¿De qué factores depende el rendimiento de un panel solar fotovoltaico?Ayuda para instalar Energía Solar
Segunda parte, por CE3VKM Alejandro
Fundamentalmente de la intensidad de la radiación luminosa y de la temperatura de las células solares.
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Variación de intensidad y tensión con la radiación y la temperatura según potencia nominal.
La intensidad de corriente que genera el panel aumenta con la radiación, permaneciendo el voltaje aproximadamente constante. En este sentido tiene mucha importancia la colocación de los paneles (su orientación e inclinación respecto a la horizontal), ya que los valores de la radiación varían a lo largo del día en función de la inclinación del sol respecto al horizonte.
El aumento de temperatura en las células supone un incremento en la corriente, pero al mismo tiempo una disminución mucho mayor, en proporción, de la tensión. El efecto global es que la potencia del panel disminuye al aumentar la temperatura de trabajo del mismo. Una radiación de 1.000 W/m2 es capaz de calentar un panel unos 30 grados por encima de la temperatura del aire circundante, lo que reduce la tensión en 2 mV/(célula*grado) * 36 células * 30 grados = 2,16 Voltios y por tanto la potencia en un 15%. Por ello es importante colocar los paneles en un lugar en el que estén bien aireados.
La incorporación de un sistema con seguimiento solar ¿mejora el rendimiento de captación fotovoltaica?
Depende del clima y del tipo de aplicación. En condiciones ideales el rendimiento del sistema puede mejorar hasta un 40%, pero el mayor coste que supone no compensa el aumento que se consigue. Su aplicación se limita a aquellos casos en que el mayor rendimiento coincide con la mayor demanda (es el caso de sistemas de bombeo para el ganado en regiones muy secas).
¿Cuál es la función de los diodos en una instalación fotovoltaica?
Los diodos son componentes electrónicos que permiten el flujo de corriente en una única dirección. En los sistemas fotovoltaicos generalmente se utilizan de dos formas: como diodos de bloqueo y como diodos de bypass.
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Los diodos de bloqueo impiden que la batería se descargue a través de los paneles fotovoltaicos en ausencia de luz solar. Evitan también que el flujo de corriente se invierta entre bloques de paneles conectados en paralelo, cuando en uno o más de ellos se produce una sombra.
Los diodos de bypass protegen individualmente a cada panel de posibles daños ocasionados por sombras parciales. Deben ser utilizados en disposiciones en las que los módulos están conectados en serie. Generalmente no son necesarios en sistemas que funcionan a 24 V o menos.
Mientras que los diodos de bloqueo evitan que un grupo de paneles en serie absorba flujo de corriente de otro grupo conectado a él en paralelo, los diodos de bypass impiden que cada módulo individualmente absorba corriente de otro de los módulos del grupo, si en uno o más módulos del mismo se produce una sombra.
¿Qué características definen el comportamiento de una batería?
Son fundamentalmente dos: la capacidad en Amperios hora y la profundidad de la descarga.
Capacidad en Amperios hora:
Los Amperios hora de una batería son simplemente el número de Amperios que proporciona multiplicado por el número de horas durante las que circula esa corriente.
Sirve para determinar, en una instalación fotovoltaica, cuánto tiempo puede funcionar el sistema sin radiación luminosa que recargue las baterías. Esta medida de los días de autonomía es una de las partes importantes en el diseño de la instalación.
Teóricamente, por ejemplo, una batería de 200 Ah puede suministrar 200 A durante una hora, o 50 A durante 4 horas, o 4 A durante 50 horas, o 1 A durante 200 horas.
No obstante esto no es exactamente así, puesto que algunas baterías, como las de automoción, están diseñadas para producir descargas rápidas en cortos períodos de tiempo sin dañarse. Sin embargo, no están diseñadas para largos períodos de tiempo de baja descarga. Es por ello que las baterías de automoción no son las más adecuadas para los sistemas fotovoltaicos.
Existen factores que pueden hacer variar la capacidad de una batería:
Ratios de carga y descarga. Si la batería es cargada o descargada a un ritmo diferente al especificado, la capacidad disponible puede aumentar o disminuir. Generalmente, si la batería se descarga a un ritmo más lento, su capacidad aumentará ligeramente. Si el ritmo es más rápido, la capacidad se reducirá.
Temperatura. Otro factor que influye en la capacidad es la temperatura de la batería y la de su ambiente. El comportamiento de una batería se cataloga a una temperatura de 27 grados. Temperaturas más bajas reducen su capacidad significativamente. Temperaturas más altas producen un ligero aumento de su capacidad, pero esto puede incrementar la pérdida de agua y disminuir el número de ciclos de vida de la batería.
Profundidad de descarga:
La profundidad de descarga es el porcentaje de la capacidad total de la batería que es utilizada durante un ciclo de carga/descarga.
Las baterías de "ciclo poco profundo" se diseñan para descargas del 10 al 25% de su capacidad total en cada ciclo. La mayoría de las baterías de "ciclo profundo" fabricadas para aplicaciones fotovoltaicas se diseñan para descargas de hasta un 80% de su capacidad, sin dañarse. Los fabricantes de baterías de níquel-cadmio aseguran que pueden ser totalmente descargadas sin daño alguno.
La profundidad de la descarga, no obstante, afecta incluso a las baterías de ciclo profundo. Cuanto mayor es la descarga, menor es el número de ciclos de carga que la batería puede tener.
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¿Cuál es la composición de una batería solar de Plomo-ácido?
Estas baterías se componen de varias placas de plomo en una solución de ácido sulfúrico. La placa consiste en una rejilla de aleación de plomo con una pasta de óxido de plomo incrustada sobre la rejilla. La solución de ácido sulfúrico y agua se denomina electrolito.
Construcción de una batería monoblock.
El material de la rejilla es una aleación de plomo porque el plomo puro es un material físicamente débil, y podría quebrarse durante el transporte y servicio de la batería.
Normalmente la aleación es de plomo con un 2-6% de antimonio. Cuanto menor es el contenido en antimonio, menos resistente será la batería durante el proceso de carga. La menor cantidad de antimonio reduce la producción de hidrógeno y oxígeno durante la carga, y por tanto el consumo de agua. Por otra parte, una mayor proporción de antimonio permite descargas más profundas sin dañarse las placas, lo que implica una mayor duración de vida de las baterías. Estas baterías de plomo-antimonio son del tipo de "ciclo profundo".
El cadmio y el estroncio se utilizan en lugar del antimonio para fortalecer la rejilla: ofrecen las mismas ventajas e inconvenientes que el antimonio, pero además reducen el porcentaje de auto descarga que sufre la batería cuando no está en uso.
El calcio fortalece también la rejilla y reduce la auto descarga. Sin embargo, el calcio reduce la profundidad de descarga recomendada a no más del 25%, por lo que las baterías de plomo-calcio son del tipo de "ciclo poco profundo".
Las placas positiva y negativa están inmersas en una solución de ácido sulfúrico y son sometidas a una carga de "formación" por parte del fabricante. La dirección de esta carga da lugar a que la pasta sobre la rejilla de las placas positivas se transforme en dióxido de plomo. La pasta de las placas negativas se transforma en plomo esponjoso. Ambos materiales son altamente porosos, permitiendo que la solución de ácido sulfúrico penetre libremente en las placas.
Las placas se alternan en la batería, con separadores entre ellas, que están fabricados de un material poroso que permite el flujo del electrolito. Son eléctricamente no conductores. Pueden ser mezclas de silicona y plásticos o gomas.
Los separadores pueden ser hojas individuales o "sobres". Los sobres son manguitos, abiertos por arriba, que se colocan únicamente sobre las placas positivas.
Un grupo de placas positivas y negativas, con separadores, constituyen un "elemento". Un elemento en un contenedor inmerso en un electrolito constituye una "celda" de batería.
Placas más grandes, o mayor número de ellas, suponen una mayor cantidad de Amperios hora que la batería puede suministrar.
Independientemente del tamaño de las placas, una celda suministrará sólo una tensión nominal de 2 voltios (para plomo-ácido). Una batería está constituida por varias celdas o elementos conectados en serie, interna o externamente, para incrementar el voltaje a unos valores normales a las aplicaciones eléctricas. Por ello, una batería de 6 V se compone de tres celdas, y una de 12 V de 6.
Las placas positivas por un lado, y las negativas por otro, se interconectan mediante terminales externos en la parte superior de la batería.
¿Qué diferencias hay entre las baterías de plomo-ácido y las de níquel-cadmio?
Las baterías de níquel-cadmio tienen una estructura física similar a las de plomo-ácido. En lugar de plomo, se utiliza hidróxido de níquel para las placas positivas y óxido de cadmio para las negativas. El electrolito es hidróxido de potasio.
El voltaje nominal de un elemento de batería de Ni-Cd es de 1,2 V, en lugar de los 2 V de los elementos de batería de plomo-ácido.
Las baterías de Ni-Cd aguantan procesos de congelación y descongelación sin ningún efecto sobre su comportamiento. Las altas temperaturas tienen menos incidencia que en las de plomo-ácido. Los valores de auto descarga oscilan entre 3 y 6% al mes.
Les afectan menos las sobrecargas. Pueden descargarse totalmente sin sufrir daños. No tienen peligro de sulfatación. Su capacidad para aceptar un ciclo de carga es independiente de la temperatura.
El coste de una batería de Ni-Cd es mucho más elevado que el de una de plomo-ácido; no obstante tiene un mantenimiento más bajo y una vida más larga. Esto las hace aconsejables para lugares aislados o de acceso peligroso.
Las baterías de Ni-Cd no pueden probarse con la misma fiabilidad que las de plomo-ácido. Por tanto, si es necesario controlar el estado de carga, las baterías de Ni-Cd no son la mejor opción.
El Ni-Cd presenta el llamado "efecto memoria": la batería "recuerda" la profundidad de descarga y reduce su capacidad efectiva. Esto se debe a que el compuesto químico que se forma en una placa cargada tiende a cristalizar, por lo que si se le deja el tiempo suficiente queda inutilizada, perdiéndose capacidad. Este proceso no es irreversible pero si de difícil reversión.
¿En qué consiste la sulfatación de una batería de Plomo-ácido?
Si una batería de Plomo-ácido se deja en un estado de descarga profunda durante un período prolongado de tiempo, se producirá su sulfatación. Parte del sulfuro del ácido se combinará con plomo procedente de las placas para formar sulfato de plomo. Si la batería no se rellena con agua periódicamente, parte de las placas quedarán expuestas al aire, y el proceso se verá acelerado. El sulfato de plomo recubre las placas de forma que el electrolito no puede penetrar en ellas. Esto supone una pérdida irreversible de capacidad en la batería que, incluso con la adición de agua, no se puede recuperar.
¿Cómo se puede averiguar el estado de carga de una batería?
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Un densímetro (sin ensamblar) de los usados en acumuladores estacionarios.
La forma más sencilla es a través de la medida de la densidad o gravedad específica del líquido contenido en el acumulador (electrolito). La densidad expresa cuánto pesa el electrolito en comparación con la misma cantidad de agua, y se mide con un densímetro o hidrómetro. El densímetro más común es el utilizado para automoción, que indica la carga en porcentaje. Presenta el inconveniente de que está calibrado para el electrolito utilizado en acumuladores de arranque y no estacionarios, por lo que marcará siempre menos de lo real (50% para un acumulador estacionario completamente cargado).
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Densidad y voltaje típicos por vaso en un acumulador de plomo-ácido.
Densidad y voltaje típicos por vaso en un acumulador de plomo-ácido.
Cuanto mayor es la gravedad específica del electrolito, mayor es el estado de carga. El voltaje de cada vaso, y por tanto el de la batería, es también mayor. La medida de la densidad durante el proceso de descarga nos dará una buena indicación del estado de carga. Durante el proceso de carga, la densidad retrasará la medida del estado de carga debido a que la mezcla completa del electrolito no se producirá hasta el comienzo de la gasificación, cerca del final del período de carga (ver fig. III). En todo caso, esto no debe ser considerado como una medida absoluta de la capacidad de la batería y debe ser combinado con otras técnicas.
¿Ahora qué hago yo si mi batería es de ciclo profundo y sellada como la mido?
Bueno como hoy en día hay casi de todo y más económico, ya tenemos la solución para medir nuestra batería, es cosa de buscar un instrumento a la alcance del bolsillo, o bien como buenos experimentadores no faltaran los amigos que se fabriquen uno para esta prueba, lo otro es siempre pedir a otro amigo si tiene el instrumento o bien un aviso en zona12, mundoradio, o zonaradio, y no faltara el radio aficionado que por su elección de ser parte del Hobby estará siempre dispuesto a cooperar.
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Ahora compartiendo con otro amigo radio aficionado, CA3 WBR Sergio Pozo un excelente radio aficionado e ingeniero de gran nivel, que nos dejara nuestros equipos como nuevo, me conto que las baterías típicas que uno compra de ciclo profundo, en nuestro precioso país no son tan selladas como dicen que son, basta con sacar con mucho cuidado la típica tapita redonda y nos encontraremos con una especie de sombrero plástico u otro material,para mi sorpresa ya tenemos nuestra batería o vaso a nuestra merced y podremos agregarle un poquito de agua destilada si necesitara.
¿Se pueden llegar a congelar los acumuladores? ¿A qué temperatura?
Puesto que los acumuladores de plomo-ácido utilizan un electrolito que lleva agua, pueden llegar a congelarse. Sin embargo, el ácido sulfúrico que lleva actúa como un anticongelante. Cuanto mayor es el porcentaje de ácido en el agua, más baja es la temperatura de congelación. No obstante, incluso un acumulador plenamente cargado a una temperatura extremadamente baja se congelará.
Según se muestra en la tabla adjunta, un acumulador de plomo-ácido, al 50% de carga, se congelará a una temperatura de unos -25 grados.
Como se puede observar, el acumulador debe mantenerse por encima de -10 grados, si va a estar totalmente descargado. Si no se va a poder mantener a una temperatura más elevada, deberá mantenerse el estado de carga a un nivel lo suficientemente alto para evitar la congelación. Esto se puede conseguir de forma automática con un regulador de carga capaz de desconectar el consumo cuando la tensión de la batería cae por debajo de un nivel preestablecido.
Estado Densidad Voltios/vaso Voltios/conjunto Congelación.
Cargada 1,265 2,12 12,70 -57ºC
Cargada 75% 1,225 2,10 12,60 -38ºC
Cargada 50% 1,190 2,08 12,45 -25ºC
Cargada 25% 1,155 2,03 12,20 -16ºC
Descargada 1,120 1,95 11,70 -10ºC
Estado de carga, densidad, voltaje y punto de congelación de un acumulador de Plomo-ácido
¿Qué efectos tienen sobre la capacidad y el voltaje la conexión en serie o en paralelo de varias baterías?
¿Qué efectos tienen sobre la capacidad y el voltaje la conexión en serie o en paralelo de varias baterías?
Las baterías pueden conectarse en serie para incrementar el voltaje, o en paralelo para incrementar la capacidad en Amperios hora del sistema de acumulación.
Al conectar en serie/paralelo se incrementan tanto el voltaje como la capacidad.
Baterías conectadas en paralelo, en serie y en serie paralelo.
¿Cuál es el efecto de descargar rápidamente una batería?
En primer lugar, no se obtiene toda la energía que es capaz de proporcionar la batería. Por ejemplo una batería descargada en 72 horas devuelve aproximadamente el doble de energía que si se descargarse en sólo 8 horas.
Además las descargas rápidas producen deformaciones y la prematura desintegración de las placas de los elementos, que se depositan en el fondo de los recipientes en forma pulverulenta hasta llegar a cortocircuitar ambas placas, inutilizando la batería.
Además las descargas rápidas producen deformaciones y la prematura desintegración de las placas de los elementos, que se depositan en el fondo de los recipientes en forma pulverulenta hasta llegar a cortocircuitar ambas placas, inutilizando la batería.
¿Qué efectos produce el calor en las baterías?
La elevación de temperatura es sumamente perjudicial para las baterías. Si la temperatura de los recipientes es superior a unos 40 grados, es necesario disminuir el régimen de carga.
¿Dónde deben instalarse las baterías?
Debe buscarse un sitio donde la temperatura sea templada, evitando los lugares fríos o expuestos a las temperaturas bajas. Es preciso también evitar temperaturas inferiores a 0 grados ya que entonces la resistencia interna de las baterías aumenta mucho.
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¿Cuál es el peligro de dejar descargada una batería durante mucho tiempo?
El sulfato de plomo que cubre las placas se endurece cuando la batería se encuentra descargada; los poros, obstruidos, no dejan penetrar el electrolito y por lo tanto no pueden actuar en los elementos activos de las placas, reduciéndose la capacidad efectiva. Esto hace además que sea muy difícil recargar una batería que se ha dejado sulfatar.
¿Cuáles son las causas más habituales de que se sulfate una batería?
Las causas más habituales de sulfatación de una batería son:
Dejarla descargada durante mucho tiempo.
Añadir ácido puro al electrolito.
Sobrecargas demasiado frecuentes.
No haber añadido agua destilada en el momento oportuno.
El trasvase de electrolito de unos vasos a otros.
¿Cuáles son los síntomas de que un elemento de batería se ha sulfatado?
Los síntomas más evidentes son:
El densímetro registra siempre una densidad baja del electrolito, a pesar de que el elemento siempre se somete a la misma carga que los otros elementos.
El densímetro registra siempre una densidad baja del electrolito, a pesar de que el elemento siempre se somete a la misma carga que los otros elementos.
La tensión es inferior a la de los demás elementos durante la descarga y superior durante la carga.
Es imposible cargar la batería a toda su capacidad.
Las dos placas, positiva y negativa, tienen un color claro.
En casos extremos, uno de los terminales sobresale más de lo normal debido a la deformación de las placas.
¿Qué clase de agua se debe añadir a las baterías?
Únicamente agua destilada, o agua de lluvia. Debe guardarse en recipientes de vidrio bien limpios. El agua de lluvia, aunque es la mejor, debe recogerse sin que se ponga en contacto con metales (techos de zinc, etc.), porque entonces adquiere impurezas. La recogida por un techo de tejas cerámicas o por una lona impermeable, por ejemplo, reúne buenas condiciones.
¿Es imprescindible el empleo de un regulador de carga en una instalación fotovoltaica? ¿En qué casos se puede prescindir del regulador?
La función primaria de un regulador de carga en un sistema fotovoltaico es proteger a la batería de sobrecargas o descargas excesivas. Cualquier instalación práctica requiere un regulador de carga. La falta del mismo puede ocasionar una reducción de la vida útil de la batería y una pérdida de disponibilidad de uso.
Los sistemas con cargas pequeñas, predecibles y continuas pueden diseñarse para funcionar sin necesidad de regulador. Si el sistema lleva un acumulador sobredimensionado y el régimen de descarga nunca va a superar la profundidad de descarga crítica de la batería, se puede prescindir del regulador.
¿Qué diferencia existe entre los distintos tipos de inversores?
¿Cuál es el que hay que utilizar en cada caso?
¿Cuál es el que hay que utilizar en cada caso?
Los inversores transforman la corriente continua en corriente alterna. La corriente continua produce un flujo de corriente en una sola dirección, mientras que la corriente alterna cambia rápidamente la dirección del flujo de corriente de una parte a otra. La frecuencia de la corriente alterna en España es de 50 ciclos por segundo. Cada ciclo incluye el movimiento de la corriente primero en una dirección y luego en otra. Esto significa que la dirección de la corriente cambia 100 veces por segundo.
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Diferentes formas de onda en corriente alterna (50Hz)
La corriente alterna suministrada por una compañía eléctrica o por un generador diésel o gasolina es (o debería ser) como la que se muestra en la figura en color negro. Los cambios en la magnitud de la tensión siguen una ley senoidal, de forma que la corriente también es una onda senoidal.
La conversión de corriente continua en alterna puede realizarse de diversas formas. La mejor manera depende de cuánto ha de parecerse a la onda senoidal ideal para un funcionamiento adecuado de la carga de corriente alterna:
Inversores de onda cuadrada: la mayoría de los inversores funcionan haciendo pasar la corriente continua a través de un transformador, primero en una dirección y luego en otra. El dispositivo de conmutación que cambia la dirección de la corriente debe actuar con rapidez. A medida que la corriente pasa a través de la cara primaria del transformador, la polaridad cambia 100 veces cada segundo. Como consecuencia, la corriente que sale del secundario del transformador va alternándose, en una frecuencia de 50 ciclos completos por segundo. La dirección del flujo de corriente a través de la cara primaria del transformador se cambia muy bruscamente, de manera que la forma de onda del secundario es "cuadrada", representada en la figura mediante color morado.
Los inversores de onda cuadrada son más baratos, pero normalmente son también los menos eficientes. Producen demasiados armónicos que generan interferencias (ruidos). No son aptos para motores de inducción
Si se desea corriente alterna únicamente para alimentar un televisor, un ordenador o un aparato eléctrico pequeño, se puede utilizar este tipo de inversor. La potencia de éste dependerá de la potencia nominal del aparato en cuestión (para un TV de 19" es suficiente un inversor de 200 W).
Inversores de onda senoidal modificada: son más sofisticados y caros, y utilizan técnicas de modulación de ancho de impulso. El ancho de la onda es modificada para acercarla lo más posible a una onda senoidal. La salida no es todavía una auténtica onda senoidal, pero está bastante próxima. El contenido de armónicos es menor que en la onda cuadrada. En el gráfico se representa en color azul. Son los que mejor relación calidad/precio ofrecen para la conexión de iluminación, televisión o variadores de frecuencia.
Inversores de onda senoidal: con una electrónica más elaborada se puede conseguir una onda senoidal pura. Hasta hace poco tiempo estos inversores eran grandes y caros, además de ser poco eficientes (a veces sólo un 40% de eficiencia). Últimamente se han desarrollado nuevos inversores senoidales con una eficiencia del 90% o más, dependiendo de la potencia, como por ejemplo la incorporación de microprocesadores de última generación permite aumentar las prestaciones de los inversores con servicios de valor añadido como telecontrol, contaje de energía consumida, selección de batería... Sin embargo su coste es mayor que el de los inversores menos sofisticados.
Puesto que sólo los motores de inducción y los más sofisticados aparatos o cargas requieren una forma de onda senoidal pura, normalmente es preferible utilizar inversores menos caros y más eficientes. Dentro de poco tiempo el coste de los inversores senoidales se acercará al de los otros, popularizándose su instalación.
Fotos de algunos modelos de Inversores:
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¿Cómo se dimensiona un inversor?
Los inversores deben dimensionarse de dos formas. La primera es considerando los Vatios de potencia eléctrica que el inversor puede suministrar durante su funcionamiento normal de forma continua.
Los inversores son menos eficientes cuando se utilizan a un porcentaje bajo de su capacidad. Por esta razón no es conveniente sobre dimensionarlos, deben ser elegidos con una potencia lo más cercana posible a la de la carga de consumo.
La segunda forma de dimensionar el inversor es mediante la potencia de arranque. Algunos inversores pueden suministrar más de su capacidad nominal durante períodos cortos de tiempo. Esta capacidad es importante cuando se utilizan motores u otras cargas que requieren de 2 a 7 veces más potencia para arrancar que para permanecer en marcha una vez que han arrancado (motores de inducción, lámparas de gran potencia).
¿Qué diferencia hay entre cargas resistivas y cargas inductivas?
Una carga es cualquier dispositivo que absorbe energía en un sistema eléctrico. Los electrodomésticos, y aparatos eléctricos en general, se dividen en dos grandes grupos de cargas: resistivas e inductivas. Las cargas resistivas son simplemente aquellas en las que la electricidad produce calor y no movimiento. Típicas cargas de este tipo son las lámparas incandescentes o los radiadores eléctricos.
Las cargas inductivas generalmente son aquellas en las que la electricidad circula a través de bobinas. Normalmente son motores, tales como ventiladores o frigoríficos; o transformadores, que se encuentran en la mayoría de los aparatos electrónicos, tales como televisores, ordenadores o lámparas fluorescentes.
¿Qué tipos de elementos de iluminación son los más adecuados para instalar con los sistemas solares fotovoltaicos?
¿Qué tipos de elementos de iluminación son los más adecuados para instalar con los sistemas solares fotovoltaicos?
Dadas las características de los sistemas fotovoltaicos, en los que la capacidad de acumulación de energía es limitada, los equipos de iluminación han de ser de elevado rendimiento y bajo consumo para aprovechar al máximo esa energía. Las más idóneas son las lámparas electrónicas, que dan las mismas prestaciones luminosas que las bombillas convencionales pero ahorran aproximadamente un 80% de energía y tienen una duración 8 veces superior. Esto se debe a que el 95% de la energía que consumen las lámparas incandescentes se transforma en calor y no en luz, mientras que las electrónicas irradian mucho menos calor y transforman un 30% de la energía que consumen en luz. También pueden utilizarse apliques fluorescentes convencionales pero siempre con reactancia electrónica.
¿Cuáles son las diferencias entre un bombeo solar directo y un bombeo convencional?
Un bombeo solar convencional se compone de paneles, regulador, baterías, inversor (si es de alterna) y la bomba. En un bombeo solar directo se eliminan el regulador y las baterías, sustituyéndose el inversor por otro más barato. Esto reduce el precio de la instalación y su mantenimiento. A cambio solo se puede bombear durante el día, por lo que en algunas instalaciones es necesario almacenar el agua en un depósito, que haría la función de la batería. Si además el sistema de bombeo directo utiliza una bomba de desplazamiento positivo el rendimiento energético es casi el doble que el de un bombeo convencional, reduciéndose los paneles necesarios y el precio de la instalación, a pesar de que la bomba es más cara.
¿Qué es y cómo funciona una célula de combustible?
Una célula de combustible es un dispositivo electroquímico que genera electricidad directamente a partir de energía química. Su construcción es muy similar a la de los acumuladores: constan de un electrolito (que puede ser alcalino, de ácido fosfórico, de carbonatos fundidos o de óxido sólido) y de dos electrodos. El ánodo se alimenta con el combustible (normalmente hidrógeno) y el cátodo con el comburente (normalmente oxígeno). Para aumentar la superficie efectiva de los electrodos estos se construyen con materiales porosos. Además, se utilizan presiones altas y temperaturas elevadas para favorecer la reacción. El subproducto de la reacción química es vapor de agua. Las pilas de combustible de ácido fosfórico tienen un rendimiento aproximado del 40% y una temperatura de trabajo de 200ºC. Actualmente se fabrican en unidades de unos 200kW. O más.
Bueno, retomaremos un tema pendiente que es nuestro regulador de carga.
El Regulador de Carga.
Función:
Dispositivo encargado de proteger a la batería frente a sobrecargas y sobredescargas profundas.
Dispositivo encargado de proteger a la batería frente a sobrecargas y sobredescargas profundas.
El regulador de tensión controla constantemente el estado de carga de las baterías y regula la intensidad de carga de las mismas para alargar su vida útil. También genera alarmas en función del estado de dicha carga.
Los reguladores actuales introducen microcontroladores para la correcta gestión de un sistema fotovoltaico. Su programación elaborada permite un control capaz de adaptarse a las distintas situaciones de forma automática, permitiendo la modificación manual de sus parámetros de funcionamiento para instalaciones especiales. Incluso los hay los que memorizan datos que permiten conocer cuál ha sido la evolución de la instalación durante un tiempo determinado.
Para ello, consideran los valores de tensión, temperatura, intensidad de carga y descarga, y capacidad del acumulador.
Existen dos tipos de reguladores de carga, los lineales y los conmutados
Sistema de regulación. ¿Cómo trabajan los reguladores de carga?
Regulación De La Intensidad De Carga De Las Baterías: igualación, carga profunda, flotación.
IGUALACIÓN.
Esta respuesta del regulador permite la realización automática de cargas de igualación de los acumuladores tras un período de tiempo en el que el estado de carga ha sido bajo, reduciendo al máximo el gaseo en caso contrario.
CARGA PROFUNDA
Tras la igualación, el sistema de regulación permite la entrada de corriente de carga a los acumuladores sin interrupción hasta alcanzar el punto de tensión final de carga. Alcanzado dicho punto el sistema de regulación interrumpe la carga y el sistema de control pasa a la segunda fase, la flotación.
Cuando se alcanza la tensión final de carga, la batería ha alcanzado un nivel de carga próximo al 90% de su capacidad, en la siguiente fase se completará la carga.
CARGA FINAL Y FLOTACIÓN.
La carga final del acumulador se realiza estableciendo una zona de actuación del sistema de regulación dentro de lo que denominamos “Banda de Flotación Dinámica”. La BFD es un rango de tensión cuyos valores máximos y mínimo se fijan entre la tensión final de carga y la tensión nominal + 10% aproximadamente.
Una vez alcanzado el valor de voltaje de plena carga de la batería, el regulador inyecta una corriente pequeña para mantenerla a plena carga, esto es, inyecta la corriente de flotación. Esta corriente se encarga por tanto de mantener la batería a plena carga y cuando no se consuma energía se emplea en compensar la Autodescarga de las baterías.
Indicadores De Estado: Desconexión Del Consumo Por Baja Tensión De Baterías, Alarmas De Señalización
DESCONEXIÓN DEL CONSUMO POR BAJA TENSIÓN DE BATERÍA.
La desconexión de la salida de consumo por baja tensión de batería indica una situación de descarga del acumulador próxima al 70% de su capacidad nominal.
Si la tensión de la batería disminuye por debajo del valor de tensión de maniobra de desconexión de consumo durante más de un tiempo establecido, se desconecta el consumo. Esto es para evitar que una sobrecarga puntual de corta duración desactive el consumo.
Tensión de desconexión del consumo: tensión de la batería a partir de la cual se desconectan las cargas de consumo.
ALARMA POR BAJA TENSIÓN DE BATERÍA.
La alarma por baja tensión de batería indica una situación de descarga considerable. A partir de este nivel de descarga las condiciones del acumulador comienzan a ser comprometidas desde el punto de vista de la descarga y del mantenimiento de la tensión de salida frente a intensidades elevadas.
Esta alarma está en función del valor de la tensión de desconexión de consumo (siempre se encontrará 0,05 volt/elem. por encima).
En el regulador DSD, Si la tensión de la batería disminuye por debajo del valor de la alarma durante más de 10segundos aprox. se desconecta el consumo. El regulador entra entonces en la fase de igualación y el consumo no se restaurará hasta que la batería no alcance media carga. Además, incluye una señal acústica o visual para señalizar que la batería esta baja.
PROTECCIONES TIPICAS.
Contra sobrecarga temporizada en consumo.
Contra sobretensiones en paneles, baterías y consumo.
Contra desconexión de batería.
INDICADORES DE ESTADO/ SEÑALIZADORES HABITUALES.
Indicadores de tensión en batería.
Indicadores de fase de carga.
Indicadores de sobrecarga/ cortocircuito.
PARÁMETROS A CALCULAR, DIMENSIONAMIENTO.
Tensión nominal: la del sistema (12, 24, 48)
Intensidad del regulador: la intensidad nominal de un regulador ha de ser mayor que la recibida en total del campo de paneles FV.
Parámetros importantes que determinan su operación
Intensidad Máxima de Carga o de generación: Máxima intensidad de corriente procedente del campo de paneles que el regulador es capaz de admitir.
Intensidad máxima de consumo: Máxima corriente que puede pasar del sistema de regulación y control al consumo.
Voltaje final de carga: Voltaje de la batería por encima del cual se interrumpe la conexión entre el generador fotovoltaico y la batería, o reduce gradualmente la corriente media entregada por el generador fotovoltaico (I flotación). Vale aproximadamente 14.1 para una batería de plomo ácido de tensión nominal 12V.
El típico regulador que yo utilizado son de marca China y los tengo funcionando desde el año 2010 sin problema. Algunas fotos de los que estoy utilizando.
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¿Qué cable nos sirve para nuestro sistema solar
Como buen experimentador y utilizando lo que uno tiene a mano partí con un simple cable paralelo, pasando por un cordón de 1mm a uno de 3mm, hasta llegar a la conclusión de que el cable que se debe utilizar en nuestro sistema solar tiene que ser el adecuado ya que de lo contrario tendremos mucha perdida de energía y que ira directamente en desmedro de nuestra inversión, que por suerte al cabo de estos tres años prácticamente ha bajado bastante, lo más aconsejable es un cable flexible que soporte mínimo 30 o 40A o más, lo otro es que ojala tenga doble forro para proteger de la humedad e inclemencias del tiempo, ya que parte de este conductor estará a la intemperie todo el año. Yo sé que toda esta inversión es costosa, pero el que pueda hacerlo no dude en comprar buenos materiales para que su instalación le de satisfacciones y como dice el dicho lo barato cuesta caro. Un cable alternativo seria AWG del 10 o 12 ahí buscar la equivalencia en Amper. De lo contrario les muestro el que estoy utilizando ahora que es más caro pero con un panel de 135Watt y buena insolación he logrado sacar 8 Amper por más de seis horas en el día.
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Cable para conexión de sistema Fotovoltaico de alto rendimiento doble protección flexible sirve incluso para la intemperie soporta 40 / 50 amp
¿Cómo gastamos nuestra energía acumulada
Esta es la parte más agradable después de toda la teoría y toda la práctica instalaciones viene los resultado y tendremos que ver como administramos la corriente producida acumulada en de batería o banco de batería, en primer instancia lo primero es lo primero mis equipos de radio los puedo alimentar fácilmente el VHF con una batería de 100amper tenemos de más, ahora para nuestro HF con tres baterías de las mismas tenemos para disfrutar del muy buenos contactos, también de CQ CQ CQ, así que por experiencia propia he estado en ruedas por más de cuatro horas, así que como todavía nos sobra energía iluminamos el shack y también podemos iluminar parte de nuestro hogar, ahora yo lo he hecho con inversores de 12 a 220v, pero la realidad en mi caso me quedo todo lo que es iluminación a 12volt, con ampolletas económicas de 12volt que alumbran como una de 50watt o bien con cintas led, focos led y también uniendo de 4 led para 12volt etc. Todos tienen un bajo consumo y gran iluminación, algunas muestra de lo mencionado.
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Ahora todo esto utilizando un solo panel de 135watt, claro que como di a conocer más arriba en lo plasmado dependerá del lugar geográfico que estemos, bueno estimados amigos espero que esta recopilación les sirva de algo para verificar su sistema auto soportado, sacar conclusiones mejorar nuestro sistema fotovoltaico.He tratado de extraer de la web algunos datos, lo más simple posible de entender, además que es lo que se asemeja mucho a lo que yo estoy utilizando desde el año 2010, se me olvidaba como todo sistema de energía tiene sus riesgos de corto circuito e incendio, recordar colocarle su fusible o los fusibles necesarios para protegernos y darle seguridad a nuestro sistema.
AHHHH y en una de esas hay algún amigo, que se decide a instalar su sistema solar auto sustentado que la verdad no es muy difícil de realizar y recordar que siempre habrá una mano amiga que nos ayudara, además aprovecho de felicitar a los que ya lo tienen, y de paso le estamos dando un respiro a nuestra tierra.
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Más adelante les daré a conocer mi experiencia con mí sistema Inversor ON GRID (TIE GRID) de onda sinusoidal pura, el cual inyecta la energía tomada desde los paneles solares pasando por el inversor y sincronizándola a la red domiciliaria, la gracia de este sistema es el ahorro directo, y en algunos momentos llega a hacer girar el medidor en forma inversa, claro si eso dependerá de cuantos paneles tengamos.
Alejandro López
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