verificar que el voltaje y el amperaje estén bien, esto es que el valor obtenido debe corresponder a la etiqueta de atrás del panel o las características allí especificadas. Esta medición se puede realizar en circuito abierto (sin estar conectado a nada).
5. Ajuste el cable a los contactos indicados y asegure que el cable no pueda zafarse.
6. Si se utiliza un conector para sellar la salida del cable, tenga cuidado que el cable no esté tenso ni flojo. Cuando esté todo listo, cerrar la tapa

Instalación del regulador de carga en el sistema fotovoltaico

El regulador de carga, como ya hemos dicho, es el componente que se encarga de distribuir la energía de forma estable al banco de baterías u otras cargas en CC. Para asegurar su adecuado funcio­namiento este debe instalarse en un lugar seguro y libre de humedad.

Fijar el regulador en el tablero de control

Para colocar el regulador en el tablero de control, considere ubicarlo de tal forma que se deje espacio suficiente para poder realizar el cableado adecuadamente.

1. Coloque el regulador de carga en la plancha del tablero de control y ajústelo firmemente con los pernos o tornillos.
2. De preferencia, ponga la plancha dentro de una caja plástica o de metal para protegerla de la humedad, el polvo y/o la manipulación.
3. Fije la caja o gabinete de control a la pared. Elija un ambiente seco y alejado de los rayos del sol. Además, debe ser un lugar accesible y visible para los usuarios.

El tablero de control, en las viviendas, deberá estar ubicado en un lugar seco, seguro y accesible, cercano a la batería y al panel solar.

Acorde al modelo de sistema fotovoltaico que se instale, en al­gunos casos el tablero de control puede contener el inversor, el convertidor, la caja de portafusibles, los adaptadores tipo en­cendedor, borneras de baquelita y la llave termomagnética.

Instalación de la batería en el sistema fotovoltaico

La batería debe ser instalada en un espacio donde no lleguen los rayos del sol, que sea ventilado para que los gases se dispersen fácilmente y no se moje por la lluvia. Lo mejor es colocar la batería en una caja de madera o de plástico para evitar que haga contacto con la tierra y se descargue. Además, debe colocarse cerca del tablero de control para evitar gastar mucho cable.

Conectar la batería

Para ensamblar los conductores eléctricos a la bornera, recuerde debe conectar primero el borne Negativo (-) y luego el borne Positivo (+). Prepare los conductores eléctricos y conéctelos a la bornera, ajustando adecuadamente los pernos con la llave.

Recuerde que debe repetir la operación dos veces, pues se necesita un cable para el borne negativo y otro para el borne positivo de la batería.

Conectar la batería al controlador de carga

Una vez instalada la batería y conectadas las borneras, los extremos libres de los conductores eléctricos deben conectarse al controlador de carga.

Conectar el inversor a la batería

El inversor se conecta a la batería para protegerla de descargas profundas. Para realizar la conexión se debe seguir el esquema siguiente:

Conectar el interruptor de protección al inversor

El interruptor de protección cumple la función de proteger de cortocircuitos y sobrecargas a la instalación eléctrica. Los interruptores pueden ser adosados en la pared.

En viviendas grandes, con muchos artefactos de consumo, se emplea una llave para el circuito de luces y otra para el circuito de tomacorrientes.

En el caso de las viviendas rurales, donde las cargas son mínimas, se debe evaluar por los costos si conviene usar más de un interruptor de protección.

Conexión del panel fotovoltaico al regulador de carga

Para realizar la conexión del panel fotovoltaico con el regulador, también debemos tener en cuenta lo siguiente:

Distribución de energía

Si desea utilizar una sola carga de CC, puede conectarse directamente al terminal de carga del controlador de carga. Asegúrese de que la clasificación de voltaje de la carga coincida con el voltaje del terminal de carga (por ejemplo, si el sistema trabaja a 12V, las lámparas led deben funcionar también a 12V). Pero si desea ejecutar varias cargas de CC al mismo tiempo, necesita una barra colectora de CC o una caja de distribución. Conecte la entrada de la barra colectora/caja de distribución al terminal de carga del controlador de carga y conecte las cargas a los terminales de salida de la caja de distribución.

Nota: La corriente de carga total no debe cruzar el límite máximo de la terminal de carga del controlador de carga. Si la corriente de carga supera el límite del terminal de carga del controlador de carga, debe conectar la barra colectora/caja de distribución directamente a la batería.

Medición y registro de datos

Si está interesado en saber cuánta energía produce su panel solar o cuánta energía consume los electrodomésticos, debe usar medidores. Además de esto, puede monitorear los diferentes parámetros en su sistema solar fuera de la red mediante el registro de datos remoto.

La mayoría de los buenos controladores de carga e inversores tienen su pantalla LCD incorporada para monitorear los parámetros. Además de esto, puede monitorear el mismo parámetro utilizando un medidor remoto o un adaptador Wifi.

Monitoreo de temperatura de la batería

Las reacciones químicas de la batería cambian con la temperatura. A medida que la batería se calienta, aumenta la emisión de gases. A medida que la batería se enfría, se vuelve más resistente a la carga. Dependiendo de cuánto varíe la temperatura de la batería, es importante ajustar la carga para los cambios de temperatura. Por lo tanto, es importante ajustar la carga para tener en cuenta los efectos de la temperatura. El sensor de temperatura medirá la temperatura de la batería y el controlador de carga solar utiliza esta entrada para ajustar el punto de ajuste de carga según sea necesario.

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2) No superar la máxima caída de tensión permitida entre cada componente de una instalación. Según las recomendaciones del IDAE (Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía), estas caídas de tensión serán diferentes para cada tramo de la instalación.

Siendo las más habituales de un 3% entre los cables que conectan los generadores fotovoltaicos (paneles solares) y el regulador de carga, y los cables que conectan la salida del inversor y los consumos en corriente alterna. Para el resto, se admite una caída de tensión del 1% entre los cables que conectan el regulador de carga con la batería o los consumos en corriente continua y los que conectan la batería y el inversor.

Otras recomendaciones para los cables fotovoltaicos

Además de las 2 condiciones anteriores establecidas, se deben tener en cuenta otras consideraciones a la hora de seleccionar los cables fotovoltaicos. Según recomendaciones IDAE, las secciones mínimas de cables en cada una de las líneas, deberían ser de al menos:

• 2,5 mm² del generador fotovoltaico al regulador de carga.
• 4 mm² del regulador de carga a la batería o banco de baterías.

Cuando las tensiones nominales en corriente continua sean superiores a 48 V, la estructura del generador fotovoltaico y los marcos metálicos de los paneles estarán conectados a una toma de tierra, que será la misma que la del resto de la instalación.

Como ya hemos diseñado nuestra instalación en módulos anteriores tenemos que conocer las tensiones, las intensidades y las longitudes en cada tramo de la instalación.

Fórmula para sección de cables fotovoltaicos

Para el cálculo de la sección de los cables, en los distintos tramos de nuestra instalación y teniendo en cuenta de que se respeten las caídas máximas de tensión, 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)

La intensidad de corriente puede diferir en algunos tramos de la instalación. Esto lo explicaremos más adelante.

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 del reglamento técnico de baja tensión, comprobar que secciones están normalizadas y elegir la inmediata superior a la que le haya dado el cálculo.

Cuadros de la Norma REBT

El reglamento técnico de baja tensión se basa en la Norma internacional de la Comisión Electrotécnica Internacional para conductores de cables aislados (IEC). Esta, entre otras cosas, define un sistema de áreas de secciones transversales estándares para este tipo de cables:

Una vez obtenida la sección de cable calculada, además tener en cuenta estas secciones normalizadas para adoptar, también se debe corroborar la sección normalizada por intensidad de corriente máxima que circula dentro del cable. Esta es otra norma representada en el siguiente cuadro:

Al comparar los dos cuadros, al final debe seleccionarse la mayor sección que cumpla con ambos requerimientos.

Por ejemplo, si al hacer uso de la fórmula se obtiene una sección de 15 mm² con una corriente circulante de 55 A, al revisar ambos cuadros nos sugerirá en uno que utilicemos la sección estandarizada de 16 mm² y en otro de 25 mm². Por lo tanto, para cumplir ambas condiciones, debemos utilizar el cable de sección de 25 mm². Más adelante, presentaremos otro ejemplo utilizando la Calculadora Solar Online.

Cuadros de la Norma AWG

Es posible que muchas personas estén acostumbradas a trabajar con la norma norteamericana AWG de sección de cableado (American Wire Gauge), por ello se incluirá a continuación un cuadro de conversión de unidades para pasar los datos a mm².

De AWG a sistema métrico: Para una sección AWG seleccionada, descienda por la primera columna (el cuadro de la derecha es una continuación de el de la izquierda), hasta hallar el valor elegido. En la segunda columna observará el valor AWG convertido a mm² y en la tercera la sección normalizada más próxima redondeando hacia arriba.

De sistema métrico a AWG: Para una sección métrica calculada, descienda por la cuarta columna (el cuadro de la derecha es una continuación de el de la izquierda), hasta hallar el valor redondeado más próximo. En la quinta columna observará el valor en mm² del sistema métrico convertido a AWG.

Cables fotovoltaicos con la Calculadora Solar Online

Para dimensionar correctamente el cableado de toda la instalación, deberá determinar la sección para cada tramo, lo que incluye: el tramo Paneles-Regulador, Regulador-Batería y Batería-Inversor. Nos ayudaremos de la Calculadora Solar Online para agilizar los cálculos.

Selección del cable Panel – Regulador

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

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: Cuanto mayor sea el área, menor será 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.

Determinaremos el tamaño del cable que va desde los paneles solares al regulador de carga utilizando la Calculadora Solar Online con los datos de la instalación hipotética que fuimos trabajando a lo largo del curso. En este caso:

Los primeros dos parámetros (Intensidad de corriente de campo fotovoltaico y tensión del sistema) ya los habíamos calculado anteriormente en los módulos de los consumos y de los paneles solares. 

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La conductividad del cable ya viene por defecto a 56 m/Ω mm² referente al cobre (en caso de utilizar cables fotovoltaicos de aluminio modifíquela a 36 m/Ω mm²).

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La longitud del cable dependerá de su instalación fotovoltaica cuando posicione los componentes. 

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Por último, el porcentaje de caída de tensión considerado para un buen diseño es del orden del 2 al 3%.

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Como recordará, en función de la caída de tensión y la máxima intensidad de corriente se escoge la sección que cubra estos dos requerimientos. Si convertimos esta sección métrica obtenida en americana, nos daría 7 AWG.

Selección del cable Regulador – Batería

Para este cálculo utilizaremos la misma intensidad de corriente y tensión de trabajo que antes. Pero utilizaremos una longitud de cable más pequeña (lógicamente por que el regulador y la batería suelen estar más cerca el uno de otro que de los paneles) y una caída de tensión más pequeña que no puede ser mayor al 1%. En este caso:

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Selección del cable Batería – Inversor

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.

Para calcular la sección del cable en este caso, en lugar de utilizar la intensidad de corriente que circula de los paneles al regulador, tomaremos la que sale de la batería en repuesta a la energía demandada por el inversor. Para ello, habrá que dividir la potencia del inversor por el voltaje de su batería, esto le dará la corriente máxima para su cable batería – inversor.

Corriente (A) = Potencia Inversor (W) / Voltaje Batería (V)

Si realizáramos el cálculo manualmente, en base a la instalación hipotética de ejemplo, tendríamos que, para una potencia mínima de inversor de 424,8W y un voltaje del sistema de 12V: nos daría que de la batería al inversor circula una corriente de (424,8W/12V = 35,4A). Este valor de corriente es que ahora podemos utilizar en la formula. Pero en caso de utilizar la calculadora:

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Si utilizamos la tabla de medidas americanas nuevamente, obtendremos que el valor equivalente a la sección de cable métrico 6 mm² sería de 9 AWG.

Dimensionamiento de fusibles/disyuntores

Los fusibles y los disyuntores se utilizan principalmente para proteger el cableado del sistema para que no se incendie o se dañe si se produce un cortocircuito. No son necesarios para que el sistema funcione correctamente, pero se recomiendan solo por motivos de seguridad.

Hay tres ubicaciones diferentes donde se deben instalar fusibles o disyuntores:

1. Entre el controlador de carga y el panel solar
2. Entre el controlador de carga y el banco de baterías
3. Entre el banco de baterías y el inversor

También se puede agregar un interruptor más a la salida del inversor.

Disyuntor de CC / Fusibles:

Según el National Electrical Code (NEC), un estándar estadounidense para la instalación segura de alumbrado y equipos eléctricos, el tamaño del fusible o disyuntor de CC se puede determinar según la siguiente ecuación:

Ampacidad del circuito = Corriente de cortocircuito (I_sc) X 1,56

Ejemplo 1: Un panel solar de 315 W de Pmáx con una clasificación Isc de 9,12 A.

Para calcular el tamaño del fusible requerido entre el panel y el controlador de carga, calculamos 9,12 x 1,56 = 14,7 y redondeando al siguiente tamaño comercial nos da 15A.

Ejemplo 2: Para dimensionar el fusible presente entre el banco de baterías y el inversor se utiliza a siguiente fórmula:

Ampacidad circuito = (Vatios continuos/Voltaje batería) x 1,56

Un inversor de 1000 W/12 V consume entonces: 1000/12 = 83,3 A

Ampacidad del circuito = 83,3 x 1,56 = 130 A redondeando al siguiente tamaño comercial nos da 150 A.

Ejemplo 3: Dimensionaremos los disyuntores que colocaremos entre los paneles solares/regulador de carga y regulador de carga/banco de baterías para nuestra instalación solar hipotética conformada por tres paneles solares de 100W Renogy conectados en serie con una I_sc de 5,86 A, un inversor de 500W y una tensión de sistema de 12V utilizando la Calculadora Solar Online.

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Disyuntor de CA/Fusibles:

El disyuntor de CA se coloca en la salida del inversor y en el tomacorriente para el aparato de CA.

La fórmula de ampacidad de NEC anterior también cambia en el lado de CA del circuito. En lugar de 1,56, el multiplicador es 1,25. Y en lugar de la corriente de cortocircuito, debe usar la corriente de salida máxima o continua que se indica en la hoja de especificaciones del inversor.

Ampacidad circuito = Corriente de salida CA del inversor X 1,25

Ejemplo 4: Supongamos que tenemos un inversor de 1500 W con una salida de intensidad de corriente alterna máxima (CA máx) de 6,5 A.

Ampacidad del circuito = 6,5 x 1,25 = 8,12 A, redondeando al siguiente tamaño comercial estándar, sería 10 A.

Ejemplo 5: Si decidimos colocar un disyuntor adicional a la salida del inversor de nuestra instalación hipotética con un voltaje de funcionamiento de 220V.

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Voltaje y frecuencia del inversor solar

Antes de comprar un inversor, verifique el voltaje y la frecuencia a la que funcionan sus electrodomésticos en su país. En el siguiente cuadro podrá visualizar el voltaje y frecuencia de funcionamiento en algunos países de habla hispana:

Si reside en algún otro país, en esta página encontrará un cuadro más completo de voltajes y frecuencias. Estos son los tres parámetros principales que deben traer consigo la etiqueta de un inversor:

• Voltaje de entrada/voltaje del sistema: Para dimensionar correctamente la instalación solar, sus paneles solares, inversor y banco de baterías deben usar el mismo voltaje. Es decir, voltaje del sistema. En la instalación hipotética de módulos 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.

Tipos de inversores solares

Anteriormente, en función de la onda sinusoidal de salida, habíamos presentado los 3 tipos más comunes de un inversor solar: los inversores de onda cuadrada, los inversores de onda sinusoidal modificada o los inversores de onda sinusoidal pura. Pero, en resumidas cuentas, debido a los diversos problemas que traen consigo utilizar un inversor de onda cuadrada u onda sinusoidal modificada, recomendamos elegir uno de onda sinusoidal pura para cualquier instalación fotovoltaica aislada.

Este tipo de inversores eliminan 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.

Así que, bajo este aspecto, en la medida de lo posible, no lo dude y utilice un inversor de onda sinusoidal pura para ahorrarse inconvenientes.

Instalación fotovoltaica sin inversor solar

Un sistema fotovoltaico sin inversor suele ser el caso en pequeñas instalaciones autónomas con receptores en corriente continua. Pero para el resto de instalaciones, siempre irán con inversor.

Las tensiones que se utilizan en corriente continua en las instalaciones fotovoltaicas suelen ser de 12V o 24V limitando su uso a sistemas de poca potencia. Esto es así porque para tener mucha potencia con esas tensiones tan bajas las intensidades deberían ser muy grandes y los cables que tendríamos que utilizar deberían ser de secciones excesivas y muy caras.

Como la Potencia se calcula multiplicando el voltaje por la corriente (P= V x I), si la tensión (V) es muy pequeña (12V o 24V) para conseguir grandes potencias debemos tener intensidades (I) muy grandes, lo que implica conductores de mucha sección (muy gruesos) y costosos.

Por norma general, para potencias superiores a 1kw es imprescindible disponer de un sistema que convierta la corriente continua generada en las instalaciones fotovoltaicas en corriente alterna para su consumo y con los parámetros adecuados de tensión y frecuencia.

Dimensionamiento del inversor solar

Como ya hemos explicado en el módulo del cálculo de los consumos, existen de dos tipos: los que funcionan a corriente continua y los que funcionan a corriente alterna.

Los que funcionan a corriente continua no necesitan que su corriente pase por un inversor, así que estos no se deben tener en cuenta. Los consumos que funcionan a corriente alterna, en cambio, necesitarán que se vuelva a recolectar su información para poder dimensionar correctamente el inversor que suministrará la potencia. Esta información incluye, el tipo de electrodoméstico, el número de unidades del mismo, su 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.

Potencia continua del inversor solar

Si suponemos que todos los aparatos funcionan al mismo tiempo, la suma de todas la potencia de los electrodomésticos nos dará como resultado la potencia simultánea en vatios continuos de nuestro inversor (sin margen de seguridad).

Los vatios continuos son la cantidad total de vatios (W) que el inversor puede soportar indefinidamente. Por ejemplo, un inversor de 2000W puede alimentar hasta 2000W de forma continua. También se denomina potencia de salida de CA nominal del inversor.

Si aplicamos un margen de seguridad a la potencia simultánea en vatios continuos del inversor de un 20%, obtendremos la potencia mínima del inversor.

Pinv_min = 1,2 x P_inversor

Al elegir el inversor, la potencia en funcionamiento normal debe ser igual o superior a la obtenida mediante estos cálculos.

Potencia de sobretensión del inversor solar

Los vatios de sobretensión son la cantidad de energía que el inversor puede soportar durante un tiempo muy corto, generalmente momentáneo. Los vatios de sobretensión siempre son mayores que los continuos y ocurren a causa de los picos de arranque. Esto quiere decir, que al momento de seleccionar un inversor hay que asegurarse de que esta aguantaré los picos de arranque de algunos dispositivos como 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 tenemos que asegurarnos de que aguantará dichos picos de potencia de arranque. A modo de ejemplo, observe la imagen siguiente: Un taladro es capaz de consumir 471,6 W de potencia durante un breve período de tiempo.

Volviendo al ejemplo anterior, si un inversor dice que soporta 2000W continuos y 4000W de sobretensión significa que puede manejar hasta 4000W momentáneamente mientras enciende cargas inductivas.

Seleccione su inversor que admita estos dos factores.

Porcentaje de simultaneidad

En caso de que se esté seguro de que ciertos aparatos no funcionarán al mismo tiempo que otros, debemos introducir entonces el concepto de “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 es un uso eficiente de la energía.

Nuevamente, si se tiene una bomba conectada a la instalación, 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, al tener en cuenta este detalle, el inversor será más pequeño, se ajustará mejor a nuestra instalación y será más barato.

¡Pero cuidado! NO coloque valores arbitrarios al elegir un porcentaje de simultaneidad de un aparato. Como regla general, la potencia del inversor no deber ser nunca menor a la potencia máxima del consumo más grande (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 a 70% o 60% cuando funcionen de forma aparte.

Hoja de datos del inversor

Una vez que se tenga definida la potencia continua y de sobretensión del inversor solar, solo resta por empezar a revisar catálogos de fabricantes para elegir el correcto para su instalación fotovoltaica. Cuando lo haga, verifique que tengan control de potencia, asistencia de potencia y conmutador de transferencia (A), además de estos datos:

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

Por último, al seleccionar el inversor para nuestra instalación hay que verificar la temperatura máxima que se alcanza en verano porque 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.

Funcionalidades adicionales de los inversores solares

Hoy en día, los inversores son muy avanzados y disponen ya de varias otras funciones. 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).

Adicionalmente, los inversores de onda sinusoidal pura están dotados también para funcionar como cargadores. Esta funcionalidad está pensada para instalaciones aisladas que le hayan tocado varios días sin acceso a la radiación solar y el umbral de descarga de la batería está cerca de alcanzar el límite. En ese caso, los inversores pueden hacer también de cargadores de baterías convirtiendo la 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 adicionales para 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.

Determine el tamaño del inversor con la Calculadora Solar

Si le resulta tedioso realizar todos los cálculos de dimensionamiento del inversor de corriente, le sugerimos que pruebe utilizar nuestra Calculadora Solar Online para facilitarle el trabajo. A continuación, le describiremos un breve tutorial de cómo utilizarla para obtener resultados:

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Vida útil de la batería solar

La vida útil es el tiempo que una batería puede estar en funcionamiento hasta que se estropee. Este parámetro no se mide en años, sino por la cantidad de ciclos de carga/descarga que es capaz de soportar.

Por lo tanto, si una batería se somete a un régimen de trabajo de muchos ciclos diarios, probablemente sólo durará unos meses, mientras que si el régimen es de un ciclo al día o incluso más tiempo (como ocurre en el caso de iluminación en viviendas con energía solar), la batería puede durar varios años.

A modo de ejemplo, si se tiene una batería de uso diario con una autonomía de 5 días (un periodo habitual para una vivienda con una batería que se descarga en 5 días), tendremos que:

 1 ciclo = 5 días

 5 x 24h =120h

La batería se descarga en 120h, por lo que tendría un ciclo de descarga de 120 horas. Normalmente se suelen considerar ciclos de descarga de 100h en las instalaciones fotovoltaicas aisladas. Esto viene en los catálogos expresado en “C100”.

En definitiva, el “C100” es una forma de poder comparar baterías diferentes con el mismo ciclo de descarga 100 horas. También existe “C50”, “C200”, etc., pero el más habitual es el “C100”.

Para conseguir una vida útil adecuada las baterías nunca deben descargarse totalmente. A la cantidad, en porcentaje, que se ha descargado se le denomina profundidad de descarga, o dicho en inglés Depth of Discharge (DOD).

Cuanto menos profundos sean los procesos de descarga mayor será la vida útil de la batería o acumulador. Una batería con una profundidad de descarga por ciclo del 50% durará más que una con un 70% de profundidad de descarga.

Profundidad de descarga (DOD)

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 observará 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, llegando a durar hasta 1500 ciclos.

Si la DOD de una batería no sobrepasa el 20% puede incluso llegar a durar unos 4000 ciclos, es decir, a menos DOD más ciclo aguanta la batería, por eso este valor es el que la mayoría de profesionales recomienda utilizar.

Sin embargo, el establecer profundidades de descarga tan leves hace que aumente mucho el precio de la batería a seleccionar, ya que, si solo el 20% de la batería ya tiene que proporcionarnos el 100% del consumo real de la instalación, la capacidad de la batería será muy grande.

Lo normal es poner una profundidad de descarga del 50% para una batería de ciclo profundo, y 80% para una batería de litio.

¿Cómo saber la DOD de una batería solar?

El estado de carga de la batería, y por lo tanto la DOD, la mayoría de las veces se puede averiguar directamente midiendo la tensión en los bornes que tiene la batería.

Los valores normales son:

Nivel de carga de la batería en una instalación solar a 12V
Batería al 100% (totalmente cargada)	12,7 V
Batería al 75%	12,5 V
Batería al 50%	12,2 V
Batería al 25%	12,0 V
Batería al 0% (totalmente descargada)	11,6 V

Cantidad de carga de la batería en una instalación a 24V
Batería al 100% (totalmente cargada)	25,4 V
Batería al 75%	25,0 V
Batería al 50%	24,4 V
Batería al 25%	24,0 V
Batería al 0% (totalmente descargada)	23,2 V

Nivel de carga de la batería en una instalación solar a 48V
Batería al 100% (totalmente cargada)	50,8 V
Batería al 75%	50,0 V
Batería al 50%	48,8 V
Batería al 25%	48,0 V
Batería al 0% (totalmente descargada)	46,4 V

Cuando el inversor solar está conectado a la batería, caso de las instalaciones aisladas, es el inversor, no el regulador, el que se encarga de que la batería no baje del DOD establecida.

Capacidad de la batería solar

La capacidad es la cantidad total de corriente que una batería es capaz de suministrar en un determinado periodo de tiempo y con una tensión dada cuando esta se encuentra cargada al 100%.

Dicho de otro modo, es la cantidad de electricidad que puede almacenar durante la carga y la que puede otorgar durante la descarga es la misma, y eso es la capacidad de la batería. Su unidad es el Amperio hora (Ah).

En las instalaciones fotovoltaicas aisladas se suelen utilizar baterías con capacidades que alcanzan las cien horas de descarga. A modo de ejemplo, una batería de 200Ah a 12V es capaz de suministrar 20A durante 10 horas, o 2A durante 100 horas.

Luego veremos cómo calcular la capacidad de una batería o el conjunto de baterías que formarán parte de la instalación fotovoltaica utilizando el consumo diario que calculamos anteriormente.

Tenemos que tener en cuenta que la capacidad de la batería disminuye si el tiempo de descarga es muy corto, y si por el contrario si el tiempo de descarga es muy largo su capacidad aumenta.

Baterías vs Temperatura

En base a diversos experimentos que se han realizado en baterías, se determinó que si la temperatura aumenta se incrementa la capacidad de la batería, pero disminuye su durabilidad (menos vida útil), por eso los fabricantes siempre especifican una temperatura óptima de funcionamiento de 25ºC.

Puedes ver esto en los siguientes gráficos:

La capacidad de una batería suele venir especificada a 25 ºC y disminuye un 10% por cada 10 ºC que se reduce su temperatura o aumenta un 10% por cada 10ºC de aumento de temperatura. También es importante tener en cuenta que las baterías en la carga y descarga se calientan, por eso es necesario que se sitúen en un sitio con buena ventilación. Lo ideal es mantenerlas siempre a unos 25ºC.

Además, al ser dispositivos fabricados con metales y/o componentes ácidos es necesario elegir ubicaciones ventiladas para asegurar la no formación de atmósferas peligrosas por los humos tóxicos de los electrolitos evaporados.

La instalación de grupos de baterías debe realizarse con suma precaución ya que, en función de los modelos utilizados, pueden generarse también atmósferas explosivas, por lo que será necesario adecuar las instalaciones eléctricas y de ventilación a estas circunstancias especiales.

Eficiencia de carga y autodescarga

La eficiencia de la carga es la relación entre la energía utilizada para rellenar la batería y la realmente almacenada. Por tanto, cuanto más cercano al 100% mejor.

La autodescarga, en cambio, es la pérdida de capacidad de una batería cuando está almacenada en circuito abierto o sin usar por la reacción entre los materiales que la forman.

Es un proceso de un acumulador por el cual sin estar en uso tiende a descargarse. La autodescarga debe considerarse como un consumo adicional, que demanda un cierto porcentaje de energía almacenada (esto ya se tuvo en cuenta cuando se calculó en rendimiento global de la instalación).

Este valor depende del tipo de batería y muy directamente de la temperatura, aumentando en función de esta última. Su valor es aproximadamente de un 0,5 a un 1% diario en baterías de plomo – ácido.

Cálculo del número de baterías solares necesarias

Para saber cuánta energía debe almacenar nuestro sistema se debe calcular la capacidad que debe tener nuestra batería (o conjunto de baterías) para abastecer a nuestra instalación fotovoltaica aislada. Para calcular la 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 debe venir en la etiqueta de los fabricantes de baterías).

Cuando se obtenga la capacidad, el siguiente paso es buscar baterías en catálogos comerciales para seleccionar la que necesitamos. Una vez elegida extraer todos los parámetros posibles ya definidos anteriormente, con especial énfasis en el voltaje nominal y capacidad de carga.

Batería solar conectada en serie o paralelo

Al igual de como sucede con los paneles solares, al calcular la capacidad que necesita el sistema habrá que redondear el número de baterías hacia arriba al dividir la capacidad de la 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. En el siguiente gráfico observará, cómo deben realizarse las conexiones en las baterías para lograr el voltaje o la capacidad requerida.

Aclaración sobre las conexiones

Por lo general, no hay ningún problema con que las baterías se conecten en serie para sumar sus tensiones. Por ejemplo, si la tensión del sistema es 24V, deben conectarse 2 baterías de 12V en serie para crear una súper-batería de 24V.

Sin embargo, y si bien esto se presentó como una posibilidad teórica, en la medida de lo posible NUNCA conecte baterías en paralelo.

Teóricamente se sumarían las capacidades al hacerlo, pero en la práctica conectarlas en paralelo reduce drásticamente la vida de las baterías, y siendo la parte más cara de la instalación fotovoltaica esto no es aconsejable. En su lugar, siempre se busca una batería con una capacidad lo suficientemente grande para que no requiera conectarse más en paralelo.

En paralelo solo se pueden conectar las baterías de litio. Aunque en la vida real nunca se ponen en paralelo, te encontrarás muchas bibliografías que sugieren hacerlo. Por ejemplo, conectar dos baterías de 100 Ah en paralelo producirá una capacidad total de 200 Ah.

Solo deben realizarse estas conexiones cuando no queda otra alternativa. Para reducir los efectos adversos, aquí van algunos consejos:

• Conectar en diagonal: Entrar por la batería más cercana y salir por la más alejada para lograr un flujo de corriente nivelado.
• Colectores: Los cables de salida tienen que tener una sección resultante de la suma de cada rama. Las longitudes y secciones de todas las ramas tienen que ser idénticas para evitar diferentes resistencias en las conexiones.
• Punto Medio: Los cables de salida deben conectarse al punto medio de la batería.
• Usar barras de CC: Unión de los paralelos mediante embarrado de CC. Esta sería la conexión más correcta.

¿Qué batería solar debo elegir?

Retomando un poco de lo explicado al principio del curso, existen diferentes tipos de baterías que pueden servir mejor unas que otras dependiendo del tipo de instalación fotovoltaica.

Si necesita un sistema de batería 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, mejor opte por las baterías 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 energía solar en una cabaña pequeña o en una casa de vacaciones, 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 de dinero para comprar una batería de ácido de plomo sellada.

Calculadora de número de baterías solares

Si le resulta tedioso realizar los cálculos a mano, le proponemos que pruebe nuestra Calculadora Solar Online para que pueda descubrir mucho más rápido cuántas baterías solares necesita para su instalación fotovoltaica. A continuación, le indicaremos los pasos a seguir para calcular el número de baterías solares que necesita:

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Si le interesa probar esta batería en su instalación fotovoltaica futura, puede consultar su precio aquí: Marca RIYIFER – Batería de Litio.

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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 (V_mp). 

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

Regulador 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)= V_bat x I_mp = 12V x 4.91A = 58.92W. Eso quiere decir que, el panel solar ahora se comporta como un panel de 59 watts.

Regulador 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) = V_mp x I_mp = 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 regulador 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.

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 (V_nom) 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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Interrupción de circulación de corriente

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

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

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.

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

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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:

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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.

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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.

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

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Datos importantes en la etiqueta de 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 (P_max), el Voltaje Nominal (V_nom), el Voltaje a Máxima Potencia (V_pm), la Intensidad de corriente a potencia máxima (I_pm), el Voltaje a circuito abierto (V_os) y la Intensidad de corriente de corto circuito (I_sc).

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 (V_pm*I_pm) se obtiene la Potencia máxima del panel solar (P_max).

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:

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

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 SÍ 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?

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 SÍ 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.

Calculadora de número de paneles solares necesita para una 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:

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¿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.

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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

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).

Para facilitar el proceso de cálculo del ángulo óptimo de inclinación, utilizaremos nuevamente la Calculadora Solar Online.

A continuación, mostraremos un tutorial básico de uso. En la siguiente sección, hallaremos las horas solares pico de algunas ubicaciones de ejemplo.

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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.

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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)

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

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El ángulo óptimo de inclinación es 34°:

Irradiación Solar en Buenos Aires, Argentina (Verano)

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Irradiación Solar en Buenos Aires, Argentina (Invierno)

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

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

Total energía 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 determinando individualmente las pérdidas de cada uno de los componentes de la instalación fotovoltaica e integrarlas todas al rendimiento global 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 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?

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 rendimiento global 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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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.

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)
Afeitadora	5
Aspiradora	1200
Batidora de mano	300
Bomba de agua de 1/2 HP	380
Bomba de agua de 3/4 HP	570
Cafetera de filtro eléctrica	900
Caloventilador chico c/termostato	1500
Cargador de celular genérico	5
Computadora (sólo la CPU)	200
Estufa halógena de 3 velas c/termostato	1500
Estufa de cuarzo c/termostato	1500
Freezer	250
Heladera	150
Heladera con freezer	200
Heladera con freezer – Inverter	200
Horno eléctrico de 25 a 30 litros c/termostato	1500
Horno eléctrico de 73 litros c/termostato, para empotrar	2450
Lavarropas automático de 5 kg con calentamiento de agua	2500
Lavarropas automático de 5 kg	500
Lavarropas semi-automático de 5 kg	200
Lavavajilla para 12 cubiertos	1500
Licuadora de mano o de pie	600
Lustraspiradora	800
Microondas	800
Minicomponentes	60
Monitor LED de 19″	22
Notebook	22
Pava eléctrica de 1,7 litros	2000
Plancha	1500
Planchita de pelo o buclera	40
Radiador eléctrico mediano c/termostato	1500
Reproductor de DVD	15
Secador de cabellos	2000
Secarropas a calor	950
Secarropas centrífugo	380
Termotanque eléctrico c/termostato	1500
Tostadora	950
Aire acondicionado de 2200 frigorías F/C	1350
Anafe vitrocerámica con hornalla de 120 mm de diámetro	750
Extractor de aire para cocina o baño – 80 m3/hora	12
Lámpara de bajo consumo de 11W	11
Lámpara halógena de 40 W	40
Lámpara LED de 5 W	5
Lámpara LED de 9 W	9
Lámpara LED de 11 W	11
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 W	18
Tubo fluorescente de 36 W	36
Tubo fluorescente de 58 W	58
Ventilador de techo	60
Ventilador de pie	90
Vitroconvector 54 x 57 cm c/termostato	1000
Vitroconvector 86 x 58 cm c/termostato	2000

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.

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

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

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)

Ejemplo CFE (México)

Según Datos de Consumo

Datos de consumo medio de electricidad por año en vivienda
N° de personas por vivienda	Consumo medio anual de electricidad (KWh)
1	1800
2	2700
3	3500
4	4150
5	4900
Consumo anual estándar	3500 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 W	12 V
Entre 1500 y 5000 W	24/48 V
Más de 5000 W	120/300 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:

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