Cálculo Completo de una Instalación Fotovoltaica
Para llevar a cabo el cálculo completo de una instalación fotovoltaica hay que considerar que existen múltiples configuraciones posibles. La configuración de una instalación fotovoltaica depende principalmente de si va a estar conectada a la red eléctrica o aislada.
Además, la presencia de componentes como baterías, reguladores e inversores depende de los requisitos específicos de la instalación.
Las instalaciones sin baterías no requieren reguladores. En pequeñas instalaciones con dispositivos de corriente continua, el regulador o el banco de baterías pueden alimentar directamente los equipos, sin necesidad de un inversor.
Los inversores híbridos, comunes en viviendas, integran la función de regulador, eliminando la necesidad de instalar un regulador.
A continuación, se detallará el procedimiento general para el cálculo de una instalación fotovoltaica, que incluye todos los componentes típicos de este tipo de sistemas: paneles solares, baterías, regulador de carga e inversor.
Índice
Determinación del Consumo o Energía Máxima Diaria
El primer paso en el diseño de una instalación solar fotovoltaica es proceder al cálculo del consumo energético o energía máxima diaria Emáxdiaria 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 10 al 25%) en el consumo energético para asegurar que el sistema pueda manejar picos de consumo inesperados.
Evaluación del Coeficiente de Pérdidas de la Instalación Solar
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 KT de la instalación solar.
Mediante este coeficiente, obtendremos el valor de la energía máxima diaria incluyendo pérdidas Emáx que es la cantidad máxima de energía que nuestra instalación solar deberá generar para satisfacer nuestra demanda.
Cálculo de Paneles Solares
El siguiente paso es 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 Emáx.
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.
Cálculo del Regulador de Carga
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).
Cálculo de Baterías
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.
Cálculo del Inversor
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 dimensionamiento de una instalación fotovoltaica 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.
Ejercicios Resueltos de Cálculo Completo de una Instalación Fotovoltaica
A continuación, se presentan 4 ejercicios resueltos de cálculo completo de instalaciones solares fotovoltaicas:
Ejercicio 1: Cálculo completo de una instalación fotovoltaica
Ejercicio 2: Cálculo completo de una instalación fotovoltaica
Ejercicio 3: Cálculo completo de una instalación fotovoltaica
Ejercicio 4: Cálculo completo de una instalación fotovoltaica
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