Cálculo de Paneles solares para viviendas

Determinación de las necesidades de consumo eléctrico

El primer paso en el diseño de un sistema solar para viviendas es conocer el consumo total de energía y electricidad de todos los aparatos a los que el sistema solar suministrará el pico de electricidad, como se indica a continuación:

1.1 Calcule el total de vatios-hora por día de cada aparato utilizado.

Suma los vatios-hora necesarios para todos los aparatos para obtener el total de vatios-hora diarios que hay que suministrar a los aparatos.

1.2 Calcule el total de vatios-hora diarios de los módulos fotovoltaicos.

Multiplique el total de vatios-hora diarios de los aparatos por 1,3 (la energía que se pierde en el sistema) para obtener el total de vatios-hora diarios que deben suministrar los módulos.

Tamaño de los módulos fotovoltaicos

Los módulos fotovoltaicos de diferentes tamaños producen diferentes cantidades de energía. Para determinar el tamaño del módulo fotovoltaico, hay que calcular el número total de vatios picos generados. El pico de vatios (Wp) generado depende del tamaño del módulo fotovoltaico y del clima del lugar. Hay que tener en cuenta el «factor de generación de módulos», que es diferente para cada lugar. En el caso de Tailandia, el factor de generación del módulo es de 3,43.

Como determinar el tamaño del módulo fotovoltaico?

2.1 Calcule la potencia total de los módulos fotovoltaicos en vatios pico.

Divida la suma de los vatios-hora diarios requeridos por los módulos FV (de 1.2) entre 3,43 para obtener la potencia total en vatios pico requerida por los módulos FV para alimentar los aparatos.

2.2 Calcule el número de módulos fotovoltaicos para el sistema:

Divida la respuesta obtenida en el punto 2.1 por la potencia en vatios pico de los módulos fotovoltaicos de que dispone.

Aumente cada fracción del resultado hasta el número entero inmediatamente superior y éste será el número de módulos necesarios.

El resultado de este cálculo es el número mínimo de módulos fotovoltaicos. Si se instalan más módulos fotovoltaicos, el sistema es más potente y la duración de la batería mejora. Si se utilizan menos módulos fotovoltaicos, es posible que el sistema no funcione en absoluto durante los periodos nublados y la duración de la batería se reducirá.

3. Dimensionamiento del inversor

Se utiliza un inversor en el sistema cuando se necesita una salida de CA. La entrada nominal del inversor no debe ser inferior a la salida total de las unidades en vatios. El inversor debe tener la misma tensión nominal que la batería.

En el caso de los sistemas autónomos, el inversor debe ser lo suficientemente grande para la cantidad total de vatios que se van a consumir a la vez. El tamaño del inversor debe ser un 25-30% mayor que la potencia total de los aparatos.

Si el tipo de equipo es un motor o un compresor, el tamaño del inversor debe ser al menos tres veces superior a la potencia de estos aparatos, sin tener en cuenta aún la capacidad del inversor para soportar sobretensiones de arranque.

En los sistemas conectados a la red, la potencia de entrada del inversor no debe ser igual a la potencia del campo fotovoltaico para permitir un funcionamiento seguro y eficiente.

4. Tamaño de la batería

El tipo de batería recomendado para su uso en un sistema solar fotovoltaico es una batería de descarga profunda. Una batería de descarga profunda está diseñada específicamente para ser descargada hasta un nivel de energía bajo y recargada rápidamente o para ser cargada y descargada día tras día durante años. La batería debe ser lo suficientemente grande como para almacenar la energía necesaria para que el equipo siga funcionando por la noche y en días nublados.

Para determinar el tamaño de la batería, haz los siguientes cálculos:

4.1 Calcule la suma de los vatios-hora diarios consumidos por las unidades.

4.2 Divida la suma de los vatios-hora consumidos por día entre 0,85 para la pérdida de la batería.

4.3 Divida la respuesta obtenida en 4.2 por 0,6 para la profundidad de la descarga.

4.4 Divida la respuesta obtenida en el punto 4.3 por la tensión nominal.

4.5 Multiplique la respuesta obtenida en el punto 4.4 por el número de días de autonomía (el número de días que el sistema debe funcionar cuando no se genera energía por los paneles fotovoltaicos) para obtener el valor requerido.

Capacidad en amperios-hora de las baterías con descarga profunda.

Capacidad de la batería (Ah) = total de vatios-hora diarios consumidos por las aplicaciones x días de autonomía.

(0,85 x 0,6 x tensión nominal de la batería).

5. Calcular el tamaño del regulador de carga solar.

El controlador de carga se suele dimensionar en función del amperaje y la tensión nominal. Seleccione el regulador de carga solar en función de la tensión del generador fotovoltaico y de las baterías, y luego determine el tipo de regulador de carga solar adecuado para su aplicación. Asegúrate de que el regulador de carga solar tiene capacidad suficiente para manejar la corriente del generador fotovoltaico.

Para el tipo de controlador de carga en serie, el tamaño del controlador depende de la corriente total de entrada fotovoltaica suministrada al controlador y también depende de la configuración del módulo fotovoltaico (configuración en serie o en paralelo).

Según la práctica habitual, el dimensionamiento del regulador de carga consiste en tomar la corriente de cortocircuito (Isc) del generador fotovoltaico y multiplicarla por 1,3.

Rango del regulador de carga solar = corriente total de cortocircuito del generador fotovoltaico x 1,3.

Nota: Para un controlador de carga MPPT, el dimensionamiento será diferente. (Ver fundamentos del controlador de carga MPPT).

Ejemplo: Una casa con usos comunes para el cálculo del módulo solar.

Una lámpara fluorescente de 18 vatios utilizada durante 4 horas.

Un ventilador de 60 vatios utilizado durante 2 horas al día.

Un frigorífico de 75 vatios utilizado las 24 horas del día, con un compresor que está encendido 12 horas y apagado 12 horas.

El sistema estará equipado con un módulo fotovoltaico con una capacidad de 12 Vdc, 110v Wp.

Determinar la necesidad de consumo:

Consumo total de vatios= (18 W x 4 horas) + (60 W x 2 horas) + (75 W x 24 x 0,5 horas).

= 1.092 Wh/día.

Cantidad total de paneles fotovoltaicos necesarios: = 1.092 x 1,3.

= 1.419,6 Wh/día.

  1. tamaño de los paneles fotovoltaicos:

2.1 capacidad total de paneles fotovoltaicos necesarios: = 1.419,6 / 3,4.

= 413,9 Wp

2.2 Número de módulos necesarios: = 413,9 / 110

= 3,76 módulos.

Actualmente se necesitan = 4 módulos solares.

Así que este sistema debe funcionar con al menos 4 módulos de 110 Wp cada uno.

 

  1. Tamaño del inversor:

Potencia total de todas las unidades = 18 + 60 + 75 = 153 W. Por razones de seguridad, el tamaño del inversor debe ser un 25-30% mayor.

El tamaño del inversor debe ser de 190 W o más.

 

  1. Tamaño de la batería

Total utilizado = (18 W x 4 horas) + (60 W x 2 horas) + (75 W x 12 horas).

Tensión nominal de la batería = 12 V

Número de días de uso de la batería = 3 días.

Capacidad de la batería = [(18 W x 4 horas) + (60 W x 2 horas) + (75 W x 12 horas)] x 3.

(0,85 x 0,6 x 12)

El total de amperios-hora requeridos = 535,29 Ah, por lo que la batería debe ser una batería de 12 V de 600Ah con un tiempo de funcionamiento de 3 días.

 

  1. Tamaño del regulador de carga solar

Especificaciones del panel fotovoltaico

Pm = 110 Wp

Vm = 16,7 Vdc

Im = 6,6 A

Voc = 20,7 A

Isc = 7,5 A

Alcance del regulador de carga solar= (4 hilos x 7,5 A) x 1,3 = 39 A.

Por lo tanto, el regulador de carga debe tener una potencia nominal de 40 A a 12 V o superior.