Cálculo y dimensionado de una instalación fotovoltaica José Luis Gutiérrez Madrid

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Cómo dimensionar una instalación solar fotovoltaica autónoma paso a paso

En el caso de una instalación de energía solar fotovoltaica autónoma (aislada de la red), es fundamental un

correcto dimensionamiento tanto para poder abastecer con garantías la demanda energética que

tengamos, como también para acotar el coste económico de la instalación.

Como caso de ejemplo, vamos a tomar la necesidad de electrificar una casa sin conexión eléctrica a la red en una zona rural, que será utilizada por una familia de 4 personas los fines de semana.

Vamos a ver los cálculos paso a paso:

Primer paso: Cálculo de consumos estimados

Establecemos para el caso de ejemplo los equipos básicos necesarios que consumirán energía:

Bombillas LED: 6 unidades x 5 horas x 10 Wattios (100%) = 300 Wh

Televisión: 1 unidad x 4 h x 70 W (100%) = 280 Wh

Ordenador portátil: 2,5 h x 60 W (100%) = 150 Wh

Nevera: 24 h x 200 W (50%) = 2400 Wh

Microondas: 0,5 h x 800 W (100%) = 400 Wh

Lavadora: 0,5h x 800 W = 400 Wh

Otros: Router wifi, cargadores de móvil, Tablet…= 10 h x 19 W=190 Wh

En este apartado, tendréis que estimar los consumos para vuestro caso concreto. Se podrían estimar aquí los consumos necesarios para otros tipos de instalaciones, como por ejemplo la demanda de autoconsumo para cubrir de forma parcial las necesidades de una instalación conectada a la red o una instalación pensada para abastecer un punto de recarga de una bici, moto o coche eléctrico, para cargar las baterías, etc.

Más adelante realizaremos artículos más específicos para este otro tipo de casos, hoy nos vamos a centrar en nuestro ejemplo para una casa aislada.

Así pues, si sumamos los diferentes consumos parciales, obtenemos el consumo total estimado para nuestra casa de ejemplo:

Total consumos por día estimados (Cde) = 4120 Wh / día

Aplicamos un rendimiento de la instalación del 75% para calcular la energía total necesaria para abastecer la demanda:

Total energía necesaria (Ten) = Cde / 0,75 = 5493 Wh/día

Segundo paso: Radiación solar disponible

Para obtener la radiación solar incidente, se pueden utilizar tablas con estimaciones ya existentes. Una buena fuente de estas estimaciones es la aplicación PVGIS (Photovoltaic Geographical Information System

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– European Commission, Joint Research Center), que tiene una plataforma on-line desde donde se pueden obtener los datos de insolación para toda Europa de forma fácil y rápida.

Suponiendo que nuestra instalación está en Granada, utilizando la aplicación PVGIS (o bien https://www.agenciaandaluzadelaenergia.es/) obtenemos los siguientes valores:

Latitud: 37°10’38” Norte Longitud: 3°35’54” Oeste Potencia nominal de la instalación solar fotovoltaica: 1kWp Inclinación de los módulos: 35deg. Orientación de los módulos: 0deg.

Mes Ed Em Hd Hm

Enero 3.45 107 4.35 135

Febrero 4.11 115 5.25 147

Marzo 4.70 146 6.21 193

Abril 4.53 136 6.05 181

Mayo 4.76 148 6.49 201

Junio 5.11 153 7.14 214

Julio 5.26 163 7.49 232

Agosto 5.18 160 7.34 228

Septiembre 4.69 141 6.46 194

Octubre 4.39 136 5.88 182

Noviembre 3.63 109 4.66 140

Diciembre 3.38 105 4.27 133

Total 4.43 135 5.97 182

Donde:

Ed: Producción media diaria de energía eléctrica del sistema (kWh) Em: Producción media mensual de energía eléctrica del sistema (kWh) Hd: suma diaria promedio de irradiación global por metro cuadrado recibida por los módulos del sistema (kWh / m2) Hm: suma promedio de irradiación global por metro cuadrado recibida por los módulos del sistema (kWh / m2)

• Irradiancia: Es la magnitud que describe la radiación o intensidad de iluminación solar que llega hasta nosotros medida como una potencia instantánea por unidad de superficie, W/m2 o unidades equivalentes.

• Irradiación: Es la cantidad de irradiancia recibida en un lapso de tiempo determinado, es decir, la potencia recibida por unidad de tiempo y por unidad de superficie. Se suele medir en Wh/m2 o, en caso de un día, en Wh/m2/día o unidades equivalentes.

El mes más desfavorable de radiación, observamos que es en diciembre con 4,27 kWh·m2/día. De forma que dimensionaremos la instalación para las condiciones mensuales más desfavorables de insolación, y así nos aseguramos que cubriremos la demanda durante todo el año. Otra opción sería hacerlo con la Irradiación media anual, 5,97.

Atmósfera: 1,05 ENERO FEBRERO MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEMBRE OCTUBRE NOVIEMBRE DICIEMBRE MEDIA

HORAS SOLAR PICO Incinación panel 35º

HSP Córdoba 2,81 3,68 5,07 5,61 6,10 7,10 8,06 7,69 6,90 4,93 3,59 2,86 5,37

Inclinación panel 40º 2,85 3,71 5,02 5,5 5,91 6,8 7,73 7,54 6,85 4,96 3,66 2,92 5,29

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Una vez conocemos la radiación solar incidente, la dividimos entre la radiación solar incidente que utilizamos para calibrar los módulos. (1 kW/m2), y obtendremos la cantidad de horas sol pico (HSP). A efectos prácticos en nuestro caso este valor no cambia, pero utilizaremos el concepto de HSP (horas sol pico) que es el número de horas equivalente que tendría que brillar el sol a una intensidad de 1000 W /m2 para obtener la insolación total de un día, ya que en realidad el sol varía la intensidad a lo largo del día.

HSP = Irradiación solar tablas(KWh/m2) / Irradiancia(1kW/m2) = 4,27 HSP

La potencia brindada por el sol artificial es de 1000 W/m2 que iluminan los módulos FV perpendicularmente, los que reciben una potencia distinta de acuerdo con el área de cada módulo (panel) FV:

Se mide la salida de potencia eléctrica en Watt de cada módulo, la que obviamente depende de la eficiencia de cada módulo denominadas “pico”

Por ejemplo, un modulo de 2 m2 que recibe 2 kW de potencia, para una eficiencia del 15 % genera 300 watt pico, para otro módulo de similar área con una eficiencia del 10 % genera 200 Wp.

Tercer paso: Cálculo de placas o paneles solares necesarios

Vamos a realizar los cálculos para establecer el número de módulos (placas o paneles solares) en función de las condiciones de radiación más desfavorables. Para realizar este cálculo nosotros hemos elegido módulos de 330 W. Este dato viene dado en las características técnicas de los módulos elegidos según cada modelo y fabricante.

1. Para instalaciones de uso diario utilizaremos la fórmula:

Numero de módulos = (energía necesaria) / (HSP * rendimiento de trabajo * potencia pico del módulo)

El rendimiento de trabajo tiene en cuenta pérdidas producidas por el posible ensuciamiento y/o deterioro de los paneles fotovoltaicos (normalmente 0,7 – 0,8).

Número de módulos para instalación de uso diario:

Nmd = (5493) / (4,27 * 0,8 * 330 )= 4,87 Redondeando 5 módulos (4 módulos, quedarían algo cortos)

2. Para instalaciones de fin de semana utilizaremos la fórmula:

Numero de módulos = (3 * energía necesaria) / (HSP * rendimiento de trabajo * 7 * potencia pico del módulo)

Número de módulos para instalación de uso para fin de semana:

Nmfd= (3 * 5493) / (4,27 * 0,8 * 7 * 330) = 2,08 Redodeando 2 módulos

EUpanel = µ · Pinc · t = PUpanel · HSP → EUtotal = nº paneles · EUpanel → n = EUtotal / EUpanel → n = EUtotal / PUpanel · HSP

PUpanel = µ · Pinc = µ · ρ · S → 300 W= 0,15 · 1000 W/m2 · 2 m2

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Como nuestro caso de ejemplo es para una casa aislada de consumo diario, necesitamos cuatro módulos de 330 W cada uno. Teniendo en cuenta que las necesidades de consumo que hemos establecido son muy básicas, si se introducen consumos mayores en el primer apartado nos resultará una cantidad de placas mayor.

Con los módulos elegidos de 330 Watios pico (Wp), obtendremos una instalación solar de 1.320 Wp totales (4 x 330 Wp).

Teniendo en cuenta que los módulos trabajan a 24V, si queremos una instalación que trabaje a 48V, podemos realizar una asociación en serie de grupos de dos placas y luego estos dos grupos de dos placas en serie, asociarlos en paralelo. El voltaje de funcionamiento dependerá del sistema de acumuladores que elijamos.

Características de la placa: corriente máxima de 8.7A a voltaje máximo de 37.4V

Cómo se conectan los paneles solares ¿como es mejor conectar los paneles, en serie o en paralelo?” En realidad el modo de conectar los paneles es indiferente para la potencia de salida total, que será la misma. Lo que hay que tener en cuenta es respetar las tensiones que admiten los reguladores a los que conectamos los paneles y ya en función de eso ir haciendo series, paralelos o una combinación de ambos.

La potencia total es la misma independientemente de cómo conectemos los paneles solares tal y como dice la fórmula correspondiente:

Potencia (Watios) = Voltaje (Voltios) x Intensidad (Amperios)

El resultado de la multiplicación será el mismo si conectamos en serie o en paralelo 2 paneles por ejemplo. En serie el voltaje será la suma de 2 paneles y la intensidad la de un solo panel, mientras que en paralelo el voltaje sera el de un solo panel y la intensidad será la suma de los 2. En ambos casos el resultado de la multiplicación, la potencia total, será el mismo. Veamos un ejemplo práctico con un panel:

Placa solar de 325W y 24V de las siguientes características:

Potencia máxima (Pmax) 325W

Voltaje en circuito abierto (Voc) 45.7V

Voltaje a máxima potencia (Vmpp) 37.4V

Corriente en cortocircuito (ISC) 9.22A

Corriente a máxima potencia (Impp) 8.7A

Si aplicamos la fórmula anterior: Vmpp x Impp = Pmax 37.4V x 8.7A = 325,38W que es la potencia máxima del panel.

Vamos a suponer que utilizamos 4 paneles, la potencia total sería de 1300W y con los dos ejemplos de serie o paralelo o una combinación serie-paralelo veremos que el resultado no varía en cuanto a potencia total.

Conexión en serie (conectamos el polo positivo de un panel con el negativo del siguiente):

En este caso la tensión se suma y la corriente se mantiene constante:

-Vmpp: 37.4 x 4 = 149.6V

-Impp: 8.7A

-Total en la serie: Vmpp x Impp = Pmax 149.6V x 8.7A = 1301,52W

Conexión en paralelo (conectamos juntos los positivos de los paneles por un lado y por otro lado juntos los negativos):

En este caso la intensidad de corriente se suma y la tensión se mantiene constante:

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-Vmpp: 37.4V

-Impp: 8.7A x 4 = 34.8A

-Total en la serie: Vmpp x Impp = Pmax 37.4V x 34.8A = 1301,52W

Conexión en serie-paralelo (como mínimo haremos parejas de paneles en serie, y posteriormente hacemos paralelos de esas parejas):

En este caso se duplica la intensidad de corriente y también la tensión:

-Vmpp: 37.4V x 2 = 74.8V

-Impp: 8.7A x 2 = 17.4A

-Total en la serie: Vmpp x Impp = Pmax 74.8V x 17.4A = 1301,52W

Conclusión:

Aunque el resultado de potencia total siempre es el mismo, en términos de eficiencia por pérdidas de energía, siempre es mejor ir a un mayor voltaje antes que a una mayor intensidad y nos permite trabajar con secciones inferiores de cableado. No obstante no siempre podemos conectar los módulos solares como queramos, eso está en función del tipo de regulador de nuestra instalación.

EN NUESTRO CASO se conectan en paralelo los cuatro, para mantener la tensión de trabajo a 24 V, del regulador. La intensidad proporcionada sería la suma de los cuatro paneles, 8,7+8,7+8,7+8,7=34,8 A.

Cuarto paso: Capacidad de los acumuladores

Para diseñar la capacidad de las baterías de acumulación, primero tendremos de establecer la autonomía deseada en caso de tener días desfavorables sin insolación por abundante nubosidad.

Si nuestro caso fuera, para fines de semana la máxima autonomía necesaria la podemos establecer en 3 días (viernes, sábado y domingo). En electrificación de casas rurales para abastecimiento diario podría establecerse entre 4-6 días, teniendo en cuenta que este valor se puede reducir en el caso de que dispongamos de un grupo electrógeno de refuerzo.

Capacidad de la batería = (energía necesaria * días de autonomía) / (Voltaje * profundidad de descarga de la batería)

V · I · t = E → I · t = E/V

8,7

A

8,7

A

8,7

A

8,7

A

34,8 A

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La profundidad de descarga depende del tipo de batería elegido. Estos valores oscilan entre 0,4 a 0,8. Podéis consultar estos valores en las características técnicas para cada modelo y fabricante. En nuestro caso, elegiremos una batería que tolere una descarga de hasta un 40% (0,4), aunque nosotros usamos 0,6 para proteger mejor la batería.

Capacidad de acumulación = (5493 * 3) / (24 * 0,6) = 1177 Ah (c100)

El valor c100 indica que la capacidad de la batería será la suministrada por ciclos de carga de 100 h, que es la frecuencia de carga normalmente establecida en electrificación rural.

En nuestro caso usamos 8x Baterías Estacionarias de 550Ah 6V. Conectadas para obtener 24V y 1100Ah

La selección del sistema de acumulación requiere de diferentes comprobaciones para que el sistema dure y tenga un óptimo rendimiento. Los sistemas de acumulación necesitan una mínima intensidad de carga para asegurar que las baterías carguen correctamente y evitar que tengan una vida útil más corta de la esperada.

Se debe evitar la conexión en paralelo de baterías, pues la longitud de los cables, la resistencia interna de las baterías y el estado inicial de carga no es el mismo y hace que unas se desgasten más que otras. Por esta razón otra opción mejor serían 12 baterías de 2V y 940Ah conectadas en serie.

Quinto paso: Selección del regulador y del convertidor

Finalmente, ya sólo quedaría elegir un regulador de carga y un convertidor de corriente continua a corriente alterna para poder disponer de corriente alterna a 220 V en nuestra vivienda apta para cualquier tipo de aparato o electrodoméstico.

Los reguladores de carga vienen determinados por la potencia máxima, intensidad máxima de trabajo y por el voltaje máximo que entreguen nuestros paneles según estén conectados en nuestra instalación.

En nuestro caso: Pmáx=4*330= 1320 W

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Vmáx=37,4 V, pues están conectados en paralelo.(Vtrabajo=24V)

Imáx=34,8 A

Un regulador de carga solar es el encargado de controlar el flujo energético que circula entre el campo

fotovoltaico y las baterías de la instalación. El regulador de carga trabaja en función de la intensidad y

voltaje a la que se inyecta energía en las baterías, por lo que se trata de un dispositivo preparado para

controlar constantemente el nivel de carga de los acumuladores y optimizar la vida útil de los mismos.

Otras de las funciones que según el tipo de regulador de carga puede aportar un regulador de carga es evitar que las baterías se descarguen durante la noche o proporcionar información del estado de carga del sistema e información de la instalación a través una pantalla integrada,

La potencia del convertidor de CC/AC la tendremos que elegir en función de la suma de todas las potencias nominales de los equipos consumidores multiplicado por el coeficiente de simultaneidad de uso de estos. (normalmente valores que van de 0,5-0,7). En nuestro caso la potencia total estimada es de 2.009 W

Potencia convertidor = 2009 * 0,6 = 1205 W

Así pues, con un convertidor de 1500 W sería suficiente para nuestro ejemplo, siempre y cuando realmente utilicemos sólo los aparatos contemplados inicialmente. Siempre podemos establecer una potencia mayor por si puntualmente se utiliza algún otro electrodoméstico de mayor consumo.

Respecto a la tensión y potencia del Inversor: para

instalaciones de 12v, es aconsejable una potencia

de inversor inferior a 1000w, para instalaciones de

24v, es aconsejable una potencia de inversor entre 1000w a 3000w y para instalaciones de 48v, es

aconsejable una potencia de inversor superior a 3000w.

http://www.autoconsumoaldetalle.es/calcule-su-instalacion/index.php#

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Quinto paso: Cálculo de sección de conductores en una instalación fotovoltaica

La fórmula con la que obtendremos la sección por el criterio de la caída de tensión es la siguiente (igual que en alterna monofásica con cos φ = 1):

R=ρ·L/S → S= ρ·L/R → S= ρ·L·I/V → S= L·I/ γ ·V →

Donde

L: longitud de la línea (positivo + negativo) --> 2 x 45 = 90 m

I: intensidad nominal --> 81,84 A

γ: conductividad del cobre (a 70 ºC*) --> 46,82 m/Ω.mm2

e: caída de tensión máxima en --> 4,77 V

* Tomamos 70 ºC como valor aproximado al partir de un ambiente de 50 ºC incrementado por el calentamiento del conductor por efecto Joule.

Debemos hacer mención a esta última variable de la caída de tensión máxima admisible y tomar en cuenta cuales son, según el IDAE, las recomendaciones según el subsistema a analizar:

Subsistema Caída tensión Máxima Recomendada

Paneles – Regulador 3% 1%

Regulador – Baterías 1% 0,5%

Baterías – Inversor 1% 1%

Inversor - Consumos 3% 1,5 %

Tendríamos que elegir entonces la sección inmediatamente superior a la calculada que coincida con alguna de las secciones estándar que se comercializan, por lo que consultamos la tabla de secciones de cables de cobre comerciales:

Tabla de secciones comerciales de cable de cobre aplicables a nuestro caso:

1.- Cálculo de sección entre paneles solares (L1)

La corriente Imp y la tensión Vmp en el punto de máxima potencia del panel solar la proporciona el fabricante en su ficha técnica.

Introduciremos la distancia entre el panel solar y la caja de conexiones. En el cálculo ya se tiene en cuenta la longitud del cable que será el 2x la distancia introducida.

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*Los valores más utilizados de secciones de cables en este tramo suelen ser: 4mm2 a 10mm2 ya que esta distancia suele ser muy pequeña de 2 – 5 metros.

Digamos que tenemos 5 metros de distancia entre los módulos solares y la caja de conexiones de continua.

1% de 37,4V=0,374V

S=2x5x8,7/(47x 0,374)=4,94 mm2 → 6 mm2

2.- Cálculo de sección hasta el regulador (L2)

La tensión de trabajo del campo fotovoltaico será la suma de tensiones de paneles solares conectados en serie

Y la corriente del campo fotovoltaico la suma de corrientes de cada rama o cadena en paralelo.

Tenemos 5 metros de distancia desde la caja de conexiones hasta el regulador.

S=2x5x38,4/(47x0,374)= 19,79 mm2 → 25 mm2

Si tienes un regulador solar MPPT debes saber que la tensión de trabajo del campo fotovoltaico es diferente a la tensión de la batería. Esta es la principal ventaja de este tipo de reguladores, de esta forma el seguidor del punto de máxima potencia del regulador solar es capaz de variar la tensión del campo fotovoltaico para obtener en todo momento la máxima potencia de los paneles solares y posteriormente convertir esta potencia a la tensión de batería para poder cargarla.

Cuando disponemos de un regulador MPPT podemos configurar el campo fotovoltaico para trabajar a la máxima tensión admisible por el regulador y así reducir al mínimo el paso de corriente, para reducir también al máximo la sección de cables necesaria y las pérdidas por temperatura.

Con un regulador solar MPPT debemos tener en cuenta 5 cosas:

• No sobrepasar la Vmax en el campo fotovoltaico. Normalmente 100V o 150V. En este punto tenemos que considerar la Voc de los paneles solares.

• La tensión del campo fotovoltaico debe ser como mínimo 2v superior a la tensión de batería. Incluso cuando la batería está en absorción 14,4V para baterías de 12V y 28,8V para baterías de 24V.

• No sobrepasar la potencia máxima permitida por el regulador solar.

• Los paneles solares de cada cadena o serie deben ser iguales.

• Las cadenas de paneles solares deben tener el mismo número de paneles solares.

3.-Cálculo de sección desde el regulador hasta la batería (L3)

(Nota: Solamente para instalaciones con Regulador + Inversor separados, para inversores 3 en 1 se utiliza el cálculo del apartado 4)

Una vez llegamos al regulador solar MPPT el cable que va desde el regulador a la batería pasará a tener la tensión de la batería 12v, 24v, 48v, etc y la corriente de carga la calcularemos de la siguiente manera:

Calculamos la potencia del campo fotovoltaico: potencia de un panel solar por el número de paneles solares

Dividimos la potencia del campo fotovoltaico entre la tensión de batería: 12v, 24v, 48v, etc

• Tensión de la linea L3: la de la batería = 24 V → 0,5% de 24V=0,12V

• Potencia del campo solar 4x330W= 1320 W

• Corriente de carga =1320/24= 55 A

*En este tramo es importante reducir al máximo la distancia de la línea entre el regulador y la batería ya que la corriente de paso será elevada a una tensión baja. Los valores más utilizados de secciones de cables en este tramo suelen ser: 25mm2 a 35mm2 con distancias de 1 o 2 metros.

S=2x1,5x55/(47x0,12)= 29,25 mm2 → 35 mm2

4.- Cálculo de sección desde la batería al inversor (L4) o L3 para inversores 3 en 1

(Nota: Para instalaciones con inversores 3 en 1 este cálculo será utilizado para la línea L3)

La corriente de paso por esta linea será la máxima que pueda suministrar el inversor, si nuestro inversor es por ejemplo de 3000W con pico de potencia máxima de 4000W tendremos una corriente:

4000W / 24V = 166,66A

Por lo tanto, la línea L4 tendrá:

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• Distancia entre la batería y el inversor

• Vmp: 24V → 0,5% de 24V=0,24V

• Imp: 166,66 A

En las instalaciones con inversores 3 en 1, solamente existe la línea L3 y no existe la línea L4. Como el cálculo de corriente de paso del inversor es superior al de la línea del regulador-batería, utilizaremos el cálculo de corriente del inversor para la línea L3

*En este tramo es muy importante reducir al máximo la distancia entre la batería y el inversor ya que la corriente de paso será muy elevada a una tensión baja. Los valores más utilizados de secciones de cables en este tramo suelen ser: 35mm2 a 120mm2 con distancias de 1 metro. Mínimo recomendado 35mm2.

S=2x1,5x166,66/(47x0,24)= 44,32 mm2 → 50 mm2

5.- Cálculo de sección desde el inversor hasta consumos

La corriente es ya en alterna monofásica o trifásica, es la que va desde el inversor hasta el cuadro de protecciones que alimentará a la vivienda.

En esta línea, de salida del inversor, se suele utilizar una caída máxima de tensión del 3%. Recomendado. 1,5%

La intensidad se calcula:

I=Potencia inversor x 1,25 / (230 x cos ψ)= 4000 x 1,25 / (230 x 0,8) = 27, 17 A

1,5 % de 230V = 3,4V

Suponiendo 8 metros de distancia:

S= 2x8x27,17 / (47 x 3,4) = 2,72 mm2 → 4 mm2

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https://autosolar.es/kit-solar-aislada/

2.783,23€ Kit Solar Vivienda Aislada 3000W 24V 6400Whdia

está compuesto por:

4x Panel Solar 330W 24V Policristalino Talesun

4x Batería Estacionaria 6V 550Ah U-Power UP-GC16-6RE

1x Inversor Cargador 3000W 24V MPPT 50A Must Solar

Estructura Cubierta Metálica KH915 . Perfecta para poder

fijar los paneles solares sobre suelo o cubierta plana.

5 metros de Cable Rojo RV-K 6mm2 PowerFlex de Top Cable y 5

metros de Cable Negro RV-K 6mm2 PowerFlex de Top Cable

10 metros de Cable Rojo RV-K 10mm2 PowerFlex de Top Cable

y 10 metros de Cable Negro RV-K 10mm2 PowerFlex de Top

Cable

1 metro de Cable Verde RV-K 50mm2 PowerFlex de Top Cable y 1 metro de Cable Negro RV-K 50mm2

PowerFlex de Top Cable

3x Cable de 50mm2 para Interconexionado de las diferentes baterías

1x Repartidor y caja estanca para conexionado de paneles

2x Conectores Weidmuller PVStick

Energía captada en un día: 3840 Wh/dia en invierno

y 8960 Wh/dia en verano.

Consumos habituales que el Kit Solar Vivienda Aislada

3000W 24V 6400Whdia puede cubrir. La estimación

de producción se ha tomado con un mínimo de 3

horas de sol pico para invierno, mientras que en

verano, se han tomado 7 horas de sol.

1 x Frigorífico A+++

4 x Luces Led 10W durante 4h/día

2 x Cargas de móvil durante 3h/día

1 x TV Plana 50W durante 4h/día

1 x Ordenador portátil durante 4h/día

1 x Bomba de pozo 1CV maximo 1h/día

1 x Microondas

1 x Maquinaria de trabajo (como por ejemplo un

taladro) durante 2h/día

1 x Lavadora 2 veces por semana (de día y con agua

fría)

Consumo en stand-by de inversor hasta 3000W

Ficha técnica

Garantía de la Batería: 2 años

Número de Paneles Solares del Kit Solar: 4

Potencia de los Paneles Solares: 320W, , llegando a

producir una corriente máxima de 8.7A a 37.4V

Amperios del Regulador de Carga: 50A

Voltaje de Trabajo de la Batería: 24V

Voltaje de Trabajo del Inversor: 24V

Punta de Arranque Máxima Admitida por el Inversor:

4000W

Garantía del Inversor del Kit Solar: 2 años

Potencia Generada al día: 6400Wh al dia de media anual

Voltaje del Kit Solar: 24V

Marca del Panel Solar del Kit Solar: Talesun

Marca del Regulador de Carga: Must Solar

Tipo de Batería: Plomo ÁcidoTipo de Batería

Marca del Inversor del Kit Solar: Must Solar

Potencia Máxima del Inversor: 3000W

Garantía de Paneles Solares: 25 años

Garantía Regulador de Carga del Kit Solar: 2 años

Capacidad de la Batería: 550Ah

Energía Útil Almacenada: 6600Wh

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Factores a tener en cuenta para dimensionar una instalación fotovoltaica

1.- Decidir la tensión de trabajo con la que funcionará nuestra instalación:

-Para consumos muy pequeños como pueden ser: bombillas, televisión, alarmas, bomba pequeña de presión… Elegiremos una instalación a 12V.

- Para consumos pequeños o medianos como pueden ser: nevera, lavadora, bomba depuradora, microondas… Elegiremos una instalación a 24V.

- Para consumos medianos y elevados como pueden ser: nevera, lavadora, bomba depuradora, microondas, lavavajillas, horno, vitrocerámica, termo eléctrico… Elegiremos una instalación a 48V.

En Autosolar disponemos de kits solares que funcionan a 12V, 24V o 48V dependiendo de nuestros requerimientos de energía diaria. Los kits solares de AutoSolar tienen en su descripción una lista de aparatos eléctricos estimado que puede abastecer el sistema, dependiendo si se trata de una instalación a 12V, 24V o 48V.

2.- Elegir los equipos electrónicos que forman la kit solar de conexión aislada (Inversor, Regulador, Cargador):

Los equipos electrónicos de una instalación solar aislada son los siguientes:

- Regulador de carga: Se encarga de regular la energía procedente de los panel solar con el fin de realizar la carga de la batería o baterías conectadas de forma adecuada.

Un regulador de carga solar es el encargado de controlar el flujo energético que circula entre el campo fotovoltaico y

las baterías de la instalación. El regulador de carga trabaja en función de la intensidad y voltaje a la que se inyecta

energía en las baterías, por lo que se trata de un dispositivo preparado para controlar constantemente el nivel de carga

de los acumuladores y optimizar la vida útil de los mismos.

Otras de las funciones que según el tipo de regulador de carga puede aportar un regulador de carga es evitar que las

baterías se descarguen durante la noche o proporcionar información del estado de carga del sistema e información de

la instalación a través una pantalla integrada

Los reguladores MPPT maximizan su corriente a la salida a baterías, pues son capaces a adaptar la entrada fotovoltaica

a la tensión de baterías. Esto le permite hacer funcionar a la placa en su punto de máxima potencia para obtener la

máxima eficiencia de producción en cada instante, por ello hablamos de reguladores MPPT maximizadores.

Un regulador PWM únicamente puede ser utilizado si la tensión de las placas solares y las baterías es la misma, es decir,

con paneles solares 24V y baterías de 12V no se podrá instalar un regulador de carga PWM, la única opción posible será

un regulador MPPT.

Los reguladores PWM se caracterizan por tener un precio inferior a los reguladores MPPT.

- Inversor: Se encarga de transformar la corriente continua de la batería (12V, 24V, 48V) en corriente alterna (230V) para poder alimentar los consumos de la vivienda o casa de campo.

- Cargador de Baterías: Se encarga de cargar las baterías a través de la red eléctrica o de un grupo electrógeno cuando estas están bajas de carga.

Estos equipos que acabamos de describir se pueden adquirir por separado, o bien en un mismo equipo que realice las 3 funciones con el que reduciremos los costes finales de la instalación.

Los inversores 3 en 1 capaces de: regular la carga, convertir de corriente continua a corriente alterna, y cargar las baterías a través de un grupo electrógeno o de la red eléctrica, son equipos fiables y muy comercializados con los que unificamos nuestra instalación de forma que sea más sencilla y fácil de mantener. Los inversores 3 en 1 tienen una única carcasa, fácil de instalar con la que reduciremos en cableado y por tanto en pérdidas asociadas al mismo. Además, suelen ser inversores programables, y disponen de un display digital con el que se pueden controlar todas sus funciones, de forma que podemos conocer al instante cual es la producción fotovoltaica o la carga que nos queda almacenada en el banco de baterías.

3.- Elegir los panel fotovoltaicos (12V, 24V, de conexión a red)

Los paneles fotovoltaicos se dividen en 3 tipos que se diferencian a simple vista por el número de células que dispone:

- Paneles solares 12V: Son los que tienen 36 células. Su tensión de salida suele rondar los 18V y su uso será adecuado en reguladores tipo PWM conectados en paralelo a una batería de 12V.

- Paneles solares 24V: Son los que tienen 72 células. Su tensión de salida suele rondar los 36V y su uso será adecuado en reguladores tipo PWM conectados en paralelo para alimentar un banco de baterías de 24V, o de reguladores tipo MPPT para una batería de 12V.

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- Paneles solares de conexión a red: Son los que tienen 60 células: Su tensión de salida suele rondar los 30V y se deben de utilizar siempre con reguladores solares MPPT.

Según el tipo de paneles seleccionados elegiremos un regulador tipo PWM o MPPT individual o un inversor 3 en 1 que disponga del regulador más adecuado. Recomendamos esta última opción para reducir el gasto en la medida de lo posible.

4.- Elegir el banco de baterías.

La elección del banco de baterías adecuado es crucial para que el sistema solar funcione correctamente durante todo el año. Se debe de preveer si van a existir consumos superiores en el futuro, ya que no es nada recomendable la ampliación del banco de baterías haciendo posteriores conexiones en paralelo.

Dependiendo del tipo de instalación y uso que se le dé utilizaremos un tipo de baterías u otro:

- Baterías monoblock: Son baterías normalmente con un formato tipo camión, (aunque también las podemos encontrar más estrechas y altas), que tienen una vida útil de unos 5 años y cumplen su función en instalaciones pequeñas a 12V de uso de fin de semana. Son también adecuadas para un uso habitual teniendo en cuenta que se utilizará un grupo electrógeno con mayor frecuencia, ya que suelen ser baterías con capacidades hasta los 300Ah.

- Baterías estacionarias 6V: Son baterías con un formato alto que deberemos conectar en serie hasta alcanzar la tensión adecuada. Su vida útil está estimada en unos 10 años, y son aptas tanto para instalaciones a 12V, 24V o 48V de uso habitual. Este tipo de baterías suelen tener unas capacidades máximas que alcanzan los 500Ah, por lo que a 24V o 48V de tensión nos permite disfrutar de una instalación fotovoltaica para alimentar una vivienda con los electrodomésticos habituales.

-Baterías estacionarias 2V: Son baterías con un formato estrecho y alto que conectaremos en serie hasta alcanzar la tensión deseada. Su vida útil está estimada en 15 años, y son aptas tanto para instalaciones a 12V, 24V o 48V de uso habitual. En este tipo de baterías podemos encontrar capacidades desde los 300Ah hasta incluso los 5000Ah para uso industrial, por lo que a 24V o 48V de tensión tendremos una instalación fotovoltaica de grandes prestaciones para alimentar los consumos eléctricos deseados.

5.- Realizar la instalación y programar los equipos.

En Autosolar disponemos de videos explicativos en nuestro canal de Youtube para realizar cualquier conexión del kit solar. Además junto a su pedido adjuntaremos un esquema unifilar con el fin de respetar la polaridad y conectar todos los equipos de forma correcta.

La programación de los equipos es sencilla y viene explicada en los manuales que se adjuntan con los mismos, aún así siempre puede contactar con nosotros por teléfono o correo electrónico y preguntarnos cualquier duda que le surja durante el proceso, o dudas sobre cualquier otro aspecto referente al sistema adquirido.

CONCLUSIÓN

Para que la instalación sea económica pero a la vez fiable y duradera:

- Adquirir inversores 3 en 1 ya que son la mejor opción para reducir los costes de la instalación, según se ha explicado en el apartado 2.

- Adquirir paneles solares con la tensión correcta según lo indicado en el apartado 3, junto al regulador solar adecuado.

- Comprar las baterías adecuadas dependiendo del tipo de uso que vayamos a tener, no siendo recomendables las baterías monoblocken kits solares de vivienda permanente.

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Método de la inclinación óptima anual La siguiente fórmula expresa la inclinación óptima anual para conseguir la mayor radiación solar anual posible sobre un captador solar estático. Está basada en el análisis estadístico de la radiación solar anual sobre superficies con diferentes inclinaciones situadas en lugares de diferentes latitudes, por lo que proporciona la inclinación óptima en función de la latitud del lugar:

βopt = 3,7 + 0,69 · |ɸ|

Siendo:

β: ángulo de inclinación óptima (grados)

|ɸ|: latitud del lugar, sin signo (grados)

Método en función del periodo de tiempo y el uso Existen expresiones que permiten calcular la inclinación óptima dependiendo del uso, utilizando distintos criterios, como se muestra en la siguiente tabla:

Fijándonos en la tabla, podemos ver por ejemplo que cuando diseñamos una instalación fotovoltaica para bombeo de agua, la mayor demanda de ésta será en verano, por lo que nos interesa que la máxima captación se realice en dicho periodo “mejor mes”. Por otra parte si queremos tener una cantidad de energía eléctrica mínima asegurada, su inclinación será tal que en el periodo de menor radiación “peor mes” nos aseguremos de tener dicha cantidad eléctrica generada, cuya estación es invierno. O por último, si nos interesa tener la máxima captación posible anual, como en una instalación conectada a la red, necesitaremos la inclinación óptima anual.

Criterios Técnicos Dependiendo de la zona y la climatología, a veces no se puede aplicar criterios de máxima captación posible para determinar la inclinación. En lugares con nevadas frecuentes se requiere inclinaciones cercanas a los 90º para evitar acumulaciones sobre la superficie del generador. En zonas desérticas, para evitar la acumulación de arena sobre la superficie la inclinación mínima debe ser de 45º y en regiones lluviosas tropicales hace falta una inclinación mínima de 30º.

Conclusiones Yo personalmente os recomiendo usar el Método de la inclinación óptima anual, ya que aunque sea una fórmula basada en la experiencia y estadística ofrece un resultado con gran aproximación, y tal diferencia no influye apenas en la energía eléctrica generada.

En el caso de que queramos aplicar criterios de usos, aplicar el Método en función del periodo de tiempo y el uso.En ambos casos tener siempre en cuenta

Criterios técnicos.

Si pretendemos maximizar la captación de energía solar, la superficie tendrá que

estar orientada hacia el Sur y por lo tanto el ángulo de acimut (α) debe ser nulo.

El acimut óptimo para que una superficie fija reciba la mayor cantidad posible de

energía solar debe ser cero (α = 0º) , la superficie se debe orientar hacia el Sur si

está situada en el hemisferio norte o hacia el Norte si es está en el hemisferio sur.

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Ejemplo de curva característica de una placa fotovoltaica de 60Wp:

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