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¿Cómo calcular una instalación eléctrica de paneles solares fotovoltaicos?

Dimensionar una instalación solar fotovoltaica

En el siguiente artículo vamos a explicar, en forma sencilla y paso a paso, cómo calcular una instalación eléctrica de paneles solares fotovoltaicos, es decir, un sistema solar para abastecer de electricidad a una vivienda, pequeña empresa o comercio.

Independientemente de las recomendaciones que vamos a compartir en este artículo, te sugerimos contratar a un proveedor confiable de paneles solares, que garantice la correcta instalación eléctrica de tu sistema fotovoltaico para prevenir imprevistos y garantizar la producción necesaria para tu consumo.

Fórmula de cálculo de un sistema solar fotovoltaico

A continuación veremos una fórmula sencilla que utilizamos para conocer el número mínimo de paneles solares fotovoltaicos que necesitamos para abastecer eléctricamente el hogar o pequeña empresa en forma autónoma, es decir, sin necesidad de otro suministro eléctrico.

Fórmula de cálculo de un sistema solar fotovoltaico
Fórmula de cálculo de un sistema solar fotovoltaico

Cálculo del consumo eléctrico diario

En primer lugar, lo que vamos a necesitar para realizar correctamente el cálculo, es el consumo eléctrico diario máximo del lugar para dimensionar eficazmente la instalación solar eléctrica.

En esta fórmula, el componente E es el consumo diario, que va a estar comprendido por la suma de los consumos diarios individuales de cada artefacto o electrodoméstico que tenemos en el hogar o comercio.

En principio diríamos que hay dos formas de obtener este consumo. La más sencilla sería el de una vivienda que ya se encuentra en funcionamiento y lo que se desea es el reemplazo del suministro eléctrico por uno de capacidades similares pero de fuente solar. En este caso, consultaremos las boletas de cobro de electricidad de, por lo menos, los 12 meses últimos, como para recuperar el consumo promedio y máximo actual.

La segunda forma es un poco más compleja y depende de estimaciones de uso de los diferentes artefactos y electrodomésticos y del consumo de cada uno. Más adelante veremos ejemplos de cómo se realizan estos cálculos.

Obtención de las Horas Solar Pico

Horas Solar Pico (HSP) - Irradiación solar mundial

HSP en la fórmula, son las horas solar pico que tenemos en la ubicación donde se va a realizar la instalación del sistema fotovoltaico. Este dato nos informa cuántas horas de sol vamos a tener por día en esa ubicación y se puede obtener de información estadística que se encuentra en Internet.

¿Qué son las Horas Solar Pico?

¿Que son las Horas Solar Pico?

La hora solar pico (HSP) es una unidad que mide la irradiación solar y se define como la energía por unidad de superficie que se recibiría con una hipotética irradiancia solar constante de 1000 W/m² o, lo que es lo mismo, 1 kWh/m².

Por ejemplo, las horas solar pico de Monterrey en México es de casi 5 horas.

Horas Solar Pico (HSP) en México
Fuente: Smartbitt

Potencia del panel fotovoltaico

Wp es la potencia del panel solar fotovoltaico que nosotros vamos a seleccionar, dependiendo del panel con el que queramos trabajar. En este caso, esa información es parte de una elección que tenemos que hacer en función de la disponibilidad y costo de los paneles que tenemos disponibles en el mercado.

Calcular una instalación eléctrica de paneles solares fotovoltaicos
Paneles solares fotovoltaicos

La unidad de la energía para el consumo eléctrico diario es el watt o vatio, la hora solar pico es medida en horas y la potencia del panel fotovoltaico también está definida en vatios por hora. El resultado del cálculo va a dar el número de paneles que necesitamos para esta instalación en particular.

Ejemplo de cálculo con historial de consumo

En este primer caso tenemos una vivienda o pequeña empresa que ya tiene un historial de consumo, por lo tanto, esa información para obtener el valor de E lo podemos sacar de la factura que nos cobra la empresa que nos provee de la energía eléctrica.

Supongamos que el proveedor nos dice que el consumo mensual ha sido como máximo en los últimos 12 meses de 190 kilovatios. Como este dato es mensual, para obtener el consumo diario necesitamos dividir por 30 días. Este cálculo nos da 6,33 kilovatios.

Como el dato está en Kilovatios y nosotros necesitamos transformarlo a la potencia que tienen nuestros paneles solares fotovoltaicos, que en general está en vatios, entonces lo multiplicamos por 1000 y nos dan 6330 vatios. Luego tomamos como referencia a Monterrey donde según los datos tenemos un promedio de 5 horas solar pico.

Con toda esta información, el cálculo de la fórmula completa sería:

Número de paneles = (6330 vatios * 1,3) / (5 horas * 340 vatios/hora)
Número de paneles =  8229 / 1700 = 4,84 paneles

El número de paneles solares fotovoltaicos de 340 vatios, necesarios para esta instalación eléctrica es de 5 (debemos redondear al entero más próximo superior).

Aclaración: 1,3 en la fórmula es un factor de seguridad, que significa que vamos a sobredimensionar un 30 porciento más el consumo, para así no quedarnos cortos con la cantidad de paneles que vamos a usar.

Dimensionar una instalación solar fotovoltaica desde cero

Dimensionar una instalación solar fotovoltaica
Dimensionar una instalación solar fotovoltaica

En este segundo caso estamos hablando de una instalación autónoma que va a aprovechar la irradiación solar para generar la energía eléctrica necesaria para el suministro de una vivienda, un sistema de bombeo, un sistema de riego, un sistema de telecomunicaciones o cualquier otro uso pero desde cero, es decir, que no tenemos una historia previa de consumo.

Vamos a comenzar viendo los artefactos o electrodomésticos que van a realizar un consumo de esta instalación fotovoltaica.

Lo que tenemos son los consumos y estos consumidores de energía eléctrica pueden ser de dos tipos: algunos que consumen corriente continua, como viene directamente de los paneles y otros que consumen corriente alterna, generalmente de 220 o 230 voltios y 50 hertzios, como los que podemos tener en nuestras casas.

En este último caso, para poder alimentar estos consumos necesitamos hacer uso de un aparato que es un inversor, que transforma la corriente continua en corriente alterna y de esa manera estamos alimentando estos consumos en corriente alterna.

Vamos a ir viendo, paso a paso, diferentes ejemplos de consumo que van a ir sumándose al cálculo de consumo total que queremos alimentar con esta instalación solar, si queremos alimentar consumos en corriente alterna o queremos alimentar consumos en corriente continua.

Vamos a hacer un listado de todos los elementos que tenemos en la instalación y que van a consumir energía eléctrica. Necesitamos conocer la potencia que consume un determinado artefacto o electrodoméstico para conocer el consumo energético que tiene.

Tenemos que sumar a todos los consumidores de energía eléctrica de la instalación para calcular el equipamiento que será capaz de abastecer esta demanda.

Podemos tener consumos en corriente continua, que directamente puede ser consumida a 12 voltios o la tensión que nos proporcionen las baterías. Por ejemplo, pequeñas bombillas led de 12 voltios, un refrigerador que funcione a 12 voltios, o un pequeño televisor que funcione también a 12 voltios.

Pero lo más habitual, hoy en día, es que los consumos sean en corriente alterna a 220 o 230 voltios.

Ejemplo de cálculo de los consumos

Vamos a considerar que tenemos una instalación aislada con la que queremos abastecer una pequeña casa de campo, y en la que vamos a poner muy pocos elementos, pero estos elementos van a funcionar con corriente alterna a 230 voltios. En este caso no vamos a considerar ningún consumo en corriente continua

Lo primero que tenemos, por ejemplo, es un cargador de teléfono móvil. En Internet podemos encontrar diferentes potencias para estos cargadores. Lo más habitual es que consuman menos de 10 vatios. Entonces para redondear utilizamos el valor de 10 vatios y necesitamos estimar la cantidad de horas al día que se va a utilizar. Por ejemplo, un smartphone se carga con tres horas y lo vamos a utilizar todos los días de la semana y la carga se debería hacer todos los días.

Lo que vamos a hacer es multiplicar el consumo por hora (10 vatios) por la cantidad de horas de carga (3 horas) por el número de días por semana (7 días). Haciendo el producto de todo esto, nos da un consumo de 210 vatios horas por semana.

Después en la pequeña casa tenemos tres puntos de iluminación LED. Cada bombilla consume alrededor de 10 vatios. Estimamos que las vamos a utilizar unas tres horas por día cada una y luego los días de uso a la semana. En este caso también las vamos a utilizar siete días, es decir todos los días de la semana. El cálculo en este caso nos da que el consumo de las 3 bombillas sería de 630 vatios horas por semana.

Lo que vamos a ir haciendo es sumar cada uno de los consumos, que hasta ahora da 840 vatios horas a la semana (210 + 630). Si lo queremos expresar como vatios hora al día, simplemente dividimos este valor entre 7.

También vamos a incluir un televisor led que tiene un consumo de 200 vatios y lo podemos llegar a tener encendido durante dos horas cada uno de los 7 días de la semana. En este caso el cálculo nos da 2800 vatios horas a la semana o 400 vatios hora por día.

Por último, sumando detalladamente todos los artefactos que van a consumir de la instalación solar fotovoltaica, vamos a tener el consumo total diario y con este dato ya podemos reemplazar en la fórmula de cantidad de paneles que necesitamos para la instalación.

Calcular una instalación de paneles solares fotovoltaicos

Aunque parezca que calcular una instalación eléctrica de paneles solares fotovoltaicos es una tarea compleja, con esta fórmula sencilla, algunos datos que podemos obtener fácilmente de Internet y con la suma de consumos que necesitamos abastecer, se vuelve una actividad bastante simple. En próximos artículos veremos en detalle los cálculos para estimar los otros componentes necesarios para estas instalaciones solares, como las baterías, el regulador y el inversor de corriente.