Los paneles solares aislados para casa o rancho se requieren donde no hay posibilidad de conectarse a la luz de CFE, y son una excelente opción de autonomía, a continuación explicamos como funcionan y sus cuidados. Verás la importancia que tiene el consumo responsable de energía para minimizar el costo de paneles solares.
Hay muchas razones para elegir un sistema de paneles fotovoltaicos aislados de la CFE, entre las cuales están:
Poder dar energía eléctrica a una casa de uso diario
Por alguna multa recibida por CFE y que no desean pagar
Alimentar una cabaña a distancia.
Suministrar energía a sitio de telecomunicaciones.
Iluminar vías públicas en zonas rurales
Dar energía a comercios móviles como food trucks, vendedores de helados, etc.
Para tener algunas comodidades al acampar
Tener conectividad y energía en yates y barcos
Alimentar equipos en conciertos y eventos masivos
etc
También puede suceder que no alcanza a llegar el suministro de CFE a tu casa y te exija instalar una línea de extensión y transformador para poder conectarte.
Otros simplemente quieren la independencia de la producción de energía casera, no quieren pagar un recibo de luz, y talvez les interesa tener una fuente de energía libre de emisiones y sin los molestos ruidos de un generador o planta de luz.
Existen varios tipos de energía renovable, pero la más simple, económica, eficiente y práctica es la energía solar, en la que las células fotovoltaicas convierten la luz solar en energía eléctrica o calor. La mejor forma de aprovechar esta energía al máximo, es combinar los paneles solares fotovoltaicos y un calentador solar, para lograr maximizar tu inversión, independizarse de los servicios externos (gas, luz) y de paso aporta al cuidado del medio ambiente.
Los sistemas fotovoltaicos aislados son muy diferentes a los paneles solares interconectados, en los que se logra intercambiar energía con CFE sin necesidad de baterías. Este tipo de sistema es mejor conocido como sistema interconectado, sin embargo, sin la CFE como fuente de electricidad suplementaria, el tamaño de un sistema fotovoltaico es crítico. Los sistemas aislados requieren una activa supervisión de sus usuarios, esto significa que su uso sea de acuerdo con el diseño original, además es importante que tenga una fuente de energía de reserva para tiempos de alto uso de energía o en días muy nublados.
¿Los paneles solares debería desconectarse de la red de CFE?
Para la mayoría de los hogares en las ciudades de México, los cortes de red eléctrica son poco frecuentes y breves, por lo tanto, un sistema de red interconectado es la opción más efectiva y económica y CFE hace la función de banco de baterías gigante, aceptando la producción del exceso de energía fotovoltaica durante el día y proporcionando electricidad en la noche o durante días nublados.
En cambio, en otras áreas, donde los cortes de luz son comunes y/o largos, tener en el sitio un respaldo e incluso una fuente de energía externa, se ha convertido en una necesidad. Sin embargo, es importante considerar cuidadosamente el costo de paneles solares y sus componentes, así como el mantenimiento y un buen proveedor e instalador que ofrezca las garantías necesarias.
Por lo tanto adquirir un sistema de celdas solares para casa, oficina, o cualquier otra aplicación, requiere de un poco de conocimiento de las distintas opciones que hay para que su diseño sea el adecuado y personalizado. También deberá de ser consiente de las limitantes que tiene, así como de las tareas de monitoreo constante que se requieren.
¿Cómo calcular el consumo de mi casa?
La forma más eficiente para calcular un sistema fotovoltaico aislado es seleccionando sólo las cargas críticas que necesita mantener encendidas durante los cortes de energía y a esta configurar su banco de baterías, de acuerdo con su consumo y tiempo de respaldo deseado.
Es crucial considerar cuidadosamente los equipos eléctricos que se van a utilizar en el diseño de un sistema 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 la cantidad de paneles solares lo suficientemente grande para producir esa energía.
Analiza bien tus equipos a conectar.
Ciertas cargas necesitan consideración especial por su alto consumo de energía, incluyendo calefacción, aire acondicionado, bombas de agua, refrigeradores, calentadores de agua y estufas. Tener un sistema que tenga la capacidad de alimentar todos estos equipos y en un mismo tiempo, implica, un sistema enorme que no va a resultar económico ni eficiente, por lo que debes analizar un consumo responsable de energía que será lo suficiente para vivir o trabajar sin complicaciones.
Para estos equipos de alto consumo, 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, la posición correcta de las ventanas y de tamaño adecuado pueden ayudar a reducir el consumo en el aire acondicionado, así como también un buen aislamiento de las paredes.
Con esta información podrás entonces tener claro cuantos paneles solares se necesitan para una casa.
Cuidados que debes tener al usar paneles solares aislados
Los usuarios de sistemas aislados deben estar atentos a consumir menos de lo que les permita su sistema y comprar cuidadosamente aparatos eficientes. Muchos electrodomésticos son atractivos al tener la función de espera, pero pueden ser grandes consumidores de energía. Por ejemplo, el consumo estimado de energía 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 con dos puertas donde una de ellas es para área de congelados, consume aproximadamente 30% más de energía que uno con el congelador superior.
¿ Cuáles son las celdas más adecuadas?.
Cuando escoge módulos fotovoltaicos para su sistema aislado, es importante acudir con un profesional que le ayude a elegir los componentes adecuados, que cumplan con la demanda de energía que se va a requerir y que tengan la garantía por escrito de cada componente.
Hoy día ya hay una gran variedad de controladores de carga del tipo Seguimiento del Punto de Máxima Potencia (MPPT) el cual ofrece varias ventajas contra los antiguos de tecnología PWM, entre otras que puede reducir la tensión del campo al mínimo voltaje de una batería de banco, es decir que nos permite tener paneles de alta eficiencia sin estar limitados al voltaje del banco de baterías, Aún hay algunos módulos en el mercado que son de capacidad nominal de 12V y 24V, hechos para cargar bancos de baterías, pero se están volviendo difíciles de encontrar y son típicamente más caros.
El arreglo apropiado del dimensionamiento es crucial en diseños de celdas solares aisladas. Asegura que las cargas que necesita alimentar tendrán energía y que la batería puede ser recargada completamente después de un periodo sin sol.
Para dimensionar un arreglo necesitarás conocer la capacidad de los módulos, el promedio diario de las 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 de consumo 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. Es indispensable que todos los elementos del sistema fotovoltaico que van a conducir electricidad, cumplan con los requerimientos como materiales semiconductores que estén aprobados en las normas eléctricas.
¿Cómo elegir los mejores controladores de carga?
La principal función de un regulador/controlador de carga es prevenir la sobrecarga de las baterías, así como limitar la descarga. 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.
La elección del o los controladores dependerá de la cantidad y capacidad de los paneles solares elegidos, así como el voltaje del banco de baterías. Los paneles podrán conectarte el serie o paralelo para aprovechar al máximo la capacidad del controlador de carga.
El regulador de carga del tipo 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. Es importante considerar que entre mayor voltaje tenga el banco de baterías, mayor será su capacidad de conectar paneles solares.
Asegúrate de tener el inversor ideal para tus paneles solares.
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 energía de Corriente Alterna necesaria. Al elegir un inversor, se deben considerar opciones:
La capacidad de potencia máxima y continua.
La flexibilidad de programación
El tipo de la forma de onda
El consumo de energía en reposo
Las protecciones tanto en corriente alterna como en corriente directa.
La capacidad de sobretensión
El voltaje nominal
La garantía y el soporte local que se pueda ofrecer para reparación y mantenimiento
Para dimensionar un inversor se requiere sumar 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 cuatro veces más largo que la energía normalmente necesitada por los electrodomésticos. Es recomendable elegir un inversor con un rango de energía mayor por una futura expansión en el sistema.
Onda senoidal pura o modificada
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, es decir similar a a la que se recibe de la red de CFE, 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 elección de las 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.
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.
¿Dónde ubicar tu banco de batería?
Es importante mantener las baterías de plomo fuera de los espacios donde habitamos, que tengan ventilación suficiente y 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.
Mantenimiento en las baterías
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. Es también de gran importancia el uso correcto de las reglas de colores en los cables y terminales, para tener siempre claridad de la polaridad, es decir tener claro cuál cable o terminal (rojo) tiene carga positiva y cual tiene carga negativa.
Ecualización de las baterías
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 hacía 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 arriba y afuera. La ventilación activa por un ventilador DC también se puede utilizar.
La pregunta del millón en el diseño del sistema aislado 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.
¿De que tamaño deber ser el banco de baterías?
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 solares, 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 sobredimensionar la instalación fotovoltaica. Durante el tiempo soleado, los módulos cargarán las baterías más temprano durante el día, dejando capacidad adicional para alimentar otras cargas