Planificación de un Sistema Solar Fotovoltaico para una Vivienda: Ejemplo Práctico de Alimentación Alternativa por 12 Horas
En áreas donde las fallas eléctricas son frecuentes y prolongadas, contar con un sistema solar fotovoltaico como fuente alternativa puede ser la solución ideal. En esta guía te mostraremos cómo planificar un sistema solar diseñado para alimentar una vivienda durante cortes eléctricos de hasta 12 horas, usando un ejemplo práctico y detallado.
Escenario hipotético
La vivienda se encuentra en una zona tropical con abundante sol y un área disponible en el techo de 36 m² para paneles solares. El objetivo es alimentar los siguientes aparatos durante cortes eléctricos prolongados (al menos 12 horas):
- Aire acondicionado: 12.000 BTU, 220 V, 7 A (considerando el pico de arranque).
- Nevera: 1/3 HP, 110 V, 3,5 A (con pico de arranque).
- Televisor: 110 V, 250 W.
- Ventilador: 110 V, 0,1 A.
- Módem-router: 110 V, 1 A.
- 6 lámparas LED: 25 W cada una (total 150 W).
- Bomba de agua: 1/2 HP, 110 V, 3 A.
El sistema debe proporcionar energía durante 12 horas continuas sin aporte solar directo, por lo que el almacenamiento en baterías será esencial.
1. Cálculo del Consumo Total de Energía
1.1 Consumo por aparato
Para calcular el consumo energético total, multiplicamos la potencia de cada aparato por el número de horas de uso.
Fórmula básica:
Potencia (W)=Voltaje (V)×Corriente (A) >>> Potencia (W)} = Voltaje (V) / Corriente (A)
Energía (Wh)=Potencia (W)×Horas de uso
| Aparato | Voltaje (V) | Corriente (A) | Potencia (W) | Horas de uso | Consumo (Wh) |
|---|---|---|---|---|---|
| Aire acondicionado | 220 | 7 | 1.540 | 8 | 12.320 |
| Nevera(ciclo intermitente)* | 110 | 3,5 | 385 | 8 | 3.080 |
| Televisor | 110 | — | 250 | 5 | 1.250 |
| Ventilador | 110 | 0,1 | 11 | 10 | 110 |
| Módem-router | 110 | 1 | 110 | 12 | 1.320 |
| 6 Lámparas LED (25 W c/u) | 110 | — | 150 | 6 | 900 |
| Bomba de agua** | 110 | 3 | 330 | 1 | 330 |
Notas:
*Las neveras no funcionan de forma continua al 100%, pero para mayor seguridad consideramos 8 horas.
**La bomba solo se usará ocasionalmente (1 hora).
Consumo total diario:
Sumamos todos los consumos en Wh
12.320+3.080+1.250+110+1.320+900+330=19310Wh (19,31 kWh)
2. Dimensionado del Banco de Baterías
El sistema debe suministrar 19,31 kWh durante 12 horas sin aporte solar. Además, debemos considerar la profundidad de descarga (DoD) para prolongar la vida útil de las baterías.
- Profundidad de descarga recomendada: 80% (para baterías de litio)
- Eficiencia del sistema: 90% (pérdidas en inversor y cableado)
Capacidad útil requerida:
19,31 KWh / 0,9 = 21,455 KWh
Capacidad total del banco de baterías:
21,455 KWh / 0,8 = 26,819 KWh
Si usamos un sistema de 48V, la capacidad necesaria en Ah será:
26.819 KWh / 48 = 558,7 Ah
Recomendación:
- Baterías de Litio 48V – 560 Ah (aproximadamente 26,9 kWh de almacenamiento total).
Si no consigues una batería de 48V y 560Ah, pero sí de 48V y 400Ah, puedes solucionarlo de dos maneras principales:
Opción 1: Aumentar la Capacidad con Múltiples Baterías en Paralelo
Como la capacidad en Ah (amperios-hora) es el factor limitante, puedes conectar dos baterías de 48V y 400Ah en paralelo. Al hacerlo, se suman las capacidades, lo que resultaría en:
400Ah + 400Ah = 800Ah
Esto superaría los 560Ah requeridos, dándote mayor autonomía. Sin embargo, es más costoso y ocupa más espacio.
Opción 2: Reducir el Consumo o la Autonomía
Si el presupuesto o el espacio son una limitante, puedes reducir el tiempo de respaldo a menos de 12 horas o disminuir el consumo apagando algunos equipos no esenciales en ciertas horas.
Por ejemplo, con 400Ah en lugar de 560Ah, tendrías aproximadamente un 71% de la autonomía planeada:
(400Ah/560Ah) × 12h = 8.57h
Esto significaría que la energía de respaldo duraría aproximadamente 8 horas y 30 minutos en lugar de 12.
3. Dimensionado de los Paneles Solares
Ahora determinemos cuánta energía deben generar los paneles para recargar las baterías durante el día y alimentar los aparatos en tiempo real.
- Consumo total diario: 19,31 kWh
- Añadimos un 20% por pérdidas y días nublados:
19,31× 1,2 = 23,17 kWh/día
En una zona tropical, se reciben en promedio 5 horas pico solares (HSP) al día.
Potencia total necesaria en paneles:
23,17 / 5 = 4634 W
Si se usan paneles de 400 W, necesitaremos:
4634 / 400 = 11,58
Redondeamos a 12 paneles de 400 W.
Espacio necesario:
- Cada panel de 400 W ocupa aprox. 2 m².
- 12 paneles x 2 m² = 24 m²
La superficie disponible es de 36 m², por lo que hay espacio suficiente.
4. Elección del Inversor y Regulador de Carga
4.1 Inversor
El inversor convierte la corriente continua (CC) de las baterías en corriente alterna (CA) para los aparatos.
- Carga máxima simultánea:
- Aire acondicionado (1.540 W) + Nevera (385 W) + TV (250 W) + Router (110 W) + Ventilador (11 W) + Luces (150 W) + Bomba (330 W) = 2.776 W
- Considerando picos de arranque (+30%):
2.776 × 1,3 = 3.608 W
Recomendación:
- Inversor híbrido de 5 kW, 48V, onda senoidal pura.
4.2 Regulador de carga
- Con 12 paneles de 400 W, tenemos una potencia de 4.800 W.
- Se recomienda un regulador MPPT (seguimiento del punto de máxima potencia) de al menos 100 A / 48 V.
5. Consideraciones de Seguridad y Cableado
- Cableado: Usa cables adecuados para corriente continua de alto voltaje (mínimo AWG 6 para paneles y AWG 4 para baterías).
- Protección: Instala fusibles y disyuntores entre los paneles, el regulador, el inversor y las baterías.
- Tierra física: Todo el sistema debe estar conectado a tierra para protección contra descargas eléctricas.
- Ventilación: Asegúrate de que los componentes estén en un área ventilada y protegida de la humedad.
6. Conclusión
Este sistema solar está diseñado para alimentar una vivienda durante 12 horas sin red eléctrica, proporcionando energía a electrodomésticos esenciales como el aire acondicionado, la nevera, luces, equipos de comunicación y otros aparatos. Con una correcta planificación y un banco de baterías adecuado, la familia podrá disfrutar de una fuente de energía limpia y confiable incluso durante los apagones más largos.
¿Tienes alguna duda sobre el dimensionado o los componentes? ¡Déjame tus preguntas en los comentarios!
