Rendimiento solar versus capacidad de la batería

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¿Cuánto rendimiento solar necesitas con qué capacidad de batería para cubrir tus necesidades? Esta pregunta se plantea a algunas personas que simplemente quieren lograr la autosuficiencia en su casa móvil o quieren crear un sistema de islas para poder ser independientes de la red eléctrica pública, posiblemente inexistente, en zonas remotas.

Ahora, por supuesto, puede planificar una gran capacidad de batería, pero el espacio es escaso, especialmente en escenarios de uso móvil, y la posible salida del módulo fotovoltaico está limitada a alrededor de 1200 .. 1.725 Wp, suponiendo 2 .. 3 módulos con 575 Wp. Y lamentablemente no se debe descuidar el peso en términos de número de baterías, a menos que se disponga de un vehículo con un peso total autorizado superior a 7,5 toneladas y el permiso de conducción necesario.

En este sentido, es importante minimizar el consumo si realmente se quiere poder funcionar de forma independiente. Pero, ¿cuánto tiempo brilla el sol en las distintas horas del día y del mes en las distintas ubicaciones geográficas y qué resultados se obtienen de la duración media estadística de la luz solar? ¿Se pueden recargar las baterías en cualquier momento?

Tecnología de alto voltaje versus tecnología de bajo voltaje

Generalmente se conocen baterías de 12 V. En los camiones se instala 24 V. Los 48 V se pueden encontrar en vehículos recreativos, barcos y yates. Todas estas son tecnologías de bajo voltaje.

Los sistemas de alto voltaje funcionan con voltajes superiores a 60 V CC, pero normalmente entre 100 y 200 V CC (!).

¿Por qué estas diferencias? Esto se explica rápidamente si se observan las corrientes que fluyen: con funcionamiento inversor y 5.000 VA de potencia nominal CA, las baterías de 12 V producirían unos impresionantes 400 A, es decir, 62 mm.² de espesor, por lo que se requiere un cable pesado; cuando se utilizan baterías de 48 V y 104 A, solo 4 mm², a 200 V se obtienen 25 A con una sección de cable de sólo 0,25 mm².

Sin embargo, los cables comparativamente delgados no deben llevar a descuidos cuando se trabaja con altos voltajes de CC: ¡todos los sistemas que pueden transportar voltajes de CC superiores a 60 V deben ser instalados y mantenidos - ÚNICAMENTE - por personal especializado capacitado!

Los datos del inversor que se utilizarán en el lado de entrada determinan la configuración de la batería. Cuanto mayor sea el voltaje de entrada, por ejemplo 48 V en lugar de 12 V, menor será el precio.

Un inversor de 24 V CC con 5 kVA cuesta 1.500 euros, la versión de 48 V cuesta unos 700 euros.

En versión de alta tensión, un inversor trifásico de 5 kW con entrada de 150 V CC cuesta unos 1.200 euros, y uno de 8 kW con 180 V CC cuesta unos 1.400 euros.

La versión de alto voltaje es definitivamente más económica para uso estacionario.

Relatividad de carga en el uso móvil

Ahora una autocaravana no sólo se mantendrá en pie, sino que también conducirá. Esto significa que las baterías se cargan con electricidad del alternador a través del amplificador de carga. Por supuesto, esto es difícil de integrar en un cálculo, ya que los tiempos de viaje son difíciles de determinar estadísticamente y, por lo tanto, pueden utilizarse en el cálculo. Pero es bueno saber que...

De vez en cuando también tendrás la oportunidad de utilizar una conexión eléctrica a tierra y cargar las baterías.

Constancia calculable en el campo estacionario.

Calculable en la medida en que ya se han recopilado suficientes datos estadísticos en todo el mundo que, teniendo en cuenta todos los factores relevantes, proporcionan información sobre el rendimiento solar esperado.

La experiencia ha demostrado que la teoría y la práctica difieren a pesar de todas las estadísticas, pero es útil tener una idea de dónde está planificando cuando tiene el espacio x y la capacidad de la batería y en la ubicación z.

La herramienta internacional en línea ayuda aquí PVGIS ( PAGhotoVoltaico GRAMOgeográfico Iinformación Ssistema) que es utilizado por el Comisión Europea, Centro Común de Investigación, Unidad de Eficiencia Energética y Renovables, vía E. Fermi 2749, TP 450, I-21027 Ispra (VA).

El documentación La herramienta en línea, que también es de uso intuitivo, es muy completa y cubre todas las preguntas, incluso a nivel de comprensión y nomenclatura.

Supuestos del fabricante

Los fabricantes de baterías o sistemas de baterías quieren presentar sus sistemas de forma ventajosa y, por tanto, ofrecer a los interesados datos comparativos aproximados que les den una idea de la capacidad de almacenamiento. Por ejemplo, la siguiente afirmación: Nuestro módulo de almacenamiento de 10 kW es adecuado para un hogar de cuatro personas, incluido el funcionamiento de una bomba de calor y un vehículo eléctrico.

La afirmación en sí es incluso profunda, ya que el consumo anual de un hogar de este tipo, según el proveedor de electricidad, es de unos 5,7 kW de media al año.

Lo único que puede desvirtuar esta suposición positiva es el hecho de que es necesario reponer la energía almacenada y, por tanto, disponible: en invierno, naturalmente, el sol sólo brilla una fracción del tiempo de verano, por lo que el rendimiento dista mucho de estar en línea con el consumo.

Experimentar con diferentes parámetros en la herramienta PVGIS mencionada anteriormente proporciona un poco más de claridad, que a continuación muestra un ejemplo de la influencia de cambiar diferentes parámetros para una ubicación supuesta.

Configuraciones de ejemplo y sus resultados.

Para todos los ejemplos siguientes se supone como geolocalización Düsseldorf-Volmerswerth con las coordenadas (WGS84) 51.188 (N), 6.749 (E).

uso móvil

Debido al espacio limitado disponible para los módulos fotovoltaicos, se supone el uso de dos módulos de 575 Wp. La capacidad de la batería sirve como variable, lo que permite períodos más largos de menos luz solar a medida que aumenta el tamaño, pero por otro lado también requiere períodos más largos de luz solar para completar un ciclo de carga completo.

El consumo mínimo –permanente– posible se considera constante y necesariamente dado. Contexto: todos los consumidores que DEBEN recibir siempre suficiente energía de forma fiable (por ejemplo, también dispositivos médicos como perfusores, ventiladores, etc.), así como la iluminación, los enrutadores y otros consumidores, se suman y el resultado es el tamaño mínimo que se puede suministrar de forma fiable. disponible en todo momento y bajo todas las condiciones establecidas.

Uso estacionario

Aquí tanto el área del módulo como la capacidad de la batería se consideran variables, sólo el consumo se considera estático.

El consumo diario mínimo y máximo determinado por las lecturas diarias de los medidores durante los meses de invierno puede servir como una guía aproximada. En el escenario mínimo, se debe garantizar el funcionamiento de los dispositivos que se utilizan de forma permanente y frecuente durante el día; por el contrario, los dispositivos que consumen mucha energía se deben poner en funcionamiento con cuidado. Esto ahorra recursos financieros en el diseño de la memoria.

El escenario máximo permite que todos los dispositivos funcionen en la medida habitual, sin restricciones. Esto sería concebible como objetivo opcional, aunque con el uso de mayor capital.

Y si …?

Simulación – uso móvil

En el caso de una instalación plana de los módulos fotovoltaicos (ángulo de inclinación 0°), se obtienen los siguientes datos:

500 Wh de rendimiento garantizado en los meses de invierno a 1.150 Wp y una capacidad de batería de 1.120 Ah, equivalente a 14.336 Wh, con una descarga máxima de 85 %.

Si utiliza más de 500 Wh al día, corre el riesgo de que las baterías se descarguen por completo porque la luz solar diaria ya no es suficiente para proporcionar una carga suficiente.

Un aumento de potencia a 850 Wh sólo es posible con una capacidad de batería cuatro veces (!) mayor y da como resultado una descarga de hasta el 71 por ciento.

Simulación – uso estacionario

Cuando está parado, el ángulo de inclinación se optimiza en la orientación sur: el resultado será un aumento del rendimiento de hasta 50 %. Se considera estándar un ángulo de inclinación de 35°. Dado que el sol está más bajo en invierno, un ángulo más pronunciado de 39° produce mayores rendimientos en los meses de invierno. Por el contrario, los ángulos más pronunciados provocan una reducción del rendimiento.

Es posible una extracción diaria de 750 Wh con un ángulo de inclinación de 39°, por lo demás datos idénticos.

A modo de comparación, en Österby, condado de Gotland, Suecia (51.188, 6.749), aquí solo un ángulo de inclinación de 69° da como resultado una posible extracción diaria de 500 Wh con una descarga del 85 por ciento.
Sin embargo, reducir el ángulo de inclinación a 39° da como resultado un rendimiento reducido de sólo 10 %.
En zonas con mucha nieve, una posición más pronunciada tiene sentido simplemente porque reduce la acumulación de nieve en los módulos.