Guía instalación fotovoltaica

Energía solar fotovoltaica

La energía solar fotovoltaica se trata de la energía renovable que más se ha impulsado en nuestro País. Con ella vamos a generar electricidad a partir de la radiación solar. Esta se genera gracias a que los paneles fotovoltaicos captan de la irradiación solar y la transforman en electricidad. Con esta guía de instalación fotovoltaica podrás diseñarte tu mismo tu propia instalación.

Con fecha 6 de octubre de 2018, entró en vigor el nuevo RD-Ley 15/2018 de medidas urgentes para la transición energética y la protección de las personas consumidoras. Con la entrada de este RD, la energía autoconsumida de origen renovable, estará exenta de todo tipo de cargos y peajes, lo cual es una gran ventaja para la implantación de energía renovable.

Se trata de una energía limpia y amigable con el medio ambiente ya que es 100% renovable y no produce gases de efecto de invernadero. Existen dos tipos de energía solar fotovoltaica, por un lado nos encontramos con la energía térmica, la cual aprovecha la incidencia solar para calentar un líquido y poder tener agua caliente en tu vivienda, y por otro lado, la energía solar, que es en la que nos vamos a centrar en este artículo, que transforma la radiación solar en energía eléctrica.

Con este artículo vamos a describirte cómo funciona una instalación solar fotovoltaica, así como sus aplicaciones y poder hacer tu mismo un cálculo básico para que puedas elegir el sistema fotovoltaico que mejor se adapte a tus necesidades para una vivienda. En el caso de buscar una aplicación más profesional es necesario la búsqueda de una empresa o técnico especializado que os pueda realizar el cálculo e instalación del sistema fotovoltaico. La instalación de los sistemas fotovoltaicos es bastante compleja, por lo que si tienes dudas, te recomendamos que la instalación sea llevada a cabo por instaladores profesionales.

¿Instalación de autoconsumo o instalación aislada de red?

Podemos encontrar dos tipos de instalación fotovoltaica, por un lado, encontramos la instalación de autoconsumo, en la que los paneles solares transforman la energía solar en energía eléctrica y en caso de que la energía generada sea superior a la consumida, esta se puede verter a la red y por tanto cobrar por ello. Y por otro lado, tenemos la instalación aislada, que se utiliza en aquellas instalaciones que no hay posibilidad de conectarse a la red eléctrica, por lo que es necesario la instalación de baterías para el almacenamiento para los excedentes de energía generados.

Aplicaciones de la energía solar fotovoltaica

Son muchas las aplicaciones de la energía solar fotovoltaica, ya sea para huertos solares, los cuales generan electricidad a través de los paneles fotovoltaicos y la inyectan a la red para venderla, grandes consumidores, como fábricas, o, para autoconsumo en un hogar. Algunas de las aplicaciones que nos podemos encontrar son:

  • Casas rurales: una de las principales aplicaciones es para las viviendas ubicadas en zonas no urbanizables y no tienen posibilidad de tener suministro eléctrico externo.
  • Señalización de carreteras: os habréis fijado que muchas de las señales de tráfico que nos encontramos en la carretera funcionan con paneles solares, ya que es la opción más económica sin la necesidad de realizar un tendido eléctrico.
  • Vehículos y caravanas: una de las mejores formas de no gastar las baterías de los vehículos, es mediante la instalación de paneles solares sobre el techo de caravanas o furgonetas, las cuales conectadas a una batería externa te permite almacenar y consumir la energía generada.
  • Fabricas e instalaciones industriales: muchas instalaciones industriales se están sumando al reto de las energías renovables, incluso con la posibilidad de poder vender a la empresa distribuidora el excedente de la energía generada.
  • Viviendas unifamiliares: con una cierta inversión en paneles fotovoltaicos, se puede llegar a conseguir un ahorro considerable en la factura de la luz. Durante el día utilizas la energía generada y por la noche, o bien consumes lo almacenado en las baterías, si es el caso, o se consume de la red eléctrica.

Elementos de una instalación fotovoltaica

Paneles solares fotovoltaicos

Los paneles solares fotovoltaico están formados por multitud de células, llamadas células fotovoltaicas, que son las encargadas de hacer la transformación de la radiación solar en corriente eléctrica.

Las células de silicio son las más utilizadas, y se pueden clasificar principalmente en células de silicio monocristalino, las cuales tienen un mayor coste de fabricación, pero a su vez consiguen un mayor rendimiento fotovoltaico, y por otro lado, tenemos las células de silicio policristalino, las cuales son más económicas pero aprovechan menos el calor y por tanto su rendimiento es inferior.

A la hora de decantarse por un tipo de panel u otro hay que tener varias consideraciones, por un lado, la parte económica, lospaneles con células de silicio monocristalino son más caros, pero dependiendo de la superficie disponible donde vayan a ir ubicadas las placas puede ser la mejor opción, es decir si la superficie que tienes es pequeña, pero quieres generar bastante energía, es la mejor opción. En caso contrario, los paneles con células policristalinas son más baratos, pero necesitan una mayor superficie para generar la misma energía que los paneles monocristalinos.

Acumuladores solares fotovoltaicos

Cuando el único suministro eléctrico que tienes es por la instalación fotovoltaica, es decir, una instalación fotovoltaica aislada, entonces necesitas la instalación de baterías acumuladoras para poder almacenar el excedente de la energía generada y luego poder aprovecharla durante las horas que no hay radiación solar. En el mercado podemos encontrar diferentes tipos de baterías, que son:

Baterías de plomo ácido abiertas: se trata de las baterías más económicas del mercado, tienen una vida útil de 2 a 3 años y soportan una profundidad de descarga de hasta el 20%.

Baterías de ciclo profundo: Son similares a las anteriores, pero con una vida útil de 7 a 8 años y soportan una profundidad de descarga de hasta el 80%.

Baterías AGM: Son baterías completamente selladas y sin ningún tipo de mantenimiento que pueden alcanzar hasta 7000 ciclos de carga, recomendadas para ambientes más fríos.

Baterías de gel: Son similares a las baterías AGM, con la diferencia que son de gel y tienen una mayor vida útil, siendo ideales para climas más cálidos.

Baterías de litio: son las mejores baterías para instalaciones fotovoltaicas, se cargan mucho más rápido y permiten profundidades de descarga de hasta el 80% sin sufrir ningún daño.

Reguladores de carga

El regulador de carga es el que se va a encargar de controlar el flujo energético entre las placas solares y las baterías. Estos van a evitar que las baterías se descarguen completamente y así optimizar su vida útil.

Podemos encontrar dos tipos de reguladores, los MPPT y los PWM. Los primeros se utilizan en instalaciones más complejas, cuando las distancias son mayores, ya que ajusta la tensión de salida de las placas a la tensión de las baterías. Por otro lado, los reguladores PWN son los más utilizados, se utilizan para instalaciones de 12 o 24V, y siempre cuando la tensión de las placas y las baterías sea la misma.

Inversores de corriente

Se trata de uno de los elementos más importantes de la instalación. Los inversores de corriente se encargan de transformar la corriente continua generada por las placas en corriente alterna para que pueda ser utilizada en cualquier hogar, así como la optimización del sistema.

El tipo de inversor va a depender del tipo de instalación, por un lado, tenemos los inversores para instalaciones de autoconsumo, en las que existe la posibilidad de vender el excedente de energía a la red y los inversores para instalaciones aisladas, las que no hay posibilidad de tener suministro eléctrico del exterior.

En las instalaciones de autoconsumo nos podemos encontrar con estos tipos de inversores entre otros, que son:

  • Inversores de string: estos inversores estas formados por una o varias entradas (strings) donde los paneles que se conectan a cada entrada deben de estar conectados en serie. Este inversor es ideal para aquellas instalaciones que no haya probabilidad de sombras en las placas, ya que, si uno de los paneles se ve perjudicado, afecta al resto de la cadena. Se trata de los inversores más utilizados y económicos que podemos encontrar.
  • Microinversor: A diferencia de los inversores de string que van todos los paneles conectados en serie a un inversor, con este sistema se conecta un inversor por panel, por lo que resulta un sistema más caro.
  • Inversores híbridos: estos inversores combinan la opción de transformar la energía procedente de los paneles solares en energía alterna, la carga de los acumuladores solares y la conexión a la red eléctrica, los cuales se utilizan cuando el sistema fotovoltaico no es suficiente y se requiere aporte de la energía procedente de la red.
  • Inversor optimizador: se trata de una combinación de microinversor e inversor de string, donde cada panel incorpora un inversor para optimizar la potencia individual y luego el anillo se conecta al inversor de string donde se realiza la transformación de energía continua en energía alterna.

En cuanto a las instalaciones aisladas de red, se utilizan inversores que van a trasformar la energía almacenada en los acumuladores solares en energía alterna para el uso en cualquier hogar. Como se ha comentado anteriormente se utiliza en instalaciones donde no hay posibilidad de tener suministro de la red eléctrica. Podemos encontrar tres tipos de inversores, los que únicamente transforman la energía de las baterías, los que tienen la doble función de inversor y cargardor de baterías, y, por último, los que tienen también la opción de conectar una fuente externa de energía como sería un grupo electrógeno.

Orientación de los paneles solares fotovoltaicos

De la orientación de los paneles fotovoltaicos va a depender la optimización del sistema fotovoltaico, cuanto más se aproveche la radiación solar, más energía produciremos. Lo ideal sería la instalación de un sistema de seguimiento solar, que lo que va a hacer es orientar los paneles hacia el sol durante todo su recorrido, pero claro, es un sistema muy caro. Por tanto, para aprovechar al máximo la energía solar la orientación óptima en España sería hacía el Sur.

Por ello, uno de los requisitos a la hora de la instalación de los paneles, es conocer la superficie y la orientación donde van a ir instalados, ya que así conseguiremos un mayor rendimiento fotovoltaico. Es importante que la superficie donde vayan a ir instaladas las placas aguanten el peso de las mismas.

Inclinación de los paneles solares fotovoltaicos

Otro de los factores importantes a la hora de ejecutar una instalación fotovoltaica, es el ángulo de inclinación de la estructura de los paneles. Si no queremos complicarnos y buscamos tener un autoconsumo durante todo el año, hay que buscar el ángulo de inclinación óptimo de mayor producción para el mes más desfavorable. En España se considera que con una inclinación de unos 30º es suficiente para todas las épocas del año.

Si lo que se busca es una inclinación óptima para una ubicación concreta, existen herramientas en internet que con los datos de tu instalación te permiten conocer el grado de inclinación óptimo según la radiación solar de la zona donde vayan a ir instaladas las placas. Una de estas herramientas es la Photovoltaic Geographical Information Information System (PVGIS) ideal para el cálculo de instalaciones fotovoltaicas.

Calculo de una instalación fotovoltaica aislada de red

Es muy importante conocer las necesidades fotovoltaicas de cada usuario. En el mercado podemos encontrar muchos kits solares fotovoltaicos, que al final son kits genéricos que posiblemente no vayan a dar el mismo rendimiento en Valencia como en Santander. Por lo tanto, es importante hacer correctamente los cálculos para conocer qué tipo de instalación se adapta más a nuestras necesidades.

Aquí vamos a hacer un cálculo básico de una instalación fotovoltaica aislada en una vivienda con unos receptores básicos como una nevera, lavadora, TV e iluminación. Si necesitas un cálculo más profesional y óptimo, lo ideal es solicitar ayuda a un profesional.

1. Calcular la potencia de la instalación

Lo primero que vamos a calcular es la potencia total de la instalación, para ello hay que tener en cuenta la potencia unitaria de cada receptor y una estimación de las horas de funcionamiento diario de cada elemento, lo ideal es ver las placas de características de cada receptor, vamos a ver un ejemplo:

ReceptorPotencia unitaria (W)Horas uso diarioEnergía necesaria (Wh)
E=Potencia X horas
Energía con margen seguridad 20% (Wh)
Iluminación404160192
TV1004400480
Nevera20061.2001.440
Ordenador1503450540
TOTAL490 W2.652 Wh

Con esta tabla hemos calculado la energía necesaria durante el día teniendo en cuenta un margen de seguridad de un 20%, por si las horas de uso diario se modificaran, obteniendo un valor de 2.652 Wh/día.

Para el cálculo óptimo del consumo, se han de tener en cuenta los rendimientos de los equipos, se puede utilizar como rendimiento de la batería un 95%, rendimiento de los conductores un 100% y rendimiento del inversor un 90%, obteniendo un resultado de:

Fórmula consumo

En este punto debemos de conocer si las baterías las vamos a instalar a 12 V o 24 V, en nuestro caso vamos a instalarlas de 24 V. Por lo tanto, el siguiente paso es calcular los Ah/día, para ello:

Capacidad

2. Cálculo de los paneles solares necesarios

Este es uno de los pasos posiblemente más complejos, porque debemos de conocer las horas de sol pico HSP, que son las horas donde existe una irradiación solar de 1000 W/m2 sobre los paneles de la instalación. Para poder calcular esto es necesario conocer la irradiación que existe en el emplazamiento donde se van a instalar los paneles, para ello, nuevamente con la herramienta gratuita PVGIS , podemos seleccionar la ubicación y nos devuelve la irradiación por meses de la ubicación elegida.

Una vez accedemos a la aplicación, nos aparecerá esta pantalla:

PVGIS

Para este ejemplo vamos a suponer que la instalación se encuentra ubicada en Valencia y con un ángulo de inclinación de 30º, y pulsamos sobre el botón visualizar resultados.

Radiación

Con los datos obtenidos se puede ver que el mes más desfavorable sería Noviembre, con una irradiación mensual de 111,62 kWh/m2/mes. Para el cálculo del número de placas, necesitamos la irradiación promedio diaria, para ello dividimos la irradiación mensual por el número de días del més, en este caso 30, obteniendo 3,72 kWh/m2/día que es el equivalente al número de horas solares pico HSP.

El número de paneles a instalar, se calculará con la siguiente fórmula:

Npaneles

Lmd = consumo mensual (Wh)

Pwp = potencia pico de los paneles a utilizar (W)

PR = factor de funcionamiento, se suele utilizar 0,9

HSP = horas de sol pico del mes más desfavorable

Ahora tenemos que calcular la intensidad que deben de generar los paneles para las horas de sol pico que habíamos calculado anteriormente.

Intensidad

Los paneles que vamos a utilizar tendrán una corriente de salida de 7,05A según los datos de características del panel, obteniendo un número total de paneles de:

Paneles

Obteniendo un total de 5 paneles de 200 W, los cuales deberán de ir conectados en paralelo, ya que se ha escogido unos paneles con una tensión igual que a la de las baterías a instalar de 24V.

SunneSolar - Panel Solar de Policristalino

Sunnesolar

SunneSolar - Panel solar Policristalino

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3. Cálculo de los acumuladores solares

El acumulador solar se podría decir que es el elemento más importante de la instalación, ya que depende de él el tiempo que vamos a poder mantener nuestros receptores con alimentación eléctrica durante las horas que no haya radiación solar.

A la hora de comprar una batería, veremos que existen dos características que son el C100 y el C10 con unas capacidades de la batería distintas en Ah. Esto básicamente quiere decir que, para el caso del C100, vas a poder usar la capacidad que te marca este parámetro durante 100 horas hasta que se descarga completamente la batería. En el caso del C10 sería la capacidad que tienes para descargar la batería al 100% en 10 horas.

Por lo tanto, utilizaremos la capacidad en C100 para realizar los cálculos para una autonomía de unos 3 o 4 días de las baterías y si solo se quiere una autonomía de 9 horas, por ejemplo, utilizaríamos la capacidad en C10.

Siguiendo con nuestro ejemplo, vamos a calcular las baterías para una autonomía de 3 días y con una profundidad de descarga de un 60% para conseguir una mayor vida útil de las mismas.

capacidad bateria

Para pasarlo a Ah dividiremos el valor obtenido entre la tensión de las baterías, en este caso 24V.

Capacidad Ah

Así pues, utilizaríamos una batería solar estacionaria de C100 = 642 Ah y tensión de 24 V.

Baterías solar fotovoltaicos 6 unidad TAB 3 TOPzS

Bateria solar TAB

Baterías solar fotovoltaicos 6 unidad TAB 3 TOPzS

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4. Cálculo del regulador de carga solar

Para calcular el regulador, hay que tener en cuenta la intensidad que va a tener a su entrada, es decir, la procedente de las placas solares, y la intensidad que va a tener a la salida, la procedente de las cargas conectadas.

Para obtener la intensidad de entrada, multiplicaremos la intensidad nominal de un panel por el número de paneles instalados en paralelo.

En nuestro caso, el panel escogido tiene una corriente nominal Impp = 7,03A

Ientrada

Para la corriente de salida, tendremos en cuenta la potencia de los receptores que tenemos instalados.

Isalida

Por lo tanto, tendremos que instalar un regulador de carga que admita 44 A a la entrada y 26,86 A a la salida.

EPEVER MPPT Controlador de Carga Solar

Epever mppt regulador

EPEVER MPPT Controlador de Carga Solar

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5. Cálculo del inversor de corriente

Como último paso nos quedaría calcular la potencia del inversor de corriente para una instalación fotovoltaica aislada, para ello debemos de tener en cuenta las potencias de los receptores que tenemos en la instalación, en nuestro caso tenemos una potencia instalada de 490W.

potencia inversor

Como se puede observar, hemos tenido una potencia del inversor de 612,5W, pero para evitar problemas con los picos de arranque de algunos electrodomésticos lo sobredimensionaremos unas 3 veces su valor, obteniendo una potencia de inversor de 1.837,5 W.

A la hora de elegir un inversor, aparte de que hay que tener en cuenta si la instalación va a ser aislada de red o va a ser una instalación de autoconsumo, hay que ver el tipo de onda senoidal del inversor. Lo ideal son los inversores de onda senoidal pura (PWM) ya que la onda de la corriente que generan es lo más parecido a la red eléctrica.

Inversor de corriente PlusEnergy

Inversor corriente

Inversor de corriente PlusEnergy

4,5
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