Introducción a la Tecnología Solar Fotovoltaica

Cuando pensamos en la energía solar, dos manifestaciones de ésta, luz y calor, son fácilmente reconocidas. Ambas juegan un papel vital en la vida de nuestro planeta. La luz solar hace posible el proceso de fotosíntesis, sin el cual el reino vegetal y animal desaparecerían. El calor tempera el clima y evapora las aguas del mar, las que, libres del contenido salino, son devueltas al planeta en forma de lluvia. Seres humanos, animales y plantas deben su existencia a este simple mecanismo de purificación. Varias de las civilizaciones antiguas, conscientes de esta dependencia, convirtieron al sol en una deidad digna de veneración.

Hoy en día la energía solar se utiliza como fuente de energía renovable, la cual se capta a través de paneles fotovoltaicos y se almacena en baterías como energía eléctrica para suministrar electricidad a las luces (bombillas) y diversos equipos que funcionan con energía eléctrica. Esto incluye equipos como su ordenador,o la secadora de pelo que utiliza por la mañana. El aprovechamiento de la energía solar representará un costo mensual cero, ya que esta es gratuita; sin embargo, vale la pena mencionar que hay una inversión inicial para los equipos que permitirán captar la energía solar, controlar y almacenar energía eléctrica.

La finalidad de este tema es ofrecer una comprensión básica de las posibilidades y restricciones de la tecnología fotovoltaica (FV).

Historia de la Energía Solar Fotovoltaica

La generación de electricidad con celdas fotovoltaicas solares fue descubierta en el siglo anterior, en 1839 por Edward Becquerel cuando observó casi accidentalmente la aparición de un voltaje en las terminales de un  pedazo de selenio en electrolito. A pesar de este temprano descubrimiento de los principios de su funcionamiento, los Sistemas Fotovoltaicos sólo fueron recientemente una opción interesante para aplicaciones comerciales a grande escala. El desarrollo de la tecnología FV surgió durante  los programas de investigación espacial, especialmente entre  1950 - 1970 debido a sus características idóneas, bajo peso, larga vida, resistencia al ambiente exterior y alta confiabilidad.

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Durante los siguientes 15 años la tecnología de la celda fue mejorada y estuvo lista para que en 1975, con la llegada de la crisis petrolera y el incremento de los costos de energía, se pensara en dicha tecnología como alternativa de solución.  Las celdas fotovoltaicas (FV) eran aún muy costosas para muchas de las aplicaciones comerciales pero probaron ser una opción interesante para aquellos lugares, realmente alejados de la red pública.

Desde entonces, los precios de las celdas fotovoltaicas han ido bajando y su eficiencia gradualmente se ha incrementado y por tanto los costos por unidad de electricidad generada con fotovoltaica empiezan a ser cada vez más bajos.  Debido al descenso de los costos, el número de aplicaciones comerciales va creciendo. Al principio los PF eran sólo una opción interesante para aplicaciones espaciales, hoy en día pequeñas celdas fotovoltaicas se usan dondequiera alrededor del mundo en una infinidad de diferentes aplicaciones comerciales.

Hasta ahora, muchos de los paneles solares fotovoltaicos utilizados son celdas cristalinas o de silicio. Este tipo de módulos convierte la luz solar en electricidad con una eficiencia del 12 al 15 %. Las recientes mejoras en eficiencia probablemente influirán en una mayor utilización de estas celdas solares. Son especialmente interesantes los desarrollos con la tecnología de la película delgada para las celdas solares. Estas celdas están aún es una fase pre-comercial pero se espera que sean una alternativa económicamente viable en una o dos décadas . Se espera que a largo plazo estas celdas solares produzcan electricidad a una eficiencia de más del 15%.

Otro desarrollo reciente es el mejoramiento del comportamiento de módulos de silicio amorfo. La ventaja de un silicio amorfo es que su precio es bajo. Inicialmente   estas celdas producían electricidad con una eficiencia muy baja (5%) pero con mejoras recientes (después de su estabilización) puede acercarse al 10%. En la siguiente tabla se muestran las eficiencias y características de las diferentes tecnologías de celdas. Wp es la potencia de salida máxima de una célula bajo condiciones estándar.

Puntos fuertes y débiles de la tecnología Solar Fotovoltaica Algunas de sus ventajas son que los sistemas solares fotovoltaicos casi no requieren de mantenimiento, no hacen ruido, no contaminan, etc.De otro lado, hay desventajas, o puntos débiles de los sistemas fotovoltaicos. Una de las desventajas más conocidas es el alto costo inicial de los FV. Esto hace que mucha gente difícilmente adquiera un

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sistema fotovoltaicos sin un sistema de crédito. Otras desventajas son que algunas de las partes deben importarse.

Fundamentos de los Sistemas Fotovoltaicos

El Sol como Recurso Energético

La energía que recibimos del Sol es más que suficiente para cubrir toda la demanda energética del mundo. En realidad la energía que recibimos es 10,000 veces el actual consumo de energía del mundo. 

Si quisiéramos cubrir todo el consumo con energía solar, necesitaríamos un área de aproximadamente 25 millones de hectáreas que es lo mismo que 500km x 500 km. , casi la misma área que utilizamos para cultivar maní o semillas de algodón. Como referencia la actual producción de módulos fotovoltaicos está acercándose a los 100 MWp/día o más o menos 1 km. cuadrado al año.

La energía que recibimos del Sol es 10,000 veces el actual consumo de energía del mundo.

Fuera de la atmósfera la irradiación del Sol tiene una intensidad de 1350 W/m2, en la tierra la máxima intensidad de la irradiación es aproximadamente de 1000 W/m2, pero en días muy despejados puede ser un poco más alta. La irradiación no está distribuida equitativamente sobre la superficie de la Tierra, primeramente debido a la forma de la Tierra, las áreas alrededor del Ecuador reciben más energía solar que otras partes. En segundo lugar, debido a las diferencias en la humedad del aire, despeje del cielo y nubosidad, hay variaciones de país en país, aún si se encuentran en la misma latitud.

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Las áreas desérticas con climas muy secos y claros, reciben mayor irradiación que las áreas tropicales donde la humedad es mucho mayor. Aún más hay fluctuaciones debido a la rotación de la tierra alrededor de su propio eje (fluctuación diaria) y alrededor del sol (fluctuación  estacionaria). En días claros la energía solar está distribuida a lo largo del día en una especie de distribución de Gauss (forma de campana).

Este diagrama está referido a las horas efectivas de incidencia de irradiación solar por día (horas sol pico) en base a estudios de mediciones de horas de sol. Por ejemplo la estimación de energía solar en el Perú es de aproximadamente 5kWh /m2 /día , esto quiere decir 1000 W/m2 por cinco horas útiles de radiación solar al día.  

Todos estos diferentes efectos hacen que la energía solar fluctúe fuertemente de región a región y de tiempo en tiempo.

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Adicional:

Posición del SolResulta útil imaginar que el Sol describe cada día un arco sobre la bóveda celeste, desde el orto hasta el ocaso, cuya longitud, elevación y duración en el tiempo son distintas cada día y en cada latitud geográfica del planeta.

La posición del Sol en cada instante, si se ve desde un lugar determinado de la superficie terrestre, queda perfectamente definida con sólo conocer el valor de dos variables angulares: el azimut solar, Ψ , y la altura solar, ᾳ . Estos dos ángulos, que están referidos a la recta o radio vector que une el cento del disco solar con el punto en la superficie terrestre desde el que se efectúa la observación pueden conocerse con presición para cada instante a lo largo del año, en función de la latitud geográfica (paralelo del lugar), haciendo uso de fórmulas de Astronomía de posición bien conocidas, las cuales, para mayor comodidad, se encuentran también tabuladas o integradas, como datos, en programas informátios.

A continuación se ilustra el movimiento del Sol en agosto, en la mañana sale por el Nor-este y en la tarde se oculta por el Sur-oeste.

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Instrumentos de medición de la irradiación solar

El nombre del instrumento que sirve para medir la energía solar es el solarímetro. Básicamente hay dos tipos de solarímetros: el piranómetro y el medidor fotovoltaico, ambos tipos miden la irradiación solar tanto directa como difusa.

 El piranómetro tiene una pequeña plancha de metal negro dentro con una termocupla unida a ella. Esta plancha negra se calienta al sol y con la termocupla el aumento el aumento de temperatura se puede medir. La plancha y la termocupla están cubiertas y aisladas por una cúpula de vidrio. La salida de la termocupla es medida para la irradiación instantánea total en un momento dado.

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El solarímetro fotovoltaico no es nada más que una célula fotovoltaica pequeña  que  genera electricidad. La  cantidad de electricidad es nuevamente  medida para la irradiación instantánea. Los Solarímetros fotovoltaicos son mucho más económicos que los piranómetros pero menos exactos.

Medición de la radiación total

La irradiación instantánea es solo útil para determinar el comportamiento de una instalación en determinado momento; por ejemplo, durante una inspección al término. La mayor parte del tiempo sin embargo, uno está más interesado en la irradiación durante un período más largo; por día, por mes o por año. Especialmente si uno desea monitorear el comportamiento de un sistema en detalle entonces será necesario medir la entrada y salida del sistema por un período más largo (varios meses, un año). Sólo en esa forma los disturbios o problemas a corto plazo pueden reglamentarse y hacerse evaluaciones más exactas del comportamiento.

Así, la irradiación total a lo largo de períodos de tiempo fijos (total por hora o día) tendrán que medirse. Una ventaja de los solarímetros fotovoltaicos es que están también disponibles con un integrador para que la irradiación total diaria u horaria puedan ser medidas sin dificultad. Si se utilizan los piranómetros, esto no puede realizarse automáticamente. Si la insolación total por hora o por día es requerida, tendrán que utilizarse los data loggers para almacenar y agregar las mediciones instantáneas. 

Los data loggers son costosos y por lo tanto sólo se utilizan para monitoreos detallados de sistemas grandes o para estudiar sistemas experimentales.

Es importante, en un proyecto de monitoreo, la insolación se mida bajo el mismo ángulo en que están colocados los paneles.

Conociendo los paneles solares

Una célula fotovoltaica es un conductor semiplano que convierte la irradiación solar directamente a corriente eléctrica, sin partes móviles y sin generar ruido o contaminación alguna. Las celdas fotovoltaicas consisten de un semiconductor de silicio, contactos metálicos y usualmente  un  recubrimiento delgado que aumenta la eficiencia de la célula (reflexión reducida).

 El silicio cristalino es un semiconductor que consta de un registro periódico de átomos y un cristal. En general, un átomo consiste de un núcleo positivo y electrones negativos que  circulan en órbitas alrededor del núcleo. Los electrones en las órbitas exteriores son las más  importantes pues determinan las características del átomo. En un metal, por ejemplo, los electrones exteriores circulan libremente y por lo tanto un metal conduce electricidad muy bien.

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El principio básico del efecto fotovoltaico es que es posible liberar electrones de sus átomos y en estos electrones libres hacer el material conductivo. La cantidad de energía mínima para liberar a un electrón de su posición fija se llama Band-gap. Cuando un fotón cae sobre un semiconductor puede suministrar suficiente energía para liberar a un electrón.

La célula fotovoltaica realmente consiste en dos capas muy delgadas de semiconductores. La capa superior es un semiconductor del tipo n y la capa inferior es un semiconductor del tipo p.

Un semiconductor del tipo n (tipo negativo) es un semiconductor con un exceso de electrones libres. Esto se logra impurificando el cristal de silicio con átomos que tienen electrones libres.      

Un semiconductor del tipo p (tipo positivo) está impurificado con átomos que tienen una escasez de átomos libres, que también pueden catalogarse con átomos con huecos. Estos huecos también se mueven libremente a través del cristal a temperatura ambiente. El electrón exterior de un átomo vecino tiene suficiente energía de vibración para saltar dentro del hueco, llenándolo pero dejando un hueco en el átomo 

Cuando dos capas delgadas de materiales tipo p y tipo n se unen, los electrones libres de la capa tipo n fluirán hacia los huecos de la capa tipo p y llenarán estos huecos. Al hacer esto causan una carga positiva en la capa del tipo n porque los electrones negativos dejaron esta capa, al mismo tiempo en la capa del tipo p se da una carga b negativa debido a la recepción de electrones de la capa tipo n. La diferencia de cargas crea un voltaje interno que impide a más electrones fluir de la capa del tipo n a la capa del tipo p.

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Cuando la luz solar cae sobre las capas se crearán más electrones libres en la capa p y huecos en la capa n, alterando por tanto el equilibrio. Para reponer el equilibrio, fluirá una corriente eléctrica, creando un voltaje en los contactos externos de las dos capas. Si no se hace ninguna conexión externa entre las dos capas, este voltaje externo permanecerá tal como está porque no hay electrones que puedan fluir de la capa n a la capa p.

Construcción y fabricación

Proceso de producción de una celda FV 

Básicamente el proceso de producción de celdas cristalinas consiste en producción de obleas y fabricación de celdas a partir de estas obleas.

 Las obleas (láminas muy delgadas de silicio cristalino) se cortan de un bloque sólido de silicio. Se produce un silicio poli cristalino enfriando un container de silicio derretido. El cristalino-puro se produce sacando un lingote del silicio derretido. También es posible hacer crecer cristal directamente sobre una placa de metal, eliminando así el proceso de corte (que es el costoso).

Producir poli-cristalino es más barato que el cristalino-puro y también materia prima menos costosa puede utilizarse. Sin embargo la eficiencia es un poco menor. Los costos del silicio crudo son algo más caros y con la demanda creciente de celdas FV y otros semi-conductores los precios tienden más a subir que a bajar. 

Para bajar el precio de las celdas FV se están utilizando nuevas técnicas de corte que producen menos desperdicio al serruchar y que pueden cortar láminas más de

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lgadas. Otra posibilidad es, por supuesto, crear los cristales directamente sobre una superficie; las capas pueden hacerse muy delgadas y no hay pérdidas en el corte.

Las obleas son luego compuestas en celdas en varios pasos. En estas etapas, entre otras, las capas tipo n y p se producen (ver siguiente sección en el principio de funcionamiento de las celdas), se hacen contactos con metales y se hace una recubrimiento anti-reflexivo. Las celdas están entonces listas para ser usadas e incorporadas en los paneles FV o módulos.

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Fundamentos de los Sistemas Fotovoltaicos

Efecto de la temperatura

El voltaje del punto de máxima potencia disminuye al aumentar la temperatura. Se debe seleccionar el módulo cuyo voltaje de máxima potencia coincida con el voltaje de la batería, considerando la temperatura de las celdas solares.

La temperatura de las celdas solares es de 20°C a 25°C más alta que la temperatura ambiente.

Si el voltaje a máxima potencia del módulo está exacto, entonces cuando el voltaje de la batería o las caídas de voltaje entre módulo y batería aumenten o la temperatura suba más allá de lo esperado, la corriente solar disminuirá a pesar de que haya buena insolación.

Es importante entonces asegurar que el módulo solar opere en el punto de máxima potencia con el voltaje de batería que se necesita y a la temperatura de la celda que se tenga en el lugar.

Paneles fotovoltaicos - módulos

Generalmente, las celdas son hechas en forma redonda o cuadrada, del orden de los 100 cm2. El voltaje de una célula es relativamente estable y aproximadamente de 0.55V CC. Para tener un voltaje mayor, como de 12 ó 24 V, un número de celdas se conectan en serie. Para el cargado de baterías el voltaje de salida de un módulo debería siempre ser un poco más alto que el voltaje de la batería. Esto significa que un módulo FV diseñado para cargar batería de 12V

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debería producir alrededor de 13V, dicho módulo puede hacerse, por ejemplo, de 33 celdas de silicio en serie (24 x 0.55 = 13.2 V).

El tamaño usual de los módulos es de alrededor de 0.5 m2 que es el tamaño más pequeño posible para un panel de 12V cuando se utilizan celdas de 100 c m2. Un factor importante que determina la salida de un panel solar es el factor de empaque. Algunos módulos se hacen de tal manera que relativamente gran parte del panel permanece vacío, mientras que en otros módulos las celdas se empacan de manera bastante densa. Esto aumenta la salida neta por metro cuadrado de un módulo, aún si las mismas celdas FV se usan. La salida usual de los módulos FV es alrededor de 100 Wp por metro cuadrado.

Componentes eléctricos y electrónicos 

Unidad de control

Como puede verse de la disposición del sistema, la unidad de control es un dispositivo localizado en el centro del sistema FV. Sus funciones son las siguientes:

Dirigir la electricidad generada en los paneles FV hacia el uso final si el tiempo de demanda de electricidad coincide con las horas de sol. Dirigir la electricidad generada en los paneles FV hacia la batería en caso que haya un exceso de potencia solar (la potencia generada >demanda de potencia).

Dirigir la electricidad de la batería al punto de uso final cuando la demanda exceda la generación de potencia del panel FV. Impedir que la batería se sobrecargue y descargue. 

Impedir daños en los cables y corto circuitos. Indicar el funcionamiento del sistema FV y el estado de carga.

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Una unidad de control puede fabricarse localmente pero uno debe tener mucho cuidado al diseñar su propio controlador. Como el controlador es el corazón de un sistema FV su funcionamiento determina el comportamiento y tiempo de vida del sistema completo. Una unidad de control que extrae demasiada electricidad de la batería causará la falla temprana de la batería y tal vez incluso pueda dañar los cables y dispositivos. Un controlador que apaga los paneles antes de tiempo influye en la eficiencia del sistema. Por lo tanto, es aconsejable usar sólo diseños probados.

Aún con diseños ya probados uno debe tener cuidado al construir sus propios diseños. Errores con la tolerancia correcta y la calidad de las partes electrónicas se cometen fácilmente. Debe haber suficiente enfriamiento y ventilación del circuito electrónico para evitar el recalentamiento de los componentes pero la caja que alberga esto debe también ser a prueba de agua. Las conexiones a la unidad de control deben hacerse de tal manera que los usuarios menos capacitados no puedan cometer errores fatales, etc. Las unidades de control puede diseñarse para realizar más tareas que simplemente la de controlar las corrientes y la carga/descarga de la batería.

También puede controlar diferentes usos finales (como darle prioridad a grupos de aplicaciones en caso de falta de fluido) y puede monitorear el comportamiento de todo el sistema (aunque la mayoría de los controladores sólo dan un indicador de estatus).  Otro aspecto  de las unidades  de control  modernas es el  MPPT o  Máxima potencia del punto de tracción. Esto significa que el controlador determina el punto óptimo de trabajo de la curva FV.

Los adaptadores pueden utilizarse para graduar el voltaje de un sistema solar. Por ejemplo cuando la salida es 24 V y la aplicación de 12 V ó 6V, el voltaje debe disminuir. Esto puede hacerse con un adaptador cualquiera que se fabrican y venden en cantidad y son muy comunes. Usualmente sólo los contactos y enchufes deben ajustarse. Tenga cuidado de que el adaptador sea lo suficientemente grande para la aplicación.  

Los adaptadores pueden ser hechos por uno mismo. La eficiencia de los adaptadores sencillos no es muy alta por lo que, en lo posible, debería evitarse su uso.

Un conversor es un aparato que también puede graduar el voltaje. Es un diseño un poco más complicado y no está siempre disponible en todos los lugares. La eficiencia es mucho más alta que la de un adaptador.

Inversor

En muchos casos el cliente desea usar aplicaciones convencionales, generadas por sistemas fotovoltaicos. Aunque ésta no es siempre la mejor opción desde el punto de vista de la eficiencia energética, implica que la salida de un sistema FV sea cambiada de voltaje bajo continuo a 220 ó 110 V, 55 ó 50 Hertz, AC.

 Un inversor puede parecer una solución fácil para convertir toda la salida del sistema solar a una potencia AC estándar pero tiene varias desventajas. La primera  es que aumenta el costo y complejidad de sistema. Para muchas aplicaciones no es necesario en lo absoluto utilizar un inversor. Por ejemplo para el alumbrado es mejor invertir en luces de bajo voltaje en lugar de invertir en un inversor. Más aún, en algunas aplicaciones, por ejemplo para radios, la primera cosa que se hace con la potencia que ingresa es convertirla en bajo voltaje CC.

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Un inversor también consume energía y por tanto disminuye la eficiencia general del sistema. La ventaja del inversor es que el voltaje de operación es mucho más alto y por tanto puede evitarse el uso de cables gruesos. Especialmente cuando deben usarse cables largos podría  ser  económicamente viable utilizar un inversor.  En las gráficas de abajo se puede visualizar la curva de funcionamiento proporcionada por un fabricante de inversores, donde se comprueba que la eficiencia del inversor es directamente proporcional a la potencia del sistema, es decir, a mayor potencia que se consuma en AC, mayor será la eficiencia del inversor. Esta eficiencia del inversor será un factor a considerar en nuestros proyectos de electrificación con energía solar fotovoltaica.

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Las características técnicas del inversor son proporcionadas por el fabricante, en la tabla de arriba podemos ver una serie de modelos de inversores, seleccionaremos el que cubra la potencia que necesitamos. Por ejemplo, si nuestro sistema fotovoltaico requiere 50 kW de potencia, visualizaremos en la tabla que el modelo SolarMax 50C

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nos ofrece una potencia de 66 kW, esto está por encima de nuestro requerimiento de potencia, por lo tanto lo seleccionaremos.

Estructuras de soporte

Como los paneles solares deben mirar al sol sin interferencia de obstáculos en los alrededores, los paneles generalmente están colocados en una posición alta, sobre un techo o un poste.

Cuando los paneles se colocan sobre un techo hay varias soluciones. Primeramente el panel puede ser montado sobre una estructura inclinada ya existente, si la orientación de la caída del techo es cercana a la óptima. El techo debe ser lo suficientemente fuerte para soportar el peso extra de los paneles, y o más importante, el peso extra del viento. Las penetraciones para cables deben ser impermeables.

En segundo lugar existe la posibilidad de integrar paneles al techo. Esto significa que los paneles actuarán como parte del tejado y que los materiales del techo como las tejas se ahorran. Los paneles ya son bastante fuertes a prueba de agua, entonces para qué desperdiciar materiales de construcción.

Otra ventaja es que la carga del viento se disminuye cuando los paneles están colocados en el techo más que sobre el techo.En tercer lugar, los paneles pueden colocarse en un techo plano sobre un marco que lo soporte. El marco está hecho de metal y fijado al techo (con pernos grandes) o se hacen lo suficientemente pesados utilizando concreto. La ventaja es que se puede escoger cualquier dirección e inclinación pero, claro, el marco aumenta los costos del sistema. Estos marcos también se utilizan en instalaciones en áreas planas sobre el piso.

Si no hay un techo adecuado disponible será necesario elevar el panel a cierta nivel a modo de evitar las sombras; esto puede hacerse con postes. Esto sólo se logra con paneles pequeños utilizando construcciones parecidas a la de los postes de alumbrado

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público. También se utilizan los postes para evitar potenciales daños en los paneles por causa, por ejemplo, de ganado o niños que juegan en los alrededores. 

Los módulos FV sobre marcos o postes pueden equiparse con mecanismos de tracción que ajustan los paneles de tal manera que estén siempre mirando al sol. Estos sistemas son muy costosos y complicados, generando numerosos desperfectos, y por lo tanto no se utilizan comúnmente. Para sistemas más grandes podría ser atractivo utilizar los mecanismos de tracción, pero, para sistemas pequeños, las inversiones no pueden justificarse por un mayor rendimiento.

Bajo todas circunstancias los paneles deben colocarse de tal manera que queden a la mano para realizar trabajos de limpieza y mantenimiento.

Aplicación y dimensionamiento de los Sistemas Fotovoltaicos

Aplicaciones de los Sistemas Fotovoltaicos

Con la energía solar fotovoltaica la irradiación es convertida directamente en electricidad que puede usarse para cualquier propósito. La cantidad de aplicaciones es entonces virtualmente ilimitada, desde un par de miliwatts para relojes de pulsera y calculadoras de bolsillo, 50-100 Watts para sistemas domésticos, hasta kilowatts para centrales de generación de potencia. 

Las aplicaciones más conocidas son: Calculadoras, juguetes, luces de señalización, cercos eléctricos, bombas de agua para agua potable o irrigación, lámparas portátiles, luces de emergencia, teléfonos públicos, sistemas domésticos pequeños (de 50 Watt para  algunas lámparas, radio y una TV), refrigeradores para vacunas, etc.

Recientemente otras grandes aplicaciones se han vuelto populares, como fachadas u oficinas hechas de paneles fotovoltaicos, generación de potencia

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conectada a la red a gran escala, paneles de advertencia a lo largo de las carreteras y proyectos de casas con techos completos de paneles FV.

Criterios a considerar para el dimensionamiento de un SFV

Identificación del recurso solar energético 

 La identificación del recurso solar energético se encuentra relacionado con la incidencia de irradiación solar proyectada en la superficie horizontal, la cual viene dada en KWh/m2 /día referido en media mensual o media anual.

Requerimientos del usuario 

Los requerimientos del usuario determinan en gran parte el diseño del sistema. Es por lo tanto importante determinar el uso final lo más en detalle posible.

Conociendo el consumo 

Para conocer el consumo de energía que necesitamos, es necesario hacer una lista de los equipos que necesitamos tal como se indica a continuación:

Del ejemplo el usuario tiene como requerimiento 1 Computadora(Ordenador), 4 luminarias(focos), 1 televisor a color y 1 refrigeradora.

De acuerdo al listado de equipos, se tendrá que completar la tabla, incluyendo en cada uno la potencia que consumen y el número de horas que estará funcionando en el día.

En el caso de la computadora, esta consume 100 watts, y el usuario la utilizará 4 horas al día. 100 Watts multiplicado 4 horas de funcionamiento al día son un total de 400 watts horas al día de energía eléctrica.

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En el caso de las luminarias(focos), cada una consume 20 watts y se utilizarán 6 horas al días. 20 watts multiplicado por 6 horas son un total de 120 watts hora al día, pero como se trata de 4 luminarias, lo multiplicaremos por 4, resultando un total de 480 watts.

Aplicación y dimensionamiento de los Sistemas Fotovoltaicos

Para determinar la potencia eléctrica de los equipos electrónicos se podrá utilizar las tablas a continuación. Se deberá diferenciar los equipos de corriente continua(CC) de los de Corriente alterna(AC), ya que su consumo es diferente, asimismo los de corriente alterna requerirán de un inversor. Una alternativa precisa para averiguar el consumo (en Watts) de cada aparato o equipo es viendo los manuales de fabricantes o viendo los datos en el sticker que viene con cada aparato, si lo tuviera.

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Para un proyecto que incluya todos estos equipos electrónicos se necesitará 2680 watts hora al día (wh/día) o 2.68 Kwh/día, este valor será nuestra demanda que deberemos cubrir con los paneles o módulos solares.

Cálculo del número de paneles Dada la demanda de electricidad, la radiación solar promedio y la eficiencia promedio del panel FV, es bastante fácil calcular el tamaño de un panel FV que cubra esta demanda.

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Determinar el tamaño de un sistema es bastante sencillo y directo a pesar de que el diseño en detalle de un sistema fotovoltaico es complejo. Los métodos para determinar el tamaño son fáciles de usar pero tienen sus limitaciones. Debido a que se asumen la entrada y demanda de energía solar, el resultado de aplicar el método para determinar el tamaño puede no ser confiable en un 100%. 

La radiación solar varía de año en año y también el consumo de electricidad tiende a ser fluctuante. Por lo tanto, aún cuando se haya calculado cuidadosamente el tamaño del sistema, pueden surgir ciertas carencias de tiempo en tiempo.

La manera más simple de determinar el tamaño de un sistema fotovoltaico es utilizando la siguiente formula:

Ar = 1200 X Ed / Id

Donde: Ar : Tamaño del panel  (Wp) 

Ed: Consumo de electricidad  (kWh / día) 

Id : Irradiación  (kWh / m2 / día)

El tamaño de un sistema FV está dado por el Watt Pico (Wp). Esta es la salida máxima de un panel FV bajo condiciones estándar que son: temperatura ambiente de 25°C  y 1000 Watt/m2 de irradiación.

La fórmula supone una eficiencia del sistema de aproximadamente 8% que se basa en la eficiencia del panel (10%) y la eficiencia de la batería (80%). Otro dato que se asume es la potencia proporcional de los paneles por metro cuadrado de 100 Wp.

Durante el medio día, en días despejados, se puede esperar una irradiación de 1000 W/m2 . Esto significa que un panel de 50 Wp generará, durante las horas más soleadas del día, 50 Watts. En promedio los paneles FV están en aproximadamente 100 Wp por m2 o, para decirlo de una manera diferente, los paneles solares tienen una eficiencia promedio del 10%.

El calculo de la  irradiación solar  lo veremos en un capítulo aparte por tratarse de un tema que implica manejo de información ya sea proporcionada por cada país (a través de tabla o mapas) donde se realice el proyecto, o por Software especializados que proporcionan este valor rápidamente y sin complicaciones. Ver irrandianza de un lugar.

En la fórmula anterior, el factor para calcular el tamaño del sistema no es 1000 (que significaría una eficiencia del sistema de 10%) sino 1200 porque la eficiencia del sistema es siempre un poco más baja que la eficiencia del panel. El siguiente ejemplo se muestra cómo se puede realizar un estimado sencillo del tamaño y del precio.

Ejemplo Para una casa pequeña con 3 luces de 20 Watt, que funcionan 5 horas al día, la demanda de electricidad será de 3 x 20 x 5 = 300 Wh/día = 0.3 kWh/día.

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Tomemos como proyecto Perú, donde la irradiación solar promedio según su mapa de irradiación solar es de 5.0 kWh/m2/día.

Esto significa que para esta casa el tamaño de panel que se requiere es:  Ar = 1200 x 0.3 / 5 = 72 Wp

Una vez conocida la demanda habrá que seleccionar un módulo o panel que nos brinde esta potencia.

Otro ejemplo de cálculo del número de paneles 

En una comunidad se desea contar con los siguientes equipos: 

•  Una computadora por espacio de 3 horas diarias. •  Un  televisor por espacio de 4 horas diarias. 

•  Dos focos por espacio de 4horas diarias. 

•  Un ventilador por espacio de 6 horas. •  Una bomba por espacio de 8 horas. 

La irradiación promedio anual de la zona es 5 kWh/m2/día. 

Completamos el siguiente cuadro:

Aplicando la siguiente formula tenemos:

Ar = 1200 x Ed /Id

Donde:Ed = 2.54 kWh/día 

Id  = 5 kWh/m2/día 

Entonces: Ar = 1200 x 2.54 / 5 

Ar = 609.6 Wp

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  Luego el tamaño del panel será 609. 6 Watts pico. Como no existe un panel con tal generación de potencia, tenemos que seleccionar una determinada cantidad de paneles con potencias mas bajas, que sumados en total obtengamos 609.6 Wp.

Según el catálogo de la marca Dankoff Solar Products:  Para el modelo 51107, con 85 Wp tenemos: 

609.6/85  =  7.1  < >  7 módulos, con un costo de 7 x 610 = 4270 US$  

 Para el modelo 51106, con 75 Wp tenemos: 

609.6/75  =  8.1  < >  8 módulos, con un costo de 8 x 499 = 3992 US$ 

 Para el modelo 51104, con 50 Wp tenemos: 

609.6/50  =  12.1  < >  12 módulos, con un costo de 12 x  365 = 4380 US$ 

 Para el modelo 51103, con 40 Wp tenemos: 

609.6/40  =  15.24  < > 15 módulos, con un costo de 15 x 295 =4425 US$ 

 Para el modelo 51101, con 10 Wp tenemos: 

609.6/10  =  60.9  < >  61 módulos, con un costo de 61 x 150 = 9150 US$ 

Entonces para nuestro caso se instalarán 8 módulos de 75 Wp cada uno por un  costo de 3992 US$. 

Esto supone una eficiencia del sistema de aproximadamente 8% que se basa en la eficiencia del panel (10%) y la eficiencia de la batería (80%).

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Otro dato que se asume es la potencia proporcional de los paneles por metro cuadrado de 100 Wp.

Cuando otras eficiencias o salidas de potencia son válidas debe usarse la fórmula completa:                                              Ar  = Pp x Ed /(epanel x ebatería x Id)

Donde: Pp         = potencia proporcionada por el panel [Wp/m2] 

epanel    = eficiencia del panel [-] 

ebatería = eficiencia de la batería [-]   Esta fórmula supone una demanda de electricidad constante y radiación también constante. Por supuesto que se comete un error de esta manera porque ni el consumo de electricidad ni  la radiación son las mismas durante el año. Esto significa que es casi seguro que en varios días  cada año habrá una escasez de potencia. La pregunta es si esto es un problema. Por ejemplo, si los sistemas se usan  sólo para prender algunas luces puede ser posible apagar algunas de las luces cuando hay escasez.

La radiación dada en la fórmula es la radiación que cae sobre el panel, esto no es lo mismo que la radiación total que cae sobre una superficie horizontal. El valor de la radiación horizontal debe corregirse con un factor de orientación e inclinación. Si la radiación solar y la demanda de electricidad no varían mucho (en  muchos  de los casos) este  método sencillo funciona  bien. Si la radiación solar fluctúa fuertemente de estación en estación debe usarse un método diferente. En primer lugar el ángulo de inclinación puede hacerse mayor en 15° a la latitud para nivelar las fluctuaciones estacionarias (esto se llama optimización de invierno). En segundo lugar la salida del sistema solar puede calcularse para cada mes en lugar de una vez. Si se hace esto, se puede tener una mejor aproximación de la demanda de electricidad. Por ejemplo en invierno hay probablemente más necesidad de usar energía para alumbrado pero menos para refrigeración. Básicamente los cálculos quedan igual  pero ahora sabemos en qué períodos será más difícil cubrir los requerimientos. Este mes es también conocido como el mes crítico; alta demanda y poco brillo solar.

Depende de los requerimientos del usuario si es aceptable o no tener escasez de potencia en un mes crítico. En algunos casos sería muy costoso cubrir la demanda completa todo el tiempo, así que es el usuario quien se acomoda a cierta escasez. Si la demanda de electricidad es crucial este método para determinar el tamaño es muy crudo. En algunos casos, por ejemplo alumbrado de emergencia o estación de comunicaciones, un suministro confiable de potencia es absolutamente necesario. En esos casos, es necesario una determinación detallada del tamaño, y simulación del sistema completo, incluyendo el controlador, batería y uso final.  Otra posibilidad de asegurarse que el sistema sea capaz de cubrir toda la demanda eléctrica bajo toda circunstancia, es sobre dimensionar el sistema. Obvia mente esto hace al sistema muy costoso pero cuando la confiabilidad es importante esto puede justificarse.

Batería Solar

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Dimensiones de la batería solar de almacenamiento

El tamaño de la batería solar de almacenamiento también depende de la importancia de la confiabilidad del suministro de potencia. En muchos de los casos es suficiente un almacenamiento en baterías de 2 o 3 días. Esto significa que la capacidad de la batería debería ser de por lo menos 2 o 3 veces el consumo de energía diario para poder suplir durante 2 o 3 días sin brillo solar.

Pero esto es sólo suficiente cuando las baterías funcionan a un 100% de eficiencia y cuando las baterías pueden descargarse al 100%. Ambos no son los casos. Por ejemplo para una batería común de ácido - plomo la eficiencia puede ser algo de 80% pero depende mucho del uso de la batería. Cuando se carga y se usa constantemente, la eficiencia será alta.

Cuando la batería sea poco utilizada la auto descarga provocará una baja eficiencia. Las baterías no pueden ser descargadas en más del 50% de lo contrario su tiempo de vida disminuirá demasiado.

  Por lo tanto el tamaño de la batería de almacenamiento aumenta considerablemente.

Ejemplo Para cubrir un período de tres días sin sol se requiere una batería solar de la siguiente capacidad: Suponemos que:  

eficiencia de batería = 80% 

descarga de batería  =50% 

consumo eléctrico = 5kWh/día 

Tamaño de la batería: 3 x 5 kWh / 0.8  /0.5/= 37.5 kWh 

Que equivale a 31 baterías de 12 V con una capacidad de 100 Ah cada una.Ejemplo de cálculo de baterías solares Para calcular la cantidad de baterías necesarias realizaremos lo siguiente:: A.  Cálculo del tamaño de la batería: Tamaño = (AUT x Ed) / (REND x DESC) Para nuestro ejemplo anterior, tenemos: AUT (Autonomía- días sin brillo solar)  = 2 Ed = 2.54 kWh REND (eficiencia de la batería)  = 80% DESC (descarga de la batería)  = 50%  Entonces el tamaño de nuestra batería será = (2 x 2.54 )/(0.8 x 0.5) = 12.7 kWh=12700WhB.   Número de baterías necesarias: 

N° de Baterías = tamaño/(Ah x V) 

Tamaño  en Wh 

Escogemos de la tabla siguiente una batería de 100 Ah y 12 V 

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N° de Baterías = 12700/(100x12) = 10.58 <> 11 Baterías

Elección del voltaje de la batería solar

12 V si la potencia es menor que 1.500 W

24 V o 48 V si la potencia esta entre 1.500 y 5.000 W

48 V o 120 V si la potencia es mayor de 5.000 W o 5 kW

Entender los conceptos de vida util, capacidad y profundidad de descarga es muy importante, agradeceremos revisar los siguientes conceptos.

Capacidad en Amperios HoraSe define la capacidad como la cantidad de electricidad que puede obtenerse durante una descarga completa de la batería plenamente cargada. Es el producto de la intensidad de descarga por el tiempo que actúa.

Una batería de 200 Ah puede suministrar 200 A durante 1 hora, 50 A durante 4 horas, etc.

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Existen factores que pueden variar la capacidad de una batería:

Tiempo de descarga:

-Si es corto disminuye la capacidad.

-Si es largo aumenta la capacidad.

Los tiempos de descarga se refieren a 10, 20, ó 100 h principalmente. En consecuencia se define la capacidad de descarga de una batería en un tiempo establecido, mediante la nomenclatura XX Ah Cyy donde XX es la capacidad de la batería e YY el tiempo de descarga de la misma.

Temperatura de la bateria y de su entorno:

-Si es inferior a la temperatura a la que se cataloga, la capacidad disminuye.-Si es superior, la capacidad aumenta pero puede reducir el número de ciclos de vida de la batería.

Conexión de baterías:

Se denomina profundidad de descarga al porcentaje de la capacidad de la batería que es utilizada durante un ciclo de carga/descarga.

En función de la profundidad de descarga las baterías se clasifican en:

-Baterías de descarga superficial: entre el 10-15% de descarga media,puede llegar hsta el 40-50%.

-Baterías de descarga profunda: entre el 20-25% de descarga media, pudiendo llegar hasta el 80%.

Profundidad de descargaPara las aplicaciones fotovoltaicas se emplean baterías de descarga profunda.

Vida Útil

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La vida de una batería se expresa en ciclos, que se definen como el número de veces que se produce una carga/descarga.

Los factores de que depende la vida de una batería son:-Espesor de las placas.

-Concentración del electrolito.

-Profuncidad de descarga.

El factor más importante es la profundidad de descarga, cuanto más profunda sea la descarga, menor será el número de ciclos y por tanto menor será la vida útil de la batería, al producirse constantes ciclos de carga y descargas profundad.

El número de ciclos de una batería así como la profundidad de descarga deben ser facilitados por el fabricante

Y no se olvide

Para maximizar la duración de la batería, estas deben ser adecuadamente mantenidas de la siguiente forma:

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Asegurarse de que las baterías queden totalmente recargadas al menos una vez a la semana por la generación de energías renovables y / o energía convencional.

Seguimiento del electrolito y añadir agua destilada si es necesario. Mantener los terminales y las interconexiones limpios mediante la eliminación

de aglomeraciones de corrosión, asimismo dar mantenimiento a las tapas de la batería, que estén limpias y secas.

Equalizar las baterias de cuatro a seis veces al año para extraer la sulfatación de la superficie de la placas de plomo.

Dimensionamiento de los cablesl cable de conección representa el componente indispensable para el transporte de la energía eléctrica entre los diferentes bloques que integran un sistema fotovoltaico. Resulta inevitable que parte de esta energía se pierda en forma de calor, ya que la resistencia eléctrica de un conductor nunca es nula.

Los cables utilizados en un sistema fotovoltaico están cuidadosamente diseñados. Como el voltaje en un sistema fotovoltaico es voltaje CC bajo, 12 o 24 V, las corrientes que fluirán a través de los cables son mucho más altas que las de los sistemas con voltaje AC de 110 o 220 V.

La cantidad de potencia en Watts producida por la batería o panel fotovoltaico está dada por la siguiente fórmula: P = V x I

V   = tensión en Voltios 

I  = corriente en Amperios

Esto significa que para suministrar una potencia a 12 V la corriente será casi 20 veces más alta que en un sistema de 220 V. Esto significa que cables mucho más gruesos deben usarse para impedir el recalentamiento o incluso la quema de los cables. Para darse una idea del tamaño de los cables las siguientes tablas da algunas características de ellos, la corriente máxima que puede fluir sin recalentar el cable y la cantidad de potencia que puede producirse a diferentes voltajes: A continuación damos una tabla para conductores eléctricos extraído del

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manual de un fabricante de cables eléctricos, que nos servirá para saber que calibre de conductor necesitamos teniendo como dato la corriente que circulará por el conductor.

En la siguiente imagen se puede ver la diferencia de diámetros entre cables con diferente calibre. Por ejemplo, un cable calibre 14 (ver el circulo con el número 14), es mucho más pequeño que el de calibre 2.

Los fabricantes de cables proporcionan tablas que permiten seleccionar el calibre óptimo de acuerdo a la intensidad de corriente (en amperios) que pase por ellos.

Es importante considerar la caída de tensión en el cable proveniente del arreglo de paneles hacia el controlador o del arreglo de baterías hacia  el  controlador.

Otra tabla que nos podría ser útil es la siguiente, donde se considera a la potencia para distintos niveles de tensión.

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De esta tabla queda claro que a voltajes bajos sólo bajas demandas de potencia pueden abastecerse o cables muy gruesos deben utilizarse. Para alcanzar una potencia  de 1 kW a 12 V un cable de 25.0 mm2 debe utilizarse para suministrar tanto como 20 kW a 220 V. Esto aumenta el precio del sistema drásticamente debido a que los cables más gruesos son más costosos.

Cuando se  utilizan fusibles,  para  proteger la  unidad  de  control  o dispositivos contra corrientes altas, el tamaño de los fusibles no debería ser mayor a la proporción de corriente máxima del cable. Los fusibles son sólo útiles en el extremo de uso de la batería pues en el lado Fv de la batería la corriente de corto circuito es sólo 10% mayor que la corriente máxima durante brillo solar completo.

Cuando se diseñan sistemas más grandes, uno debe realizar un análisis de costo/performance para elegir el voltaje operativo más adecuado. Más aún sería mejor reunir pequeños grupos de paneles y de ser posible hacer el voltaje de operación más alto que 12 ó 24 V.

Dimensiones de la unidad de control

l tamaño de la unidad de control está determinada por la máxima corriente que puede esperarse del sistema fotovoltaico. Esta puede ser tanto la corriente de los paneles a la batería y/o uso final, o la corriente de la batería hasta el uso final. Ambas corrientes máximas deben calcularse para determinar la capacidad de la unidad de control.

La corriente más alta determina la capacidad. Por ejemplo un panel de 12 V 50 Wp suministra una corriente máxima de 4.2 A mientras que 4 luces de 11 Watt y una radio de 15 Watt, alumbrando y funcionando simultáneamente, extraen más

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o menos 5 A. No se espera que la corriente máxima en el sistema exceda estos 5 A entonces la unidad de control y fusibles deben dimensionarse a este valor.

Por lo tanto se concluye que en los sistemas solares autónomos o sistemas fotovoltaicos domiciliarios (SFD), los controladores de carga protegen a la batería de una descarga profunda (descarga extrema, demasiada energía consumida) o de sobrecarga (carga extrema, demasiada energía proveniente del panel solar). El uso de un controlador de carga es altamente recomendable. Éste desconecta las cargas cuando la batería está casi completamente descargada. Todos los sistemas solares domiciliarios cuentan con un controlador de carga.

Precausiones: 

Observe  su  controlador  de  carga  para  verificar el estado de la  batería (cuán cargada se encuentra). Por lo general, el controlador está provisto de un indicador luminoso rojo, que se enciende cuando la batería está descargada, y uno verde, que se enciende cuando está completamente cargada. Procure que el indicador verde permanezca encendido el mayor tiempo posible. Esto extenderá el tiempo de vida de la batería.

Nunca ignore las indicaciones del controlador de carga con el fin de extraer hasta la última gota de energía de la batería. Esto la arruinaría.

El controlador se compra según la máxima corriente que pasa por los cables, por ejemplo:Panel - batería = 50 Wp y Batería de 12 V = 50/12 = 4.2 A

Batería – carga = 4 focos de 11 w y una radio de 15 w extraen aproximadamente 5 A.

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Entoces el controlador que se seleccionará deberá soportar una corriente máxima de 5 A (la mayor intensidad de corriente).

Deberemos buscar en el mercado local o extranjero un proveerdor que nos proporcione un controlador que soporte la corriente de 5 A. Podríamos encontrar lo siguiente:

Controlador Solar de Carga de 8A / 12A / 20A / 30A 

Con determinadas características:Protección contra Cortocircuito, Protección contra circuito abierto. Compensación de Temperatura. 

Determinación del Estado de Carga.

De nuestro ejemplo ya que nuestro sistema soportará 5 A, seleccionaremos un controlador solar de carga de 8 A, que esta por encima de los 5 A requeridos.

Inversores Solares

Cuando el cliente necesita utilizar equipos que se alimentan con energía alterna (220 o 110 AC), se deberá utilizar un inversor. Aunque ésta no es siempre la mejor opción desde el punto de vista de la eficiencia energética, implica que la salida de un sistema FV sea cambiada de voltaje bajo continuo a 220 ó 110 V, 55 ó 50 Hertz, AC.

Un inversor puede parecer una solución fácil para convertir toda la salida del sistema solar a una potencia AC estándar pero tiene varias desventajas. La primera es que aumenta el costo y complejidad de sistema. Para muchas aplicaciones no es necesario en lo absoluto utilizar un inversor.

Por ejemplo para el alumbrado es mejor invertir en luces de bajo voltaje en lugar de invertir en un inversor. Más aún, en algunas aplicaciones, por ejemplo para radios, la primera cosa que se hace con la potencia que ingresa es convertirla en bajo voltaje CC.

Un inversor también consume energía y por tanto disminuye la eficiencia general del sistema. La ventaja del inversor es que el voltaje de operación es mucho más alto y por tanto puede evitarse el uso de cables gruesos.

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Especialmente cuando deben usarse cables largos podría ser económicamente viable utilizar un inversor.

Sistema sin Inversor

Sistema con Inversor

Selección del lugar de ubicación, requerimientos

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A pesar de que los sistemas FV no son muy exigentes hay algunos requerimientos para determinar un lugar de ubicación adecuado para el sistema. También deben tomarse en consideración todos los lugares para todos los componentes del sistema porque algunos deben estar fuera (del panel) mientras que otros componentes deberían estar de preferencia dentro (baterías y unidad de control).

Ubicación de los paneles: debe haber suficiente espacio sobre el techo o poste para colocar el panel. Debe evitarse las sombras, ver método en la sección de recursos solares para determinar la sombra de obstáculos alrededor.

Optimice el ángulo de inclinación y orientación de los paneles; mirando al sol y en una caída igual a la de la latitud (mínimo 15º) ó 15º más del nivel de fluctuaciones por estación.

La estructura del techo o marco de soporte deben ser lo suficientemente fuertes para soportar la carga extra del viento (especialmente en áreas donde se dan tormentas esto es un requerimiento importante).

Los paneles deberían ser montados de tal manera que estén al alcance para los servicios de limpieza y mantenimiento. Esto también se aplican a la batería y al controlador.

La ubicación de los paneles debe estar cerca de los lugares donde se ubican la unidad de control, la batería  y el uso final para evitar cables largos que son costosos y originan pérdidas.

Mantenga los cables que van desde la unidad de control a los puntos finales de uso lo más cortos posibles.

Los paneles deberán ser protegidos contra robos o cualquier posible fuente de daño (vandalismo, niños que juegan, cocos que caen de árboles, etc.).

Los paneles no deben colocarse cerca de fuentes contaminantes como chimeneas industriales de combustión, carreteras polvorientas, etc.

La unidad de control y batería de almacenamiento deben instalarse dentro o en una caja que pueda soportar todas las inclemencias del clima (piense en suficiente ventilación para enfriar los componentes electrónicos y para ventilación de las baterías ventiladas).

Mantenga la batería a temperatura moderada (10-35º C) para aumentar el comportamiento y tiempo de vida de la batería. Evite los lugares expuestos directamente a la luz del sol.

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Instalación de un Sistema Fotovoltaico

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Selección de un lugar para un Sistema Fotovoltaico Se debe determinar inicialmente el lugar óptimo para un sistema FV de determinada capacidad cerca del local. Tome todas las mediciones en cuenta y también piense en la dirección del Sol. Esta dirección es diferente en cada época del año y obstáculos que no obstruyen el Sol ahora, pueden obstruir el Sol en otra época.

Los requisitos son:

1. Situación de los paneles: se necesita suficiente espacio en el techo o en la tierra o palo (o poste) para poner los paneles. Se debe evitar la sombra.

2. Perfeccione el ángulo de la inclinación y la orientación de los paneles lo más posible; paneles dando al sol y en una cuesta igual a una latitud (de no menos de 15 grados) o 15 grados más para nivelar fluctuaciones estacionales.

3. La estructura del techo o del palo/marco de soporte debería ser bastante fuerte  para llevar el peso  de los paneles y  suficientemente fuerte para soportar la fuerza extra del viento(especialmente en aéreas tempestuosas es un requisito importante).

4. Los paneles deben ser montados de tal manera que todavía sean accesibles para limpieza y servicio. Esto también se aplica a la unidad de control y la batería.

5. Los paneles deben ser situados cerca de la unidad de control y las baterías para así evitar el uso de cables largos, los cuales son más caros y causan más perdidas de electricidad. También mantenga los cables de la unidad de control a los puntos de uso final tan corto como sea posible.

6. Los paneles deben ser protegidos contra robo o cualquier otra fuente de daño (vandalismo, niños jugando, etc.).

7. Los paneles no deben ser situados cerca de fuentes contaminantes como chimeneas industriales, calles polvorientas, etc.

8. La unidad de control y el almacenamiento de la batería deben ser situados adentro o en una caja que soporta todo tipo de clima (piense en proveer suficiente ventilación para refrigeración de los componentes eléctricos y las baterías descargadas).

9. Mantenga la batería a una temperatura moderada (10-35 grados centígrados para incrementar la vida de la batería. Evite sitios en luz solar directa.

Tomando en cuenta las recomendaciones anteriores instale su sistema fotovoltaico considerando los siguientes pasos:

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Paso 1 Instale el panel FV según las consideraciones de inclinación (previamente descritas). Asegúrese que el panel esté instalado fijamente de tal manera que no pueda caerse debido a fuertes vientos, lluvias, granizadas, temblores, etc.

Paso 2 Coloque la batería y el panel de control en los lugares apropiados. No haga las conexiones eléctricas todavía.

Paso 3

Conecte el panel de control, siga las  instrucciones del fabricante de la unidad de control (difieren ligeramente según la marca del controlador), pero se puede seguir el orden siguiente:

Utilizando un multímetro mida el voltaje de las baterías en vacío (sin carga), antes de conectarlos al equipo.Asegúrese que el cable de color negro esté conectado al borne negativo de la batería, y el cable de color rojo esté conectado al borne positivo de la batería.

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Mida el voltaje generada por el panel solar en vacío (sin carga, es decir sin tener ningún equipo conectado y encendido), antes de conectarlo al equipo.

 

Paso 4Conecte los alambres del panel solar a la unidad de controlador.Cables provenientes del panel solar conectados a los conectores del controlador. Conecte los cables que correspondan según las señales gráficas del controlador.

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Paso 5 Conecte los alambres de la batería a la unidad de control. Conecten los cables que correspondan según las señales gráficas del controlador.

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Paso 6 

Conecte los cables de la carga (focos u equipos) al controlador.

Paso 7 

Inmediatamente después de terminar las conexiones, mida el voltaje de la batería.

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siempre tenga cuidado extremadamente con las polaridades: conecte  +  con  +conecte  –  con –

Proyecto de Electrificación Solar

Nombre del caso de estudio: Implementación de un sistema de electrificación solar en casa hacienda en Canete, provincia de Perú. 

Ubicación: Departamento Lima - Provincia Cañete, distrito Nuevo Imperial.

Ver documento

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Mantenimiento del Sistema Solar Fotovoltaico

A continuación se describe el mantenimiento preventivo que se deberá realizar al sistema fotovoltaico, especificando la revisión por cada elemento del sistema.

Mantenimiento de Baterías

Diariamente se deberá verificar que el indicador de carga esté encendido cuando la luz solar caiga sobre los módulos FV.

Cada seis meses se deberá verificar el nivel de electrolito y  llenar con agua destilada o desionizada si es necesario.

Si las baterías no han sido cargadas completamente en los últimos seis meses,  debe planearse una carga ecualizada.

Las baterías que estén almacenadas y se quieran incorporar al sistema, se deberá realizar primero la carga a su máxima capacidad del sistema. Las baterías que estén almacenadas deberán ser recargadas cada seis meses.

Mantenimiento de Módulos Solares

Se recomienda un mantenimiento mensual, donde se deberá realizar lo siguiente:

Limpiar el frente de los módulos. Revisar que los módulos no tengan sombras, especialmente entre las 7a.m.

y 6p.m. Esto podría requerir la eliminación de obstáculos o cortar arbustos.

 

Mantenimiento de Lámparas

Se recomienda un mantenimiento mensual, donde se deberá inspeccionar las lámparas y reemplazar aquellas que muestren aros negros en los bordes.

Cada seis meses se deberá limpiar los reflectores.

FUENTE WEB: http://www.electricidad-gratuita.com/introduccion_energia_fotovoltaica.html

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