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Sistema de dotación de energía eléctrica mediante paneles solares

Muchas veces los Loteos más económicos están alejados de la red eléctrica pública, y como hemos visto en el artículo anterior, la conexión incluso a una distancia de 1 kilómetro puede costar cerca de $2.000.000.- Y una distancia así conlleva una caída de voltaje importante en caso de corriente fuerte y por consiguiente perdidas de energía, consumo de energía elevado, y costo más elevado por kW efectivamente suministrado.

Pero hoy en día muchas parcelas se abastecen de energía eléctrica mediante un sistema de paneles solares. Hace poco tiempo atrás sistemas de dotación de energía eléctrica que no fueran conectadas a una red eléctrica tradicional se consideraban como soluciones de parche, caros y poco confiables.

Sin embargo, hoy en día, con la vertiginosa caída de los precios de los paneles solares y de baterías para el almacenamiento de energía, la situación es bien distinta. Hay sistemas que parten de tan solo $200.000.- con un buen sistema de alrededor de $1.500.000.- y las configuraciones top por encima de $3.000.000.-

Para entender los limitantes de un sistema de paneles solares hay que entender los diferentes parámetros de este tipo de sistemas. Los paneles convierten la energía del sol y la almacenan en una batería, esta energía almacenada en baterías se transforma en voltaje alterno de 220 V mediante un inversor y se suministra a nuestros equipos domésticos de la casa y de la parcela.

Por lo tanto tenemos los siguientes parámetros:

• cantidad de energía por hora de funcionamiento que los paneles solares pueden captar
• cantidad de energía total que podemos almacenar en las baterías
• corriente máxima de punta que el inversor puede entregar a los equipos.

Entonces, cuando no hay sol, es solamente la batería que almacena la energía que puede alimentar nuestra red doméstica. Cuando elegimos una batería o baterías para nuestra parcela de agrado, tenemos que tener presente que la capacidad de batería se expresa en Ah, o amper-horas. Una batería de 100 Ah significa que puede dar una corriente de 100 Amperes durante 1 hora. Sin embargo, las baterías pueden tener voltaje diferente, hay de 12 V, 24 V o incluso 48 V. Y una batería de 12 V y 100 Ah tiene una capacidad de 1200 Wh o 1.2 kWh. O sea, si una batería entrega 100 A durante 1 hora a 12 V, a 220 V la misma batería entregaría una corriente de 5,5 Amperes durante una hora. Y una batería de 48 V con la misma capacidad entregaría 22 Amperes.

El inversor convierte el voltaje bajo y continuo de la batería a voltaje alterno y de 220 V. El inversor tiene una capacidad máxima de corriente que puede suministrar, que se expresa muchas veces como potencia en Watt. Esto es lo mismo, un equipo que consume 2200 W a 220 V toma una corriente de 10 A (2200 W/220 V=10 A). Hay que entender que hay equipos que en promedio consumen poca energía, pero tienen un consumo muy elevado en algunos momentos y estos pueden sobrecargar y destruir el inversor. Notablemente, son los motores eléctricos que pueden generar consumo 4..10 veces mayor que su potencia nominal durante el arranque y las soldadoras. Un motor de 1 HP, por ejemplo, es un motor que nominalmente tiene una potencia de 750 W o un consumo nominal de 3 A. Pero durante el arranque su consumo puede subir por muy corto tiempo hasta 12..30 A. En una casa conectada a una red eléctrica pública, esto no genera ningún problema, porque el automático no alcanza a cortarse, y la sobrecorriente dura muy poco tiempo y no afecta el sistema en nada. Pero con un inversor que es un equipo digital, esta corriente puede destruirlo. Por lo tanto, cuando compramos un inversor, siempre tenemos que asegurarnos de que la potencia del inversor permite conectar los motores que necesitamos sin dañarse, o sea, si tenemos un motor nominal de 500 W, el inversor debe tener la capacidad de soportar una sobrecarga de hasta 3kW. Hay que leer muy bien la especificación del inversor y las cargas que uno puede conectar, notablemente las soldadoras y los motores eléctricos.

A continuación se presenta una tabla de equipos que suelen encontrarse en la mayoría de las casas de parcelas de agrado. Esta tabla nos permitirá entender los diferentes tipos de sistemas que podemos instalar en nuestra casa de campo. La batería que se usa para el calculo de tiempo de funcionamiento es una batería chica que vale aprox. $150.000.-

Lo que vemos en la tabla es que algunos equipos son absolutamente inadecuados para su uso con un sistema de paneles solares y baterías, por ejemplo, la calefacción eléctrica es absolutamente imposible por alto consumo - para una noche de 8 horas necesitaríamos quizás 10 baterías.

Segundo, si uno se abstiene de uso de motores grandes, limitando el equipamiento de casa a un refrigerador, una bomba de agua, y equipos livianos, como televisores, iluminación LED, y uso ocasional de un taladro chico, esmeril angular chico, cierra de calar (no cierra circular!), uno podría comprar un sistema con un inversor de 2 kW y 1 ó 2 baterías de 100 Ah para suplir las necesidades.

Si uno agrega equipos con motores más grandes (lavadora, cierra circular, esmeril de 7", bombas de riego grandes), y soldadora, hay que pensar en un inversor mucho más potente, quizás 5 kW o más. La cantidad de baterías debería aumentarse, pero no necesariamente por mucho. Un banco de 4 baterías, o sea $600.000.- alcanzará para un consumo sin que tener que pensar mucho en ahorrar la luz.

Finalmente, está el aire acondicionado. Por un lado, el inversor que hay que tener debe ser de alta potencia. Por otro lado, la energía que se puede almacenar en las baterías no va a alcanzar por mucho tiempo. Sin embargo, como ocupamos el aire acondicionado durante el día y cuando hace mucho sol, para hacer funcionar el aire acondicionado puede bastar tener paneles solares grandes sin necesidad de almacenar mucha energía en las baterías. Es importante entender que los valores nominales de potencia de los paneles solares son muy optimistas, porque exigen una insolación completa, en ángulo recto, tienen perdidas por suciedad en el panel, en la conversión al momento de cargar la batería, en la conversión de la energía de la batería al momento de producir 220 V CA. Por lo tanto, un panel de 2000 W podría entregar unos 1000 W reales, que es justo lo que se necesita para hacer funcionar un aire acondicionado chico.

Finalmente, tenemos que considerar el dimensionamiento de los paneles solares mismos. Para cargar completamente una batería de 1,2 kWh, o sea una batería típica de 100 Ah de 12 V se requiere un panel solar.

Ojo y ojo, la publicidad de casi todos los sitios es muy engañosa en cuanto a la potencia de los paneles solares. Hay que entender que un metro cuadrado de un panel solar puede proveer entre 150 y 400 Watts, dependiendo de la calidad del panel, tecnología etc., bajo condiciones ideales de insolación completa, en ángulo recto, etc. Ahora, en la publicidad se habla muchas veces de enormes capacidades de Watts que son falsas, lo más chistoso que he visto para un panel de "1000 W" que decía en la especificación técnica la irradiación de 1000 W/m2 (que es un valor realista de potencia de sol). Lo que no decía abiertamente esta especificación, es que la eficiencia del panel era de 20 %, y por lo tanto, la potencia real entregada por la placa era de tan solo 200 W. Hay que ver dos datos, primero la corriente de potencia máxima (Imp) y el voltaje en máxima potencia (Vmp). Estos dos valores, si uno los multiplica, arrojan la potencia nominal máxima del panel solar. A este valor hay que restar unos 40 % para obtener un valor de potencia real bajo condiciones óptimas.

Entonces, un panel solar que nominalmente dice 200 W (mediante Imp y Vmp, que pueden ser por ejemplo 14 A y 16 V, 14 x 16 = 224 W, no lo que dice la publicidad) de una superficie total cercana a 1 metros cuadrado y que tendría un valor muy aproximado entre 180.000.- y 300.000.- puede proveer unos 120 W reales. Y esto significaría que tendría que cargar la batería de 100 Ah 12 V durante 10 horas para lograr una carga completa.

En caso de un día nublado, hay que pensar que la potencia real se reduce a unos 20 % de la potencia del día de sol. O sea, para cargar la misma batería durante el día nublado se necesitan 5 paneles en lugar de 1.

Resumiendo, para dimensionar nuestro sistema de paneles solares: decidimos qué equipos queremos conectar, y en base a esto elegimos la potencia del inversor, que puede varías desde 1 kW hasta 5 ó incluso 7 kW para una casa. Segundo, estimamos el consumo diario y especialmente, el consumo durante la noche para calcular la capacidad de baterías para almacenar las baterías, que puede ir entre 1 kWh hasta 10 kWh. Tercero, calculamos la potencia de los paneles solares que son necesarios para cargar nuestras baterías, que puede oscilar entre 200 W y 3 kW. Tenemos tener especial atención al uso de aire acondicionado, que puede requerir paneles adicionales y también la necesidad de cargar bien las baterías en días nublados. Aquí hay un punto importante, en los días nublados el uso de aire acondicionado no será tan necesario, por lo que la capacidad final de los paneles solares puede estar limitada.