Sistema Fotovoltaico Aislado: Generación autónoma de electricidad con paneles solares aislados

Sistemas Aislados

Un sistema solar aislado es capaz de alimentar los consumos de una instalación sin conexión a la red eléctrica. Se requiere de un sistema de acumulación con baterías que permita realizar el suministro de energía cuando la radiación solar no está disponible.

Es una solución excelente para zonas donde no se dispone de red eléctrica. En áreas rurales y agrícolas este tipo de sistemas representan la única alternativa al uso de grupos electrógenos.

Ventajas Y Beneficios

• Permite el suministro en lugares sin acceso a la red.
• Representa un ahorro económico como alternativa a los generadores alimentados por combustibles fósiles.
• Independencia de la red eléctrica.
• Contribuye a la lucha contra el cambio climático, reduciendo las emisiones de gases de efecto invernadero.

Funcionamiento

Tipos de sistemas aislados

Los sistemas aislados se clasifican de dos formas diferentes, la primera viene definida por la tensión de trabajo de las baterías y la segunda depende de la tensión de los equipos consumidores:

TENSIÓN DEL SISTEMA DE ACUMULACIÓN
12V	24V	48V	HV
TENSIÓN DE SUMINISTRO EN AC
Monofásicos		Trifásicos

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¿Cuántos paneles necesito?

A modo de ejemplo, una casa de campo dispone de un consumo de 3445 Wh/día.

• Para suministrar la energía necesaria de nuestro consumo diario, calculamos el número de módulos que necesitamos. Realizaremos los cálculos con módulos de 405W:

  $$NMódulos=\frac{Potencia\; consumida\; w\; h\; /\; día}{{\mathrm{Potencia\; del\; módulo\; x\; horas\; solares\; pico\; a\; 30}}^{\mathrm{o}}}$$ $$NMódulos=\frac{3.445}{405\; x\; 3,19}=2,66\; ~\; 3$$

  *Las horas solares pico dependerán del lugar de instalación, en este caso utilizamos una media nacional (3.19 HSP).

• Para garantizar un buen funcionamiento tanto en el momento de la instalación como pasados unos años, es recomendable sobredimensionar los consumos un 20%. Tras la instalación es habitual que surjan consumos no previstos o que alguno de los consumos previstos no estuviese bien dimensionado. Este factor de corrección minimizará los problemas que pudiesen surgir en consecuencia. $$NMódulos=\frac{3.445\; x\; 1,2}{405\; x\; 3,19}=3,2\; ~\; 4$$
• Una vez diseñado el campo fotovoltaico deberemos aplicar nuevamente un coeficiente en concepto de pérdidas derivadas del cableado, las conexiones, suciedad, orientación... etc. Este coeficiente recomendamos que sea de un 20%: $$NMódulos=3,2\; x\; 1,2=3,2\; ~\; 4$$

¿Qué batería necesito?

• Para calcular la capacidad de la batería tenemos en cuenta nuevamente el consumo y la tensión de trabajo del sistema. En sistemas de mediano tamaño solemos trabajar a 24V

  $$Capacidad\; en\; Ah=\frac{Potencia\; consumida\; w\; h\; /\; día}{Tensión\; de\; trabajo}x\; días\; de\; autonomía$$ $$Capacidad\; en\; Ah=\frac{3.445}{24}x\; 2=287\; Ah$$

  Con una batería de 287Ah que permita el 100% de descarga en un ciclo de 48h dispondríamos la acumulación necesaria para alimentar los equipos y en caso de baja radiación nos permitiría lograr hasta 2 días de autonomía. Las baterías utilizadas en este tipo de aplicaciones comúnmente son de plomo. Estas presentan su punto de máximo rendimiento con descargas no mayores al 30% por lo que deberíamos aplicar un factor de corrección. Las baterías entregan más energía cuanto más despacio la extraemos por lo que tendremos que tener en cuenta una descarga en 48 h (C48).

• Estas pautas de dimensionado son las habituales en instalaciones de uso exigente y continuado.
• En instalaciones de uso estacional o fin de semana podemos aceptar un 50% de descarga en beneficio de ahorro en el presupuesto total $$Capacidad\; en\; Ah=\frac{3.445}{24\; x\; 0,5}x\; 2=574\; Ah$$
• A partir de este valor buscamos, en las fichas técnicas del fabricante elegido, el modelo que más se aproxime.
• Por lo general, el valor obtenido se sitúa entre dos modelos. Para garantizar que cumplimos las condiciones marcadas, siempre deberemos elegir el modelo superior.

• En algunos fabricantes el detalle en C48 no se dispone. Deberemos realizar una aproximación

  TIPO		C 1 h	C 10 h	C 20 h	C 72 h	C 100 h
  Ue		Ah	Ah	Ah	Ah	Ah
  V/cell		1.67	1.80	1.80	1.80	1.80
  2 PVS	140	63	111	127	141	143
  3 PVS	210	95	167	191	211	215
  4 PVS	280	127	223	254	282	287
  5 PVS	350	159	279	318	352	359
  6 PVS	420	191	334	382	424	431
  5 PVS	550	223	389	432	486	496
  6 PVS	660	267	467	518	583	595
  7 PVS	770	310	544	604	681	694

• Haciendo un uso ocasional, podremos reducir mucho la inversión utilizando baterías de 6V con capacidades similares.
• Para lograr la máxima durabilidad y disponer de la posibilidad de ampliar acumulación, elegiremos baterías de litio.
  • En ese caso tendremos que buscar la equivalencia de energía.
  • 2 días de autonomía >6890Wh
  • Capacidad de la batería 2.4kWh con un DoD del 95% 2.28kWh.
  • Nº baterías de litio: 6890/2280 = 3,02Ud