El proceso de dimensionamiento de un sistema aislado implica una serie de factores críticos que deben ser considerados, como la demanda de energía, la capacidad de almacenamiento de la batería, la potencia del inversor y la cantidad de paneles solares necesarios.
Además, la selección de los componentes adecuados debe basarse en las condiciones climáticas y geográficas específicas del lugar donde se va a instalar el sistema.
Un sistema aislado bien dimensionado puede proporcionar una fuente de energía confiable y sostenible, reducir los costos de energía a largo plazo y aumentar la independencia energética.
En este blog, hablaremos a detalle los aspectos clave del dimensionamiento de un sistema aislado, las características de este tipo de instalación, sus principales componentes, entre otros temas.
Índice
- ¿Qué es un sistema fotovoltaico aislado?
- Diferencia entre un sistema fotovoltaico aislado y conectados a la red
- Principales componentes de un sistema aislado
- Dimensionamiento de un sistema fotovoltaico aislado
1. ¿Qué es un sistema fotovoltaico aislado?
Un sistema fotovoltaico aislado, también conocido como sistema fotovoltaico autónomo, es un sistema de generación de energía eléctrica a partir de paneles solares que funciona de manera independiente a la red eléctrica convencional.
Este tipo de sistema se utiliza comúnmente en zonas rurales o aisladas donde no existe acceso a la red eléctrica o donde la conexión a la red es costosa o difícil.
La cantidad de paneles solares y baterías necesarias para un sistema fotovoltaico aislado dependerá de la cantidad de energía que se necesite generar y almacenar, así como del clima y las condiciones de iluminación solar en la zona donde se instale el sistema.
2. Diferencia entre un sistema fotovoltaico aislado y conectados a la red
Una instalación interconectada a la red es un sistema de placas solares que utilizamos para ahorrar energía, pero están conectados a la red de distribución para disponer de electricidad en los momentos en que los módulos fotovoltaicos no pueden generar energía, por lo que es indispensable tener un contrato con la compañía eléctrica, en caso de México con la Comisión Federal de Electricidad.
Las instalaciones fotovoltaicas aisladas no cuentan con el apoyo de la red eléctrica, por tanto, es imprescindible que el sistema disponga de baterías solares para acumular el excedente energético con la finalidad de garantizar el suministro durante todo el día.
3. Principales componentes de un sistema aislado
A continuación te explicamos los principales componentes de un sistema fotovoltaico aislado:
Paneles solares
Los paneles solares se componen de células fotovoltaicas (PV), que convierten la luz solar en electricidad de corriente continua (DC) durante las horas del día.
Inversor
Un inversor es un convertidor de corriente que se encargará de transformar la corriente continua (DC) en corriente alterna (AC) para que se pueda utilizar en la vivienda.
Baterías
Son dispositivos que consisten en dos o más celdas electroquímicas con conectores externos. Y son celdas que convierten la energía química almacenada en corriente eléctrica.
4. Dimensionamiento de un sistema fotovoltaico aislado
Ahora que conoces más sobre un sistema fotovoltaico aislado, a continuación te explicaremos algunos aspectos que debes evaluar y tomar en cuenta para realizar el dimensionamiento adecuado.
Estudios de cargas
A la hora del dimensionamiento para obtener el número de total de módulos y baterías a instalar es necesario conocer el consumo que se tendrá en las instalaciones en un determinado periodo de tiempo, para tener esta información un estudio de cargas, será indispensable.
El estudio de cargas es el listado de todos los equipos los cuales se encontrarán conectados dentro del sistema aislado, en este listado es importante conocer la potencia demanda por cada equipo al igual las horas de uso que se le darán al día con esta información podremos conocer el consumo promedio diario y poder realizar un correcto dimensionamiento del sistema.
En la tabla 1 se presenta un ejemplo de un estudio de cargas
En la tabla anterior puedes observar los datos necesarios para un estudio de cargas. En la primera columna se coloca el identificador del equipo, en la segunda columna está la cantidad de equipos, en la tercera la potencia demandada por cada equipo, en la cuarta columna el voltaje en el cual trabajan los equipos, la quinta columna corresponde a las horas de uso estimadas diarias, en la sexta columna se tiene el consumo promedio diario y en la última columna se coloca la demanda máxima, en el caso de motores la demanda del equipo se multiplica por un factor de seguridad (un valor de 3) debido a los picos que generan al encender.
Cálculo de Paneles Solares
En este ejemplo nos da un valor de 12,970 Wh al día debido a que este consumo es un promedio diario estimado puedes tomar un 20% de seguridad sobre este valor, quedando un consumo promedio diario de 15,564 Wh.
Para conocer la potencia fotovoltaica a instalar se considera el consumo promedio diario obtenido, el cual se dividirá entre las horas solares mínimas (esta dependerá de cada área a instalar).
Para el cálculo del número de módulos será necesario dividir la potencia fotovoltaica entre la potencia del módulo a instalar.
Número de módulos= Potencia fotovoltaica/Potencia módulo = 3,458.66 W / 550 W=6.28≈6 módulos
Para este ejemplo se utilizó un módulo Canadian solar de 550 W, Voc=49.6 e Isc=14.
Selección de inversor solar
Para la selección correcta del inversor es necesario regresar a la tabla 1 y observar la suma de las demandas máximas de cada equipo, en este caso se tiene una demanda de 4,174 W.
Para este ejemplo se tomaron dos inversores Growatt SPF 3000 conectados en paralelo a una fase. Los datos técnicos del inversor son los siguientes:
INVERSOR GROWATT
- SPF3000TL LVM-48P
- Potencia: 3,000 W
- Voltaje entrada de batería: 48 Vdc
- Salida: 120 Vac
- Eficiencia: 93%
- Controlador (integrado)
- Voltaje máximo de entrada: 145V
- Corriente Máxima de carga: 80A
- Hasta 4500 W de entrada
Selección de las baterías
Para la selección de las baterías la marca Growatt nos brinda la opción de instalar baterías de Litio o de ácido plomo. A continuación, se realizará el cálculo para obtener el número de baterías para un sistema aislado.
– Cálculo para baterías de Litio
Para el cálculo se tomará la batería Growatt AXE 5.0. Los datos técnicos son los siguientes.
GROWATT AXE 5.0
- Potencia: 5000 W
- Voltaje nominal: 51.8 V
- Amperaje: 98Ah
- Porcentaje de descarga: 90%
Para la obtención del número de baterías a utilizar es necesario conocer el consumo diario de la instalación la cual se ha calculado previamente (15,546 W), la potencia de la batería y por último el porcentaje de descarga de la batería.
Baterías=3.45≈4 baterías AXE
– Cálculo para baterías de ácido plomo
Debido a que estas baterías son de menor capacidad que una de litio es necesario hacer el cálculo de los arreglos en serie y en paralelo para poder alcanzar los valores correctos.
El primer paso es calcular el amperaje por día necesario para el sistema, en este caso es necesario conocer el voltaje del sistema (48 V), consumo diario (15,564 W) y la eficiencia del inversor (93%). El cálculo es el siguiente:
Ya conociendo el Ah/día puedes realizar el cálculo de las baterías necesarias en paralelo, para este ejemplo se toma una batería con los siguientes datos técnicos, voltaje: 12 V y amperaje: 159 A, profundidad de descarga: 50%, días de autonomía: 1 día.
Para el cálculo de las baterías en serie es más sencillo, solamente es dividir el voltaje del sistema entre el voltaje de batería.
El valor de las baterías totales se obtiene multiplicando el total de las baterías en paralelo con el total de baterías en serie.
Para este sistema dimensionado fueron necesarios:
- Dos inversores SPF-3000
- Seis módulos Canadian Solar de 550 W.
- Cuatro baterías de litio Growatt AXE 5.0 o 20 baterías de ácido plomo.
Conclusión
Para el dimensionamiento de un sistema aislado siempre es importante conocer las cargas que se tienen instaladas, ya que todo el cálculo depende de las potencias demandadas por estos al igual que el tiempo de uso de estos equipos, justo como vimos en este contenido.
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