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

Rendimiento de la Instalación
Rendimiento Global de la Instalación

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

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

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

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

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

El consumo real se puede calcular de varias formas:

Cálculo del consumo real por factor de seguridad

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

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

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

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

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

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

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

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

Cálculo del consumo real por coeficientes de pérdida

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

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

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

Donde:

Kb = Coeficiente de pérdidas por rendimiento de la batería

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

Ka = Fracción de energía que se pierde por autodescarga

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

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

Kc = Pérdidas por el rendimiento del inversor

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

Kr = Pérdidas en el regulador de carga

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

Kv = Pérdidas en el cableado de la instalación y equipos

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

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

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

Pd = Profundidad máxima admisible de descarga

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

¿Cómo seleccionar los coeficientes de pérdida?

Rendimiento Global Instalación

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

Kb:         Pérdidas en el proceso de acumulación

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

Ka:         Autodescarga de la batería

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

Kc:          Pérdidas por el rendimiento del inversor

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

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

Kv:         Otras pérdidas no consideradas             

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

Pd:         Profundidad de descarga máxima admisible

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

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

N:           Número de días de autonomía

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

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

Kv:         Pérdidas en el controlador de carga

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

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

Cálculo del consumo real con la Calculadora Solar Online

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










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