Energía Máxima Diaria
El cálculo y dimensionamiento de una instalación fotovoltaica eficiente requiere un análisis exhaustivo del consumo energético o energía máxima diaria y de las condiciones de uso específicas del sistema.
Este proceso 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.
En el cálculo de las instalaciones fotovoltaicas, es 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.
Contenidos
Cálculo del Consumo Energético
La principal condición para dimensionar la instalación solar fotovoltaica es conocer la energía que se va a consumir en la instalación receptora a la que se va a suministrar la energía eléctrica.
Consumo Energético en Whd
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
Consumo Energético en Ahd
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
Consumo Energético con Margen de Seguridad
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 Energético con Pérdidas
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).
Elección de la Tensión de la Instalación
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:
● Potencia de la carga: dependiendo de la potencia de la instalación receptora, se suelen usar diferentes voltajes:
– Sistemas pequeños (< 1.000W): suelen trabajar a 12V.
– Sistemas medianos (1.000W - 5.000W): suelen optar por 24V o 48V.
– Sistemas grandes (> 5.000W): requieren 48V o incluso tensiones superiores.
● 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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