Mi sistema fotovoltaico para emergencias… y algo más

ESTE ESCRITO NO PRETENDE SERVIR DE INSTRUCCIONES PARA MONTAR UN SISTEMA FOTOVOLTAICO.  SOLO COMPARTO LO QUE HICE EN MI CASA YA QUE MUCHOS ME HAN PREGUNTADO.  NO UTILICE ESTE ESCRITO COMO UN HECHO 100% PRECISO.  EVALÚELO COMO UN PROYECTO DONDE ALGUIEN HA QUERIDO COMPARTIR SUS EXPERIENCAS Y LO POCO QUE HE APRENDIDO EN EL PROCESO.  SI NO ENTIENDE LOS CONCEPTOS, CONTRATE A UN PERITO ELECTRICISTA QUE SE ESPECIALICE EN SISTEMAS FOTOVOLTAICOS.  NUEVAMENTE, NO ME HAGO RESPONSABLE DE DAÑOS OCASIONADOS POR REPRODUCIONES DEL SISTEMA.

Con eso en mente, y sin más rodeos, comencemos.

Cuando decidí montar este sistema, el propósito principal era poder tener la capacidad de RESOLVER en una emergencia.  No es un sistema preparado para estar OFF-GRID (fuera de la red).  Este sistema que he montado, tampoco ha sido del todo barato.  Aquí hay invertidos alrededor de $1,000 excluyendo el generador eléctrico inverter que fueron unos $750 adicionales.  Intenté utilizar componentes relativamente económicos.

Hay que considerar que este sistema lo monté sin contratar a nadie, lo que abarató el costo significativamente.  Claro, tuve que leer muchísimo, consultar a mi suegro que es ingeniero eléctrico, ver Youtube horas largas.  Aunque no pagué por el trabajo, invertí mucho tiempo… y dicen que “el tiempo es dinero”, pero también, que “todo lo aprendido es ganancia”.  No pretenda entenderlo con este diagrama… lea mucho.  Vea muchos videos en Youtube.  Estudie mucho el asunto.  Es la única manera.  Si no, contrate a alguien.  Comparto lo aprendido con ustedes y estoy abierto a escuchar sugerencias de aquellos que saben mucho más que yo.  Entonces… ¿Qué necesité para comenzar?

  • 2 paneles de 100 watts c/u
  • 2 bases de antenas satélites adaptadas a un marco hecho a la medida
  • 2 conectores “Y” para conectar en paralelo
  • 2 pares de conectores MC4
  • Cables de 10-Gauge / 30 AMP
  • 2 interruptores (ON/OFF)
  • Un Inverter de 1,200 watts
  • Un cargador de batería (que tuviera la función de desulfación)
  • Una batería 8D
  • Generador eléctrico inverter de 1,800 watts


PANELES SOLARES MONOCRISTALINOS vs POLICRISTALINOS

¿Cuál es mejor?  Lo que debes saber es que no hay uno mejor que el otro.  Todo va a depender del clima habitual de donde se va a instalar la placa solar.

  • Se recomienda la instalación de placas solares monocristalinas en climas fríos con tendencias a tormentas o niebla, ya que este tipo de placas solares tienden a absorber mejor la radiación y soportan menos el sobrecalentamiento.
  • Se recomienda la instalación de placas solares policristalinas en climas cálidos, pues absorbe el calor a una mayor velocidad y le afecta en menos medida el sobrecalentamiento.

Mi sistema tiene dos placas solares de 100 watts cada una, que están inyectando a la batería 200 watts.  Recuerda que siempre hay una pérdida, y asumamos que está promediando 160 watts durante 5 horas de sol.  Son un total de 800 watts que convertidos en amperes son 6.67 amperes por hora (tranquilos que más adelante les explico la conversión).

BASE PARA PANELES SOLARES

Existen muchos programas para tu móvil (apps), que permiten orientar y dirigir las placas solares de una manera sencilla.  Puedes comprar una base estática y apuntarla en la dirección que te diga el APP y luego la fijas.  En mi caso, necesitaba tener un sistema que se pudiera orientar según la época del año.  Por eso adapté una base de antenas satélites y en el proceso, reusamos.  Con simplemente aflojar unas tuercas y tornillos, lo redirecciono manualmente.  Uso PV – Solar Power System pero hay una gran variedad de otros APPS.

CONTROLADOR DE CARGA SOLAR
PWM vs MPPT

Las placas solares hoy en día te pueden dar un rendimiento de hasta 18 voltios.  El controlador MPPT  juega con la intensidad y ajusta el voltaje según la necesidad de la batería, sacándole el máximo al panel.  Por el contrario, el regulador PWM tiene límites.  Activará la carga con 12 voltios, la considerará descargada con 10 voltios y la desactivará a los 14 voltios.  En resumen, el MPPT es una tecnología más cara, pero brinda mayor rendimiento con la capacidad de suministrar el 100% de energía que obtiene del panel (podría llegar hasta un 30% más de eficiencia).

En mi caso, cuando comencé el sistema, compré en controlador PWM por $15.  No sabía exactamente lo que quería hacer, y me pareció económico para experimentar.  En la eventualidad, cambiaré a MPPT pero estamos hablando de sobre $100 por el controlador MPPT.

INTERRUPTORES ON/OFF

Si vamos al manual, se supone que en vez de un interruptor, vaya un breaker.  Algún cambio de voltaje pudiera dañar los equipos.  Con un controlador de $15, y unos 200 watts preferí poner un interruptor para manualmente controlar el flujo de electricidad.  Los paneles solares NUNCA deberán conectarse al controlador de carga primero.  Es lo último que se conecta o te aseguro que vas a quemar el controlador.  Así que cuando voy a trabajar con el sistema, lo primero que hago es apagar el interruptor de las placas solares.  Mejor aún, sigue las instrucciones que vienen con el controlador.

BATERÍA

Llegamos al tema que trae muchísimas dudas.  ¿Qué batería debo usar?

¿Qué usé yo?  Recordemos que mi sistema es uno para utilizarlo en emergencias o breves interrupciones de luz y no de manera permanente.  No podía justificar el costo de otro tipo de batería por la diferencia en precio, cuando la mayoría del tiempo estaría completamente cargada.

Por lo tanto, usé batería regular de carro… en realidad de camión: 8D.  Es una batería WET que no viene sellada y pesa muchísimo.  NO SE RECOMIENDA este tipo de baterías para los sistemas fotovoltaicos, porque vienen diseñadas para arranque y no para cargas y descargas continuas como las “Deep Cycle”.  No debe descargarse más allá del 50% de su capacidad.

Las baterías de GEL se utilizan en instalaciones con paneles solares.  Son baterías selladas, tienen características similares a las de plomo ácido pero en vez de estar en forma líquida, está en forma de gel.  No necesitan mantenimiento pero la carga no debe ser mayor de 14 voltios.  Aunque puede ser descargada más allá del 50% la vida útil puede verse reducida significativamente.  Ej. Un 80% de descarga reduce su vida a aproximadamente 500 ciclos, mientras un 50% de descarga puede darte hasta aproximadamente 700 ciclos.

Las baterías AGM también son selladas.  No tienen pérdida de agua durante la vida de la batería.  Son resistentes a choques y vibraciones.  Tiene una mayor capacidad de entregar y absorber corriente mucho mayor que las de gel y sin disipación de calor.  Puede cargarse a niveles de tensión típicos de las baterías de plomo-ácido sin necesidad de recalibrarse, algo que es necesario en las de gel.  Sin embargo su vida útil es menor.  Aunque puede ser descargada más allá del 50% la vida útil puede verse reducida significativamente.  Ej. Un 80% de descarga reduce su vida a aproximadamente 350 ciclos, mientras un 50% de descarga puede darte hasta aproximadamente 600 ciclos.

Las baterías de LITIO son mucho más costosas pero generalmente vienen con garantía de 10 años.  No necesita mantenimiento y puede ser descargada y recargada una gran cantidad de veces, entre 1,500 a 4,500 ciclos dependiendo la profundidad de descarga.  En lo personal, este será mi próximo paso. Pero en la eventualidad, porque estamos hablando de aproximadamente $1,000 por 100 Ah.

INVERTER

Un inverter se utiliza para convertir la señal de 12v (car lighter plug) a 120v (receptáculos de la casa).  Hay dos tipos de inverter, PURE SINE WAVE que la onda de la electricidad es casi idéntica a la del receptáculo de tu casa, o MODIFIED SINE WAVE que la onda parece más escalonada y simula la onda.

  El precio del MODIFIED es más barato, pero por lo general, da problemas con equipos electrónicos, baterías de respaldo para computadoras, parpadeos de luces LED, etc. porque tiene mucho ruido (NOISE).  Mi recomendación es irte con un inverter PURE SINE WAVE.

Un inverter con capacidad muy alta no necesariamente es mejor.  Todo va a depender el uso.  Convertir de 12v a 120v siempre conlleva una pérdida.  El inverter que compré es relativamente económico ($200) pero su pérdida puede llegar hasta un 10% al convertirlo.  Ese 10% es del total de la capacidad y no del flujo de electricidad (según me explicó mi suegro).  Recomiendo que estimes el “wattage” que vas a usar para determinar el tamaño que te conviene.

GENERADOR ELECTRICO INVERTER

Mientras preparaba este escrito, tenía toda la intención de dejar el generador eléctrico para el final porque no es parte del sistema fotovoltaico, pero es parte de mi sistema de respaldo para emergencia.  Para poder entender lo que viene luego, hay que tener claro unos conceptos.  Los generadores inican típicamente dos números y la manera de mercadearlos es usar el número más alto.  En mi caso tengo una Ryobi 2300.  El segundo número es 1800.

2300 se refiere a la cantidad de watts que puede manejar el generador cuando los enseres arrancan (el peak).  Los 1800 se refiere a la cantidad de watts constante que puede manejar el generador.  ¿Como sabemos cuánto consumen los enseres?  Vamos a usar como ejemplo una nevera.  En la etiqueta de la nevera te dice el consumo en watts o en amperes.  Mi generador indica que puede correr 1800 watts constante.  Buscas en la etiqueta del equipo que quieres conectar y listo.  ¿Pero qué tal si lo dice en amperes? Lo multiplicas por 120 y el resultado son los watts de consumo.

Por lo general, las etiquetas presentan la información de consumo, casi siempre en amperes.  Una nevera típicamente consume 6.5 amperes.  Para saber cuántos watts consumiría mi nevera, multiplicas 6.5 x 120 = 780 watts lo que quiere decir no debes de tener problemas en usar el generador.

RECUERDALO:  AMPERAJE x 120 = WATTS

RELACIÓN ENTRE INVERTER Y BATERIA

Primero hay que explicar que es Ah (amperes/hora).  Todos los equipos consumen una cantidad de watts (o amperaje).  Acabamos de aprended que 1 amper = 120 watts.

La relación anterior está basada en equipos de 120v (o sea, equipos que se conectan a la casa con un receptáculo regular).  Para convertirlo a equipos de 12v (como el lighter plug del carro) lo multiplicas por 10 y te indica el consumo aproximado por hora a 12v.  Recuerda que la batería es de carro, por lo que son 12v.

Ej. Una bombilla LED de 11.5 watts x 10 = 115 watts
Explicamos en la sección anterior que la conversión de amperaje a watts es multiplicando por 120.  Entonces si queremos hacerlo al revés, dividimos.

115watts/120 = 0.96 amperes (redondeado a 1 amper por hora)

Entonces, si tienes una batería que su capacidad efectiva es de 80Ah podrías utilizar la bombilla durante 80 horas.

DETENTE.  Si no entendiste, leelo de nuevo.  Es importante entenderlo.


ADEMÁS:

La duración de la batería no siempre va a depender de cuantos Ah (amperes/horas) rinde da una batería sino de la carga total que le sacas a la vez.  El término en inglés es DERATING y lo que significa es que mientras más carga le sacas a la batería al mismo tiempo (entiéndase múltiples equipos conectados), menos dura la carga.

Es importante que entiendas este concepto para saber cuánto le estás consumiendo a la batería.

CARGADOR DE BATERÍA

Al tener placas solares conectadas a la batería, se hace innecesario el uso de un cargador de batería.  Sin embargo es imprescindible tenerlo para una emergencia.  Si te quedas sin electricidad durante varias semanas, no vas a poder depender completamente de las dos placas solares para tu sistema de emergencia.  Es por eso que durante el día, tienes la oportunidad de usar tu batería, mientras se recarga con el sol.  Pero por la noche necesitarás llevarla a la capacidad máxima de carga.  Cuando prendes tu generador eléctrico durante la noche, usas el cargador de batería para recargarla.

CONECTORES, CABLES, ETC.

¿Paralelo o en serie?  Dependerá de tantas cosas (capacidad del controlador, batería, distancia del cable entre los paneles solares y en controlador, el GAUGE del cable, etc.).  En mi caso, lo puse en paralelo porque mi batería es de 12V, el cable era de un GAUGE bajito y había mucha distancia en el cableado.  LES RECOMIENDO QUE LEAN MUCHO EN ESTE ASUNTO YA QUE EN POCAS PALABRAS NO SE PUEDE EXPLICAR.  Necesitaría un tema entero explicando esto.  Tienes que entender la diferencia entre amperaje, voltaje y watts.  Hay muchos videos en Youtube que explican el concepto.  Utilicé una Y para conectar ambas placas en paralelo y luego lo conecté al controlador de carga.

CONCLUSIÓN

Para resumir, hay que partir de la premisa de que esto es un sistema de respaldo para emergencias.  No tiene otro propósito que no sea el uso es ocasional o temporero.  Con esto en mente, puedes alternar el uso de ambos sistemas durante la emergencia:  SISTEMA FOTOVOLTAICO & GENERADOR ELECTRICO INVERTER.  Una de las preocupaciones más grandes es tener donde guardar las cosas frías. 

Les menciono que compré una nevera pequeña 120v de 2.4 pies cúbicos.  Consume 0.85 Ah en 120v (enchufe de la casa). En este momento ya deberías saber cuántos Ah consume a 12v (batería de carro) pero para repasar: 0.85 x 10 = 8.5 Ah que le está sacando a la batería.  Al mismo tiempo está inyectando electricidad a la batería con los paneles fotovoltaicos.  La última prueba que hice me dio 14 horas con la nevera, de 10 am a 12 medianoche.  Al sumarle 12 horas del generador eléctrico inverter, estoy cubierto en poder mantener la nevera encendida todo el tiempo durante la emergencia.

$1,750 con el único propósito de tener la capacidad para mantener una nevera encendida… no suena lógico.  Sin embargo, cuando hemos estado meses largos sin servicio eléctrico, hace el sentido del mundo.  Tres meses en mi caso… Imagina pagar 20 dólares diarios de combustible para llenar una planta de esas que prenden toda la casa.  Así estaban muchos.  20 dólares diarios por 90 días son $1,800.  A mí, me hace todo el sentido del mundo hacer la inversión una vez, y solo pagar el combustible del generador eléctrico inverter, que en aquel entonces me gastaba $3 diarios.  Esta es mi experiencia, y espero que te sea de utilidad.

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