Diseño de un Sistema de Autonomía Energética para una Vivienda Rural con Energía Solar Fotovoltaica
En este post, te guiaré paso a paso para diseñar un sistema de energía solar fotovoltaica que permita la autonomía energética diurna y nocturna de una vivienda rural sin acceso a la electricidad. La vivienda tiene dos habitaciones, sala de estar, comedor, cocina y un baño, y los artefactos a alimentar son los siguientes:
- Nevera con motor de 1/3 hp.
- 3 ventiladores.
- 6 bombillas LED de 15W.
- Lavadora de ropa de 6 kg.
- Internet satelital con accesorios.
- Bomba de agua de 1/2 hp.
- Televisor con WiFi.
- Laptop.
- Cafetera eléctrica.
Además, el sistema debe tener un excedente de energía para cargadores de celulares y herramientas como un taladro o esmeril. A continuación, detallamos los cálculos, componentes y comparaciones con una planta generadora a gasoil.
1. Cálculo del Consumo Energético Diario
Primero, estimamos el consumo diario de cada artefacto en vatios-hora (Wh). Para ello, multiplicamos la potencia (W) por las horas de uso diario.
| Artefacto | Potencia (W) | Horas de uso/día | Consumo por día (Wh) | |
| Nevera 1/3 Hp | 250 | 8 | 2000 | |
| 3 ventiladores | 75 c/u | 8 | 1800 | |
| 6 bombillas led 15 w | 15 | 5 | 450 | |
| Lavadora de ropa (6 Kg) | 500 | 1 | 500 | |
| Internet satelital | 30 | 12 | 360 | |
| Televisor con WiFi | 100 | 4 | 240 | |
| Laptop | 60 | 4 | 240 | |
| Cafetera eléctrica | 1000 | 0,5 | 500 | |
| Total consumo diario | 6625 Wh | |||
Añadimos un 20% de excedente para cargadores y herramientas:
- Consumo total con excedente: 6625 Wh × 1.2 = 7950 Wh/día.
2. Dimensionamiento del Sistema Fotovoltaico
a) Paneles Solares
- Potencia requerida: 7950 Wh/día.
- Horas de sol pico (HSP): Supongamos 5 horas (depende de la ubicación geográfica).
- Potencia de paneles necesaria: 7950 Wh ÷ 5 HSP = 1590 W.
- Paneles de 200W: 1590 W ÷ 200 W = 8 paneles (conectados en paralelo o serie-paralelo según el regulador de carga).
b) Baterías
- Energía a almacenar: 7950 Wh/día.
- Profundidad de descarga (DoD): 50% (para maximizar la vida útil de las baterías).
- Capacidad necesaria: 7950 Wh ÷ 0.5 = 15900 Wh.
- Voltaje del sistema: 24V (recomendado para sistemas medianos).
- Capacidad en Ah: 15900 Wh ÷ 24V = 662,5 Ah.
- Baterías recomendadas: 4 baterías de 12V y 200Ah conectadas en serie-paralelo (24V y 400Ah total).
c) Inversor
- Potencia máxima simultánea: Suma de las potencias de los artefactos que pueden funcionar al mismo tiempo (nevera, lavadora, bomba, cafetera, etc.).
- Potencia pico estimada: ~2500 W.
- Inversor recomendado: 3000 W (con un 20% de margen), onda sinusoidal pura para proteger los equipos.
d) Regulador de Carga
- Corriente de paneles: 1590 W ÷ 24V = 66.25 A.
- Regulador recomendado: 80A (MPPT para mayor eficiencia).
3. Tipos de Paneles Solares y Baterías Recomendados
a) Paneles Solares
Los paneles solares rígidos son la mejor opción para una instalación fija en una vivienda rural debido a su eficiencia, durabilidad y costo-efectividad. Aquí te detallamos los tipos más comunes:
i) Paneles Monocristalinos
- Eficiencia: 18-22%.
- Características: Hechos de un solo cristal de silicio, son más eficientes en condiciones de luz óptima y ocupan menos espacio.
- Ventajas:
- Mayor eficiencia en áreas con alta radiación solar.
- Vida útil larga (25-30 años).
- Mejor rendimiento en climas cálidos.
- Recomendación: Ideales si el espacio para instalación es limitado.
ii) Paneles Policristalinos
- Eficiencia: 15-18%.
- Características: Fabricados con múltiples cristales de silicio, son ligeramente menos eficientes que los monocristalinos pero más económicos.
- Ventajas:
- Costo más bajo.
- Buen rendimiento en condiciones de luz moderada.
- Durabilidad similar a los monocristalinos.
- Recomendación: Excelente opción si el presupuesto es ajustado y se dispone de suficiente espacio para la instalación.
iii) Paneles de 200W
- Recomendación: Para este proyecto, se sugieren paneles de 200W, ya que ofrecen un equilibrio entre potencia y costo. Pueden ser monocristalinos o policristalinos, dependiendo del presupuesto y las condiciones de luz en la zona.
b) Baterías
Las baterías son esenciales para almacenar la energía generada durante el día y utilizarla por la noche o en días nublados. Estas son las opciones más adecuadas:
i) Baterías de Ciclo Profundo (Plomo-Ácido)
- Tipo: Baterías de plomo-ácido inundadas o selladas (AGM o Gel).
- Ventajas:
- Costo inicial más bajo.
- Adecuadas para sistemas solares medianos.
- Disponibilidad amplia en el mercado.
- Desventajas:
- Requieren mantenimiento periódico (en el caso de las inundadas).
- Profundidad de descarga recomendada del 50% para maximizar su vida útil.
- Recomendación: Ideales para presupuestos ajustados y sistemas que no requieran descargas profundas frecuentes.
ii) Baterías de Litio (LiFePO4)
- Tipo: Baterías de fosfato de hierro y litio.
- Ventajas:
- Mayor vida útil (2000-5000 ciclos).
- Profundidad de descarga del 80-90%.
- Menor peso y tamaño.
- Sin mantenimiento.
- Desventajas:
- Costo inicial más alto.
- Recomendación: Perfectas para sistemas que requieren mayor autonomía y durabilidad, aunque representan una inversión inicial mayor.
iii) Configuración de Baterías
- Voltaje del sistema: 24V (recomendado para sistemas medianos).
- Capacidad: Para este proyecto, se necesitan baterías que sumen 400Ah en 24V (4 baterías de 12V y 200Ah conectadas en serie-paralelo).
- Recomendación: Si el presupuesto lo permite, opta por baterías de litio para mayor eficiencia y vida útil. Si no, las baterías de plomo-ácido son una alternativa económica y confiable.
| Aspecto | Sistema Solar Fotovoltaico | Planta Generadora a Gasoil |
| Costo inicial | Alto (paneles, baterías, inversor, instalación). | Moderado (costo de la planta). |
| Costo operativo | Muy bajo (solo mantenimiento). | Alto (combustible y mantenimiento). |
| Durabilidad | 25-30 años (paneles), 5-10 años (baterías). | Depende del uso y mantenimiento. |
| Impacto ambiental | Cero emisiones, energía renovable. | Emisiones de CO2 y ruido. |
| Autonomía | Total (día y noche con baterías). | Depende del suministro de gasoil. |
| Mantenimiento | Bajo (limpieza de paneles, revisión de baterías). | Alto (cambio de aceite, filtros, etc.). |
5. Costo Estimado del Sistema Solar
| Componente | Cantidad | Costo unitario (USD) | |
| Paneles 200W | 8 | 150 | |
| Baterías 12V 200Ah | 4 | 250 | |
| Inversor 3,000W | 1 | 500 | |
| Regulador MPPT 80A | 1 | 300 | |
| Estructura y cableado | – | – | |
| Total estimado | 3500 USD | ||
6. Conclusión
Un sistema solar fotovoltaico bien dimensionado puede proporcionar autonomía energética diurna y nocturna para una vivienda rural, con un costo inicial que se amortiza con el tiempo gracias al bajo mantenimiento y la ausencia de gastos en combustible. Además, es una solución ecológica y sostenible. En comparación, una planta generadora a gasoil implica costos operativos continuos y un mayor impacto ambiental.
