Cómo calcular correctamente sus necesidades de energía solar y el tamaño del banco de baterías

Paso 1: cree un perfil de carga diaria a partir de los datos del dispositivo

Un perfil de carga diaria enumera todos los electrodomésticos de la casa, su potencia y cuántas horas suelen funcionar al día. Multiplicar la potencia por horas da los vatios-hora (Wh) diarios y la suma de todos los electrodomésticos da el consumo diario total. Este es el número más importante en todo el proceso de dimensionamiento, porque todos los cálculos posteriores (capacidad de la batería, recuento de paneles, potencia del inversor) se derivan de él.

La suma del ejemplo anterior da aproximadamente 7.850 Wh (7,85 kWh) por día para este perfil de hogar. Sus propias cifras diferirán, pero el método sigue siendo el mismo: enumere la potencia en vatios de la placa de identificación (generalmente impresa en la etiqueta del electrodoméstico o que se encuentra en su manual), calcule las horas diarias realistas de uso en lugar de los máximos teóricos y totalice los resultados.

Paso 2: Separe la carga máxima de la demanda de energía continua

La energía continua es la carga constante que su sistema debe sostener a lo largo del tiempo, mientras que la carga máxima (también llamada sobretensión o carga inicial) es la breve ráfaga que muchos aparatos impulsados por motor consumen cuando se encienden. Los compresores, bombas y motores pueden consumir de tres a siete veces su potencia de funcionamiento durante una fracción de segundo al arrancar. El tamaño insuficiente para la carga máxima es una de las causas más comunes de paradas de inversores y disyuntores disparados en sistemas residenciales.

Cuando varios aparatos impulsados por motor pueden arrancar simultáneamente, su inversor y banco de baterías deben manejar la sobretensión combinada, no solo la carga de funcionamiento combinada. Una regla general segura es dimensionar la capacidad de sobretensión del inversor al menos a la suma de las cargas continuas más el evento de sobretensión más grande anticipado, ya que es estadísticamente improbable que cada carga del motor arranque exactamente en el mismo instante.

Paso 3: Convierta la carga diaria en capacidad del banco de baterías

Una vez que conozca el consumo diario de energía en vatios-hora, el siguiente paso es traducirlo a la capacidad utilizable de la batería, expresada en amperios-hora (Ah) o kilovatios-hora (kWh). Esto requiere tres ajustes más allá de la cifra diaria bruta de Wh: voltaje del sistema, profundidad de descarga y días de autonomía.

• Voltaje del sistema determina cómo Wh se convierte en Ah. Divida los Wh diarios por el voltaje del sistema (comúnmente 12 V, 24 V o 48 V) para obtener la demanda diaria de Ah.
• Profundidad de descarga (DoD) explica el hecho de que las baterías no deben agotarse por completo. Las baterías de fosfato de hierro y litio generalmente permiten entre un 80 y un 100 por ciento de DoD, mientras que las químicas de plomo-ácido generalmente se limitan al 50 por ciento para preservar el ciclo de vida.
• Días de autonomía es el número de días consecutivos de poca luz solar que el banco de baterías debe cubrir sin recargar. Dos o tres días es un objetivo común para los hogares que desean un respaldo confiable en tiempos nublados.

Este cálculo muestra por qué la química es tan importante como la capacidad bruta. Un banco de plomo-ácido destinado a la misma energía utilizable necesitaría aproximadamente el doble de capacidad nominal debido a su umbral de descarga segura más bajo, lo que afecta directamente la huella, el peso y el costo de reemplazo a largo plazo. Un bien combinado solución de almacenamiento de energía solar se dimensiona en función de la energía utilizable, no simplemente de la capacidad nominal, razón por la cual no se puede omitir el ajuste del Departamento de Defensa.

Paso 4: Dimensione el inversor para que coincida con la carga y la sobretensión

El inversor convierte la energía de CC almacenada en la batería en energía de CA que utilizan sus electrodomésticos y debe estar clasificado para demanda continua y sobretensión. Aquí importan dos cifras: potencia nominal continua y potencia nominal de sobretensión (pico), que generalmente se enumeran por separado en las hojas de especificaciones del inversor.

Los inversores de tamaño insuficiente suelen fallar no debido a la demanda diaria promedio sino a sobretensiones momentáneas que nunca fueron clasificadas para absorber. En caso de duda, elegir un inversor un nivel por encima de su requisito continuo calculado proporciona un margen útil para futuras adiciones de electrodomésticos sin un rediseño completo del sistema.

Paso 5: Haga coincidir la salida del panel solar con las necesidades de recarga de la batería

El trabajo del conjunto de paneles es recargar completamente el banco de baterías dentro de las horas de luz disponibles, teniendo en cuenta la variabilidad climática y las pérdidas del sistema. Un enfoque de dimensionamiento simplificado divide la demanda de energía diaria por las horas pico de sol promedio para su región, luego agrega un factor de pérdida por cableado, efectos de temperatura e ineficiencia del controlador de carga.

Utilizando el ejemplo anterior de 7.850 Wh diarios con 4,5 horas de sol pico promedio y un factor de pérdida del 20 por ciento, el requisito bruto del panel es aproximadamente 7.850 dividido por 4,5, luego dividido por 0,80, lo que se acerca a los 2.180 vatios de capacidad del panel. Sobredimensionar ligeramente más allá de esta línea de base ayuda a que el conjunto se recupere más rápido después de una cobertura de nubes de varios días, lo que es más importante para la autonomía que para el equilibrio diario promedio.

Resumen de tamaño de muestra para un hogar mediano

Al reunir cada paso, la siguiente tabla muestra un ejemplo completo para un hogar con el perfil de carga utilizado anteriormente en esta guía.

Optimización de la eficiencia antes de sobredimensionar

Antes de agregar capacidad al panel o a la batería, vale la pena reducir el consumo evitable, ya que cada vatio ahorrado en el lado de la carga reduce el costo tanto en el lado de generación como en el de almacenamiento del sistema.

1. Reemplace la iluminación incandescente o halógena con luminarias LED, que generalmente reducen el consumo de iluminación entre un 70 y un 85 por ciento.
2. Configure los termostatos de aire acondicionado y refrigeración en configuraciones eficientes en lugar de agresivas, ya que unos pocos grados de diferencia afectan significativamente el tiempo de funcionamiento del compresor.
3. Escalonar el uso de electrodomésticos de alto consumo (lavar, calentar agua, cocinar) en diferentes momentos del día para suavizar la demanda máxima en lugar de concentrarla.
4. Audite el consumo de energía en espera de dispositivos electrónicos, cargadores y equipos de red, que pueden agregar silenciosamente varios cientos de vatios-hora por día.
5. Aísle y selle la envolvente del edificio donde las cargas de refrigeración o calefacción contribuyen de manera importante al perfil diario.

Un hogar que recorta un 15 por ciento de su carga básica antes de dimensionar un sistema a menudo puede reducir proporcionalmente los requisitos de batería y panel, lo que reduce significativamente el costo inicial sin sacrificar la confiabilidad.