Cálculo de Consumo Diario: Energía (Wh), Amperios-Hora (Ah) y Elección de Tensión
Antes de elegir paneles o baterías, debes responder a la pregunta más importante: ¿Cuánta energía necesitas realmente? El cálculo de la Energía Máxima Diaria es el cimiento de la instalación. Si calculamos mal aquí, nuestro sistema fallará.
En esta guía aprenderemos a realizar un inventario de consumo (multiplicando la potencia de nuestros electrodomésticos por las horas de uso), a convertir esos Vatios-hora (Wh) en los Amperios-hora (Ah) que marcan las baterías, y a decidir si nuestro sistema debe funcionar a 12V, 24V o 48V según nuestra demanda total.
En el cálculo de las instalaciones fotovoltaicas, es también fundamental conocer el consumo energético y los patrones de uso. La clave está en comprender plenamente cómo se utilizará la energía, lo que permitirá ajustar el sistema a las condiciones específicas de cada instalación.
Se deben identificar los picos de consumo (horarios de máxima demanda) y los valles (períodos de bajo uso). Un hogar con consumo nocturno alto (por climatización) requerirá una solución distinta a una industria que opera solo en horario diurno. Esta curva define la estrategia de gestión de energía y la necesidad de almacenamiento o inyección a red.
Un análisis completo considera las diferencias entre estaciones (mayor uso en verano por aire acondicionado, en invierno por calefacción) y la variabilidad entre días laborables y fines de semana.
Contenidos
Análisis de Carga y Patrón de Consumo
El proceso de análisis del consumo eléctrico implica no solo determinar cuánta energía será necesaria, sino también cómo se distribuirá el uso de esa energía a lo largo del tiempo.
● Cantidad de energía necesaria:
– Análisis del consumo energético: se elabora un inventario completo de todos los dispositivos y aparatos eléctricos que se utilizarán en la instalación.
– Consumo energético diario: se procede a calcular la energía media diaria para cada uno de los equipos identificados, en Wh/día. Esta cifra servirá de base para dimensionar todos los componentes de la instalación fotovoltaica.
● Distribución de esa energía a lo largo del tiempo:
– Uso diario vs. nocturno: el uso diurno permite que la energía generada por los paneles solares sea consumida directamente, mientras que el uso nocturno requerirá que la energía se almacene durante el día para su posterior uso.
– Estacionalidad del uso: la generación de energía solar varía significativamente entre el verano y el invierno. En instalaciones que se utilizan solo durante ciertos meses, como casas de verano o cabañas de invierno, se puede optimizar el sistema para esas estaciones específicas.
– Frecuencia de uso: ¿La instalación será utilizada diariamente, solo durante los fines de semana, o en ocasiones especiales? La respuesta a esta pregunta influirá en la capacidad de almacenamiento necesaria y en el número de paneles solares.
Inventario de Cargas, Conversiones y Márgenes: De Wh a Ah
La principal condición para dimensionar la instalación solar fotovoltaica es conocer la energía que se va a consumir en la instalación receptora.
Diferencia entre Potencia (W) y Energía (Wh)
Para entender nuestra instalación solar, primero debemos distinguir entre la capacidad de nuestros aparatos y el uso real que hacemos de ellos. La confusión entre estos 2 términos es el error más común al dimensionar un sistema.
● Potencia (W o kW): la potencia es la medida instantánea. Nos dice cuánta energía necesita un aparato en un momento exacto para funcionar. Es como la velocidad de un coche (km/h).
Por ejemplo, una placa de inducción de 2.000 W requiere que tu inversor sea capaz de suministrar esa potencia "de golpe".
● Energía (Wh o kWh): la energía es la cantidad de potencia consumida a lo largo de un tiempo determinado. Es como la distancia recorrida por ese coche (km). La fórmula de la energía es:
¿Por qué importa en solar? La potencia determina el tamaño del inversor (para que no salte al encender varios aparatos), mientras que la energía determina cuántos paneles y baterías necesitamos para cubrir las horas de consumo.
Inventario de Cargas: Potencia (W) x Tiempo (h)
La energía máxima consumida en la instalación Einst_Whd se calcula por día, es decir, se tiene en cuenta la potencia de cada equipo y las horas en las que estará en funcionamiento cada equipo a lo largo de 1 día. Se mide en vatios-hora (Wh), es decir, en Whd (vatios hora al día o Wh/día).
donde:
Cantidad = número de aparatos iguales
Horas = horas al día que se conecta un aparato
Preceptor = potencia de un solo aparato, en W
Cómo calcular Amperios-Hora (Ah = Wh / V)
En los cálculos fotovoltaicos, es importante determinar la energía máxima consumida en amperios-hora (Ah). Esto es así porque la capacidad de las baterías se especifica en Amperios-hora (Ah) y conociendo el consumo diario en Ah, se puede calcular con facilidad cuánta capacidad de batería se necesita para cubrir la demanda.
La energía máxima consumida en la instalación Einst_Ahd por día, se obtiene dividiéndola por la tensión de la instalación, quedando independiente del valor de esta. Se mide en Ahd (amperios hora al día o Ah/día).
donde:
Einst_Whd = energía máxima consumida en la instalación por día, en Whd
Vinstalación = tensión de CC necesaria para alimentar la instalación proyectada
Margen de Seguridad para Situaciones Imprevistas
Además, se debería incorporar un porcentaje adicional de energía (generalmente recomendado entre un 20% y un 30%) para asegurar que el sistema solar pueda manejar situaciones imprevistas, tales como:
– Picos de consumo (uso ocasional de más energía de la estimada).
– Condiciones meteorológicas adversas (periodos prolongados de baja irradiación solar).
Será el técnico proyectista el que decida el margen de seguridad adecuado a la instalación diseñada. Un diseño bien ajustado evita tanto el desperdicio de recursos como el riesgo de quedarse sin energía cuando más se necesita. Aplicando por defecto, un margen de seguridad del 20%, la energía máxima diaria Emáxdiaria será:
Todo este cálculo del consumo energético diario a partir de los aparatos receptores conectados, se puede realizar cómodamente con nuestra calculadora de energía máxima diaria.
Consumo Fantasma (Stand-by): El Enemigo Silencioso en Solar
El consumo fantasma es la energía que devoran los aparatos electrónicos cuando están "apagados" pero conectados (el pilotito rojo de la TV, el transformador del cargador o el microondas con su reloj). En una vivienda conectada a la red es un gasto extra, pero en una instalación solar con baterías, puede ser letal.
Por ejemplo, un consumo fantasma de apenas 15 W parece insignificante, pero si multiplicamos ese valor por las 24 horas del día: 15 W x 24 h = 360 Whd (Wh al día). En una semana, habremos perdido más de 2,5 kWh de nuestras baterías sin haber encendido un solo electrodoméstico. Esto puede suponer que la batería amanezca vacía y el sistema se bloquee por seguridad.
Algunas de las formas de combatir el consumo fantasma son las siguientes:
- Regletas de enchufes con interruptor: para apagar por completo el bloque de "TV + Consola + Router" por la noche.
- Enchufes inteligentes: programados para cortar la corriente en horas donde no hay sol.
- Vigilar el propio inversor: el inversor también tiene un consumo propio (autoconsumo) solo por estar encendido; debemos asegurarnos de elegir modelos con alta eficiencia en reposo.
Coeficiente de Pérdidas (Inversor, Baterías y Otras Pérdidas del Sistema)
Además, del consumo fantasma, para determinar la energía máxima diaria realmente necesaria (Emáx), también se deberán tener en cuenta las pérdidas energéticas que se producen en los distintos componentes de la instalación fotovoltaica.
Estas pérdidas se cuantifican mediante un factor denominado coeficiente de pérdidas (KT).
¿Qué Tensión Elijo? 12V, 24V o 48V
En el diseño de un sistema fotovoltaico, una de las decisiones más importantes es seleccionar la tensión de trabajo del sistema en corriente continua (CC). Esta elección afecta directamente a la eficiencia, al coste y a la seguridad de la instalación.
Una de las fórmulas fundamentales en electricidad es:
Si despejamos la potencia de esta ecuación, P = V · I, se observa que, para una misma potencia, a mayor tensión, menor corriente. Este principio es clave en sistemas fotovoltaicos, ya que permite optimizar el flujo de energía y reducir pérdidas.
Ventajas de Trabajar con Mayores Tensiones en CC
Las ventajas de trabajar con mayores tensiones en CC son:
● Reducción de pérdidas por efecto Joule: las pérdidas en los cables son proporcionales al cuadrado de la corriente.
Si se aumenta la tensión del sistema, la corriente disminuye, lo que reduce significativamente las pérdidas en los conductores.
● Menor sección de los cables: al necesitar menos corriente, se pueden utilizar cables de menor sección, lo que abarata costes y facilita la instalación.
● Mayor eficiencia en sistemas de gran potencia: en instalaciones con consumos elevados (ej: bombeo solar o sistemas industriales), trabajar a 24V, 48V o incluso más evita corrientes excesivas que requieran protecciones y conductores sobredimensionados.
Implicaciones en el Banco de Baterías
El aumento de la tensión de corriente continua tiene implicaciones en el banco de baterías, ya que, es necesario utilizar baterías con mayor tensión nominal (ej: baterías de 12V, 24V o 48V) o conectar varias baterías en serie, sumando sus voltajes.
Por ejemplo, si se requiere un sistema de 48V CC, se pueden usar: 4 baterías de 12V en serie, 2 baterías de 24V en serie o 1 batería de 48V.
Sin embargo, esto implica:
– Ventaja: menor corriente en el circuito principal, reduciendo pérdidas.
– Desventaja: mayor complejidad en la configuración del banco de baterías y posible aumento de coste inicial.
Factores a Considerar en la Elección de la Tensión
Para elegir la tensión adecuada se deben considerar diversos factores, como:
● Energía máxima consumida (Whd): dependiendo del consumo diario previsto por la instalación receptora, se suelen usar diferentes voltajes recomendados por los profesionales:
– Sistemas pequeños (< 1.500 Whd): suelen trabajar a 12 V (caravanas, barcos, pequeñas casetas de campo con 3-4 puntos de luz y carga de móvil).
– Sistemas medianos (1.500 Whd - 5.000 Whd): suelen optar por 24 V (viviendas de fin de semana con nevera, TV e iluminación. Uso de pequeños electrodomésticos).
– Sistemas grandes (> 5.000 Whd): requieren 48 V o incluso tensiones superiores (viviendas habituales, autoconsumo residencial con lavadora, lavavajillas y microondas. Es el estándar de eficiencia).
● Distancia entre paneles y baterías: a mayor distancia, mayores pérdidas, por lo que conviene aumentar la tensión para minimizar la corriente.
● Disponibilidad de equipos: no todos los inversores y reguladores soportan altas tensiones, por lo que debe verificarse su compatibilidad.
Energía Máxima Diaria de una Vivienda
Podemos tomar los datos de nuestras facturas de energía eléctrica. Lo ideal sería tener las facturas de todos los meses del año para obtener con más exactitud el consumo medio diario.
Si solo disponemos de una factura, suponiendo un mes de 30 días, miraremos el consumo de energía de ese mes (kWh). Calcularemos la energía máxima consumida, en Whd, multiplicando por 1.000 W y dividiendo por 30 días:
Ejemplo: ¿Cuál será la energía máxima diaria consumida en una vivienda, en Whd, si el consumo de energía de 30 días es de 250 kWh? ¿Cuál será la energía máxima diaria, en Ahd, si se va a instalar una batería de 24 V, aplicando el margen de seguridad correspondiente?
Energía Máxima Diaria de una Instalación Móvil o Portátil
Para este tipo de instalaciones en las que no se dispone de facturas, o simplemente, en el caso de una vivienda de la que no se conozcan estos datos, se pueden utilizar los siguientes consumos aproximados:
Ejemplo: Calcula la energía máxima diaria consumida en una instalación de una autocaravana con banco de baterías de tensión de 12 V, aplicando el margen de seguridad correspondiente, si tenemos los siguientes datos:
● 5 lámparas, 4 horas diarias, de 8 W cada una
● 1 televisor, 2 horas diarias, de 50 W
● 1 nevera portátil, 4 horas diarias, de 60 W
Ejercicios Resueltos de Energía Máxima Diaria
A continuación, se presentan 2 ejercicios resueltos de instalaciones solares fotovoltaicas sobre el cálculo de la energía máxima diaria.
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