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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA >Sistema fotovoltaico doméstico con batería. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes alternativas de energía Un sistema solar con baterías puede alimentar muchos electrodomésticos siempre que su consumo de energía no supere la potencia del generador. Por tanto, es necesario determinar correctamente la potencia del sistema. El primer paso en esta dirección es elaborar una especificación, es decir descripción técnica del sistema.
Cálculo de energía A la hora de diseñar un sistema fotovoltaico doméstico, primero hay que hacer una lista de todos los electrodomésticos de la casa, conocer su consumo de energía y añadirlos a la lista. La siguiente tabla proporciona información sobre el consumo de energía promedio de algunos dispositivos como referencia. Sin embargo, hay que recordar que se trata sólo de estimaciones aproximadas. Para calcular el consumo de energía (E) de un sistema inversor (para aparatos de CA), es necesario hacer una corrección (multiplicar el consumo promedio por el factor C para obtener la potencia total).
Para el funcionamiento de otros aparatos eléctricos: frigorífico, plancha, ventilador, cocina eléctrica, etc. - Necesitará un sistema más grande y más caro. Dado que estos sistemas no están sujetos a estándares uniformes, sino que dependen de las necesidades específicas del consumidor, el cálculo debe ser realizado por un especialista. En segundo lugar, es necesario evaluar cuánto tiempo durante el día se utilizan determinados aparatos eléctricos. Por ejemplo, una bombilla en el salón está encendida 10 horas al día, pero en la despensa sólo 10 minutos. Registre esta información en la segunda columna de la siguiente tabla. Luego haz una tercera columna en la que ingreses tus necesidades energéticas diarias. Para determinarlo es necesario multiplicar la potencia del dispositivo por su tiempo de funcionamiento, por ejemplo: 27 W x 4 horas = 108 Wh. Escriba el número resultante en la tercera columna: este es su consumo total de energía por día.
A continuación, debe determinar la cantidad de energía solar con la que se puede contar en un área determinada. Por lo general, estos datos se pueden obtener de su proveedor local de paneles solares o de una estación meteorológica. Es importante considerar dos factores: la radiación solar media anual, así como sus valores medios mensuales en las peores condiciones climáticas (ver información general en el capítulo “Radiación solar”). Con el primer valor se puede ajustar el sistema fotovoltaico en función de la radiación solar media anual, por lo que unos meses tendrán más energía de la necesaria y otros menos. Si opta por el segundo número, siempre tendrá al menos energía suficiente para cubrir sus necesidades, excepto durante períodos extremadamente largos de mal tiempo. Ahora puedes calcular la potencia nominal del módulo fotovoltaico. Multiplique el consumo de energía (Wh por día) por un factor de 1,7 para corregir las pérdidas de energía en el sistema, luego divida por la radiación solar (Wh por día), por ejemplo, 280 (Wh/día) x 1,7/5 (Wh /día) = 96,2 W. Desafortunadamente, la elección de potencias nominales de los módulos fotovoltaicos es limitada. Utilizando módulos de 50 W se puede construir un generador con una potencia de 50 W, 100 W, 150 W, etc. Si el consumo energético es de 95 W, lo mejor es cubrirlo con un sistema de dos módulos. Si la potencia total de los módulos difiere mucho de su valor calculado, tendrá que utilizar un generador demasiado potente o insuficientemente potente. En el primer caso, la batería fotográfica no podrá satisfacer la demanda total de energía. Depende de usted decidir si está satisfecho con la provisión parcial de sus necesidades. En el segundo caso, tendrás exceso de electricidad. La determinación del tamaño de la batería depende de la demanda de energía y del número de módulos fotovoltaicos. En el ejemplo dado, la capacidad mínima de la batería será de 60 amperios-hora (Ah) y la capacidad óptima de la batería será de 100 Ah. Una batería de este tipo podrá almacenar 1200 Wh a 12 V. Esto es suficiente para suministrar electricidad en el caso descrito anteriormente, cuando el consumo de energía diario es de 280 Wh.
Presión constante En el pasado, casi todos los sistemas fotovoltaicos utilizaban una tensión constante de 12 V. Se utilizaban ampliamente dispositivos de 12 V alimentados directamente desde la batería. Ahora, con la llegada de inversores eficientes y fiables, las baterías utilizan cada vez más una tensión de 24 V. Actualmente, la tensión del sistema eléctrico está determinada por el consumo diario de energía durante el día. Los sistemas que producen y consumen menos de 2000 Wh por día se combinan mejor con 12 V. Los sistemas que producen entre 2000 y 6000 Wh por día normalmente usan 24 V. Los sistemas que producen más de 6000 Wh por día usan 48 V. El voltaje de línea es un factor muy importante que afecta al inversor, los controles, el cargador y el cableado. Una vez que compras todos estos componentes, son difíciles de reemplazar. Algunos componentes del sistema, como los módulos fotovoltaicos, se pueden cambiar de 12 V a un voltaje más alto, mientras que otros (el inversor, el cableado y los controles) están diseñados para un voltaje específico y solo pueden funcionar dentro de ese voltaje. Batería La batería almacena la energía generada por el módulo solar. La batería compensa los periodos de mal tiempo o un consumo de energía demasiado elevado (almacenamiento a medio plazo).
Las baterías más utilizadas son las de automóvil, que son asequibles y están disponibles en todo el mundo. Sin embargo, están diseñados para transmitir grandes corrientes durante un corto período de tiempo. No soportan los largos ciclos de carga y descarga típicos de los sistemas solares. La industria produce el llamado. baterías solares que cumplan estos requisitos. Su característica principal es la baja sensibilidad al funcionamiento en modo cíclico. Desafortunadamente, sólo unos pocos países en desarrollo producen este tipo de baterías, y las importadas son prohibitivamente caras debido a los costos de envío y los derechos de aduana. En tal situación, puede utilizar baterías de camión potentes; esta es una opción más económica, aunque habrá que cambiarlas con más frecuencia. Para un sistema fotovoltaico de gran tamaño, la capacidad de una batería puede no ser suficiente. Luego puedes conectar varias baterías en paralelo, conectando todos los polos positivos y negativos entre sí. Para la conexión es necesario utilizar un cable de cobre grueso, preferiblemente de no más de 30 cm. Durante la carga, la batería emite gases potencialmente explosivos. Por lo tanto, hay que tener cuidado con las llamas abiertas. Sin embargo, las emisiones de gases son insignificantes, especialmente si se utiliza un regulador de carga; por lo que el riesgo no es mayor que el normalmente asociado con el uso de una batería en un automóvil. Aún así, las baterías necesitan una buena ventilación. Por lo tanto, no debes taparlos y esconderlos en cajas. La capacidad de la batería se indica en amperios hora. Por ejemplo, una batería de 100 Ah y 12 V puede almacenar 1200 Wh (12 V x 100 Ah). Sin embargo, la capacidad depende de la duración del proceso de carga o descarga. El período de recarga se indica como índice de capacidad C, por ejemplo, "C100" durante 100 horas. Tenga en cuenta que los fabricantes pueden producir baterías para diferentes períodos base. Cuando se almacena energía en una batería, una cierta cantidad se pierde durante el almacenamiento. Las baterías de automóvil tienen una eficiencia de alrededor del 75%, mientras que las baterías solares funcionan ligeramente mejor. Parte de la capacidad de la batería se pierde con cada ciclo de carga y descarga hasta que llega a un nivel tan bajo que es necesario reemplazarla. Las baterías solares duran más que las baterías de automóvil de alta potencia, que duran entre 2 y 3 años. Tamaño de la batería Es importante que la batería tenga el tamaño adecuado para almacenar energía durante al menos 4 días. Imaginemos un sistema que consume 2480 Wh al día. Dividiendo esta cifra por el voltaje de 12 voltios, obtenemos un consumo diario de 206 Ah. Entonces, 4 días de almacenamiento equivalen a: 4 días x 206 Ah por día, equivalen a 824 Ah. Si se utiliza una batería de plomo, a esta cifra hay que sumarle un 20% para que la batería nunca se descargue por completo. Esto significa que la capacidad de nuestra batería de plomo-ácido ideal es de 989 Ah. Si se utiliza una batería de cadmio-níquel o hierro-níquel, no se requiere un 20% adicional de capacidad, porque Las pilas alcalinas no se dañan con una descarga completa regular. regulador de carga Una batería durará varios años sólo si se utiliza junto con un regulador de carga de calidad que proteja la batería de sobrecargas y descargas profundas. Si la batería está completamente cargada, el regulador reduce el nivel de corriente generada por el módulo solar a un valor que compensa la pérdida natural de carga. Por el contrario, el regulador interrumpe el suministro de energía a los dispositivos consumidores cuando la batería se descarga a un nivel crítico. Por tanto, una pérdida repentina de suministro eléctrico puede no deberse a una avería en el sistema, sino a consecuencia de este mecanismo de protección.
Los reguladores de carga son dispositivos electrónicos que también pueden dañarse como consecuencia de un mal funcionamiento o manejo incorrecto del sistema. Los modelos más avanzados están equipados con fusibles para evitar daños al regulador y otros componentes del sistema. Entre ellos se encuentran fusibles contra cortocircuitos y cambios de polaridad (cuando los polos +/- están invertidos), un diodo de bloqueo que evita que la batería se descargue por la noche. Muchos modelos están equipados con LED que indican el estado de funcionamiento y avería del sistema. Algunos modelos incluso indican el nivel de carga de la batería, aunque es muy difícil determinarlo con precisión.
Inversor El inversor convierte corriente continua de bajo voltaje en corriente alterna estándar (120 o 240 V, 50 o 60 Hz). Los inversores varían desde 250 vatios (que cuestan alrededor de 300 dólares) hasta más de 8000 vatios (alrededor de 6 dólares). La electricidad producida por los inversores de onda sinusoidal modernos es de mejor calidad que la que llega a su hogar desde la red eléctrica local.
También existen inversores de onda sinusoidal "modificados": no son tan caros, pero siguen siendo adecuados para la mayoría de aplicaciones domésticas. Pueden causar ligeras interferencias o "ruido" en equipos electrónicos y teléfonos. Un inversor puede servir como “amortiguador” entre el hogar y la red pública, permitiendo que el exceso de electricidad se venda a la red pública.
Cables La mejor forma de evitar pérdidas innecesarias es utilizar cables eléctricos adecuados y conectarlos correctamente a los dispositivos. El cable debe ser lo más corto posible. Los cables que conectan varios dispositivos deben tener una sección transversal de al menos 1,6 mm2. Para garantizar que la caída de tensión no supere el 3%, el cable entre el módulo solar y la batería debe tener una sección de 0,35 mm2 (sistema de 12 voltios) o 0,17 mm2 (24 V) por 1 metro por módulo. Es decir, un cable de 10 m de longitud para dos módulos no debería ser más fino: 10 x 2 x 0,35 mm2 = 7 mm2. Dado que los cables de más de 10 mm2 son difíciles de manipular y aún más difíciles de encontrar, a veces hay que aceptar pérdidas mayores. Si parte del cable discurre al aire libre, debe ser resistente a las inclemencias del tiempo. También es muy importante su resistencia a la radiación ultravioleta. Seguidores solares Los módulos fotovoltaicos funcionan mejor cuando las células fotovoltaicas están colocadas perpendicularmente a los rayos del sol. El seguimiento solar puede aumentar la producción anual de energía en un 10% en invierno y un 40% en verano en comparación con un módulo fotovoltaico fijo. El "seguimiento" se implementa montando un módulo solar en una plataforma móvil que gira detrás del Sol. El primer paso es sopesar el beneficio de la energía adicional obtenida del seguimiento solar con el costo de instalación y mantenimiento del sistema de seguimiento. Los dispositivos de seguimiento no son baratos. En muchos países no tiene sentido económico instalar seguimiento solar para menos de ocho paneles solares (por ejemplo, en EE.UU.). Con ocho módulos fotovoltaicos, obtendremos más energía si gastamos dinero en más paneles en lugar de instalar seguimiento. Sólo con ocho o más paneles el dispositivo de seguimiento se amortizará solo. Hay excepciones a esta regla: por ejemplo, cuando los paneles fotovoltaicos alimentan directamente una bomba de agua, sin batería, el seguimiento solar es beneficioso para dos o más módulos. Esto se debe a características técnicas, como el voltaje máximo requerido para alimentar el motor de la bomba. Lámparas Debido a su alta eficiencia y larga vida útil, se recomienda el uso de lámparas de bajo consumo en sistemas fotovoltaicos. Las lámparas fluorescentes o las nuevas lámparas fluorescentes compactas (CFL) son adecuadas para muchas aplicaciones. La CFL de 18 vatios reemplaza la bombilla incandescente tradicional de 100 vatios. Si estas lámparas funcionan con un sistema DC, requieren un balastro electrónico. La calidad del lastre puede ser muy diferente, incluso insatisfactoria. El balasto de baja calidad supondrá costes adicionales por el reemplazo constante de las lámparas. El balastro debe ser eficiente, proporcionar una gran cantidad de arranques, encendido confiable a bajas temperaturas y bajo voltaje (10,5 V), así como protección contra cortocircuitos, circuitos abiertos, cambios de polaridad e interferencias de radio. Aunque la mayoría de las lámparas fluorescentes compactas funcionan únicamente con corriente alterna, algunas empresas ofrecen lámparas que funcionan con corriente continua. Precios de por vida y de componentes Un factor muy importante en el análisis económico es la vida útil del sistema fotovoltaico. La vida útil de varios componentes del suministro de energía solar se calcula en función de la experiencia adquirida en los últimos años.
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