Wiki-Monsolar: kits solares fotovoltaicos de aislada con batería de plomo

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Para información sobre kits solares con BATERÍA de LITIO leer: Kit solar de aislada con batería de litio – Conceptos imprescindibles

1.- KITS SOLARES FOTOVOLTAICOS todo lo que debes saber

1.1- Concepto básico de funcionamiento de un kit solar

Primero que nada debemos entender el concepto de funcionamiento básico de un kit solar fotovoltaico estándar. Para visualizar el concepto de forma sencilla vamos a utilizar unidades de energía imaginarias que llamaremos uds.

Imaginemos ahora una vivienda que consume diariamente 10 uds de energía. Es obvio deducir que necesitamos un número de placas solares capaces de producir como mínimo esas 10 uds. Además, como es muy difícil hacer coincidir en el tiempo la producción de las placas solares con el consumo de la vivienda, porque hay consumos nocturnos cuando no hay producción solar, o consumos superiores a la producción solar instantánea, necesitaremos unas baterías capaces de almacenar como mínimo esas 10 uds. de energía.

kit solar estable o autosuficiente

En un día normal en el que las baterías están cargadas con 10 uds, las placas solares producirán 10 uds. que serán consumidas por la vivienda, mientras que la batería se mantendrá al final del día igual con sus 10 uds.

En la vida real los consumos nunca coinciden con la producción solar, por ejemplo porque consumimos 8 uds por el día y 2 uds por la noche. En este caso, las 2 uds se consumen de las baterías dejándolas con 8 uds. Si al día siguiente el consumo es el mismo, 8 uds de la producción solar cubrirán los consumos diurnos (8 uds.) y las 2 uds restantes de producción cargarán la batería de nuevo a 10 uds.

Cuando esto se cumple podemos decir que tenemos un sistema estable, ya que todo el consumo se cubre con la producción de las placas solares, bien sea de forma directa o a través de la energía almacenada en las baterías.

Cubrir las pérdidas de producción

Para ser capaces de producir 10 uds con placas solares utilizamos cálculos basados en datos históricos de radiación, pérdidas por temperaturas, rendimientos, suciedad, imperfecciones en los materiales, autodescarga de las baterías, etc. Y por lo tanto, para cubrir un consumo en una vivienda de 10 uds. deberemos diseñar el sistema para producir unas 12 uds. De no ser así, sería muy probable tener muchos días de producción inferior a 10 uds y consumos continuos de 10 uds. irían descargando poco a poco las baterías hasta agotarlas.

Producción solar en las peores condiciones de radiación

Se debe calcular el número de placas solares teniendo en cuenta la peor época del año en la que se utilizará la instalación solar. Porque en nuestro ejemplo las placas solares que producen 10 uds en invierno pueden producir hasta 20 uds en verano. Pero si diseñamos las placas solares para una producción de verano, no serán capaces de cubrir el consumo durante el invierno.

Hoy en día como las placas solares son tan baratas, no es un problema comprar las suficientes placas solares para cubrir el consumo de invierno aunque luego en verano produzcan hasta el doble. Lo que debemos saber es, que el consumo de verano durante el día puede ser casi del doble que en invierno, pero ojo! solo el consumo diurno, ya que la batería no cambia, solo cambia la producción de las placas solares.

Autonomía del kit solar

Siguiendo con el ejemplo inicial con unidades de energía ficticias uds…

Imaginemos un día de lluvias donde las placas solares producen solamente 3 uds. Y con el consumo de la vivienda de 10 uds; como las baterías son de capacidad 10 uds.  consumiremos 7 uds de las baterías dejándolas a 3 uds. Si al día siguiente volvemos a tener un día de lluvias con producción de 3 uds. No seremos capaces de cubrir el consumo de la vivienda (10 uds) ya que solo producimos 3 uds y quedan 3 uds en las baterías, por lo tanto agotaremos las baterías y nos quedaremos sin luz.

Por lo tanto debemos diseñar las baterías como mínimo con 3-4 días de autonomía para kits solares que van a utilizarse durante todo el año. Ya que en invierno la probabilidad de lluvias es mayor, y para kits solares con utilización vacacional y de fines de semana, se podrían diseñar las baterías para 2 días de autonomía, ya que en teoría con 2 días de autonomía cubrimos el consumo que podamos hacer durante un fin de semana en los meses más desfavorables del año.

En nuestro ejemplo, multiplicaremos el consumo diario por el número de días de autonomía que queremos en las baterías; 10 uds de consumo x 3 días daría una batería de 30 uds. Y cómo veremos más adelante deberemos de nuevo, multiplicar x2 la capacidad de las baterías solares para evitar las descargas superiores al 50% de la capacidad de la batería. Dando finalmente una batería de 60 uds.

Cubrir las pérdidas de autodescarga, rendimiento, temperatura e imperfecciones de las baterías

Al igual que con las placas solares será necesario tener en cuenta las pérdidas y diseñaremos una batería con una capacidad un 10% – 20% superior al valor calculado, dependiendo de las condiciones de uso del kit solar.

1.2.- Calcular el consumo diario estimado

Lo primero y más importante para comprar un kit solar fotovoltaico es calcular el consumo Wh/día estimado de la vivienda. De esta forma podremos calcular las placas solares necesarias para cubrir ese consumo y la capacidad de las baterías solares para proporcionar 3-4 días de autonomía. Este es sin duda el punto fundamental para obtener un buen diseño y el resultado al esperado.

Para calcular el consumo estimado se realiza una tabla con el número de aparatos la potencia de cada aparato y las horas de utilización diarias. De esta forma podemos calcular los Wh/día estimados de cada electrodoméstico. Posteriormente sumamos todos los Wh/día de todos los electrodomésticos para obtener el consumo diario total.

En Monsolar.com disponemos una calculadora de consumos para realizar el cálculo de forma sencilla. Además, aparecerán automáticamente los kits solares diseñados para uso permanente y para uso vacacional para cubrir el consumo diario calculado.

Calculadora de consumos y kits solares

1.3.- Relación entre paneles solares, baterías e inversor.

Como casi todo en esta vida, los componentes de un kit solar tienen que guardar una relación proporcional entre ellos. No se puede poner un gran número de placas solares con unas baterías pequeñas, o un inversor de mucha potencia con baterías pequeñas. Si no se guarda una proporcionalidad la vida de las baterías está en peligro.

1.3.1.- Número de placas solares necesarias.

La potencia del campo fotovoltaico se diseña para cubrir el consumo diario para las peores condiciones de radiación solar. Es decir, si la utilización del kit solar es durante todo el año, diseñaremos la potencia del campo fotovoltaico para cubrir el consumo diario de un día de diciembre. Si el kit solar será para utilización vacacional y fines de semana del resto del año, diseñaremos la potencia del campo fotovoltaico para un día medio de septiembre u octubre.

Para realizar el cálculo es necesario tener en cuenta las Horas Solares Pico (HSP) del lugar, las características técnicas de las placas solares, las pérdidas del sistema, pérdidas por suciedad de la atmósfera, pérdidas por calentamientos, etc. Para ello se utilizan herramientas de cálculo sofisticadas que simplifican el proceso. Utiliza nuestra calculadora de consumos y kits solares para calcular tu consumo y ver el diseño del kit solar que se adapta a tu consumo. Dentro del kit solar podrás consultar la producción solar y la potencia necesaria de placas solares.

IMPORTANTE: La corriente de carga de baterías debe ser entorno al 10% de la capacidad de las baterías en C10. Y nunca superar el 20%.

Conclusión: Diseñaremos el generador solar para que la corriente de carga esté sobre el 10% de la capacidad de la batería. No podemos sobredimensionar el campo fotovoltaico y permitir que el regulador solar cargue con corrientes superiores a 20%.

1.3.2.- Capacidad de las baterías.

La capacidad de las baterías nos marca los días de autonomía que tendrá el kit solar. Como no queremos que la profundidad de descarga de la batería supere el 50%, multiplicaremos el consumo diario x2 para que la capacidad de la batería sea el doble que la de un día de consumo. (lo que significaría 1 día de autonomía). Posteriormente multiplicaremos por el número de días de autonomía deseado para obtener la capacidad total de la batería.

Lo normal es diseñar las baterías con 3-4 días de autonomía. Lo que significará que debemos multiplicar el consumo diario por 6. (x2 para utilizar el 50% de la batería y x3 para 3 días de autonomía; total x6).

Por ejemplo: un consumo de 2000Wh/día x6 = 12.000Wh/día

Si la batería es de 12V: 12.000Wh /12V = 1.000Ah de batería a 12V. (formada por: 1 batería de 12V y 1.000Ah; o 2 baterías de 6V y 1.000Ah en serie; o 6 baterías de 2V y 1.000Ah conectadas en serie)

Si la batería es de 24V: 12.000Wh / 24V = 500Ah de batería a 24V.  (formada por: 2 baterías de 12V y 500Ah conectadas en serie; o 4 baterías de 6V y 500Ah en serie; o 12 baterías de 2V y 500Ah conectadas en serie)

Si la batería es de 48V: 12.000Wh / 48V = 250Ah de batería a 48V. (formada por: 4 baterías de 12V y 250Ah conectadas en serie; o 8 baterías de 6V y 250Ah en serie; o 24 baterías de 2V y 250Ah conectadas en serie)

*Todas las baterías del ejemplo anterior tienen la misma capacidad:

Conclusión: Baterías con capacidades más pequeñas a las necesarias suponen, profundidades de descarga elevadas y muerte prematura de las baterías. Además corremos el riesgo de que la corriente de carga de batería exceda su valor óptimo.

1.3.3.- Potencia y tensión de funcionamiento del inversor solar

No confundir potencia con energía.

La potencia es la demanda instantánea de un aparato eléctrico y es el resultado de la multiplicación de la tensión por la corriente de funcionamiento.

La energía es el consumo producido por un electrodoméstico de una determinada potencia durante un tiempo.

EJEMPLO: Una bombilla de potencia = 2W encendida durante 1h consumirá una energía de 2Wh

La potencia del inversor nos limita el máximo de potencia que pueden tener nuestros electrodomésticos, o también, el máximo de electrodomésticos que podemos conectar a un mismo tiempo. Al igual que con el contrato de la luz de la compañía eléctrica, si superamos esa potencia «saltará la luz». En los inversores solares lo que sucede es que se para el inversor para autoprotegerse. Tan solo será necesario apretar un botón para que continúe funcionando.

Todos los inversores solares permiten picos de potencia de unos pocos segundos del doble de la potencia nominal del equipo. Esto sirve para arranque de las cargas más exigentes como los motores o las bombas.

Debido a que el inversor solar debe elevar la tensión de la batería de corriente continua (DC) y convertirla a 230V de Corriente Alterna (AC), para tener inversores solares de mayores potencias será necesario tener baterías de mayor tensión:

• Para sistemas con potencia necesaria inferior a 1000W podemos realizar la instalación solar a 12V
• Para sistemas con potencia necesaria entre 1000W y 3000W realizaremos la instalación solar a 24V
• Para sistemas con potencia necesaria superior a 3000W realizaremos la instalación solar a 48V

Conclusión: Inversores muy potentes con baterías pequeñas pueden permitir tasas de corriente de consumo muy elevadas. Las tasas de corriente elevadas descargan la batería más rápidamente (entrando en C10, C2 o incluso en C1) además pueden superar el límite de corriente máximo de la batería y dañarla.

1.4.- Errores más comunes de diseño

Existen por internet numerosas ofertas de kits solares fotovoltaicos y en la mayoría de los casos estos kits solares están mal diseñados. Bien sea por desconocimiento o por realizar ofertas más baratas que la competencia. Ojo, que no estamos hablando en este punto de que se abaranten costes mermando la calidad, que también puede pasar, pero lo que tratamos en este punto es de explicar que para abaratar costes se realizan mal los diseños de los kits solares.

1.4.1.- Placas solares de 24V que no lo son

Existe gran confusión con las placas solares de 24V. Y es que hay infinidad de ofertas por Internet de placas solares de 24v que realmente no lo son. Placas solares de 250w, 260w, 275W, 280W etc que realmente tienen 60 células y que se ofertan como placas solares de 24V.

Las placas solares de 24V tienen 72 células y trabajan a una tensión en el punto de máxima potencia de unos 37V, en cambio las placas solares de 60 células trabajan a una tensión en el punto de máxima potencia de unos 30V. Junto con la utilización de reguladores solares PWM, las primeras son capaces de cargar baterías solares de 24V hasta absorción 28,8V incluso en condiciones de temperatura elevada cuando la tensión de las placas solares baja, las segundas junto con el uso de reguladores solares PWM, en verano no son capaces de cargar las baterías al 100%, produciendo mucha sulfatación y acortando la vida de las baterías.

Para más información: ¿Cómo afecta la temperatura a una placa solar?

Las primeras se pueden utilizar con reguladores solares PWM más baratos y con reguladores solares MPPT, mientras que las segundas deben utilizar obligatoriamente reguladores solares MPPT más caros.

Si utilizas placas solares de 60 células como si fueran de 24V junto con reguladores solares PWM tienes un problema.

¿Por qué se ofertan placas solares de 60 células como si fueran placas solares de 24V?

El principal motivo es el desconocimiento. A priori una placa solar de 60 células en condiciones ideales puede cargar perfectamente una batería solar de 24V. El problema viene cuando la temperatura exterior es elevada (en verano) y la tensión de salida de las placas solares se reduce. Por lo tanto, una vez realizada la instalación solar pueden pasar varios años hasta que apreciemos el excesivo deterioro de las baterías solares. Hay que tener en cuenta que una batería estacionaria bien diseñada y con buen mantenimiento nos debería durar entre 15 y 20 años. Si no se realizan las cargas completas habitualmente se podría reducir la vida de las baterías solares a unos 7 años.

Y otro motivo es porque las placas solares de 60 células son más baratas. Las placas solares de 60 células fueron ampliamente utilizadas en la época de las instalaciones solares de conexión a red con venta de energía. Instalaciones que utilizaban configuraciones en el campo fotovoltaico con tensiones de trabajo de 200V a 600V y con inversores de conexión a red con seguidores MPPT para controlar el punto óptimo de trabajo de las placas solares. Durante estos años del boom se fabricaron un enorme número de placas solares de 60 células, resultando en mejoras en los procesos de fabricación y abaratando los costes. Con el cambio de normativa en el 2008 se paró drásticamente  este tipo de instalaciones y el mercado de placas solares de 60 células tuvo que adaptarse para poder dar salida al excedente de producción. Como resultado la mayoría de estas placas terminan vendiéndose en otros países y se empiezan a fabricar los reguladores solares MPPT para poder cargar baterías solares con estas placas.

Conclusión: las placas solares de 60 células son más baratas que las placas solares de 24v y 72 células, pero en cambio una placa solar de 72 células puede ser utilizada con reguladores solares PWM más baratos que los reguladores solares MPPT. Lo que ahorramos por un lado lo gastamos por el otro. Y en caso de ahorrar por los 2 lados el error sale caro.

1.4.2.- MUCHOS paneles solares y POCAS baterías.

La gran competencia entre tiendas online ha favorecido que se oferten kits solares fotovoltaicos con un diseño excesivo de paneles solares que supuestamente pueden cubrir una demanda de consumo elevadísima y con unas baterías de capacidad muy pequeña para ese consumo prometido.

El porqué de estas ofertas es bien fácil de comprender, las baterías son muy caras y los paneles solares son muy baratos. Suponiendo que el 100% del consumo se realizara durante las horas de sol y coincidiendo con la producción solar, en un caso ideal en verano podríamos suponer que no se consume energía de las baterías y el diseño sería correcto. Pero en la realidad:

El resultado de este mal diseño también es muy fácil de entender. El consumo real se realiza en parte durante la noche, la producción solar de los paneles en invierno es prácticamente la mitad que la del verano, además de la existencia de días nublados, suponen profundidades de descarga de la batería muy elevadas, además de que la corriente de carga de batería es elevadísima con tantas placas solares y con baterías tan pequeñas, lo que acaba reduciendo la vida útil de las baterías a unos pocos años.

1.4.3.- Baterías solares infradimensionadas

Las baterías de una instalación solar son el corazón de la misma, la parte más cara, la que requiere mayor mantenimiento y la que es necesario renovar periódicamente. Diseñar una batería solar adecuadamente requiere un cálculo para evitar descargas profundas, tasas de corriente de carga elevadas y disponer de los días de autonomía necesarios.

Si la batería es pequeña, el coste del kit solar es menor, pero la vida de la batería se reducirá a más de la mitad. Durante el primer año o los dos primeros años puede que no notemos la deficiencia, porque la batería aguantará durante un tiempo las profundidades de descarga elevadas, pero una vez perdamos la garantía del kit solar, empezaremos a tener problemas.

Reducir capacidad a la batería de un kit solar puede reducir el coste del kit incluso a más de la mitad. Te aconsejamos que aprendas a realizar el cálculo rápido de baterías solares para poder comparar kits solares y saber distinguir un mal diseño.

El cálculo se explica en el apartado de baterías, pero es básicamente multiplicar el consumo diario estimado Wh/día x 6. Y de ese consumo sobredimensionado, se divide por la tensión de batería para saber que batería elegir.

1.4.4.- Consumo diario estimado elevadísimo

Este punto es prácticamente el mismo que el anterior, pero el concepto es diferente. Normalmente verás en internet kits solares baratos que supuestamente son capaces de cubrir consumos en wh/día elevadísimos. El engaño consiste en 2 puntos:

a.- Especificar el consumo que puede abastecer el kit solar teniendo en cuenta la producción solar de los meses de verano. Por ejemplo un consumo de 6000Wh/día, cuando la producción solar de las placas solares es 6000Wh/día en julio.

-Si nuestro consumo de 6000Wh/día lo realizamos en diciembre cuando la producción de las placas solares sería la mitad, 3000Wh/día, estaríamos descargando por completo la batería de la instalación.

Por lo tanto, el consumo que puede abastecer el kit solar debe ser SIEMPRE expresado en las peores condiciones de radiación solar, es decir, si el kit solar es para utilización durante todo el año, el consumo se debe expresar para diciembre. Si el kit solar es para uso de verano y fines de semana del resto del año, el consumo se debe expresar para septiembre. Evidentemente durante los meses de mayor radiación solar cuando tenemos más producción solar, el consumo durante las horas de sol, puede ser mayor.

b.- Especificar el consumo que puede abastecer el kit solar contando que el consumo se realiza durante las horas de sol.

Si ese consumo de 6000Wh/día se realiza en gran medida durante la noche, la profundidad de la descarga de la batería sería muy elevada.

Por lo tanto, hay que tener en cuenta el consumo nocturno para dimensionar bien la batería solar.

El resultado de estos 2 puntos resulta en un kit solar con un elevado número de placas solares y unas baterías muy pequeñas. Como las placas solares son mucho más baratas que las baterías solares, estos supuestos kits solares son capaces de competir con precios muy baratos y consumos elevadísimos con cualquier kit solar que puedas encontrar por internet.

Al cabo de pocos años las baterías resultarán dañadas prematuramente debido a profundidades de descarga elevadísimas y tasas de corriente de carga muy superiores a lo permitido por las baterías.

1.4.5.- Mala configuración del banco de baterías

Cada vez es menos habitual, pero todavía existen damasiados kits solares en internet diseñados con baterías conectadas en paralelo. Las baterías no se deben conectar en paralelo. Para más información: No conectar baterías en paralelo

Es fácil reconocer estos kits solares porque tendrán alguna de estas configuraciones:

• Un inversor de 12V con 2 baterías de 12V.- Las 2 baterías irán conectadas en paralelo.
• Un inversor de 12V con 4 baterías de 12V.- Las 4 baterías irán conectadas en paralelo.
• Un inversor de 24V con 4 baterías de 12V.- 2 baterías en serie y 2 en paralelo.

El resultado es una degradación acelerada de la vida de las baterías debida a corrientes de desequilibrio entre baterías de forma permanente.

1.4.6.- Programaciones por defecto

No configurar los equipos electrónicos para adaptarlo a nuestros componentes puede ser un problema. Dejar la programación por defecto de un regulador solar o de un inversor 3 en 1, puede suponer la utilización de tensiones de carga incorrectas para nuestras baterías, o realización de ecualizaciones en baterías prohibidas.

Normalmente los equipos vienen configurados por defecto para utilizar baterías selladas AGM y con las ecualizaciones deshabilitadas para evitar catástrofes. No obstante, si utilizamos baterías estacionarias de plomo-ácido abiertas es tas tensiones preconfiguradas serán insuficientes. Además deberemos activar las ecualizaciones para realizar un buen uso de nuestra batería solar.

1.5.- Secciones cables

Un factor que desconoce la mayoría de gente sobre los cables de un kit solar, es que al transportar corriente continua la sección de estos cables solares debe ser mucho mayor que la de los cables de corriente alterna que estamos acostumbrados a ver en casa, iluminación y enchufes.

En Monsolar.com tenemos una calculadora de secciones de cables solares para ayudarte en esta materia.

1.5.1.- Calcular la sección de los cables solares de un kit con regulador solar PWM

Si tienes un regulador solar PWM debes saber que la tensión de trabajo del campo fotovoltaico es igual a la tensión de la batería. Por lo tanto, la corriente del generador solar será la misma que la corriente de carga.

Calcular la sección de los cables solares de un kit con regulador solar PWM

1.5.2.- Calcular la sección de los cables solares de un kit con regulador solar MPPT

Si tienes un regulador solar MPPT debes saber que la tensión de trabajo del campo fotovoltaico es diferente a la tensión de la batería. Esta es la principal ventaja de este tipo de reguladores, de esta forma el seguidor del punto de máxima potencia del regulador solar es capaz de variar la tensión del campo fotovoltaico para obtener en todo momento la máxima potencia de los paneles solares y posteriormente convertir esta potencia a la tensión de batería para poder cargarla. Por lo tanto, la corriente del generador fotovoltaico NO es igual a la corriente de carga.

Calcular la sección de los cables solares de un kit con regulador solar MPPT

1.6.- Kits solares Básicos

Los kits solares básicos están diseñados para viviendas con consumos estimados diarios entre 250Wh/día hasta los 2000Wh/día.

En los kits solares básicos podemos encontrar kits solares con baterías AGM y baterías de ciclo profundo. Los kits solares con baterías monoblock son más económicos y están pensados para instalaciones solares donde los consumos sean bajos y esporádicos, como por ejemplo en casetas de campo de uso de fines de semana y verano, es decir, un uso vacacional y para pequeñas aplicaciones con un uso habitual pero un consumo muy bajo.

1.7.- Kits solares Medios

Los kits solares medios están diseñados para viviendas con consumos estimados diarios entre 2000Wh/día hasta los 4500Wh/día y separados en dos grupos, kits solares medios de uso permanente para instalaciones con utilización durante todo el año y kits solares medios de uso vacacional para instalaciones con uso en verano y fines de semana del resto del año.

Todos los kits solares medios están diseñados con baterías estacionarias HOPPECKE o Baterías de ciclo profundo, para obtener la máxima calidad. Baterías diseñadas para una autonomía entre 3 y 4 días para favorecer el régimen de descarga diario del orden de C100 para funcionar bajo las condiciones de diseño optimas y además para que las descargas medias diarias sean en torno al 20% de profundidad, alargando la vida de las baterías.

El número de paneles solares de cada kit solar está calculado para cubrir la demanda diaria del consumo estimado en las peores condiciones de iradiación, es decir, en invierno para los kits solares de uso permanente y en septiembre-octubre para los kits solares de uso vacacional.

Inversores-cargadores incluidos en todos los kits solares medios para cubrir los posibles picos de demanda o los días de lluvia o nublados. Los inversores-cargadores nos permiten la utilización de una fuente de energía externa, un motor diesel o gasolina o un grupo electrógeno, para suministrar energía a la vivienda en caso necesario y además cargar las baterías al mismo tiempo.

Todos los kits solares están diseñados para cumplir con las especificaciones técnicas de los fabricantes, respetando las corrientes de carga, tensiones de absorción, flotación y con equipos de alta calidad y fiabilidad.

1.8.- Kits solares Pro

Los kits solares PRO están diseñados para instalaciones con consumos medios diarios superiores a los 5.000wh/día. Todos los kits solares PRO están diseñados con baterías estacionarias HOPPEKCE de la máxima calidad y con esperanzas de vida útil de unos 20 años o con baterías de litio de alta calidad y reconocido prestigio. Calculadas para 3-4 días de autonomía para favorecer el funcionamiento óptimo y alargar la vida de las mismas al máximo.

Todos los componentes del kit solar fotovoltaico están diseñados y calculados para cumplir con las exigencias de los fabricantes, tanto el número de paneles solares como el dimensionado del regulador solar y la capacidad de la batería cumplen con las corrientes de carga máximas permitidas para un buen funcionamiento.

2.- BATERÍAS SOLARES, todo lo que debes saber

Las baterías solares son el corazón de un kit solar fotovoltaico, son la parte más cara de la instalación solar, la que necesita mayores atenciones y la que deberemos sustituir periódicamente. Se puede ahorrar mucho en los demás componentes de un kit solar, pero en las baterías solares es donde más deberíamos invertir. Es imprescindible realizar un buen diseño de las baterías solares para que éstas duren el tiempo necesario para amortizar su compra, de lo contrario nos veremos obligados a sustituirlas a los pocos años con el consiguiente sobrecoste. Por todo esto, es donde más interés debemos poner a la hora de comprar un kit solar.

En los siguientes apartados hablaremos de los aspectos más importantes que debes conocer sobre las baterías solares. Como verás ponemos especial atención a las batería solares porque en ellas está la clave del éxito.

2.1.- ¿Qué significa la Capacidad de la batería en C10 y C100?

La normas técnicas como la IEC 60896-11 o din 40736-1 entre otras, son utilizadas para certificar la capacidad de una batería y poder comparar los valores proporcionados por los distintos fabricantes.

Capacidad en C100
La capacidad en Ah de una batería expresada en C100 significa que; si descargamos la batería a un régimen de descarga constante tal que implique la descarga total de la batería en un tiempo de 100 horas, extraeremos los amperios hora indicados por el fabricante.

Por ejemplo, la batería estacionaria Hoppecke 6 OPzS 600 de 12V según la ficha técnica proporcionada por el fabricante tiene:

C100: 900 Ah
C10: 686 Ah
C5: 590 Ah
C3: 510 Ah
C1: 353 Ah

Por lo tanto en C100 con 900Ah, si aplicamos un consumo constante con una tasa de corriente de 9A durante 100h, tendremos que la batería será capaz de suministrar 900Ah desde plena carga hasta agotar el 100% de la capacidad de la batería.

• Como la batería es de 12V, el consumo sería de 108W durante las 100h. (Ya que 9Ah x 12V = 108Wh). Total energía (en 100h) = 10,8kWh

Si la misma batería se descarga a un régimen tal que implica una descarga completa en 10 horas (C10) los amperios/hora que podremos extraer será bastante inferior al valor de C100.

En C10 la batería tiene 686Ah. Lo que significa que si aplicamos una tasa de corriente de 68,6A durante 10h, tendremos que la batería será capaz de suministrar 686Ah.

• Como la batería es de 12V el consumo sería de 823,2W durante 10h. (Ya que 68,6Ah x 12V = 823,2Wh). Total energía (en 10h) = 8,23kWh

Vemos que la capacidad de la batería no es proporcional al consumo y que cuanto mayor es la tasa de corriente de descarga menor es la capacidad en Ah proporcionada por la batería.

Este hecho es debido al incremento del flujo de corriente interno de la batería. A mayor corriente mayor velocidad en la reacción química de reducción produciendo mayor sulfatación y cubriendo las placas internas de la batería mermando su porosidad y la capacidad de extraer energía procedente de la reacción química.

«Para acordarnos podemos utilizar el ejemplo de un corredor. Un corredor experto corriendo a una velocidad moderada es capaz de correr 5 horas sin descanso. Si este mismo corredor exprinta será solamente capaz de correr durante 10 minutos. En el primer caso el corredor habrá recorrido 50 km mientras que en segundo tan solo 100 m»

El fabricante utiliza para el nombre de la batería, la capacidad nominal de la batería en C10 y por ello el nombre es 6 OPzS 600, mientras que para aplicaciones de instalaciones solares a nosotros nos interesa más conocer la capacidad en C100 ya que las baterías en esta aplicación será más cercano a este régimen de descarga.

Habrá momentos durante el día que el régimen de descarga de nuestra batería será en torno al C10 cuando conectamos un consumo elevado como un horno y momentos en que éste régimen será más cercano a un C200 donde el consumo es una bombilla. Pero a efectos prácticos consideramos que la media será en torno al C100 siempre que la batería esté bien dimensionada.
Para aplicaciones como carritos de golf o carretillas se suele utilizar baterías de tracción o semitracción expresadas en C20 ya que la batería se descargará en 1 día (20 horas aprox.) y se utiliza el valor C20 para realizar los cálculos de diseño.

IMPORTANTE: Diseñar la capacidad de las baterías solares con 3-4 días de autonomía para favorecer tasas de corriente equivalentes a descargas que supongan un C100. Aunque la relación no es directa, ya que el régimen de descarga dependerá de los consumos, si cada día consumimos solamente un 20% de la capacidad de la batería, supuestamente consumiremos el 100% de la batería en 4 días que serían unas 100h.

Consejo: Fíjate bien cuando vayas a comprar una batería solar en qué unidad está expresada la capacidad para poder comparar unos precios con otros.

2.2.- ¿Qué significa el Número de ciclos de las baterías solares?

Se dice un ciclo de carga y descarga de una batería al proceso de descarga de una batería y su posterior carga. Los fabricantes de baterías proporcionan el número de ciclos de vida que tiene una batería dependiendo de la profundidad de descarga durante los ciclos. Así podemos ver que cuanto mayores son las profundidades de descarga menor es el número de ciclos de vida.

Por ejemplo veamos una de las baterías más comercializadas del mercado, la batería estacionaria Hoppecke 6 OPzS 600:

• • 8000 ciclos para profundidades de descarga del 20%. Lo que supone una vida de unos 20 años
  • 3000 ciclos para profundidades de descarga del 50%. Lo que supone una vida de unos 8 años
  • 1500 ciclos para profundidades de descarga del 80%. Lo que supone una vida de unos 4 años
    

Como en la vida real la profundidad de descarga puede variar de un día a otro, hay estudios que dicen que diseñando las baterías solares con una profundidad de descarga diaria (PDD) del 20% se obtiene una PDD real mayor (entorno al 30%), ya que los días que no sale el Sol y otros muchos factores aumentan la profundidad de descarga de las baterías.

*No es aconsejable reducir la capacidad de las baterías solares para ahorrar en la compra, ya que capacidades inferiores a las necesarias producen profundidades de descarga elevadas y la muerte prematura de las baterías.

2.3.- No sobrepasar profundidades de descarga del 50%

Cada vez que descargamos una batería y la volvemos a cargar, completamos un ciclo de carga de batería y por lo tanto, le quitamos un ciclo de vida a la batería. Las vida de las baterías se mide por ciclos de vida y su rendimiento o su capacidad de almacenar energía va mermando por cada ciclo de vida que pierden.

Además no es lo mismo descargar poco la batería o descargarla mucho. La profundidad de descarga afecta mucho a la vida de la batería y cuanto mayores sean las profundidades de descarga menos ciclos de vida podrá soportar la batería.

Y sobretodo es muy importante conocer que todas las baterías, salvo las baterías de litio, sufren mucho con las descargas profundas, para las peores baterías (como las de tracción o semi-tracción como las de coche) sobrepasar un profundidad de descarga del 50% significa la muerte.

Por lo tanto, un punto muy importante del diseño de una batería es multiplicar x2 el consumo estimado diario que hemos calculado, para así utilizar solamente el 50% superior de la batería para cubrir los consumos, y dejar el restante 50% inferior sin utilizar o utilizándolo solamente en casos extremos. De esta forma alargaremos la vida de la batería al máximo. 

2.4.- ¿Por qué diseñar las baterías con 3-4 días de autonomía?

Es importante diseñar las baterías solares con 3-4 días de autonomía para cubrir los posibles días de lluvia o los días con consumos excepcionales y no agotar las baterías.

Pero otro factor importantísimo y que afecta directamente a la vida útil de las baterías solares, es que si la capacidad de la batería es suficiente como para acumular la energía de 4 días, cada día solamente consumiremos un 20-25% de la capacidad de la misma. De esta forma favorecemos que las profundidades de descarga diarias sean del orden del 20%-25% , y como hemos visto cuando las profundidades de descarga son bajas las baterías soportan muchos más ciclos de vida.

Si no se tiene en cuenta 3-4 días de autonomía, la profundidad de descarga diaria será entre el 50% y el 100% de la capacidad de la batería, y esto reduce a más de la mitad la vida de la batería o incluso a menos de 1 año para las baterías monoblock más baratas.

2.5.- Cálculo rápido de la capacidad de las baterías solares

Como hemos visto en los puntos anteriores, debemos calcular el consumo diario estimado que le haremos a la batería, y luego multiplicarlo x2 y x3 para sobredimensionar la batería solar:

1. Multiplicamos el consumo estimado x2 para duplicar el tamaño de la batería para utilizar solamente la mitad de la batería y evitar así, descargas superiores al 50%.
2. Multiplicamos el resultado anterior x el número de días de autonomía ( 3 días).

El cálculo simplificado es: Multiplicar el Consumo estimado x 6. Ya que multiplicamos el consumo x2 (50% profundidad máxima) y de nuevo x3 (días de autonomía). Así que podemos multiplicar 2 x 3 = 6 y simplificar el cálculo.

Ejemplo con valores reales:

• Consumo estimado: 3.500Wh/día
• Multiplicamos el consumo x2  (50% profundidad máxima): 3.500Wh/día x2 = 7.000Wh/día
• Multiplicamos el resultado x3 (días de autonomía): 7.000Wh/día x3 = 21.000Wh/día

Cálculo rápido: 3.500Wh/día x6 = 21.000Wh/día

Para calcular la batería real dividimos el consumo calculado por la tensión de la batería:

Para una batería de 12V: consumo 21.000Wh/día dividido 12V = 1.750Ah.

• Por ejemplo: Batería estacionaria Hoppecke 12V modelo Power VL 2-1380 de 1800Ah en C100

Para una batería de 24V: consumo 21.000Wh/día dividido 24V = 875Ah.

• Por ejemplo: Batería estacionaria Hoppecke 24V modelo Power VL 2-690 de 900Ah en C100

2.6.- Máxima corriente de carga de una batería

Los fabricantes de baterías recomiendan diseñar las corrientes de carga y descarga a un 10% de la capacidad de la batería expresada en C10. Y que no superen el 20% de la capacidad de la batería en C10.

Esto es porque las placas tubulares de plomo junto con los demás componentes de las baterías tienen limitaciones físicas, si sometemos estos componentes a pasos de corriente muy elevados, el calentamiento que produce la corriente puede deformar los componentes y dañar irreparablemente la batería.

Si tenemos una batería como la Hoppecke 6 OPzS 600 con 686Ah en C10 y 900Ah en C100, deberíamos diseñar la corriente de carga con un máximo de 68A. Es decir, debemos diseñar las placas solares para  utilizar un regulador solar que no excedan esos 68A de corriente que se inyectará a la batería durante la carga.

La carga con grupo electrógeno o la suma de corriente de carga de las placas solares más el grupo electrógeno NO deben superar los 137A ( lo que supone el 20% de la capacidad en C10 de esta batería)

2.7.- Las baterías no se deben conectar en paralelo

Las imperfecciones intrínsecas de los materiales, las pequeñas variaciones en la fabricación, además de los diferentes factores físicos que afectan a las baterías, hacen que no haya 2 baterías iguales.

Cuando conectamos baterías en paralelo, como se ve en la imagen, creamos un circuito cerrado entre las baterías que permite el paso de corrientes de desequilibrio (debidas a las diferencias entre baterías) que circulan de una batería a otra para intentar equilibrarlas.

Estas corrientes de desequilibrio se producen de forma permanente aunque no haya ningún consumo conectado y por lo tanto aceleran el proceso de degradación de las baterías. Cuanto mayor sean las diferencias entre baterías mayor serán estas corrientes de desequilibrio y mayor será la degradación producida.

Problemas de sobrecarga y carga baja se incrementan en configuraciones en paralelo:

Problemas de over-charge (sobrecarga): Como las celdas de las baterías no tienen las mismas tensiones, el conjunto alcanza la tensión de final de carga con unas celdas que sobrepasan la tensión óptima de carga. Este proceso estresa las celdas y se produce mayor gasificación acortando la vida de las mismas.

Problemas de under-charge (carga baja): Por el mismo motivo, el conjunto puede alcanzar la tensión final de carga cuando alguna celda siempre está por debajo de la tensión de carga óptima. Este proceso produce una sulfatación mayor en estas celdas y acorta la vida de las mismas.

En algunos casos es preciso conectar las baterías en paralelo, bien sea por espacio o por otras necesidades donde no se puede alcanzar la capacidad deseada conectando solamente baterías en serie. En estos casos, se recomienda:

-que la longitud del cable positivo y negativo sean iguales para evitar mayores desequilibrios.

-En baterías de litio o en algunos casos donde es imprescindible el mantenimiento óptimo de las baterías se pueden utilizar compensadores de baterías o microcontroladores para baterías en paralelo. Normalmente caros y solo necesarios en litio.

La conexión en serie de baterías solamente permite el paso de corriente cuando hay consumo o carga. Cuando no hay ningún consumo o carga las baterías se mantienen en reposo.

Para obtener el conjunto con la tensión deseada, conectamos baterías en serie de iguales capacidades para sumar las tensiones.

Para obtener la capacidad deseada en el conjunto deberemos seleccionar la capacidad de cada batería (idénticas) acorde a nuestras necesidades.

Por ejemplo, si necesitamos una batería de 250Ah a 12V tenemos 3 opciones:

• Conectar en serie 6 elementos de 2V y 250Ah cada uno para obtener el conjunto de 12V y 250Ah
• Conectar en serie 2 baterías de 6V y 250Ah cada una para obtener el conjunto de 12V y 250Ah
• Elegir una batería de 12V y 250Ah.

Si queremos un conjunto de 250Ah a 24V conectaremos:

• 12 elementos de 2V y 250Ah en serie para formar el conjunto de 24V y 250Ah
• 4 baterías en serie de 6V y 150Ah
• 2 baterías en serie de 12V y 250Ah

2.8.- La capacidad máxima que podemos adquirir depende del tipo de batería

Baterías monoblock

• Baterías monoblock plomo ácido abiertas.- Hasta unos 250Ah. Con formatos de 12V.
• Baterías monoblock plomo ácido de ciclo profundo.- Hasta unos 1100Ah. Con Formatos de 6V y 12V.
• Baterías monoblock AGM y GEL.- Hasta unos 320Ah. Con formatos de 12V.

Baterías estacionarias

• Baterías Estacionarias Plomo ácido abiertas.- Hasta unos 5000Ah. Con elementos de 2V.
• Baterías Estacionarias GEL.- Hasta unos 5000Ah. Con elementos de 2V.

Cuando la capacidad deseada no se puede alcanzar con baterías monoblock de 6V o 12V, es necesario escoger baterías estacionarias con elementos de 2v y como hemos visto capacidades hasta unos 5000Ah.

2.9.- Síntomas de una batería solar agotada o vieja

El síntoma de baterías viejas es que se cargan muy pronto y se descargan muy pronto. Es decir, que no “aguantan” nada de consumo.

Durante las horas de sol, como los paneles solares están produciendo energía, no tenemos problemas, ya que lo que consumimos proviene directamente de la producción solar. Pero cuando el sol se pone a las pocas horas nos quedamos sin energía en las baterías. Cuando el síntoma se agrava, las baterías se agotan incluso durante la noche con solamente el consumo de la nevera o algún pequeño electrodoméstico.

Al día siguiente con solo unas pocas horas de radiación solar veremos como las baterías solares alcanzan rápidamente la tensión final de carga y entran en flotación.

Cuando las baterías no son capaces de soportar los consumos diarios ha llegado el momento de sustituirlas. Si han durado el tiempo estimado, quiere decir que teníamos un buen diseño con la capacidad acorde a nuestro consumo y hábitos, pero si las baterías han muerto mucho antes de lo que deberían, será necesario:

• 1.- Verificar la configuración de las placas solares y el regulador solar para comprobar que las baterías se estaban cargando con las tensiones de carga correctas.
• 2.- Si todo es correcto, tenemos que volver a calcular la capacidad de las baterías que necesitamos, es posible que las baterías fueran pequeñas para nuestro consumo.
• 3.- Finalmente puede que sea necesario utilizar mejores baterías solares con mayor número de ciclos de vida.

Para que te hagas una idea de lo que deben durar las baterías si están bien diseñadas (*entender los valores como orientativos):

Baterías monoblock plomo-ácido abiertas (tipo coche o camión y muy baratas): suelen tener unos 400 ciclos de vida al 50%PDD o incluso menos. Con un uso habitual pueden durar 1 año o menos. Con usos esporádicos y pequeños consumos pueden durar unos 2 o 3 años.

Baterías monoblock AGM o GEL: esperanzas de vida entre 2-5 años. (unos 800 Ciclos con 50%PDD)

Baterías estacionarias TOPzS (traslucidas y más económicas que las OPzS de metraquilato trasparente): esperanzas de vida entre 4 – 7 años o menos. (unos 1500 Ciclos)

Baterías monoblock plomo-ácido de CICLO PROFUNDO: esperanzas de vida entre 6-7 años. (unos 1500 Ciclos al 50%PDD) * O mucho más dependiendo del fabricante y modelo.

Baterías estacionarias OPzS: con unos 8000 ciclos de carga y descarga con profundidades de descarga del 20% y unos 3000 ciclos con profundidades del 50%. Esperanzas de vida de 15 – 20 años.

*Si el diseño de baterías no es correcto, y no se ha calculado una autonomía de 3-4 días, la esperanza de vida en todos los casos puede ser la mitad o menos.

2.10.- Sustitución de un vaso de 2V dañado

Normalmente los acumuladores solares o baterías estacionarias están formados por 6, 12 o 24 elementos de 2V para formar conjuntos de 12V, 24V o 48V. Cuando el conjunto está llegando al final de su vida, es normal que se dañe 1 vaso de 2V primero y no todo el conjunto a la vez.

Cuando un vaso se daña los síntomas que tenemos es que las baterías se descargan muy rápidamente con pequeños consumos y por la mañana se cargan muy rápido también. Además es fácil que el inversor solar se pare cuando conectamos algún consumo mediano como un microondas o incluso la nevera. Esto es porque la tensión del acumulador solar baja unos 2V por culpa del vaso dañado.

Podemos detectar si un vaso está dañado midiendo la tensión de cada uno de los elementos de 2V. Los vasos de 2V en buen estado darán una tensión entre 2V y 2,4V, mientras que un vaso dañado dará una tensión de 1V o inferior.

Si el método anterior falla, será necesario repetir la medición durante la descarga de la batería, es decir mientras estamos consumiendo. Ya que al estar saliendo corriente de la batería veremos con mayor facilidad la caída de tensión en el vaso dañado. Con un consumo fuerte es más fácil de comprobar.

Si detectamos un vaso dañado, y la batería no está en garantía, entraremos en la gran incógnita de si es mejor sustituir el vaso dañado o toda la batería.

En el único caso que podríamos sustituir solamente un vaso de 2V de una batería estacionaria sería cuando la batería es relativamente joven respecto al tiempo de vida esperado de la batería y el vaso se ha dañado por algún motivo que no tiene que ver con la utilización de la misma. En estos casos, sustituir un único vaso de 2V será lo más económico y permitirá seguir funcionando con nuestra batería.

Por otra parte, si un vaso de 2V de una batería se daña prematuramente puede ser un síntoma de que estamos forzando mucho el uso de la batería por consumo excesivo o por corrientes de carga y descarga superiores a las permitidas. Ambos factores porque el diseño de la batería solar no se adapta al consumo real, bien por un mal diseño o por un mal uso. En estos casos es siempre mejor cambiar toda la batería con un buen diseño de capacidad.

Otro caso que también sucede muy a menudo es la utilización de baterías solares baratas que no ofrecen los ciclos de vida esperados y que se dañan fácilmente. En estos casos es mucho más rentable sustituir la batería por otra marca mejor con mayor número de ciclos de vida.

Es muy habitual encontrarse con ambos problemas a la vez, malos diseños con capacidades muy inferiores a lo necesario junto con baterías baratas TOPzS como las U-Power, para ofrecer ofertas muy económicas pero con unos resultados desastrosos.

2.11.- No se deben conectar baterías nuevas con baterías viejas

Conectar baterías nuevas con baterías viejas es una mala inversión. El conjunto seguirá funcionando durante un tiempo, no obstante las baterías viejas dañarán las nuevas progresivamente debido a la carga que producen sobre ellas y además modificando las tensiones de carga adecuadas de las baterías nuevas produciendo problemas de sobrecarga (over-charge) y carga baja (under-charge).

Finalmente cuando las baterías viejas se agoten, deberán ser reemplazadas por unas nuevas que deberán convivir con las anteriores baterías ya con un tiempo de vida y con un mal uso, por lo que seguirán siendo una carga para las últimas baterías adquiridas. Y así, entramos en un bucle donde estamos degradando de forma acelerada la vida de las baterías nuevas al combinarlas con baterías viejas.

2.12.- Las baterías no son ampliables

Como hemos visto, no se pueden conectar baterías en paralelo, tampoco se pueden poner baterías nuevas con baterías viejas y por supuesto, no se pueden conectar baterías que no sean de la misma capacidad y tecnología.

Por todo esto, podemos resumir que las baterías no son ampliables. No podemos añadir más capacidad a unas baterías existentes porque no es bueno poner baterías viejas con nuevas, tampoco podemos conectarlas en paralelo para aumentar capacidad y por supuesto, no podemos conectarlas en serie porque modificamos la tensión de trabajo.

Por lo tanto, es muy importante dimensionar bien las baterías solares antes de realizar la compra, ya que las baterías que compremos debemos utilizarlas hasta que se agote su vida útil para amortizar la inversión. Si la capacidad de las baterías no cubren el consumo de la vivienda las profundidades de descarga serán muy elevadas y las baterías morirán prematuramente. Aunque no amorticemos la inversión realizada en las baterías, es mejor utilizarlas hasta que mueran. Una vez agotada la batería deberemos adquirir una nueva batería con la capacidad acorde a nuestro consumo.

A la hora de comprar una batería solar es conveniente pensar si en un futuro vamos a aumentar el consumo y tenerlo en cuenta a la hora del diseño. Recordad que siempre podremos ampliar paneles solares y sustituir el inversor por poco precio, pero lo más importante y lo más caro son las baterías solares y éstas no son ampliables.

2.13.- Etapas de carga, tensiones y estado de carga de una batería solar

Lo primero que debemos conocer de una batería solar son las tensiones a las que trabaja y las etapas de carga. Utilizaremos como ejemplo baterías de 12V plomo-ácido abiertas por su elevado uso en el mercado.

Cuando hablamos de una batería de 12V hacemos referencia a la tensión nominal de la batería, pero muy pocas veces veremos esa tensión midiendo entre los bornes de la misma. Utilizamos los valores nominales para poder reconocer las baterías, pero debes saber que la tensión de una batería depende del estado de carga de la misma, así pues esta tensión fluctuará entre los 14,4V y los 11,9V dependiendo del tipo de batería y la etapa de carga*.

2.13.1.- Etapas de carga de una batería solar

Absorción (14,2V – 14,4V): Durante esta fase se aumenta la tensión de la batería hasta alcanzar el valor de final de carga, para las baterías plomo-ácido abiertas normalmente es de 14,4V. La corriente de carga será la máxima disponible. Los reguladores más sofisticados mantendrán la tensión de absorción durante un tiempo entre 20 seg. y 1h dependiendo del estado inicial de carga, cuanto más descargada estaba la batería mayor será el tiempo de absorción. Los reguladores más simples pasan a la fase de flotación inmediatamente después de alcanzar la tensión de absorción.

Flotación (13,4V – 13,6V): Una vez alcanzada la tensión de absorción y tras un tiempo que dependerá del algoritmo de carga del regulador o cargador de baterías, se pasa a flotación. En este momento la batería se considera cargada al 100%. En esta etapa se disminuye la tensión suministrada a la batería a 13,5V y se reduce la corriente de carga a unos pocos amperios para compensar la autodescarga de la batería y mantenerla cargada al 100%.

Hay que tener en cuenta que una tensión de flotación baja en la batería supondrá sulfatación excesiva en la batería mientras que una tensión de flotación elevada producirá excesiva gasificación. Ambos factores acortan la vida de las baterías.
Podemos tomar como referencia los siguientes valores para la tensión de flotación;

• Si nuestra instalación mantiene normalmente las baterías llenas (en flotación) fijaremos el valor a 13,4V
• Si nuestra instalación tiene consumo permanente y no está normalmente en flotación fijaremos el valor a 13,5V o 13,6V

Ecualización (15V – 15,5V): Solo para baterías abiertas, prohibidas en baterías selladas GEL o AGM. Para un buen mantenimiento de una batería solar es necesario realizar cargas de ecualización periódicas. Las ecualizaciones ayudan a recombinar el sulfato de plomo (PbSO4) producido durante la descarga de la batería y que tiene consecuencias fatales para las baterías.

Para evitar la muerte prematura de una batería por sulfatación es conveniente realizar cargas periódicas de ecualización. Durante estas cargas, la tensión de la batería se eleva a unos 15,0V o 15,5V ayudando a la recombinación del sulfato de plomo. Las ecualizaciones en baterías solares nuevas deberían ser 1 vez cada 50 días aprox. Para baterías muy viejas se puede llegar incluso a 1 por semana.

2.13.2.- ¿Cómo entender las tensiones de la batería solar y el estado de carga?

La única forma de medir el estado de carga de una batería solar es midiendo la tensión de la misma entre bornes. Pero debemos tener en cuenta varios aspectos para saber interpretar esta medición. Para facilitar la explicación, hablaremos de nuevo de baterías plomo-ácido abiertas de 12V. (para baterías de 24V solamente hay que multiplicar los valores por 2)

La tensión que medimos entre bornes de la batería depende fuertemente de la resistencia interna de la misma, y ésta varía con el paso de corriente. Así pues, durante la carga de la batería, aplicamos una tensión superior a la de la batería para inyectar corriente a la misma y este hecho aumenta temporalmente la tensión que vemos en bornes de batería. Por ejemplo, si tenemos una batería a 12,5V en régimen estacionario (si entrada ni salida de corriente) y la empezamos a cargar, veremos inmediatamente que la tensión de la batería sube a 13V o 13,5V solamente por el hecho de aplicar mayor tensión entre bornes e inyectar corriente, pero si paramos la carga veremos como poco a poco la batería vuelve a los 12,5V iniciales. Si mantenemos la carga durante algún tiempo, veremos que la tensión de la batería va subiendo y al retirar la carga el valor de tensión estacionario será superior a los 12,5V iniciales.

En el caso contrario cuando descargamos la batería, extraemos corriente de la misma y por lo tanto la tensión que vemos entre bornes baja inmediatamente. En el ejemplo anterior con una batería a 12,5V veremos como baja inmediatamente a 12V al consumir, pero si paramos los consumos poco a poco volverá a esos 12,5V iniciales. Si el consumo se mantiene durante un tiempo, la tensión de la batería se reducirá conforme al consumo y volverá a una tensión de 12,4V, 12,3V, etc dependiendo de cuanto hayamos consumido.

*Para medir la tensión de una batería en régimen estacionario es necesario esperar entre 1h y 2h para que el electrolito se homogeneice.

No te creas las tablas de internet que hacen equivalencias entre las tensiones y el % de carga de la batería

Para poder expresar el estado de carga con un porcentaje (%) es necesario medir los Amperios-Hora que han entrado a la batería y los Amperio-Hora que han salido de la batería. Para ello es necesario que haya un componente por el que pase toda la corriente y que se encargue de realizar el cálculo. Esto pueden hacerlo los monitores de baterías y los equipos que se encargan de cargar y descargar la batería como los inversores 3 en 1. Ya que si cargamos la batería mediante un regulador solar y la descargamos mediante un inversor solar, no existe ningún equipo que pueda realizar la cuenta del saldo neto de Ah almacenados en la batería.

Los equipos que se encargan de calcular el % de carga de la batería utilizan complejos algoritmos para conocer la capacidad real de la batería incluso cuando esta va disminuyendo conforme envejece la batería.

Como hemos visto, solamente midiendo las tensiones es muy arriesgado decir en que porcentaje de carga se encuentra la batería. Podríamos decir que la batería se encuentra al 50% de carga cuando tiene una tensión de 12V y pudiera ser que esos 12V sean porque hay un fuerte consumo instantáneo que hace que la tensión de la batería baje cuando realmente en régimen estacionario la batería está a 13,5V.

O podríamos pensar que la batería está cargada al 100% si medimos 13,5V en la batería y resulta que realmente está a 12V pero está entrando corriente de las placas solares.

Por lo tanto, si no tenemos un equipo que mida el saldo total de amperios-hora que tiene la batería, es más seguro medir la tensión y conociendo las etapas de carga de la batería reconocer en que etapa se encuentra. Además de tener en cuenta si está entrando o saliendo corriente de la batería.

2.13.3.- Funcionamiento real de una batería solar durante un ciclo de carga y descarga

En este ejemplo utilizaremos una curva real de una batería estacionaria Hoppecke de 24V Power VL 2-690 de 900Ah en C100.

Sale el sol por la mañana y las baterías solares empiezan a cargarse hasta alcanzar la tensión de absorción 28,8V (que son los 14,4V x 2). Posteriormente se pasa a flotación 27V (que son los 13,5V x 2).

Cuando se pone el sol, solamente por el hecho de quitar la fuente de carga la tensión de la batería baja a unos 25,6V (Ojo!, que la batería está cargada).

Durante la tarde y la noche los consumos y la autodescarga de la batería hacen que la tensión vaya bajando. Cuanto mayor sea el consumo menor será la tensión final de carga y por lo tanto mayor será la profundidad de descarga DOD (del inglés Depth Of Discharge). Cuanto mayor sea la descarga peor será para la batería. Los inversores se paran cuando la tensión de batería baja por debajo de unos 21V (unos 11V para las baterías para proteger la batería contra sobredescargas.

*Hay que evitar descargas muy profundas para alargar la vida de la batería lo máximo posible.

Al día siguiente cuando sale el sol empieza un nuevo ciclo de carga.

*Es conveniente realizar cargas al 100% todos los días. O al menos 4 días a la semana para asegurar un buen mantenimiento de la batería.

• De 9h a 13h se produce la carga de absorción.
• A las 13h se alcanza la tensión de absorción: 28,8V.
• A las 13:10h se pasa a flotación 27V.
• A las 17:30h se va el sol y la tensión de batería baja a unos 25,6V.
• Desde las 18h hasta que sale el sol a las 9h la tensión de batería va disminuyendo hasta unos 24,8V.
• A las 7:20h hay un pico de consumo que hace bajar la tensión de batería a unos 23,9V. Pero al desaparecer el consumo la tensión se recupera.

Como vemos es más fácil hablar de tensiones de batería que no de porcentajes de carga, ya que la batería está cargada al 100% una vez entra en flotación con 27V, y también sigue cargada al 100% con 25,6V donde lo único que cambia es que ya no hay carga solar.

Con un consumo fuerte vemos que la tensión baja a 23,9V pero al quitar el consumo ésta se recupera a 24,8V. Si no tenemos un equipo con un algoritmo capaz de entender estas fluctuaciones o de medir los Ah que entran a la batería menos los Ah que salen, no hay forma de calcular el % de carga al que se encuentra la batería y mucho menos relacionarlo con una tensión de batería.

2.14.- Lista de baterías solares por el número de Ciclos de Vida vs Precio

Baterías estacionarias OPzS (envoltura de metraquilato transparente): Unos 8000 ciclos al 20% de PDD y unos 3000 ciclos al 50% de PDD

• Primeras marcas: Hoppecke OPzS, Hoppecke VL-power, BAE Secura PVS, Hawker
• Segundas marcas: Tudor, Tab,

Baterías estacionarias OPzV (estacionarias GEL): Unos 8000 ciclos al 20% de PDD y unos 3000 ciclos al 50% de PDD

• Primeras marcas: Hoppecke OPzV, BAE PVV.

Baterías de ciclo profundo:  Unos 3000 ciclos al 20% de PDD y unos 1500 ciclos al 50% de PDD. También las hay de hasta 7000 ciclos al 20% o incluso mejores.

• Primeras marcas: Hoppecke, Rolls, Trojan, Victron, etc
• Segundas marcas: Power DC

Baterías estacionarias TOPzS (envoltura de plástico translúcido): Unos 4000 ciclos al 20% de PDD y unos 2200 ciclos al 50% de PDD

• Marcas con relación calidad-precio dudosa: U-power, Tab, Bauer, EnergyCells, etc.

Baterías monoblock AGM y GEL:  Unos 1000 ciclos al 20% de PDD y unos 500 ciclos al 50% PDD

• Primeras marcas: Hoppecke, Rolls, Trojan, Victron, etc
• Segundas marcas: Ultracell, U-power, Tab, etc

Baterías monoblock plomo-ácido abiertas de tracción o semi-tracción (parecidas a las de coche o camión):  Unos 300 ciclos al 50% de PDD

• Mala inversión: U-power, Tab, y cualquier cosa en esta categoría NO SON VÁLIDAS para energía solar.

*Normalmente la mejor relación calidad-precio está en las baterías OPzS ya que por un coste un poco superior son muchísimo mejores con más ciclos de vida y mejores respuestas frente a descargas profundas.

*La segunda opción sería baterías solares de ciclo profundo con buena relación calidad-precio.

IMPORTANTE: Compara el número de ciclos de vida de las baterías a profundidades de descarga del 20% y del 50%. Que no te den TOPzS por OPzS que aunque las 2 son estacionarias nada tiene que ver una con la otra y se están vendiendo muchas TOPzS a precio de OPzS con la mitad de ciclos de vida y por lo tanto esperanzas de vida como por ejemplo con las U-power. Mala inversión.

Comparativa de baterías solares

3.- PANELES SOLARES todo lo que debes saber

Los paneles solares (del inglés Solar Panel) o módulos solares (del inglés Solar Module), también conocidos como placas solares o placas fotovoltaicas, son dispositivos capaces de captar la radiación solar para su aprovechamiento.

El término comprende a los colectores solares utilizados para calentar agua con energía solar térmica y las placas fotovoltaicas utilizados para generar electricidad mediante la energía solar fotovoltaica.

En este artículo hablaremos solamente de los paneles fotovoltaicos utilizados en los kits solares con baterías para viviendas aisladas.

3.1.- Terminología y valores que debes conocer

Voc: Tensión en circuito abierto o en vacío. Es la tensión que medimos en los extremos de los cables de un panel solar cuando está expuesto al sol y recibe radiación solar, pero los cables no están conectados a nada. Es la máxima tensión que podemos ver a la salida del panel.

Se utiliza para los cálculos de los reguladores solares MPPT. Ya que los MPPT tienen una limitación de tensión a la entrada, y si se supera se pueden dañar. La tensión de salida de un panel solar varia fuertemente con la temperatura, con temperaturas altas la tensión de salida baja y con temperaturas bajas esta tensión sube. Por lo tanto es necesario conocer la Voc y saber que puede subir unos voltios con temperaturas bajas para el diseño de los seguidores del punto de máxima potencia MPPT

Vmp: Tensión en el punto de máxima potencia del panel solar. Este es el valor de tensión donde el panel solar produce la máxima potencia. El valor donde se produce la máxima potencia va variando dependiendo de las condiciones de temperatura, radiación, suciedad, etc.

Se utiliza para configurar el generador fotovoltaico, las placas solares en serie suman sus tensiones Vmp, para reconocer las placas solares de 12V, 24V y 60 células.

Isc: Corriente de cortocircuito. Es la máxima corriente que puede circular por una placa solar. Si juntamos los cables positivo y negativo de una placa solar (no se daña porque el máximo de corriente está limitado físicamente por la máxima producción de las células solares) y exponemos la placa a la radiación solar, veremos circular por los cables la máxima corriente Isc que puede producir la placa solar.

Este valor no tiene mucha utilidad, ya que no vamos a utilizar las placas solares cortocircuitándolas para un uso normal. Aunque sí es conveniente conocerlo para comprobar el correcto funcionamiento de la placa solar.

Imp: Corriente en el punto de máxima potencia. Cuando la placa solar está en su punto de máxima potencia, esta es la corriente que entregará.

Se utiliza para el cálculo de la corriente de salida del generador fotovoltaico, las placas solares en paralelo suman sus corrientes Imp, para calcular el regulador solar PWM necesario.

Wp: Vatio-pico, es la potencia máxima de una placa solar. Aunque normalmente se utiliza más W (vatio). Es la multiplicación de la tensión y la corriente que produce la placa solar. Debes saber que esta potencia pico es un máximo teórico medido bajo unas condiciones estándar de medida para poder comparar unas placas con otras, pero en muy pocas ocasiones las placas pueden producir esa potencia pico. Por ejemplo una placa solar de 300Wp será más habitual que entregue unos 270W – 290W en las mejores condiciones.

TONC (en inglés NOCT):  es la temperatura que alcanzan las células de la placa solar en condiciones de operación normales, principalmente a 20ºC de temperatura ambiente e irradiancia de 800W/m2. Cuanto menor es la temperatura de la placa solar mejor trabajará y más potencia entregará. Por lo tanto cuanto menor sea la TONC mejor.

Coeficiente de temperatura de Potencia: indica la pérdida porcentual de potencia de salida del panel por cada grado por encima de los 25ºC que aumenta la temperatura de las células del módulo. Es decir, si sube la temperatura, la placa solar saca menos potencia. Cuanto menor sea este coeficiente, mucho mejor.

3.2.- Tipos de paneles solares

Placas solares de 12V

Cuando hablamos de paneles solares de 12V, hablamos de la tensión nominal del panel solar para poder entendernos, pero debemos saber que muy difícilmente un panel solar de 12V dará esa tensión de salida.

Los paneles solares de 12V tienen 36 células solares con una tensión de 0,5V cada una, conectadas en serie para que el panel solar alcance una tensión de trabajo Vmp: 18V aprox. Esta tensión es superior a la de las baterías de 12V, para que cuando conectemos la placa solar a la batería la corriente fluya desde la placa solar a la batería y poder así cargarla. Recordemos que para cargar una batería de 12V es necesario elevar la tensión de la batería hasta los 14,4V en absorción. Como con temperaturas elevadas la tensión de salida del panel solar baja unos voltios, son necesarios esos Vmp: 18V.

Un caso excepcional es la placa solar de 12V y 200W formada por 72 células solares. En este caso la placa solar está formada por 2 cadenas de 36 células solares conectadas en paralelo. De esta forma sigue teniendo un Vmp: 18V aprox pero con la capacidad para entregar casi el doble de corriente y por lo tanto casi el doble de potencia que una placa solar de 12V convencional.

Placas solares de 24V

De nuevo, cuando hablamos de paneles solares de 24V nos referimos a la tensión nominal del panel solar.

Los paneles solares de 24V están formados por 72 células solares con una tensión de 0,5V conectadas en serie para que el panel solar alcance una tensión de trabajo Vmp: 36V aprox. Estos 36V son necesarios para alcanzar la tensión de absorción 28,8V de las baterías solares de 24V incluso en condiciones de alta temperatura.

Las placas solares de 24V hasta el año 2017 se fabricaban con células solares de 5″ que alcanzaban potencias alrededor de los 200W. Las nuevas placas solares de 24V se fabrican con células solares de 6″ llegando a potencias superiores a los 300Wp. Como las placa solar Jinko

Placas solares  de 60 células

Hablamos de paneles solares de 60 células para poder diferenciarlos de los paneles solare de 12V y 24V. Ya que es un grave error confundir los paneles solares de 60 células como si fueran de 24V.

Los paneles solares de 60 células están formados por 60 células solares con tensión de 0,5V conectadas en serie para que el panel solar trabaje a una tensión en su punto de máxima potencia de Vmp: 30v aprox. Estos paneles solares deben utilizarse obligatoriamente con reguladores solares MPPT, es decir, no se pueden conectar a reguladores solares PWM para cargar baterías de 24V porque no tienen tensión suficiente para que, en condiciones de temperaturas elevadas, puedan cargar las baterías hasta absorción: 28,8V.

Placas solares de elevada potencia: Actualmente las placas solares tienen una potencia comprendida entre los 400W y más de 500W, con tensiones de máxima potencia Vmp: 40V o superiores, por lo que no podemos hablar de paneles de 24V al uso, ya que no sería una buena opción utilizar estos paneles con reguladores PWM para cargar baterías de 24V. Se recomienda el uso de reguladores solares MPPT. Los reguladores PWM están prácticamente descatalogados ya en el mundo de la energía solar Fotovoltaica.

3.3.- Conexión de Placas solares

Lo primero que debemos saber es:

• Conectamos paneles solares en paralelo para aumentar la corriente del conjunto. El voltaje se mantiene igual.
• Conectamos paneles solares en serie para sumar tensiones. La corriente se mantiene igual.
• Conectamos paneles solares en serie-paralelo para aumentar tanto la corriente como el voltaje del conjunto.
• Voltaje = Tensión. Se mide en Voltios (V)
• Corriente = Intensidad. Se mide en Amperios (A)
• Vmp = tensión en el punto de máxima potencia de los paneles solares. Se utiliza este valor para calcular la tensión de funcionamiento del conjunto de paneles solares.
• Imp = Corriente en el punto de máxima potencia de los paneles solares. Se utiliza este valor para calcular la corriente resultante en las conexiones de los paneles solares.

Importante al conectar placas solares

• Conectar siempre primero la batería al regulador solar y finalmente conectar las placas solares.
• No conectar en serie placas solares con números de células solares diferentes.
• Utilizar reguladores solares capaces de soportar el máximo de corriente de carga procedente de las placas solares.
• Calcular la corriente de carga utilizando la corriente a potencia máxima (Imp). No utilizar la corriente de cortocircuito (Isc).
• Calcular el voltaje de trabajo de las placas solares se utiliza el voltaje a potencia máxima (Vmp). No utilizar el voltaje de circuito abierto (Voc).
• Para calcular el máximo voltaje que puede alcanzar el conjunto debido a la tempera se utiliza el voltaje de circuito abierto (Voc).

Más información sobre como conectar bien las placas solares

3.3.1.- Conexión serie de paneles solares

La conexión en serie de paneles solares se utiliza para subir la tensión del generador fotovoltaico, es habitual en instalaciones solares con reguladores MPPT donde queremos que el generador solar trabaje a la mayor tensión posible para que la corriente sea la más pequeña posible y de esa forma la sección de los cables solares sea la más pequeña posible, minimizando así el coste de la instalación solar y las pérdidas en los conductores por calentamiento.

También se utiliza aunque en menor medida en sistemas de 24V con la utilización de paneles solares de 12V.

Para conectar 2 paneles solares en serie

• Llevar el cable + del panel solar 1 al terminal + del regulador solar
• Conectar el cable – del panel solar 1 con el cable + de la placa 2
• Llevar el cable – del panel solar 2 al terminal – del regulador solar

En la imagen superior podemos ver un ejemplo de conexión en serie de 2 paneles solares de 12V.

• El voltaje del conjunto será la suma del voltaje Vmp de cada panel solar: 18V + 18V = 36V
• La corriente del conjunto será la misma que la corriente Imp de cada panel solar: 7A

Podemos ver como 2 paneles solares de 12V en serie equivalen a 1 panel solar de 24V con Vmp: 36V.

Para conectar 3 paneles solares en serie

• Llevar el cable + del panel solar 1 al terminal + del regulador solar
• Conectar el cable – del panel solar 1 con el cable + del panel solar 2
• Conectar el cable – del panel solar 2 con el cable + del panel solar 3
• Llevar el cable – del panel solar 3 al terminal – del regulador solar

En la imagen superior podemos ver un ejemplo de conexión en serie de 3 paneles solares de 12V.

• El voltaje del conjunto será la suma del voltaje Vmp de cada panel solar: 18V + 18V +18V = 54V
• La corriente del conjunto será la misma que la corriente Imp de cada panel solar: 7A

3.3.2.- Conexión paralelo de paneles solares

La conexión en paralelo es de las más habituales, se utiliza para aumentar la corriente de salida del generador solar y aumentar así la corriente de carga de batería. Se utiliza sobre todo en sistemas de baterías de 12V con paneles solares de 12V y en sistemas con baterías de 24V y paneles solares de 24V.

Para conectar 2 paneles solares en paralelo

• Conectamos el cable + del panel solar 1 con el cable + del panel solar 2. Y la unión va al terminal + del regulador solar
• Conectamos el cable – del panel solar 1 con el cable – del panel solar 2. La unión la llevamos al terminal –del regulador solar

En la imagen superior podemos ver la conexión en paralelo de 2 paneles solares de 24V.

• La corriente del conjunto es la suma de la corriente Imp de cada panel solar: 5A + 5A = 10A
• El voltaje del conjunto se mantiene igual al voltaje de un panel solar Vmp: 36V

Para conectar 3 placas solares de 24V en paralelo

• Conectamos los cables + de los 3 paneles solares juntos. Y la unión la llevamos al terminal + del regulador solar.
• Conectamos los cables – de los 3 paneles solares juntos. Y la unión la llevamos al terminal – del regulador solar.

En la imagen superior podemos ver la conexión de 3 paneles solares de 24V en paralelo

• La corriente del conjunto es la suma de la corriente Imp de cada panel solar: 5A + 5A + 5A = 15A
• El voltaje del conjunto es igual al voltaje Vmp de cada panel solar Vmp: 36V

3.3.3.- Conexión serie-paralelo de paneles solares

La conexión serie-paralelo de paneles solares es la más habitual en instalaciones de media-alta potencia con utilización de reguladores solares MPPT. Se conectan tantos paneles en serie como sea posible para formar una cadena o string de paneles solares que funcione a la mayor tensión posible. Posteriormente se conectan cadenas idénticas en paralelo para aumentar la corriente del conjunto y por lo tanto la potencia total del generador solar.

Para conectar 4 paneles solares en 2 serie 2 paralelo

1.- Conectar el grupo 1 de paneles solares en serie. Conectar el cable – del panel solar 1 con el cable + del panel solar 2

2.- Conectar el grupo 2 de paneles solares en serie. Conectar el cable – del panel solar 3 con el cable + del panel solar 4

3.- Conectar el grupo 1 y grupo 2 en paralelo

• Conectar los cables + de los paneles solares 1 y 3 al terminal + de regulador solar
• Conectar los cables – de los paneles solares 2 y 4 al terminal – de regulador solar

En la imagen superior tenemos un ejemplo de 4 paneles solares de 60 células conectados en serie-paralelo

• La corriente del conjunto es la suma de la corriente Imp de cada panel solar conectado en paralelo: 8A + 8A = 16A
• El voltaje del conjunto será la suma del voltaje Vmp de cada panel solar conectada en serie: 30V + 30V = 60V

4.- REGULADORES SOLARES todo lo que debes saber

Los reguladores solares son los equipos encargados de controlar la carga de las baterías con la energía procedente de las placas solares. Existen 2 tecnologías de reguladores solares, los reguladores solares PWM y los reguladores solares MPPT.

4.1. -Diferencias entre un regulador solar MPPT y un regulador solar PWM

Los reguladores solares PWM no son capaces de modificar la tensión de funcionamiento de las placas solares y por lo tanto cuando conectamos las placas solares a las baterías mediante reguladores PWM la tensión del conjunto se iguala. Este hecho hace que las placas solares trabajen continuamente fuera de su punto de máxima potencia Vmp y por lo tanto que no obtengan el máximo rendimiento de las placas solares.

Los reguladores solares MPPT en cambio, son capaces de separar la tensión de funcionamiento del campo fotovoltaico de la tensión de la batería. De este modo el seguidor MPPT situará la tensión de las placas solares continuamente en el valor de tensión que mayor producción solar obtenga, independientemente de la tensión de la batería y de las condiciones de radiación y temperatura.

Reguladores solares PWM

• La tensión de trabajo de las placas solares es la misma que la de la batería en todo momento
• Los reguladores PWM son más económicos
• La tensión de trabajo del campo fotovoltaico es siempre igual a la de la batería.
• Los reguladores PWM se utilizan con placas solares de 12V y 24V
• En los reguladores PWM no se puede superar la máxima corriente admisible por el regulador
• La corriente de carga es la misma que la corriente del generador fotovoltaico
• No conectar las placas sin estar antes conectadas las baterías

Reguladores solares MPPT

• EL regulador solar MPPT es capaz de separar la tensión de funcionamiento del grupo de placas solares respecto de la tensión de la batería. Esto le permite situar la tensión de las placas solares en el punto óptimo para obtener la máxima potencia en cada momento. De ahí el nombre de “maximizador“.
• Un regulador solar MPPT es bastante más caro que un regulador solar PWM
• Permiten trabajar a tensiones elevadas en el campo fotovoltaico
• Los reguladores solares MPPT son necesarios para placas solares de 60 células
• En los reguladores solares MPPT no se puede superar la máxima tensión admisible por el regulador
• La corriente de carga es diferente a la corriente del generador fotovoltaico

4.2.- Cuando utilizar un regulador solar MPPT y cuando un PWM

¿Cuándo utilizar un regulador solar MPPT?

Con placas solares de 60 células. Con las placas solares de 60 células es necesario utilizar reguladores solares MPPT para poder cargar las baterías al 100%. Estas placas solares trabajan con tensión a máxima potencia de Vmp: 30V aprox. y no son capaces de cargar las baterías de 24V hasta los 28,8V necesarios en caso de temperaturas exteriores bajas. Placas solares de 60 células

Cuando las distancias entre placas solares y regulador solar sean grandes. Otra de las ventajas de trabajar con reguladores solares MPPT es que la configuración del generador fotovoltaico suele ser de 2 o 3 placas solares en serie, por lo que la tensión de trabajo es de 60V o 90V reduciendo enormemente el paso de corriente y por lo tanto la sección de cables necesaria. De esta forma podemos conseguir distancias mayores sin incrementar los costes del cableado. Ojo: hablamos de la corriente del generador, no de la corriente de carga.

Cuando sea necesaria la máxima producción solar. Debido a la constante búsqueda del punto de máxima potencia de las placas solares, se considera que en la mejor de las circunstancias los reguladores solares MPPT incrementan la producción de las placas solares en un 30%. Aunque esto no sea así en todas las circunstancias, el uso de reguladores solares MPPT será muy interesante cuando el espacio para instalar placas solares esté limitado y necesitemos la máxima producción o cuando la orientación e inclinación de las placas solares no sea la óptima mejoraremos mucho la producción. Ver catálogo reguladores solares MPPT

¿Cuándo utilizar reguladores solares PWM?

Actualización: se desaconseja el uso de reguladores solares PWM porque están prácticamente descatalogados

En instalaciones pequeñas con menos de 3 placas solares. Resultará más económico utilizar placas solares de 12V y 24V para instalaciones con baterías solares de 12V y 24V junto con la utilización de reguladores solares PWM.

Cuando sea más importante reducir costes frente a maximizar el rendimiento. Las instalaciones con reguladores solares PWM y placas solares de 12v y 24v son las más simples de diseñar, de configurar y además normalmente las más baratas.

Con instalaciones solares a 12V. Cuando las baterías están a 12V, la corriente de trabajo es muy elevada y se necesitan grandes reguladores MPPT para muy poca potencia. Por ejemplo, para 1000w de placas solares con baterías de 12V sería necesario un regulador solar MPPT de 80A valorado en más de 600€. Mientras que un regulador solar PWM para la misma potencia nos costaría menos de 100€.

Con placas solares de 24V y 72células. Las placas solares de 24V y 72 células tienen una tensión de trabajo a máxima potencia de Vmp: 37V aprox. y una tensión de circuito abierto Voc: 45,6V aprox. Si intentamos configurar un regulador solar MPPT con estas placas nos encontramos que al tener una tensión de circuito abierto tan elevada, podríamos sobrepasar la máxima tensión Vdc permitida por el regulador solar MPPT y dañarlo. Por ejemplo con 3 placas solares en serie la tensión de circuito abierto Voc sería de unos 140V y en condiciones de temperatura exterior baja ese valor superaría fácilmente los 150Vdc máximos permitidos por la manyoría de reguladores solares MPPT. Ver catálogo reguladores solares PWM

Actualmente hay una tendencia a la utilización de placas solares de 24v y 72 células de gran potencia junto con reguladores MPPT. La ventaja es que los precios de las placas solares de 72 células solares de 6 pulgadas son muy económicos y junto con la utilización de los maximizadores se consigue sacar el máximo rendimiento a la instalación solar. Placas solares de 24V y 72 células

La desventaja es que los reguladores solares MPPT han sido diseñados para ser utilizados con placas solares de 60 células y por lo tanto son más difíciles de configurar con la utilización de placas solares de 72 células, no pudiendo, en muchos casos, conectar 3 placas solares en serie para trabajar al máximo de tensión admisible por el regulador MPPT. Por consiguiente el paso de corriente es más elevado y la sección de los cables debe ser mayor.

Actualización: se desaconseja el uso de reguladores solares PWM porque están prácticamente descatalogados

4.3.- Cálculo del regulador solar PWM

Los reguladores solares PWM se utilizarán solamente en generadores fotovoltaicos con la misma tensión que las baterías. Es decir, cuando el conjunto de placas solares funcione a 12V nominales y las baterías estén configuradas a 12V nominales y cuando las placas solares estén conectadas para trabajar a 24V y el conjunto de baterías esté conectado a 24V.

Por lo tanto solamente podremos conectar placas solares de 12V en paralelo con baterías de 12V (recuerda no conectar baterías en paralelo), y para baterías de 24V con placas solares de 24V en paralelo o conjuntos de 2 placas solares de 12V en serie para que funcionen como una placa de 24V. Para placas solares de 60 células es necesario el uso de reguladores MPPT.

Para calcular el regulador PWM necesario tan solo debemos calcular la corriente de salida Imp del generador fotovoltaico. La corriente de salida del generador fotovoltaico será la misma que la corriente de carga. Por lo tanto, sumaremos las corrientes Imp de las placas solares conectadas en paralelo. El regulador PWM deberá ser siempre un 10% mayor que el valor obtenido.

Ejemplos:

• 1 placa solar de 12V con Imp: 8A; el regulador solar PWM deberá ser mínimo de 10A.
• 2 placas solares de 12V con Imp: 8A conectadas en paralelo dan un total de Imp: 16A; el regulador solar PWM deberá ser mínimo de 20A.

IMPORTANTE:

La corriente de carga nunca debe superar el valor del regulador PWM, de lo contrario se quemará. Es importante dejar un 10% de margen para asegurar que no se dañará.

No conectar nunca las placas solares antes que las baterías. Si el regulador solar PWM no puede entregar la corriente de las placas solares a las baterías deberá disiparla en forma de calor a través del radiador, en poco tiempo se puede quemar.

Para mayor detalle en el cálculo de los reguladores PWM leer el siguiente artículo: Calcular es regulador solar PWM necesario

4.4.- Cálculo del regulador solar MPPT

Podemos utilizar los reguladores MPPT con todo tipo de paneles solares, pero debemos tener en cuenta que estos reguladores solares solares fueron diseñados para ser configurados con placas solares de 60 células, por lo que con otro tipo de paneles solares puede ser un poco complicado.

El método rápido para calcular el regulador solar MPPT es dividir la potencia del generador fotovoltaico entre la tensión de la batería.

Ejemplo:

1.500W de placas solares para una batería de 24V: 1.500W / 24V =  62,5A; podemos utilizar un regulador solar MPPT 60A ya que estos reguladores no se queman si se supera la corriente de carga. Ellos mismos se encargan de modificar la tensión de trabajo de las placas solares para limitar la corriente de carga.

1.500W de placas solares para una batería de 12V: 1500W / 12V = 125A; como podemos ver, estos reguladores con baterías de 12V no son la mejor opción, porque la corriente de carga sale muy elevada y el regulador solar MPPT necesario sería carísimo.

IMPORTANTE:

La corriente del generador solar no es la misma que la corriente de carga de batería. La corriente del generador depende de la configuración serie paralelo de las placas solares, mientras que la corriente de carga se calcula como hemos visto.

El generador solar No puede superar nunca la máxima tensión DC permitida a la entrada del regulador solar MPPT o se quemará. Por lo tanto debemos tener en cuenta la tensión en vacío o circuito abierto Voc de las placas solares y cómo afecta la temperatura a la tensión de salida de una placa solar para realizar bien el cálculo.

Para profundizar en el cálculo de los reguladores solares MPPT leer el siguiente artículo: Calcular el regulador solar MPPT necesario

5.- INVERSORES SOLARES todo lo que debes saber

5.1.- Tipos de inversores solares

En internet se encuentra un montón de mala información que puede hacer que nos confundamos con inversores de onda pura, inversores de onda cuadrada, híbridos y demás, por eso aquí tienes un clasificación de los inversores solares aunque solamente hablaremos de los inversores utilizados para los kits solares de baterías.

Existen 3 tipos de inversores solares:

Inversores de aislada o de baterías. Son los que se utilizan en los kits solares fotovoltaicos donde no hay conexión a la red eléctrica, de ahí el término «aislada» y no porque sea una casa en una ubicación remota aislada de la civilización. Para poder generar una onda sinusoidal de salida necesitan el uso de baterías solares.

Inversores de red o de autoconsumo. Son los inversores que se utilizan en instalaciones fotovoltaicas donde existe conexión a la red eléctrica. Estos inversores solares transforman la corriente continua de las placas solares y la transforman a 230V para ser inyectada en la red eléctrica a la misma frecuencia y fase, mediante un un bucle de enganche de fase. La tensión de inyección es ligeramente superior a la de la red para priorizar el consumo de la energía procedente de las placas solares. Estos inversores no pueden funcionar si no hay red eléctrica presente.

Inversores Híbridos. Son los que reúnen las 2 condiciones anteriores. Son capaces de sincronizar la corriente de salida con la de la red eléctrica y al mismo tiempo utilizar baterías solares.

Dentro de los inversores de aislada o de baterías podemos distinguir 3 grupos:

Inversores de baterías: Su función simplemente es la de convertir la corriente continua de las baterías y proporcionar una corriente alterna de 230V para alimentar los electrodomésticos.

Inversor/cargador: Además de la función anterior estos equipos permiten la carga de baterías mediante la utilización de una fuente externa de corriente alterna como un grupo electrógeno o la red eléctrica.

Inversor 3 en 1, con regulador, inversor y cargador todo en un mismo equipo: La aparición de los inversores 3 en 1 Huber ha revolucionado los kits solares fotovoltaicos. Con precios muy competitivos y alta fiabilidad, estos equipos incorporan el regulador solar además del inversor y el cargador, de esta forma tenemos toda la electrónica en un mismo equipo. Con display digital y tan solo 4 botones, podemos visualizar todos los parámetros de la instalación, corriente de carga, tensión de funcionamiento de paneles solares y baterías, estado de carga de las baterías, consumo realizado, potencia de salida, etc. Y además la posibilidad de programación de todos los parámetros sin necesidad de consola de programación externa.

En este último grupo cabe destacar la reciente aparición de los inversores Huber Connect capaces de funcionar sin baterías a pesar de ser inversores de aislada con baterías.

5.2.- Características de los inversores solares

Tensión de funcionamiento: Los inversores de baterías pueden ser de 12v, 24v o 48v, esta tensión de trabajo no puede ser modificada y por lo tanto marcará la tensión de las baterías de la instalación de forma permanente. Una vez disponemos de un inversor de baterías en nuestra instalación no podremos modificar la tensión de las baterías para ampliarlas sin cambiar de inversor.

Rango de tensión de entrada (tensión de batería): Los inversores de baterías aceptan normalmente un rango de tensión de entrada (tensión de las baterías) que para los inversores de 12v está entre los 10,5v y los 16v. Fuera de este rango el inversor no funcionará. Los inversores de 24V aceptan una tensión de entrada entre los 21v y los 31v y los inversores de 48v un rango entre 41v y 60v. Para estar seguro del rango de entrada de cada inversor es conveniente consultar la ficha de características técnicas que proporciona el fabricante.

Potencia de salida: La potencia de salida del inversor puede estar expresada en vátios (W) o en Voltio-Amperios (VA). La diferencia entre uno y otro es el factor de potencia que depende de la eficiencia del inversor y de las cargas o consumos conectados a él. Así pues un inversor con salida de 5000VA tendrá una salida cercana a 5000W cuando las cargas conectadas sean prácticamente resistivas puras. Y una salida de unos 4000W con cargas fuertemente inductivas o capacitivas. Las cargas resistivas son aquellas donde no hay desfase entre la tensión y la corriente, es decir, no hay transformación de corriente si no que simplemente la energía es consumida en calor como las estufas de resistencias, un termo eléctrico o un horno convencional. Las cargas inductivas y capacitivas crean un desfase entre la tensión y la corriente debido a una transformación antes de ser consumida y produciendo un consumo de reactiva como sucede con motores, compresores, tubos fluorescentes y cualquier cosa que tenga un transformador o un condensador.

Temperatura: La temperatura afecta fuertemente a la salida de los inversores limitando el máximo de potencia que pueden entregar y el tiempo durante el cual pueden entregar esa potencia. A mayor paso de corriente mayor temperatura por lo que todos los inversores serán capaces de suministrar la potencia de salida nominal a temperatura estándar de 25º y prácticamente el doble de potencia nominal durante unos pocos segundos.

Pico de potencia máxima: Todos los inversores son capaces de suministrar hasta el doble de la potencia nominal de salida durante unos pocos segundos para poder soportar el transitorio de arranque de las cargas más exigentes como los motores o los compresores.

Consumo de standby: El inversor consume un poco de energía incluso en los periodos donde no hay consumo en la vivienda. Cuanto mayor es el inversor, (más potente) más grande es el consumo de standby.

Tensión de funcionamiento: Por eficiencia en la conversión los inversores de baterías de 12V tienen potencias de salida de unos poco vatios hasta unos 1200W, los inversores de 24v tienen potencias entre los 2000W y 4000W y los inversores de 48V entre 4000W y 8000W.

5.3.- Aspectos importantes de los inversores-cargadores

La potencia del cargador: La potencia máxima del cargador viene escrita en el nombre del inversor-cargador y expresada en amperios máximos de carga. Así un cargador de 60 amperios en un inversor de 24 voltios demandará una potencia del grupo electrógeno de unos 60A * 24V = 1.440W.

Los 60 amperios indican la máxima corriente de paso a través del cargador hacia la batería. Esta corriente es corriente continua (DC) ya transformada internamente por el cargador desde la corriente alterna (AC) que proporciona el grupo electrógeno.

Debemos tener en cuenta que para que el grupo electrógeno entregue 1.440W entra en la ecuación el factor de potencia del propio grupo electrógeno, así un factor de potencia del 0,80 supone que el grupo debe entregar unos 2.000VA. Cuanto más nos acercamos a los límites mínimo y máximo de potencia que puede entregar el grupo electrógeno menor será el factor de potencia, siendo este factor dependiente del par motor del motor y de la eficiencia del alternador.

Además de la energía que debe suministrar al cargador de baterías, el grupo electrógeno debe ser capaz de entregar la potencia demandada en consumo. Por lo tanto, si en la vivienda hay un consumo de 2.000W y el cargador demanda 1.440W el grupo electrógeno debe ser capaz de suministrar en ese momento 3.440W que con el factor de potencia del grupo electrógeno serían mas o menos 4.000VA. La potencia de todos los grupos electrógenos está expresada en voltioamperios (VA) o kilo-voltioamperios (kVA) porque la salida en vatios (W) depende de la carga conectada a la salida que variará el factor de potencia de trabajo del grupo.

Si tenemos un grupo electrógeno que no es capaz de suministrar toda la potencia que demanda el cargador de baterías, es necesario programar el inversor-cargador para limitar la corriente de demanda al grupo electrógeno.

IMPORTANTE: La corriente de carga de batería no debe superar nunca el 20% de la capacidad de la batería expresada en C10, se recomienda que la corriente de carga sea solo del 10%. Ya que las limitaciones físicas de los componentes de la batería hacen que se puedan deformar las placas internas por la elevada temperatura y dañar la batería solar.

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