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La elección del regulador es clave, tanto para el campo fotovoltaico como para el banco de baterías.

Dependerá de la eficiencia del regulador/es el aprovechamiento de la energía suministrada por los módulos fotovoltaicos y también la optimización de carga de la batería.

Existen dos tipos de tecnologías, en cuanto a reguladores convencionales se refiere (hay mas pero muy poco usadas).

La primera tecnología es la denominada PWM (pulse width modulation) que significa “modulación de anchura de pulso”.

En este caso, el regulador cierra un circuito que conecta los paneles con la batería, forzando al módulo a trabajar a la corriente de la batería. Cuanto mas se acerque la tensión máxima del módulo a la tensión media de carga de batería, más eficiente será el sistema. Aunque este tipo de reguladores limita mucho el uso de diferentes módulos fotovoltaicos, y la eficiencia raramente sobrepasa el 80%.

Los reguladores del tipo MPPT (Maximum Power Point Tracking) cuentan con un seguidor electrónico del punta de máxima tensión y llevan un doble circuito, donde el módulo se sincroniza con el inversor a tensión e intensidad máximas, y por medio de un convertidor CC/CC se ajustan a la etapa de carga de la batería.

Estos reguladores tienen una eficiencia muy alta (95-98%) y son recomendables, hoy día, en la mayoria de los casos, salvo instalaciones muy pequeñas o de uso muy esporádico.

Para la elección del regulador de carga, necesitamos conocer una serie de datos que se enumeran a continuación:

  • Voltaje del sistema elegido

  • Intensidad nominal

  • Tensión de módulos en Circuito Abierto

  • Tensión de módulos en circuito cerrado

Voltaje del sistema

Se trata del voltaje de configuración de todo el sistema (módulos, regulador, baterías, inversor, ..). Esto definirá el voltaje mínimo que deberán tener la serie o series de módulos, y el voltaje máximo que será limitado por la capacidad del regulador.

De su elección dependerán las características del generador fotovoltaico. También de las pérdidas y capacidad de almacenamiento, entre otras (a menor voltaje mayores pérdidas).

Los tipos de voltaje más estandarizados son los de 12, 24 y 48 Voltios CC, aunque existen otros voltajes, (36, 72, …), pero los mencionados ocupan, sin duda, la inmensa mayoría de los sistemas instalados, y es donde hay mayor oferta de material a nivel mundial.

Intensidad nominal

Es el valor de la intensidad del sistema fotovoltaico que tiene que controlar el regulador.

Para los reguladores tipo PWM se suele tener en cuenta el mismo valor tanto para la entrada del campo fotovoltaico como para la salida hacia la batería. Se selecciona en función de la corriente de cortocircuito (Isc) del sistema fotovoltaico. En este caso, normalmente, los módulos van todos en paralelo, pues no tendría sentido poner módulos en serie, incrementando una tensión que no podremos aprovechar.

En el caso de los reguladores del tipo MPPT, la intensidad es la suma de las intensidades de cortocircuito de todos los módulos, sean en serie o paralelo, pues el convertidor cc/cc se encargará de traspasar toda la corriente generada al banco de baterías.

Tensión de módulos en Circuito Abierto

La tensión total del sistema en circuito abierto, no deberá pasar nunca de la tensión máxima admisible por el regulador.

Tensión de módulos en circuito cerrado

Esta tensión se utilizará para realizar los cálculos de producción, pues, es la tensión real del sistema en funcionamiento.

Existen otros parámetros a tener en cuenta, como el consumo propio del regulador, la eficiencia, etc, que servirán para evaluar las perdidas del sistema.

A continuación se muestran unas tablas donde se demuestra la diferencia entre un regulador del tipo PWM y otro del tipo MPPT.

TIPO “PWM”

regulapwm1

regulapwm2

TIPO “MPPT”

regulamppt1

regulamppt2

Como se puede observar, el sistema con regulador MPPT tiene mucha más eficiencia (98,27%), por lo que aprovecha mucho mejor el campo fotovoltaico.

No obstante, la elección del tipo de regulador dependerá del coste de los equipos y del tamaño de la instalación, pues, en muchos casos, la diferencia de sobrecoste permite la implementación del campo fotovoltaico sin necesidad de cambiar el regulador.

Para el diseño del generador fotovoltaico, necesitamos conocer una serie de datos que se enumeran a continuación:

  • Energía real diaria (ver post)
  • Voltaje del sistema elegido

  • Mes más desfavorable según consumos (se detalla mas adelante)

  • Inclinación y orientación (ver post)

  • Horas Sol Pico, orientación e inclinación elegidas (ver post)

  • Temperatura media mensual máxima diurna.

  • Ratio aprovechamiento del regulador

Energía real diaria

Se trata de la energía que es necesario generar, incluyendo las pérdidas (performance ratio) de todo el sistema (cableado, bateria, conversión DC/AC, etc…..).

 

Voltaje del sistema

Se trata del voltaje de configuración de todo el sistema (módulos, regulador, baterías, inversor, ..). Esto definirá el voltaje mínimo que deberán tener la serie o series de módulos, y el voltaje máximo que será limitado por la capacidad del regulador.

De su elección dependerán las características del generador fotovoltaico. También de las pérdidas y capacidad de almacenamiento, entre otras (a menor voltaje mayores pérdidas).

Los tipos de voltaje más estandarizados son los de 12, 24 y 48 Voltios CC, aunque existen otros voltajes, (36, 72, …), pero los mencionados ocupan, sin duda, la inmensa mayoría de los sistemas instalados, y es donde hay mayor oferta de material a nivel mundial.

Mes más desfavorable según consumos

Se trata de identificar el més mas desfavorable, según el uso que se le da a la instalación, para determinar las Horas Sol Pico (HSP), así como la inclinación más adecuada dependiendo de estas premisas.

En nuestro caso, identificamos el més más desfavorable como el resultado de dividir la energía media diaria mensual por las Horas Sol Pico (HSP) dia (media mensual).

Como se observa, en el ejemplo, el més de julio sería el més más desfavorable, pues se necesita más energía, aún contando con más radiación solar por día.

Inclinación y orientación

 

Dependiendo de la inclinación y orientación, se obtendrá unas HSP determinadas que condicionarán la potencia total del campo fotovoltaico.

 

Temperatura media mensual máxima diurna.

Este dato no es absolutamente necesario, pero nosotros lo utilizamos para corregir la potencia nominal del módulo en función de las temperaturas de operación (diurnas), utilizando el coeficiente de temperatura de potencia del módulo.

Ratio de aprovechamiento del regulador.

Las necesidades de potencia fotovoltaica, también dependen directamente de la eficiencia del regulador de carga. Un regulador del tipo MPPT, con eficiencias del 98-99 %, en algunos casos puede hacer que se precise de uno o varios módulos de menos (dependiendo de la dimensión del sistema) que si utilizásemos un regulador convencional del tipo PWM con eficiencias entre el 75-80 %.

Siguiendo con el ejemplo, con todos estos datos tendríamos el siguiente cuadro:

 

 Como se puede observar, y en base al regulador elegido (ver siguiente post), necesitamos una potencia pico de 708, 74 Wp, para una inclinación de 20 º y una desviación de la orientación de 10º hacia el este. Además contando con 5,71 HSP para el mes de Julio en la ciudad de Guadalajara (Mexico).

Con estos datos podemos elegir el módulo que mejor se nos adapte o el que esté más disponible en nuestra zona de trabajo.

 

Para este caso elegimos un Axitec de 230 wp, que con una configuración de 4 módulos fotovoltaicos en paralelo, cubrimos las necesidades de energía diarias en un 130%.

Y con esto quedaría diseñado nuestro campo fotovoltaico.

 

Como ejemplo, vamos a calcular las Horas Sol Pico para una inclinación y orientación determinadas, en la ciudad de Guadalajara (Mexico).
En nuestro caso elegimos una inclinación de 20º respecto de la horizontal y una orientación de 10º este respecto del sur.
PASO1. OBTENCIÓN DE COORDENADAS DEL LUGAR.
Solar actionPara la obtención de coordenadas, podemos elegir distintos métodos. En nuestro caso elegimos la obtención de coordenadas geográficas con la aplicación google maps.
Pulsamos el botón derecho del ratón, y seleccionamos la opción “¿que hay aquí?, y en la barra de búsqueda nos aparece la latitud y longitud.
En nuestro caso tenemos:
Latitud: 20.694462º
Longitud: -103.342896º


PASO 2. DECLINACIÓN SOLAR(δ)
Debemos de conocer la declinación solar (δ), en un momento determinado del año.
En nuestro caso, elegimos el día central de cada mes  Y aplicando la fórmula siguiente, obtendremos dichos valores:

Así, pues, aplicando un día central de cada mes obtenemos la siguiente tabla:

Mes
dias
declinación
enero
31
21,27
febrero
28
13,62
marzo
31
2,02
abril
30
9,78
mayo
31
19,26
junio
30
23,37
julio
31
21,17
agosto
31
13,22
septiembre
30
1,69
octubre
31
10,29
noviembre
30
19,49
diciembre
31
23,40

Los valores en rojo son resultados en negativo.

Sobra decir, que la declinación no es para un lugar en especifico, sino que es la desviación del eje de rotación para todo el planeta.

PASO 3. OBTENCIÓN DE LA INCLINACIÓN OPTIMA
Como hemos dicho en capítulos anteriores, para que una superficie reciba la radiación solar optima, tendremos que variar el ángulo de inclinación desde β = φ – δ en el solsticio de verano a β = φ + δ en el solsticio de invierno, pasando por el valor β = φ en los equinoccios.

Donde:β= Inclinación Optima
φ= Latitud
δ= Declinación
En nuestro caso obtendríamos los siguientes valores:


Mes
inclinación optima
enero
41,96
febrero
34,31
marzo
22,71
abril
10,91
mayo
1,43
junio
2,68
julio
0,47
agosto
7,47
septiembre
19,00
octubre
30,99
noviembre
40,19
diciembre
44,10

Los valores en rojo son resultados en negativo.

PASO 4. RADIACIÓN GLOBAL HORIZONTAL
Para la obtención de los datos de radiación global horizontal. Hemos de utilizar las coordenadas geográficas del punto en cuestión, y buscarla en una de las muchas bases de datos que existen.
En nuestro caso, utilizo la base de datos de la NREL-NASA con valores medios desde 1983 a 2005. Hay muchas otras bases de datos (PVGIS. Satel-light, etc…), pero yo utilizo esta por ser global y tener también los datos de temperatura media diurna, que más adelante, utilizaremos.
Así pues para una Latitud: 20.694462º y Longitud: -103.342896º tenemos los siguientes valores:
Valores en Kw/h/m2/día.

PASO 5. RADIACIÓN GLOBAL DIARIA SOBRE UNA SUPERFICIE INCLINADA Y ANGULO OPTIMO
Para la obtención de la radiación global diaria optima sobre una superficie inclinada, usaremos la siguiente fórmula.



Donde:
βopt = Inclinación Optima
Gα = Radiación global diaría
Que en nuestro caso nos da los siguiente valores:

Valores en Kw/h/m2/día.
PASO 6. OBTENCIÓN DEL FACTOR DE IRRADIANCIA (FI)
Este factor va a corregir los valores de radiación obtenidos para una desorientación de 10º hacia el este.
Utilizaremos las siguientes fórmulas.

 

Donde:
FI: factor de irradiación (sin unidades)

β: inclinación real de la superficie (º)
βopt: inclinación óptima de la superficie (º)

α: acimut de la superficie (º)


Aplicando la fórmula correspondiente (la 2ª), obtendremos estos valores:


PASO 7. OBTENCIÓN DE LAS HORAS SOL PICO DÍA (HSP/DÍA)
Multiplicando el factor de Irradiancia (FI) por la radiación global diaria para angulo optimo, obtendremos los siguientes valores:


Y estos serían los valores para la latitud y longitud donde nos hemos posicionado, y la inclinación y orientación elegidas.
Fin del capitulo.

Ejemplo campo fotovoltaico
Una vez tengamos definidos los consumos y la energía real diaria, podemos diseñar la instalación.
En nuestro caso, comenzaremos con el campo fotovoltaico (paneles solares), aunque se puede comenzar por el almacenamiento (baterías) del mismo modo.
Previamente a definir la potencia del campo fotovoltaico, se calculará la inclinación y orientación optimas, así como las Horas Sol Pico (HSP). Estos datos nos servirán para calcular dicha potencia o nº de módulos.

CONCEPTOS BÁSICOS.
En primer lugar, debemos de conocer los siguientes conceptos básicos para la ejecución de estos cálculos:
Ángulo de inclinación β: Ángulo que forma la superficie de los módulos con el plano horizontal (figura 1). Su valor es 0°para módulos horizontales y 90° para verticales.
Ángulo de azimut αÁngulo entre la proyección sobre el plano horizontal de la normal a la superficie del módulo y el meridiano del lugar (figura 2). Valores típicos son 0° para módulos orientados al sur, –90°para módulos orientados al este y +90° para módulos orientados al oeste.
Figura 1
Figura 2










Una superficie recibe la mayor cantidad posible de energía si es perpendicular a la dirección del Sol. Como la posición del Sol varía a lo largo del día, la posición óptima de la superficie también tendrá que ser variable.

Figura 3

Declinación (δ): Es el ángulo que forma el plano del ecuador de la Tierra con la línea situada en el plano de la eclíptica, que une los centros del Sol y de la Tierra (figura 3). Este ángulo varía a lo largo de la órbita de la Tierra alrededor del Sol, alcanzando valores máximos en los solsticios de verano (declinación máxima positiva, δ = 23,45º) e invierno (declinación máxima negativa, δ = –23,45º) y valores nulos en los equinoccios (declinación nula, δ = 0º). Aunque la declinación varía se puede suponer que permanece constante a lo largo de un día.



La expresión de la declinación para un determinado día se calcula con la expresión:

Figura 4

Para situar la posición del sol en el cielo se utiliza el concepto de esfera celeste, que es una esfera imaginaria de radio arbitrario, centrada en el observador, sobre la que se proyecta la posición del Sol (figura 4). Cada punto de esta esfera celeste es una dirección en el cielo vista desde la tierra.
Este sistema de representación muestra las posiciones del Sol como si tuviera un movimiento aparente alrededor de la Tierra siguiendo una trayectoria dentro del plano de la eclíptica que forma un ángulo de 23,45 grados con el ecuador de la esfera celeste. El Sol recorre la eclíptica una vez al año y la esfera celeste gira una vez al día en torno a la tierra.
En el sistema de coordenadas de la esfera celeste, que es similar al usado para definir la longitud y latitud terrestres, se especifica la posición del sol mediante dos ángulos que se denominan elevación y acimut (figura 4).
Figura 5

Estas coordenadas solares se definen respecto a la dirección vertical que es la dirección que marcaría una plomada, que apuntando hacia abajo, se dirigiría hacia el centro de la Tierra y hacia arriba interceptaría a la esfera celeste en un punto denominado cenit (figura 5). La intersección con el hemisferio opuesto de la esfera celeste definiría el punto opuesto al cenit denominado nadir. Las definiciones de las coordenadas solares son:


Figura 6


  • Elevación solar γs: es el ángulo que forman los rayos solares con la horizontal (figuras 5 y 6). Toma valores que van de (90º – φ – δ) en el solsticio de invierno a (90º – φ + δ) en el solsticio de verano, siendo φ la latitud del lugar y δ la declinación.
  • Acimut solar ψs: ángulo formado por el meridiano del sol y el meridiano del lugar,tomando como referencia el Sur en el hemisferio norte y el Norte en el hemisferio sur (figuras 5 y 7). Tiene valores positivos de 0 a 180º hacia el Oeste y negativos de 0 a –180º hacia el Este.
  • Figura 7
  • Ángulo o distancia cenital θzs: ángulo formado por la dirección del sol y la vertical. Es el ángulo complementario de la elevación solar (figura 5).

Figura 8
La figura 8 representa las trayectorias aparentes del sol en los solsticios de verano e invierno y en los equinoccios de primavera y otoño, respecto de un observador que mira al Sur. El resto del año, el Sol sigue trayectorias intermedias entre las representadas. La elevación solar alcanza en los solsticios de verano e invierno sus valores

máximo y mínimo, respectivamente. En la figura 8 se ha marcado la posición del Sol a una hora determinada (10AM). El observador porta un plano en el que se reflejan las diferentes trayectorias anuales del Sol. Este plano recibe el nombre de carta solar. (Fuente: Instalaciones Solares ud1)

    ORIENTACIÓN E INCLINACIÓN DEL CAMPO FOTOVOLTAICO

    Una vez descritas las coordenadas que nos permiten situar el Sol en el cielo, hay que situar la superficie del generador fotovoltaico de manera que reciba la mayor cantidad posible de energía solar. Esto depende de varios factores:
    • La orientación de la superficie del generador fotovoltaico.
    • La inclinación de dicha superficie.
    • Los consumos a lo largo del año: anual, de fin de semana, vacaciones, etc..,  

    La orientación de un generador fotovoltaico se define mediante coordenadas angulares,

    similares a las utilizadas para definir la posición del Sol:
    figura 9
    • Ángulo de acimut (α): ángulo que forma la proyección sobre el plano horizontal de la perpendicular a la superficie del generador y la dirección Sur (figura 9). Vale 0º si coincide con la orientación Sur, es positivo hacia el Oeste y negativo hacia el Este. Si coincide con el Este su valor es –90º y si coincide con el Oeste su valor es +90º.
    • Ángulo de inclinación (β): ángulo que forma la superficie del generador con el plano horizontal (figura 10). Su valor es 0º si el módulo se coloca horizontal y 90º si se coloca vertical.


    figura 10






    Una superficie recibe la mayor cantidad posible de energía si es perpendicular a la dirección del Sol. Como la posición del Sol varía a lo largo del día, la posición óptima de la superficie también tendrá que ser variable. Veamos cómo es esa variación.


    figura 11
    Hemos definido la declinación (δ) como el ángulo variable que forma el ecuador con el plano de la eclíptica. Por lo tanto la dirección de la radiación solar incidente sobre la tierra varía en función de la declinación. La latitud (φ) de un lugar A (figura 11) indica el ángulo que forma la vertical de ese lugar con el ecuador. Por lo tanto, a lo largo del año el ángulo cenital θzs que forma la vertical de un lugar A con la dirección de la radiación solar varía desde θzs = φ – δ en el solsticio de verano a θzs = φ + δ en el solsticio de invierno, pasando dos veces por el valor θzs = φ en los equinoccios del año.
    Por lo tanto, para que una superficie reciba la radiación solar perpendicularmente (figura 12) tendremos que inclinar la superficie un ángulo β con la horizontal igual al que forma la vertical del lugar con la radiación solar. Tendremos que variar el ángulo de inclinación desde β = φ – δ en el solsticio de verano (figura 12.c) a β = φ + δ en el solsticio de invierno (figura 12.a ), pasando por el valor β = φ en los equinoccios (figura 12.b).


    figura 12

    Aunque hay generadores fotovoltaicos que son capaces de seguir la trayectoria solar, lo habitual es que la superficie del generador sea de orientación fija. La orientación óptima será un valor constante, con una inclinación (β) que va a depender de la latitud φ del lugar y un acimut (α) que depende del hemisferio en el que está situado el generador.
    La figura 13 muestra una superficie situada en el hemisferio norte, donde el Sol sigue una trayectoria Este-Sur-Oeste. Si pretendemos maximizar la captación de energía solar, la superficie tendrá que estar orientada hacia el Sur y por lo tanto el ángulo de acimut (α) debe ser nulo. El acimut óptimo para que una superficie fija reciba la mayor cantidad posible de energía solar debe ser cero (α = 0º) , la superficie se debe orientar hacia el Sur si está situada en el hemisferio norte o hacia el Norte si es está en el hemisferio sur.
    Para determinar la inclinación óptima de una superficie fija se usa una fórmula basada en análisis estadísticos de radiación solar anual sobre superficies con diferentes inclinaciones situadas en lugares de diferentes latitudes, que proporciona la inclinación óptima en función de la latitud del lugar:
    βopt = 3,7 + 0,69 · |φ|           βopt: ángulo de inclinación óptima (grados)
                                                φ|: latitud del lugar, sin signo (grados)
    La fórmula es válida para aplicaciones de utilización anual que busquen la máxima captación de energía solar a lo largo del año. (Fuente: Instalaciones Solares ud1)



    Para realizar un calculo de una instalación fotovoltaica aislada de la red, lo primero que debemos conocer es las necesidades energéticas de la vivienda o lugar. Es decir, el consumo eléctrico que tiene la vivienda.
    En una vivienda normal los consumos son aproximadamente como refleja la siguiente tabla:

    Fuente: IDAE
    Según se observa en este dibujo, la iluminación, el frigorífico y el televisor son los puntos que más debemos de tener en cuenta, pues, más de la mitad de la energía será consumida por estos.

    Cálculo de consumos 
    En una vivienda o cualquier tipo de edificación los consumos eléctricos pueden dividirse en 2 apartados.
    • Iluminación: La iluminación puede representar entre el 15 y el 20 % de la demanda de electricidad. Cuanto más eficiente sean los aparatos de iluminación menos necesidades energéticas tendremos.
    Así pues, una bombilla incandescente, puede consumir 10 veces más que una de led.
    En la tabla adjunta se muestran las equivalencias de distintos tipos de bombillas:
    Fuente: www.iluminaciondeled.com

    Como puede observarse, los ahorros energéticos pueden ser muy importantes, por lo que se recomienda, que en toda instalación solar, sean utilizadas lamparas de muy bajo consumo.

    • Aparatos: Como hemos visto en el primer dibujo, hay algunos elementos que no tienen porque funcionar con electricidad, y otros que, necesariamente son eléctricos.

    Comencemos a desglosar por importancia y por necesidad eléctrica:
    Frigorífico: Es una de los aparatos fundamentales, y, aunque los hay que funcionan a gas.  Creo que deben ser usados los eléctricos con alta eficiencia (Clase A++), por comodidad y menor riesgo para el hogar.
    Televisor: Aparato que existe en la inmensa mayoría de los hogares.
    Computador: Aparato que existe en gran cantidad de hogares.
    Lavadora: Aparato cada día mas extendido.
    Microondas.
    Pequeños electrodomésticos: licuadora, tostadora, cargador móvil, etc…
    Existen una serie de electrodomésticos que no se deben colocar en una instalación fotovoltaica aislada, a no ser que contemos con energía auxiliar (generador diésel o gasolina). Esto son lo siguientes:
    Cocina vitrocerámica: Es un electrodoméstico de muy alto consumo. Puede acabar con la batería en muy poco tiempo, restando mucha energía para el resto de los consumos. Recomendable cocinar con gas o a leña, según la zona geográfica y disponibilidad.
    Termo eléctrico para agua caliente: Suelen llevar resistencias de mas de 1000 watios, lo cual encarece la instalación y nos quita mucha autonomía de batería.
    Horno eléctrico: Lo mismo que la vitrocerámica. Evitar a toda costa.
    Aire acondicionado: Gran consumo. Mejor usar ventilador de bajo consumo. No instalar esta aparato si queremos que nuestra instalación tenga un precio asequible.
    Calefacción eléctrica: No instalar este aparato, puede ser la peor inversión en una instalación off-grid.
    Secadora: Solo si tenemos apoyo de generador.
    Lavavajillas: Este aparato es opcional, si se instala, procurar su uso con moderación.
    Bombas: Las bombas suelen tener un potente motor, que va a perjudicar por sus altos picos de potencia al resto de aparatos, además de provocar grandes picos de descarga en batería, lo cual no nos va a beneficiar. Se recomienda poner un bombeo solar, si el uso de la bomba es imprescindible.
    Otros: Cualquier aparato de consumos superiores a 200-300 w, deberíamos plantear si es necesario o tenemos alguna alternativa.
     A continuación se ofrece una tabla con valores orientativos de los distintos aparatos:


    Una vez tengamos claro los aparatos a utilizar y conozcamos su potencia, debemos estimar las horas de funcionamiento diario, semanal y a lo largo del año.
    En primer lugar debemos de identificar nuestros consumos diarios, para conocer la energía diaria que necesitaremos en el peor de los casos.
    En la siguiente tabla se muestra un ejemplo de como calcular el consumo diario:


    En la tabla de definición de consumos, utilizamos la descripción del aparato, las unidades y la potencia en Watios de cada unidad. Además, tendremos que estimar las horas que se usa cada consumo al día. 
    Nota: Si no tenemos la potencia (P) y tenemos la intensidad (I) en Amperios, bastará con multiplicar la intensidad por la tensión (V) para obtener la potencia  (W=I*V*cos phi), donde cos phi=1.
    Seguidamente, deberemos de identificar la tensión que queremos para nuestros consumos. Es decir si queremos alimentarnos con corriente alterna (AC) o con corriente continua (DC)
    Si los consumos son muy pequeños, solamente de iluminación y poco más, se puede alimentar el sistema con corriente continua, no teniendo la necesidad de incorporar un inversor u ondulador DC/AC. Cabe añadir, que estos sistemas tienen mayores pérdidas, necesitan de mayor grosor de cableado, y tienen mayor riesgo para las personas.
    Si los consumos son diarios y van más allá de la iluminación, será conveniente elegir un sistema con corriente alterna, conforme a la tensión del país donde nos encontremos (110-230 V/AC).
    El rendimiento de los aparatos, va a depender de su eficiencia. Normalmente los electrodomésticos están clasificados de la A a la G. Por lo general el rendimiento estará entre el 85 y el 95 %.


    Al final obtendremos una energía teórica diaria, que se obtiene de multiplicar las unidades por la potencia, por las horas/día y por el rendimiento.
    Esta energía teórica, deberá multiplicarse por un factor de corrección  que explicaremos a continuación, obteniendo la energía real diaria que necesita nuestro sistema.
    Calculo de rendimiento
    El rendimiento de la instalación, nos va a permitir calcular la energía real diaria, mediante la obtención de un coeficiente corrector en % sobre la energía teórica. También se suele llamar “performance ratio”, y es un coeficiente que se obtiene de estimar todas las perdidas posibles. Existen multitud de variables a considerar para la estimación del rendimiento de la instalación. Al tratarse de instalaciones aisladas, y para simplificar los cálculos, yo suelo utilizar las siguientes variables:

    • Coeficiente perdidas en batería: Son las perdidas ocasionadas en el proceso de carga y descarga de la propia batería.(+- 5 %).
    • Coeficiente autodescarga batería: Son las perdidas de la batería en reposo.(+- 0,5 %).
    • Profundidad de descarga batería: Se trata del nivel de descarga a la que sometemos a la batería, a menor profundidad de descarga mayor rendimiento.(Entre el 50 y el 80 %).
    • Coeficiente perdidas conversión DC/AC: Son las perdidas ocasionadas por el inversor u ondulador, que dependerán de la eficiencia de este equipo (Entre el 5 y el 8 %).
    • Coeficiente perdidas cableado: Estas perdidas dependerán de la longitud y de la sección de los cables. Habrá que dedicar un post completo a este tema, pero como norma general, podemos aplicar un 5 %.
    • Autonomía del sistema: Se trata del tiempo de autonomía que dotaremos a nuestra bateria. A mayor tiempo, bateria de mayor capacidad y mas fiabilidad del sistema. Para instalaciones sin apoyo de generador auxiliar, la autonomía deberá ser entre 3 y 5 días. Para instalaciones con apoyo de generador entre 1 y 3 días.

    Existen muchas variables, como las perdidas por sombras, por suciedad, por alvedo, etc… que no considero oportuno, por el momento, tenerlos en cuenta. Mas adelante se intentará hacer un post explicando estas otras variables.
    También existen otras variables que si vamos a tener en cuenta, en lo referente a módulos y reguladores, pero en el momento de efectuar estos cálculos.
    Con estas variables, obtenemos un rendimiento general en %, resultado de restar estas perdidas sobre un 100 %.
    En la tabla adjunta, mostramos un ejemplo de como se calcula el rendimiento general:

    Como se observa, obtenemos un rendimiento del 81 %, que dividido por la energía teórica, no dará la energía real diaria. (ver tabla anterior)

    Ahora, necesitamos conocer los consumos semanales, mensuales y anuales.
    Si nuestra vivienda o consumo, es de fin de semana, deberemos de calcular 3 días sobre 7. Si es de uso vacacional, navidades-semana santa-verano, deberemos tener en cuenta los días de ocupación semanal y mensual. Se trata, en resumen de obtener una cifra de energía mensual y anual, que nos servirá para calcular nuestras necesidades de almacenamiento, de potencia máxima, y de campo fotovoltaico.
    A mi, personalmente, me gusta ponerle un porcentaje (en %) de ocupación mensual. 
    Se que no es la forma más exacta, pero suficiente para una instalación aislada básica.
    Como ejemplo, pongo una vivienda con uso vacacional y de fin de semana:


    Como se observa, cada mes tiene un porcentaje distinto de ocupación, dependiendo del uso que se le vaya a dar.
    Con estos porcentajes podemos obtener una media diaria por meses. Datos que nos servirán para cálculos posteriores.
    Continuamos con el ejemplo:


    Este cuadro, nos está indicando que nuestras mayores necesidades de energía son los meses de julio y agosto. Dato que nos servirá para calcular la inclinación mas optima de la instalación y las horas sol pico (HSP), además de la capacidad de almacenamiento (baterías).










    Como queda patente en el post anterior, quedan muchos millones de habitantes en el planeta sin acceso a la electricidad.
    Según mi parecer, una buena parte de esta masa poblacional, se abastecerá, en un futuro no muy lejano, de energía solar para producirse su electricidad.
    ¿Porque?

    • Porque las compañías eléctricas (grandes oligopolios en general) no les llevarán sus redes a la mayor parte de esta población. Pues, en la mayoría de los casos, son núcleos diseminados y de baja renta, con lo cual los costes de las infraestructuras, su transporte y mantenimiento no serán rentables. Y los distintos gobiernos, mayormente, no apoyan al ciudadano, sino a estas grandes corporaciones.
    • Porque las personas desean comunicarse y emitir-recibir información (internet, TV, etc…) y esto no es posible sin la electricidad.
    • Porque hay necesidad, y cada vez mayor, de poder conservar alimentos (refrigerados o congelados) y esto no se puede llevar a cabo de una forma asequible sin la electricidad.
    • Porque el conocimiento y la cultura, cada día se mueve más por la red, y a ese conocimiento es muy difícil acceder sin electricidad.
    • Porque el precio de una instalación solar ha bajado de manera significativa, pudiendo acceder a estos sistemas rentas mas bajas, que, hace pocos años no se lo podían permitir.
    • Porque la fabricación y distribución de los materiales necesarios para una instalación solar, a aumentado considerablemente. Estando al alcance de un mayor nº de personas y en cualquier parte del mundo.
    • Porque la tecnología, junto a la fabricación de componentes y las economías de escala, avanzan más rápido que los políticos y los grandes oligopolios energéticos. Y hoy en día ya comienza a ser mas barato la electricidad generada por una instalación solar que la energía suministrada por estas compañías.
    • Porque, gracias a la sociedad de la comunicación, la gente es mas difícil de influenciar y manipular, y estas formas de procurarse energía, así como muchas otras, triunfarán por si mismas.
    • Porque la sociedad, se preocupa, cada vez mas, por el medio ambiente que le rodea, y estas personas, que en su mayoría viven en la naturaleza,no desean la destrucción de su hábitat, Y toda forma que generar energía que sea respetuosa con su hábitat será bienvenida.

    “La energía es el elemento fundacional de la vida y como fundamento de la economía y del desarrollo social es el principal dinamizador de la evolución humana. El hombre, cuya riqueza y calidad de vida van ligadas directamente a la utilización de los recursos energéticos ha avanzado, sin embargo, en la dirección equivocada. La utilización casi exclusiva de fuentes de energía no renovables, como los combustibles fósiles, le ha embarcado en una guerra ecológica contra fuerzas, que lejos de ser enemigas constituyen la base fundamental de la vida humana.
    El efecto invernadero, la contaminación del agua y del aire, el agujero en la capa de ozono, la deforestación, la desertización, el incontrolable crecimiento de población y la consiguiente pobreza son los efectos de una política energética cuyos presupuestos y prácticas están llevando al planeta al borde de la extinción.
    La autodestrucción colectiva sólo es inevitable si en un plazo de tiempo muy corto se cambian los recursos energéticos tradicionales por otros inagotables e inocuos como la energía solar. Esto implica necesariamente un cambio global en la estrategia tanto política como económica que venza resistencias y prejuicios para impulsar un modelo nuevo.”

    Texto traducido de la sinopsis de la obra Estrategia Solar de Hermann Scheer.

    Dicho esto, vamos a abordar, que es una instalación fotovoltaica aislada de la red.
    Una instalación fotovoltaica aislada de la red consta, en general, de los siguientes elementos:

    • Sistema de generación: Paneles solares fotovoltaicos y estructura de sustentación.
    • Sistema de almacenamiento: Batería.
    • Sistema de regulación: Regulador.
    • Sistema de conversión corriente continua-alterna (CC-AC): Inversor u ondulador (opcional)
    • Sistema de protección para personas y equipos: Fusibles, magnetos, diferenciales, etc..
    • Sistema de cableado: Interconexión de sistemas y distribución a consumos.



    Opcionalmente a este esquema básico se pueden añadir:

    • Sistema de generación eólica: Mini-aerogenerador.
    • Sistema de generación hidráulica: Mini-turbina.
    • Sistema auxiliar de generación: Generador diesel y gasolina. 

    También para el calentamiento del agua, no por menos importante, se puede añadir.

    • Sistema de calentamiento de agua: Captador térmico y deposito acumulación

    Este último, entra a formar parte de los sistemas térmicos, a los cuales, por el momento no entraremos en profundidad en este blog. 

    Con este esquema, quedarían resumidas las partes de una instalación fotovoltaica aislada de la red.
    En próximos post, profundizaremos en cada una de las partes y se ayudará a la comprensión de una manera fácil, para que, cualquier persona sea capaz de diseñarse su propia instalación en base a sus necesidades.


    ACCESO A LA ENERGIA ELECTRICA EN EL MUNDO

    “Los servicios modernos de energía son cruciales para el bienestar humano y el desarrollo económico de un país, y sin embargo en todo el mundo más de 1300 millones de personas no tienen acceso a la electricidad y 2700 millones de personas carecen de instalaciones de cocina y aseos. Más del 95% de estas personas se encuentren en el África subsahariana o Asia en desarrollo y el 84% se encuentran en áreas rurales”. (Fuente International Energy Agency).

    En la siguiente tabla se muestran los valores de personas sin acceso a la electricidad.. De lo que se desprende que en la actualidad, casi un 20 % de la población mundial no tiene acceso a la electricidad.
    (Fuente International Energy Agency)

    “La falta de acceso a servicios de energía modernos es un grave obstáculo para el desarrollo económico y social, y debe ser superada si los Objetivos de Desarrollo de los distintos países se quieren cumplir”. (Fuente International Energy Agency).

    Como se observa en la anterior tabla, en el mundo existe una gran población sin acceso a la energía, que, en unos casos no se la pueden permitir por motivos económicos, y en otros casos, las grandes compañías eléctricas no llevan sus redes, por motivos de difícil acceso y rentabilidad. Estos otros grupos de población se autoabastecen de forma colectiva con pequeñas redes (microredes) o con instalaciones individuales, bien con generadores de gasóil o gasolina, o pequeñas instalaciones solares.

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    Hola a todos.
    Este blog, con sus contenidos, pretende poner luz en aquellos aspectos de la energía solar (sobre todo la fotovoltaica) que son difíciles de entender por el público en general.
    Así pués, el principal cometido de este blog será ayudar a cualquier persona a entender de una manera simple la energía solar fotovoltaica y poder calcular su propia instalación.
    Siendo este un sector muy amplio, con diferentes aplicaciones. En principio nos vamos a centrar en las instalaciones aisladas de la red, pequeñas electrificaciones rurales y bombeos solares.
    Comenzaremos con un primer post evaluando el estado de la energía y seguiremos con otros post de generalidades que sirvan de prologo a temas mas concretos.
    Saludos cordiales

    Francisco Blasco