Coeficiente de Pérdidas Totales en Fotovoltaica: Cálculo del Rendimiento Real
Cuando compramos un panel solar de 450 W, esa potencia es teórica, medida en condiciones ideales de laboratorio (STC, Standard Test Conditions). En el mundo real, los diversos elementos de la instalación 'roban' parte de esa energía.
El Coeficiente de Pérdidas o Performance Ratio (PR) es el factor de corrección (habitualmente entre 0,75 y 0,85) que debemos aplicar a nuestros cálculos para no llevarnos sorpresas. Sin este ajuste, nuestra instalación quedará infradimensionada y no cubrirá el consumo esperado.
En el cálculo de la instalación fotovoltaica se han de determinar adecuadamente estas pérdidas para diseñar un sistema que funcione de manera eficiente, maximizando la producción de energía.
Se deben tener en cuenta factores como la autodescarga de las baterías, el rendimiento del sistema de almacenamiento, el rendimiento de los inversores y reguladores, y otras pérdidas inherentes al sistema, como las caídas de tensión y el efecto Joule.
El coeficiente de pérdidas totales (performance ratio) es, por tanto, un indicador esencial para verificar el correcto diseño y garantizar la rentabilidad esperada de la inversión solar.
Contenidos
Pérdidas Totales en una Instalación Solar Fotovoltaica
Anteriormente se analizó el cálculo del consumo energético o energía máxima diaria y obtuvimos, la siguiente fórmula, en la que Einst_Ahd es la energía máxima consumida en la instalación por día, en Ahd:
Fórmula General de las Pérdidas Fotovoltaicas
A partir de la Emáxdiaria (Ahd) de la instalación, se halla nuevamente el consumo energético teniendo en cuenta las posibles pérdidas totales de la instalación. Para ello, se introduce un coeficiente KT, que se denomina coeficiente de pérdidas y que se calcula así:
Todas estas pérdidas en porcentaje (%), que se desglosan más adelante, se pondrán en la fórmula de KT en tanto por uno. Por ejemplo, una pérdida del 10% se pondría como 0,10.
Consumo Diario Teniendo en Cuenta Todas las Pérdidas
A partir de la energía máxima diaria de la instalación Emáxdiaria, obtendremos la energía máxima diaria Emáx, teniendo en cuenta las posibles pérdidas totales de la instalación KT.
La energía máxima diaria Emáx será la que tenemos que considerar para dimensionar todos los elementos de la instalación fotovoltaica.
Desglose de las Pérdidas en una Instalación Fotovoltaica
A continuación, se desglosan todas estas posibles pérdidas que aparecen en la fórmula general de las pérdidas fotovoltaicas.
Pérdidas por Autodescarga Diaria de la Batería (KA)
Incluso si no se consume nada, una batería pierde una pequeña fracción de su carga almacenada por el simple hecho de estar encendida y debido a reacciones químicas internas.
En baterías de Litio es casi despreciable (menor al 1% mensual), pero en baterías de Plomo-Ácido puede rondar el 0,5% - 1% diario. El fabricante suele dar este valor en las hojas de características. Su valor por defecto será del 0,5%.
Pérdidas Debido al Rendimiento de la Batería (KB)
No toda la energía que "entra" en la batería al cargar se puede "sacar" al descargar. Este proceso genera calor, lo que supone una pérdida de eficiencia energética.
Las baterías de Litio son muy eficientes (~95 - 98%), mientras que las de Plomo-Ácido suelen perder un 15-20% de la energía en este proceso.
Estas pérdidas aumentan con el uso de la batería, con las descargas fuertes o con las bajas temperaturas, en cuyo caso las pérdidas podrían llegar hasta el 10%. Su valor por defecto será del 5% (pérdidas de 0,05).
Profundidad de Descarga de la Batería (Pd)
Este factor define qué porcentaje de la capacidad total de la batería podemos usar realmente para no comprometer su vida útil.
Por ejemplo, si tenemos una batería de 10 kWh con una Pd del 80%, solo disponemos de 8 kWh útiles. Descargarla más allá de este límite acelera su degradación.
El fabricante suele dar este valor en las hojas de características. Su valor suele oscilar entre el 50% y el 80%. El valor por defecto será del 60% (pérdidas de 0,6).
Pérdidas por Rendimiento del Inversor (KC)
El inversor consume energía para transformar la Corriente Continua (DC) de las baterías en Corriente Alterna (AC) para nuestra casa.
Los inversores tienen rendimientos del 85% al 95%. Ese pequeño porcentaje restante se pierde en forma de calor y para alimentar la propia electrónica del equipo. Las pérdidas oscilarán entre 5% y el 15% (pérdidas entre 0,05 y 0,15).
Pérdidas por Rendimiento del Regulador (KR)
El regulador de carga, MPPT o PWM, gestiona el flujo entre paneles y baterías.
Un regulador MPPT es extremadamente eficiente (~98%), aprovechando al máximo el punto de potencia del panel, mientras que un PWM puede desperdiciar hasta un 20-30% de la energía si el voltaje del panel no coincide con el de la batería. Su valor por defecto será del 10% (pérdidas de 0,1).
Otras Pérdidas: Caídas de Tensión y Efecto Joule (KX)
Este coeficiente agrupa las pérdidas "invisibles" en el cableado y las conexiones.
Los cables se calientan al pasar la corriente, disipando energía. Además, si los cables son muy largos o delgados, el voltaje baja antes de llegar al destino. El valor por defecto para cubrir estas ineficiencias será del 15% (pérdidas de 0,15).
Días de Autonomía Estimados (Daut)
Este no es una pérdida técnica, sino un margen de seguridad. Es el número de días que el sistema puede alimentar la vivienda sin recibir ni un solo rayo de sol (días nublados o de lluvia).
En viviendas habituales se suelen calcular 2 a 3 días de autonomía para garantizar que no nos quedemos a oscuras tras una tormenta prolongada.
Coeficiente de Pérdidas Totales por Defecto
Dada la complejidad inherente a las instalaciones solares fotovoltaicas, con frecuencia se presenta la dificultad de conocer de forma precisa y aislada los valores de las pérdidas asociadas a muchos de sus elementos constitutivos.
Existen varias formas de abordar el cálculo para llegar a obtener, con un margen de confianza aceptable, el coeficiente que representa la totalidad de las pérdidas de nuestra instalación fotovoltaica.
Uso de Valores por Defecto
Si en un problema de cálculo no se dan los valores KA, KB, KR, KX o Pd, se pondrán los valores por defecto. El valor de pérdidas por rendimiento del inversor KC siempre lo obtenemos del fabricante y Daut es un dato del diseño.
Para una instalación fotovoltaica en la que se utilicen los valores por defecto:
● Si NO se necesita un inversor: no será necesario el inversor si los receptores funcionan a la tensión de CC del banco de baterías. En este caso KC = 0 y el coeficiente de pérdidas KT quedará en función de los días de autonomía Daut:
● Si es necesario un inversor: el coeficiente de pérdidas KT quedará en función de las pérdidas del inversor KC y de los días de autonomía Daut:
Uso del Performance Ratio (PR): Valores Estándar
Durante la fase de diseño, ante la falta de detalles específicos sobre la longitud exacta del cableado o los modelos definitivos de los componentes, se estima el coeficiente de pérdidas totales (KT) mediante un valor global de seguridad conocido como Performance Ratio (PR).
El Performance Ratio (PR) es el indicador fundamental para evaluar la eficiencia y el estado de salud de una planta fotovoltaica. Su principal ventaja es que permite comparar instalaciones independientemente de su tamaño, ubicación geográfica o tecnología utilizada, ya que consolida todas las pérdidas del sistema en una única cifra adimensional.
En ingeniería, es habitual emplear valores estándar de KT adaptados a la tipología de cada proyecto. Estos valores, que varían según la calidad de los componentes y la configuración de la instalación, se detallan en la siguiente tabla:
Por otro lado, es preciso considerar una serie de factores que pueden incidir en la reducción del PR:
– Altas temperaturas (el factor más impactante en climas cálidos).
– Sombreados parciales (de chimeneas, árboles, o entre filas).
– Mala orientación/inclinación (alejada del óptimo).
– Inversores trabajando muy por debajo de su potencia óptima.
– Suciedad acumulada (en zonas con poca lluvia o polvo industrial).
Ejercicios Resueltos de Coeficiente de Pérdidas
A continuación, se presentan 2 ejercicios resueltos sobre el coeficiente de pérdidas a tener en cuenta en el cálculo de la energía máxima diaria de una instalación solar fotovoltaica.
También te puede interesar:
Tipos de Instalaciones Fotovoltaicas: Aislada, Autoconsumo y Sistemas Híbridos
Generador Fotovoltaico (Paneles Solares): Tipos, Parámetros y Conexión
Banco de Baterías Solares: Litio vs Plomo, Capacidad (Ah) y Conexión
Reguladores de Carga Solar: Diferencias PWM vs MPPT y Cálculo
Inversores Solares: Tipos, Onda Senoidal Pura y Microinversores
Cálculo de Consumo Diario: Energía (Wh), Amperios-Hora (Ah) y Elección de Tensión
Radiación Solar: Diferencia entre Irradiancia, Irradiación y Hora Solar Pico (HSP)
Orientación e Inclinación de Paneles Solares: Cálculo del Ángulo Óptimo según Latitud
Cálculo de Sombras y Distancia Mínima entre Filas de Paneles
Cálculo del Número de Paneles Solares: Fórmula y Configuración (Serie/Paralelo)
Cálculo de Baterías Solares: Capacidad (Ah), Autonomía y Profundidad de Descarga
