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Artículo: Home Power Magazine.

Traducción y Redacción: Jorge Ávalos @Energía Amiga.

Diseño, Formato e Imágenes: JA Social Media Marketing & Graphic Design.

¿Cómo elegir El sistema de paneles solares que se adapte a tus necesidades?

¿CÓMO ELEGIR EL SISTEMA DE PANELES SOLARES QUE SE ADAPTE A TUS NECESIDADES?

 

Hay muchas razones para escoger un sistema aislado para alimentar una casa o una cabaña a distancia. Algunas personas quieren evitar el alto costo de extender una línea de servicio, optando por la independencia produciendo energía casera, además de tener una fuente de energía libre de emisiones, silenciosa y con garantía de 25 años.

Los sistemas aislados son muy diferentes que los sistemas interconectados. Sin CFE como fuente de electricidad suplementaria, el tamaño del sistema fotovoltaico es crítico. Los sistemas aislados requieren el sacrificio de sus propietarios, esto significa vivir dentro del presupuesto energético del diseño original, la planificación para el crecimiento futuro, y que tiene una fuente de energía de reserva para tiempos de alto uso de energía o la baja producción de luz solar. Todo el mantenimiento y equipo de mantenimiento también se realiza en el lugar del dueño de la casa, y por el propietario o el instalador, en lugar de una compañía eléctrica.

¿DEBERÍA DESCONECTARSE DE LA RED DE SUMINISTRO ELÉCTRICO?

Para la mayoría de los hogares en Estados Unidos, los apagones son poco frecuentes y breves, y un sistema de red interconectado es la opción más efectiva y económica. En el sistema interconectadoCFE sirve esencialmente como un banco de batería gigante, aceptando la producción del exceso de energía fotovoltaica durante el día y proporcionando electricidad en la noche o durante días nublados. En áreas de redes servidas donde los cortes de red eléctrica son comunes o largos, tener en el sitio un respaldo de energía puede tener sentido. Sin embargo, es importante considerar cuidadosamente el mantenimiento, costo y riesgos potenciales de un banco de batería. Seleccionando sólo que cargas son críticas para mantener durante los cortes de red eléctrica mantendrá el número de baterías necesitadas y el precio de las baterías bajo. El diseño de red aislada es el más apropiado cuando no hay acceso a la red y no está típicamente considerado para hogares que ya están conectados a la red. Normalmente, propiedades remotas pueden ser energizadas por sistemas de redes aisladas que usan energía fotovoltaica por un costo menor al de la extensión de la línea de servicio, convirtiéndola en la opción más económica.

 

 

 

 

CARGAS

Es crucial considerar cuidadosamente los electrodomésticos de un hogar en el diseño de un sistema de red aislado. El primer paso es hacer una lista de la energía requerida de cada aparato deseado y determinar el promedio de horas diarias que cada uno usará. Un análisis de carga calcula la energía consumida por cada electrodoméstico con el fin último de determinar el promedio total de la energía consumida diariamente por todas las cargas en el hogar. Este valor de consumo diario luego se utiliza para designar un banco de batería suficientemente grande para almacenar esa energía diario y un panel solar lo suficientemente grande para producir esa energía.

Otras consideraciones incluyen si los electrodomésticos usan Corriente Alterna o Corriente Continua. Todos los aparatos fuera de una repisa que se pueden conectar a un enchufe de la pared son de Corriente Alterna. Para casas con redes aisladas de ocupación de tiempo completo, los beneficios de los electrodomésticos con Corriente Alterna superan a los de Corriente Continua. Los electrodomésticos convencionales están disponibles fácilmente, y funcionan con voltajes más altos, así se puede usar cableado estándar más pequeño de Corriente Alterna en casa. En ciertas aplicaciones, como un sistema para una cabaña, una casa rodante o un bote, la mayor eficiencia creada al eliminar el inversor puede justificar electrodomésticos de Corriente Continua más caros y más difíciles de obtener. Por ejemplo, un sistema de paneles solares para un bote puede hacer funcionar luces de 12 Voltios de Corriente Continua, un radio, un televisor, y un refrigerador directamente de la batería para evitar el uso de un inversor.

 

 

 

 

MÓDULOS FOTOVOLTAICOS

Cuando escoge módulos fotovoltaicos para su sistema sin red, es importante observar el precio, la tecnología, como se adhieren al techo o a un estante, el voltaje y las especificaciones actuales, la UL listed y la garantía. El tipo de modulo más típico tiene una tensión que se integra fácilmente con las configuraciones organizadas de inversores interconectados. El mercado sin red puede incluso tomar ventaja de estos módulos comunes usando Seguimiento del Punto de Máxima Potencia (MPPT), controlador de carga que puede reducir la tensión del campo al mínimo voltaje de una batería de banco. Aún hay algunos módulos en el mercado que son nominales de 12V, hechos para cargar directamente baterías de banco de 12, 24 y 48 V a través de un controlador de carga no reductor, pero se están volviendo difíciles de encontrar y son típicamente más caros.

El arreglo apropiado del dimensionamiento es crucial en diseños sin red. Asegura que las cargas que necesita correr tendrán energía y que la batería puede ser recargada completamente después de un periodo sin sol. Para dimensionar un arreglo necesitarás conocer los módulos de watts STC, promedio diario de las máximas horas del sol en el peor mes y la cantidad de energía que la carga consume. Un arreglo necesita producir tanto como el promedio diario consume y ser capaz de recargar las baterías y recuperarse después de periodos nublados. Siempre que sea posible agranda el arreglo para dar cuenta de las inclemencias del tiempo. La mayoría de los diseñadores incluso especifican un generador para acomodar durante varios periodos de bajo sol, donde entonces se remueve la necesidad de agrandar el arreglo en el futuro.

 

 

 

 

SISTEMAS DE MONTAJE DE PANELES SOLARES

Porque los sitios de los hogares sin red a veces tienen más cuartos que las casas en la ciudad, tienen en general más lugares para la colocación de los paneles más allá de un hogar o el techo de un garaje. Monturas terrestres, soportes de columna, cobertizos o techos de graneros y seguidores solares son opciones. Un sistema de montura terrestre o soporte de columna permiten al arreglo ser ajustado según la temporada, y esta producción adicional de energía puede reducir el tiempo de ejecución de un generador de respaldo durante el invierno. Por ejemplo, ajustando a un arreglo de 3000 W en Pueblo, Colorado, desde una inclinación con latitud fija a una inclinación más pronunciada ganará 0.5 horas de sol máximo durante el invierno. Esa energía adicional se calcula en alrededor de 1500 Wh por día.

Para la cosecha más grande de energía de un arreglo, un montaje de seguidor solar puede ser usado tanto como una ventana transparente solar está presente. Con la disminución de precios de los módulos, sin embargo, el costo adicional del seguidor más la introducción de las piezas en movimiento a un sistema de otra manera no mecánica hace que esta opción sea más difícil de justificar. A menudo, es una mejor inversión para aumentar el tamaño de la matriz para aumentar la producción durante todo el año del sistema.

Ciertas cargas necesitan consideración especial por su alto uso de energía, incluyendo calefacción, aire acondicionado, bombas de agua, refrigeradores, calentadores de agua y estufas. Para estas aplicaciones, es mejor determinar primero si hay otros métodos que puedan completar la misma tarea, por ejemplo al secar la ropa usar tendederos en lugar de secadora. Si un electrodoméstico aún va a ser utilizado, se deben considerar maneras de reducir la demanda de la carga, y luego comprar el electrodoméstico más eficiente que servirá para esa necesidad. Por ejemplo, el posicionamiento correcto de las ventanas y un tamaño adecuado pueden ayudar a reducir las cargas en el aire acondicionado, como también un buen aislamiento de las paredes. Después de utilizar todas los medios de enfriamiento no eléctricos, el uso de un enfriador evaporativo (en clima seco) o de ventiladores de techo.

Los consumidores de la red aislada deben estar atentos de lo que les permita su energía y compraren cuidadosamente aparatos eficientes. Muchos electrodomésticos, teniendo grandes atracciones o modos de espera, pueden ser grandes consumidores de energía. La página web del Departamento de Energía de Estados Unidos Energy Star (energystar.gov) es un buen lugar para investigar acerca de los aparatos más eficientes, sin embargo, aún con la valoración de Energy Star en las categorías de los electrodomésticos hay amplias variaciones en el consumo de energía. Por ejemplo, el consumo estimado de Energy Star de una televisión plasma LG 42” es de 140 kWh anuales, comparado con un modelo de tamaño similar LCD cuyo rango es de 83 kWh a 152 kWh anuales. Del mismo modo, comparando refrigeradores Whirlpool se demuestra que un refrigerador con dos puertas consume aproximadamente 30% más de energía que uno con el congelador superior.

 

 

 

 

REGULADORES DE CARGA

La principal función de un regulador de carga es prevenir la sobrecarga de las baterías. Los reguladores de carga monitorean el voltaje de la batería cuando está completamente cargada, desconectan la fuente de carga (en este caso, los paneles solares) de la batería hasta que se vuelva a necesitar. Otros pequeños reguladores también cuentan con la característica que evita la sobre descarga de las cargas de Corriente Continua.

Al escoger un regulador de carga del para una casa, primero se debe evaluar si el Detector del Máximo Punto de Potencia (MPPT), el cual ayuda a maximizar la recolección de energía de los paneles solares, es necesitado. El regulador de carga del Detector del Máximo Punto de Potencia también tiene un “reductor de voltaje”, así puede convertir altas tensiones (hasta 600 Voltios de Corriente Continua) a voltajes de batería más bajos (comúnmente de 24 o 48 Voltios de Corriente Continua). Esto permite que más módulos puedan ser conectados en serie y que se usen cable de un calibre más pequeño (y menos caro) de los módulos al regulador. Tener una gran diferencia de voltaje entre el panel solar y la batería disminuye la eficiencia del regulador de carga, pero los beneficios de poder colocar el panel más lejos del banco de batería, reduciendo el tamaño de los cables, y teniendo aparatos más pequeños que protejan de la sobrecarga, puede valer la pena. Reguladores de carga sin el Detector del Máximo Punto de Potencia todavía mantienen una gran cuota del mercado, pero generalmente tendrían sentido en aplicaciones de sistemas más pequeños como botes, iluminación, casas rodantes, y pequeñas cabañas. Se necesita considerar información adicional al escoger un regulador, incluyendo requerimientos de monitoreo, compensación de la temperatura, voltaje y especificaciones de corriente, y el tamaño del panel al reductor del voltaje de la batería.

 

 

 

 

INVERSORES

 

Usar electrodomésticos de Corriente Alterna en un hogar con una red aislada requiere un inversor para convertir la electricidad de los paneles solares y el banco de baterías a la electricidad de Corriente Alterna necesaria. Al elegir un inversor, se deben considerar opciones como la medida, la flexibilidad de programación, el tipo de la forma de onda, la energía en reposo, el respaldo del generador, capacidad de sobretensión, y sobre todo la energía necesaria para las cargas.

Medir un inversor requiere añadir toda la energía necesitada por los electrodomésticos que funcionarán simultáneamente. Algunas cargas con motores, como el compresor de un refrigerador, también requieren un estímulo de energía para arrancar, llamado onda, el cual es típicamente de dos a siete veces más largo que la energía normalmente necesitada por los electrodomésticos. Elegir un inversor con un rango de energía más largo puede ser importante si las cargas aumentan o si habrá una futura expansión en el sistema. Los inversores también utilizan energía en el modo de espera (en lo que una carga encienda), así que elegir un inversor con poco consumo de energía en reposo es importante.

Los electrodomésticos con Corriente Alterna requieren de una onda sinusoidal que alterna voltajes entre positivo y negativo 60 veces por segundo. Los inversores toman corriente continua y crean esta onda sinusoidal de corriente alterna con diferentes grados de precisión. Los inversores de onda cuadrada modificados crean una forma de onda rudimentaria que puede ejecutar la mayoría de los aparatos, pero tienen problemas con la electrónica más sofisticados, como los amortiguadores y computadoras. Una verdadera onda sinusoidal ejecutará la mayoría de los equipos, especialmente basados en motor, de manera más eficiente, lo cual se traduce en más energía útil del sistema. De esta manera, muchos propietarios de viviendas con red aislada eligen verdaderos inversores de onda sinusoidal, que puede ejecutar todos los aparatos electrónicos sin un problema. La mayoría de los aparatos electrodomésticos requieren 120 Voltios para operar. Otras cargas, como bombas de pozos o algunas herramientas de taller, requieren 240 V. En este caso, usted tendrá que elegir un solo inversor que ofrece 120 / 240V, o utilizar dos inversores que producen cada una 120 V, pero se puede conectar (o "apilados") para proporcionar 240 V. Alternativamente, un transformador se puede utilizar entre un inversor de 120V y una carga de 240 V a intensificar la tensión cuando sea necesario. La red de sistema aislada fotovoltaica suele utilizar un generador de respaldo. Si usted va a utilizar un generador, necesitará un inversor con un cargador de batería grande como para cambiar la electricidad de Corriente Alterna del generador de Corriente Continua para las baterías, y ejecutar cualquier carga de Corriente Alterna. La mayoría de los inversores de alta gama ofrecen opciones de programación para la interconexión con los generadores, como inicio y parada automáticos, horas preestablecidas tranquilas, y amperios máximos de las tarifas. Además, la medición permite a los usuarios ver la cantidad de carga que va desde el generador de las baterías, la cantidad de energía que salen de la batería para las cargas, y el estado de carga de la batería.

 

 

 

 

BATERÍAS

Las consideraciones de las baterías incluyen el tipo de tecnología, costo, sistema de voltaje preferido, temperatura del ambiente, requisitos del mantenimiento y ubicación de la batería. Casi todas las baterías de banco de hogar son de ciclo profundo de plomo-ácido, las cuales pueden ser maniobradas regularmente y profundamente descargadas. Para las de plomo-ácido, la primera decisión si es usar una batería inundada que requiere agregar agua destilada regularmente, o una batería de plomo-ácido con válvula reguladora sellada que puede no requerir riego. Las baterías selladas son más caras y tienen una vida más corta que baterías del mismo tamaño inundadas, pero esta compensación puede valer la pena en casos donde el mantenimiento de la batería no puede o no quiere ser realizado.

Las baterías modernas de banco sin red son típicamente de 24 o 48 V, lo cual permite el uso de cable de calibre más pequeño de sistemas de 12V, que tienen mayor corriente para el mismo nivel de potencia. La elección de una batería de tensión más alta también significa el cableado de más baterías en serie para aumentar la tensión, reduciendo así el número de cadenas de baterías paralelas necesarias para la misma energía disponible. Esto, a su vez, ayuda a reducir los desequilibrios a través del banco de baterías. Si hay 12V en cargas que necesitan ser accionadas, un convertidor de DC a DC puede ser utilizado para suministrar el voltaje correcto.

Es importante mantener las baterías de plomo fuera de los espacios de vida y todas las baterías deben ser protegidas de acceso no autorizado, ya que contienen productos químicos cáusticos y plantean choque y riesgo de quemadura si no se manejan adecuadamente. La elección de un lugar con temperaturas moderadas es fundamental para la longevidad de la batería. Por cada 18 ° F de aumento de temperatura de las experiencias de la batería, el número de ciclos disponibles reduce a la mitad.

Por ejemplo, si la batería tiene una potencia de 3.600 ciclos a 77 ° F, sería entonces esperar que dure 1.800 ciclos, o cerca de cinco años, si está instalado en un clima de 95 ° F. A temperaturas más bajas, una batería ganará vida útil, pero su capacidad disponible disminuirá.

Los requisitos de mantenimiento de todas las baterías incluyen mantener los terminales y las tapas de las baterías libres de corrosión, suciedad y escombros. Esto ayuda a mantener que la electricidad fluya por igual a través de todo el banco de baterías. La batería debe ser cargada al 100% una vez por semana, mantener las baterías en estado de descarga puede disminuir su vida. El nivel del electrolito no debe exponer las placas de plomo al aire. Las baterías inundadas también tienen que ser igualadas, una sobrecarga controlada que comúnmente se realiza cada pocos meses.

La ecualización ayuda para reequilibrar voltaje de la célula y mejora la salud de la batería mediante la mezcla del electrolito, que puede estratificar a lo largo del tiempo. Ventilar los gases explosivos de hidrógeno a partir de una caja de la batería hacia el aire libre es muy importante. La ventilación pasiva se puede lograr por las salidas de aire de admisión instaladas en la parte inferior de una caja de batería que se combina con los difusores de salida más altas en la parte superior. Esto permite que los gases de hidrógeno más ligeros suban hacia afuera. La ventilación activa por un ventilador DC también se puede utilizar.

Dimensionar un banco de baterías se inicia con el análisis de la carga. La batería necesita almacenar la cantidad de energía necesaria para las cargas diarias. Si las cargas tienen que trabajar en algunos días en donde no hay sol disponible, entonces el banco de baterías tiene que ser más grande, conocido como días de autonomía. Más allá de eso, las baterías rendirán más ciclos cuanto menos se extrae de ellos sobre una base diaria. Por ejemplo, una batería que está descargada 20% puede proporcionar 3.300 ciclos; si se descarga el 80%, sólo puede proporcionar 675 ciclos.

 

 

 

 

MÁS PANELES, MENOS BATERÍAS

 

La cuestión perpetua en el diseño del sistema base de una batería es cómo cargar el banco de baterías al 100% de su capacidad, preferiblemente todos los días, pero al menos una vez a la semana. Los problemas surgen cuando no hay suficiente sol para satisfacer la carga diaria, y después de unos días, la batería tiene menos oportunidades de llenarse completamente.

Siempre que el presupuesto lo permita, puede ser beneficioso para sobredimensionar la instalación fotovoltaica. Durante el tiempo soleado, los módulos dejarán de cargar la batería más temprano en el día, pero durante los períodos de tiempo nublado, habrá más producción de PV para impulsar las baterías y menos razones para encender el generador.

Con una matriz más grande, la especificación de un banco de baterías más pequeño se hace posible, ya que también es más probable de que se cargue completamente sobre una base regular. Si las cargas se pueden coordinar para operar durante el día, mientras que el conjunto fotovoltaico está produciendo, una capacidad de batería más pequeña puede ser utilizada con éxito.

Con la disminución de precios de los módulos de manera significativa en los últimos años, y los precios aumentados de la batería, el aumento de tamaño de la matriz PV es viable para más dueños del sistema. Además, cargas de derivación pueden ser utilizados para tomar ventaja del exceso de salida del sistema PV en los días soleados.

 

 

 

 

GENERADORES DE RESPALDO DE ENERGÍA

 

Fuentes de energía de reserva se incluyen normalmente en los sistemas fotovoltaicos conectados a la red para cuando no hay sol. Generadores de motor, que pueden funcionar con gasolina, propano o combustible con capacidad para un diésel, son la fuente de la copia de seguridad más común porque proporcionan energía bajo demanda. Los generadores se utilizan más durante los días más cortos del invierno y durante períodos de tiempo nublado. Pueden ser configurados para el inicio automático si se utiliza un inversor o cargador compatible, aunque muchos fuera de la red no los recomiendo, los generadores deben ser revisados de líquidos y combustible antes de arrancar. Los generadores también son importantes para la carga de compensación, ya que es difícil obtener suficiente poder y la energía de los paneles fotovoltaicos para realizar esta función. Las opciones del generador incluyen el tipo de combustible, tamaño (kW), y el almacenamiento de combustible. El ruido, gases de escape, y el acceso al mantenimiento debe ser influyente. Regular el mantenimiento de comprobación de aceite, cambio de filtros, y se sintoniza, es necesario por lo que el generador puede estar disponible cuando sea necesario. Un generador típicamente necesita ser dimensionado para manejar tanto la carga de baterías y ejecutar las cargas simultáneamente. Las ineficiencias debido a las altas elevaciones y la temperatura, y las limitaciones de la capacidad de carga disponible en el inversor / cargador, también influirá en el tamaño.

 

 

 

 

SISTEMAS DE MONITOREO

 

Medición y datos de seguimiento de un sistema aislado son aún más críticos que para un sistema interconectado, ya que tendrá que asegurarse de que las baterías están llegando a 100% de su capacidad en forma regular; realizar un seguimiento de las tendencias de las cargas frente a la carga con el tiempo; y monitorear el estado de la carga de la batería. Los metros y el monitoreo también ayudan a obtener una perspectiva sobre futuras necesidades del sistema, por ejemplo, si se necesitan más módulos para mantenerse al día con el uso doméstico y para determinar cuando la batería necesita ser reemplazado. El monitoreo de datos puede mostrar tendencias sobrecarga de la batería y los perfiles de carga y para ayudar a detectar problemas potenciales. Algunos inversores y controladores pueden registrar los datos diarios de consumo de energía y de producción, y el estado mínimo y máximo de carga de la batería.

 

 

 

INTERACCIÓN DEL USUARIO

 

Vivir fuera de la red requiere mucha más interacción con el sistema de energía que significa vivir con un sistema de red interconectada. En un sistema conectado a la red, si no hay sol o si más energía se utiliza en un día de lo otro, la red es una fuente de copia de seguridad fiable. En un sistema fuera de la red, el usuario tiene que crear estrategias para garantizar la energía adecuada para satisfacer las cargas de todos los días. Los usuarios con sistemas independientes tienen que controlar y ajustar su consumo de energía, ver los patrones climáticos y el uso de tiempo en consecuencia, y asegurarse de que hay combustible para el generador de respaldo. Además, la solución de problemas es más difícil en este complejo sistema y las apuestas son más altas cuando la utilidad no está ahí como una copia de seguridad.