Cálculo Completo de Instalación Fotovoltaica: Guía Paso a Paso y Ejercicios

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Realizar el cálculo completo de una instalación fotovoltaica es como armar un rompecabezas donde cada pieza depende de la anterior. No podemos elegir el inversor sin conocer la potencia de los paneles, ni comprar las baterías sin haber calculado nuestro consumo diario.

En esta guía maestra unificaremos todos los pasos: desde la estimación de la radiación solar hasta el dimensionado de cada componente.

Las instalaciones sin baterías no requieren reguladores. En pequeñas instalaciones con dispositivos de corriente continua CC, el regulador o el banco de baterías pueden alimentar directamente los equipos, sin necesidad de un inversor.

Para dimensionar una instalación fotovoltaica solar completa, describiremos el procedimiento general para calcular una instalación fotovoltaica que incluya todos los componentes típicos de este tipo de sistemas: paneles solares, baterías, regulador de carga e inversor.

Contenidos

Paso 1: Balance Energético (Consumo vs Producción)
Paso 2: Estimación de Pérdidas
Paso 3: Dimensionado del Generador (Nº Paneles)
Paso 4: Dimensionado de la Acumulación (Ah)
Paso 5: Selección del Regulador (A)
Paso 6: Selección del Inversor (W)
Consideraciones para Instalaciones Conectadas a la Red
Ejercicios Resueltos de Cálculo Completo de una Instalación Fotovoltaica

Paso 1: Balance Energético (Consumo vs Producción)

El primer paso en el diseño de una instalación solar fotovoltaica es proceder al cálculo del consumo energético o energía máxima diaria E_máxdiaria que deberá cubrir el sistema. Este cálculo es fundamental, pues el dimensionamiento de todos los componentes depende de la cantidad de energía que se necesita generar.

Es importante tener en cuenta la posibilidad de ampliaciones futuras del sistema, variaciones estacionales en el consumo energético y la eficiencia de los electrodomésticos y equipos. Además, se debe considerar un margen de seguridad (del 20 al 30%) en el consumo energético para asegurar que el sistema pueda manejar picos de consumo inesperados.

En cualquier caso, es posible obtener una estimación más precisa si se utiliza la herramienta diseñada para calcular la energía máxima diaria requerida.

Por otro lado, el balance energético es el análisis de la relación entre la energía eléctrica que generan nuestros paneles (producción) y la energía que realmente consumimos en nuestra vivienda (consumo).

En una vivienda típica, el consumo y la producción suelen ir por caminos separados. Mientras nuestros paneles tienen su "pico" de producción a mediodía, nuestro consumo suele tener picos por la mañana (desayunos) y por la noche (cenas, TV, climatización, etc.).

Para mejorar el balance energético, tenemos 3 estrategias:

– Gestión de la demanda (hábitos): programar lavadoras, lavavajillas y termos eléctricos en las horas centrales del día (de 11:00 a 16:00).

– Acumulación (baterías): guardar el excedente del mediodía para usarlo durante la noche. Esto dispara la autarquía por encima del 80%.

– Sistemas de aerotermia/Smart Home: utilizar excedentes para calentar el agua sanitaria o pre-enfriar la casa de forma automática mediante domótica inteligente.

Paso 2: Estimación de Pérdidas

En una instalación solar, debemos considerar diversas fuentes de pérdidas al dimensionar el sistema. Estas pérdidas pueden ser causadas por la eficiencia del inversor, el rendimiento de las baterías, las conexiones eléctricas, la temperatura, etc. Por ello, es esencial evaluar el coeficiente de pérdidas K_T de la instalación solar.

Mediante este coeficiente, obtendremos el valor de la energía máxima diaria incluyendo pérdidas E_máx, que es la cantidad máxima de energía que nuestra instalación solar deberá generar para satisfacer nuestra demanda.

Paso 3: Dimensionado del Generador (Nº Paneles)

El siguiente paso es el cálculo de los paneles solares necesarios para generar la cantidad de energía requerida. En su cálculo, se tiene en cuenta el consumo diario, el margen de seguridad y el coeficiente de pérdidas. Asimismo, se determina la cantidad de paneles a instalar en paralelo y en serie.

Dependiendo del tipo de instalación solar fotovoltaica a diseñar se puede requerir que los paneles cubran el 100% o un porcentaje inferior de la energía que consume la instalación receptora E_máx.

Por ejemplo, en una vivienda aislada de la red, los paneles solares deben suministrar el 100% de la energía que requiere la instalación receptora Emáx. Sin embargo, en una vivienda conectada a la red, los paneles solares podrían cubrir el 40% de la energía que necesita la instalación (40% de Emáx), mientras que la compañía eléctrica suministraría el 60% restante.

Este proceso de cálculo puede ejecutarse con mayor velocidad y comodidad si se utiliza nuestra herramienta especializada para dimensionamiento de paneles solares, que ha sido diseñada específicamente para simplificar esta tarea.

Paso 4: Dimensionado de la Acumulación (Ah)

Las baterías almacenan la energía generada por los paneles solares para su uso cuando la generación es insuficiente, como durante la noche o en días nublados.

Básicamente, el cálculo de la capacidad de las baterías estará en función del consumo diario, del número de días de autonomía deseados y de la profundidad de descarga de la batería. Además, se calculan las baterías a conectar en paralelo y en serie.

Para obtener resultados inmediatos y evitar los engorrosos cálculos manuales, recomendamos acceder a nuestra herramienta digital de baterías solares, que permite realizar estas operaciones con máxima eficiencia y mínimo esfuerzo.

Paso 5: Selección del Regulador (A)

El regulador de carga es un componente esencial en las instalaciones solares con baterías. Su función es proteger las baterías de sobrecargas y descargas profundas, asegurando su longevidad y rendimiento.

La elección del regulador de carga estará en función principalmente de la corriente máxima que puede generar el conjunto de paneles solares (intensidad de cortocircuito Isc).

Paso 6: Selección del Inversor (W)

El inversor convierte la corriente continua (CC) generada por los paneles solares y almacenada en las baterías en corriente alterna (CA), que es el tipo de electricidad utilizada por la mayoría de los aparatos eléctricos.

La potencia nominal del inversor debe superar siempre a la potencia máxima que se pueda requerir en cualquier momento por los aparatos conectados al sistema.

Consideraciones para Instalaciones Conectadas a la Red

Una instalación fotovoltaica conectada a la red puede reducir significativamente la factura eléctrica al generar una parte de la energía consumida. Incluso cualquier exceso puede ser inyectado en la red.

Es común dimensionar los paneles del sistema para cubrir un porcentaje del consumo diario, dependiendo de las posibilidades económicas y el espacio disponible.

Además, es posible incluir baterías para aumentar la independencia energética del usuario. Aunque no son esenciales, las baterías en sistemas conectados a la red permiten almacenar energía para su uso posterior. Esto es también útil durante cortes de energía.

La capacidad del banco de baterías se puede dimensionar de acuerdo al tiempo de autonomía requerido. En este caso, será necesario tener en cuenta la energía que consume la instalación receptora para el tiempo de autonomía deseado. En estas instalaciones no serán los paneles los únicos encargados de recargar las baterías al 100%. La propia red de suministro eléctrico contratada también realizará esta tarea.

En conclusión, el cálculo fotovoltaico de una instalación conectada a red es un proceso personalizado. El número de paneles solares a instalar se calcula en función del consumo eléctrico deseado de la instalación receptora. Por otro lado, la capacidad de almacenamiento de las baterías depende del tiempo que se pretenda utilizar la energía almacenada durante periodos sin radiación solar.