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).










Deja un comentario