Hace unos meses empecé a leer sobre la generación de energía eléctrica por medio de paneles solares y me interesó bastante, así que me puse a la tarea de leer mas para ver sus aplicaciones y qué se debía tener en cuenta a la hora de hacer una instalación sencilla y que no resultara tan costosa.
El Proyecto:
El Proyecto:
Luego de haber entendido los detalles que se deben tener en consideración para hacer una instalación "fotovoltaica" (no soy experto aún) hice los cálculos necesarios para poder tener encendidos 3 bombillos durante 4 horas.
Lo primero que se debe saber es qué tanta potencia se va a necesitar para que funcionen los dispositivos, seguramente usted ha leído algo al respecto de los watts de potencia, para una instalación fotovoltaica básica lo ideal es necesitar la menor cantidad de watts sin escatimar la comodidad de una buena iluminación (esto para mi caso) así que busqué bombillos de rosca común (E27) LED que iluminen lo suficiente con un mínimo de consumo, probé un bombillo LED Philips de 10 watts y un bombillo LED Daiku de 6 watts, el primero tiene un flujo luminoso de 1055 Lumens, luz amarilla, bastante buena, el segundo tiene un flujo luminoso de 550 Lumens, luz amarilla que también es buena así que lógicamente elegí la segunda opción. (Los bombillos los hay en luz amarilla o luz blanca)
Si está en Bogotá (Colombia) y esta interesado en ese tipo de bombillos (de buena calidad) el de 10W cuesta al rededor de $22.000 y el de 6W tienen un costo promedio de $15.000, en el centro de la ciudad en la zona de eléctricos ofrecen unos de 6W por $8.000, compré uno por economía pero la calidad es bastante deficiente, menos iluminación que el de 6W de $15.000. (A manera de información los buenos bombillos tienen una parte en porcelana y pesan, los baratos son totalmente en plástico y no pesan nada)
Teniendo los bombillos de 6W se calcula el consumo máximo que se requerirá:
3 bombillos de 6W = 18W ------> 18W de consumo por los 3 bombillos en 1 hora = 18Wh
18W x 4(hrs) = 72W
La Batería:
La Batería:
La batería deberá ser capaz de generar 18Wh durante 4 horas para mantener encendidos los 3 bombillos, sin embargo, se debe tener en cuenta que una batería (ojalá de ciclo profundo como gel o AGM) no se debe dejar descargar totalmente ya que acortaría su vida útil. Las especificaciones de las baterías están dadas en Voltaje (V) y Amperios - Hora (Ah), para saber qué batería es la que mas se ajusta (para mi caso) se hacen los siguientes cálculos:
Batería de 12V
Potencia necesaria 18Wh
Por Ley de Ohm Potencia = Voltaje x Corriente ==> 18Wh = 12V x X
Donde X es la cantidad de Amperios que debe entregar la batería, así que:
X = 18Wh / 12V ==> X = 1.5 Amperios - Hora
1.5 Amps x 4 hrs = 6 Amperios
La batería deberá suministrar mínimo 6 Amperios sin descargarse totalmente, mientras mas capacidad mucho mejor ya que la descarga no sera tan profunda y alargaría su vida útil, ademas, daría mayor autonomía al sistema en caso de que haya un día no muy soleado.
Había elegido una batería de 12V y 18Ah (18 amperios de capacidad) porque la batería se descargaría un 33% (18A / 6 Amps -que necesito- = 3), afortunadamente en mi sitio de trabajo cambiaron las baterías de la UPS y me regalaron 2 de 24Ah, son tipo AGM, aunque están usadas aun funcionan perfectamente para mi proyecto y me ahorran unos buenos $$.
Había elegido una batería de 12V y 18Ah (18 amperios de capacidad) porque la batería se descargaría un 33% (18A / 6 Amps -que necesito- = 3), afortunadamente en mi sitio de trabajo cambiaron las baterías de la UPS y me regalaron 2 de 24Ah, son tipo AGM, aunque están usadas aun funcionan perfectamente para mi proyecto y me ahorran unos buenos $$.
Batería 12V - 24Ah
Al colocar las baterías en paralelo mantengo los 12V pero los amperios si se suman, es decir, tengo una batería 48Ah, como usaré 6 Amps equivale a descargarla solo un 12.5% lo que es ideal ya que al ser baterías usadas lo mejor es que no se descarguen mas del 50% y duren un buen tiempo
Baterias de 12V en paralelo (aun no interconectadas)
El Panel:
Ok, hasta acá tenemos la batería y el consumo -teórico- de los bombillos por 4 horas pero.... como cargar la batería con un panel solar?? Leyendo nuevamente en internet acerca de paneles solares, marcas, precios... lo mas económico fue comprar en ebay.com el kit para armar mi propio panel, compré uno de 70W, estos kits traen 40 celdas solares, cinta metálica para conectar entre si las celdas y flux para soldadura (flux es un liquido que permite una soldadura mas uniforme y limpia).
El kit costo $110.000 y tardo 22 días en llegar a la puerta de mi casa. (Un panel de 70W ya armado cuesta en el mercado al rededor de $250.000)
Cada celda solar genera 0.5V, para que el sistema funcione el panel debe generar 18 - 18.5V ya que las baterías se cargan con un voltaje superior a su voltaje nominal de 12V, el voltaje de carga debe ser aproximadamente 14V. También se necesita un controlador / regulador de carga que se alimenta del voltaje y la corriente del panel solar y de la batería.
Celdas solares, cinta de conexión ya cortada para soldar
Aplicando FLUX para luego soldar
Cada celda solar genera 0.5V, para que el sistema funcione el panel debe generar 18 - 18.5V ya que las baterías se cargan con un voltaje superior a su voltaje nominal de 12V, el voltaje de carga debe ser aproximadamente 14V. También se necesita un controlador / regulador de carga que se alimenta del voltaje y la corriente del panel solar y de la batería.
Conociendo los datos anteriores el panel teóricamente generaría en pleno sol:
70W / 18V = 3.88 Amperios - hora
Si hubiera sol de medio día durante 2 horas se recuperarían los 6 Amperios necesarios en menos de 2 horas pero este proyecto se realiza en un apartamento (no hay terraza ni techo donde ubicar el panel) razón por la cual elegí el de 70W con el fin de que genere lo máximo posible sin estar expuesto directamente al sol, ademas, me pareció económico.
Las herramientas para armar el panel son muy fáciles de conseguir:
- Un buen cautín
- Pinzas
- Cortafríos (corta / pela cables)
- Flux o pomada para soldadura
- Una regla o un trozo bien recto de madera o metal
- Bisturí (es posible que se necesite)
- Diodos (no son estrictamente necesarios)
- Soldadura de estaño (si se usan diodos)
La parte azul de la celda es el polo negativo y la parte posterior (gris) es el polo positivo, no es necesario agregar estaño para soldar la cinta conductora a la celda solar ya que dicha cinta viene estañada, solo basta agregar un poco de flux en los puntos plateados para lograr un buen resultado.
Primera cinta soldada
Manera de unir las celdas en serie
Usando una regla para que el panel quede lo mas uniforme posible
Sexta parte del panel completada, se necesitan 36 celdas en serie para completar los 18V
Las celdas son bastante delicadas, afortunadamente vienen 40 en el kit
Esta celda se quebró luego de estar soldada al resto, lo mejor que pude hacer fue agregarle un poco de esmalte para que no se desprendiera del todo el trozo
Después de haber soldado las celdas aproveché para usar unas láminas de acrílico que tenia arrumadas para darle soporte al panel:
Cautín para "pegar" los bordes del acrílico
Tres diodos de 1 amperio cada uno para evitar que ingrese corriente inversa
Un pequeño conector al final para el cable
Panel puesto en una ventana
El Controlador:
Es un dispositivo que centraliza todo y lo administra, es el que recibe la corriente del panel, carga la batería, detiene la carga si ya esta completamente cargada, regula el voltaje de salida a 12V (que es el que se usa para alimentar los dispositivos), protege contra cortocircuitos, polaridades inversas etc.
Los controladores vienen también por capacidades y se debe emplear uno que supere el consumo que se necesita en los dispositivos. En mi caso el consumo es de 1.5 Ah (3 bombillos de 6W.....) así que un controlador de 10 Amperios es suficiente, se debe tener en cuenta que si el panel genera mas de 10 Amperios el controlador debe soportar una corriente mayor.
Los controladores vienen también por capacidades y se debe emplear uno que supere el consumo que se necesita en los dispositivos. En mi caso el consumo es de 1.5 Ah (3 bombillos de 6W.....) así que un controlador de 10 Amperios es suficiente, se debe tener en cuenta que si el panel genera mas de 10 Amperios el controlador debe soportar una corriente mayor.
Para controlador no busqué economía sino funcionalidad, elegí un controlador Windynation P30L, soporta 30 Amps, finalmente ese controlador lo puedo usar a futuro en algún sistema mas robusto, tiene funciones interesantes como activación de la salida de 12V luego del anochecer por la cantidad de horas que se necesite, ajuste de voltaje mínimo de la batería para evitar descargas profundas, muestra los amperios que esta produciendo el panel, los amperios de consumo de la linea de salida (12V)...
Controlador de carga / descarga
La conexión es bastante sencilla incluso para no conocedores del tema, como se ve en la imagen el dispositivo tiene impresos los iconos de "panel", "batería" y "bombillo" (que es la salida de 12V). No se preocupe si comete un error conectando las polaridades, viene con protección contra voltaje invertido y cortocircuitos, sin embargo, tenga mucho cuidado de no hacer un cortocircuito con los cables de la batería ya que la corriente que es capaz de entregar es demasiado alta y podría generar un incendio o recibir una descarga de corriente elevada.
La instalación ya se puede poner en marcha, está el panel fotovoltaico armado y en su sitio, también están listas las baterías, falta el detalle de la alimentación a los dispositivos (en mi caso bombillos LED de 110V corriente alterna 'AC'), si los bombillos fueran a 12V DC (corriente directa) ya estaría todo listo, pero al trabajar con 12V DC se incrementan los amperios que circulan por el cable, lo explico matemáticamente:
En el caso de trabajar con 12V (por Ley de Ohm) 6W/12V = 1.5 Amperios
En el caso de trabajar a 110V (por Ley de Ohm) 6W/110V= 0.055 Amperios
Aunque 1.5 amperios no es una corriente elevada, viendo los resultados lo mejor es trabajar a 110V (a mas amperios circulantes mas diámetro de cable necesitado y por ende mayor el costo), pienso a futuro poder alimentar otros dispositivos que solo trabajan a 110V AC. También se debe tener en cuenta que al trabajar con 12V la distancia desde la fuente de voltaje (batería) al destino (bombillo) influye ya que habría una caída de tensión por el bajo voltaje y el dispositivo final (bombillo de 12V) no trabajaría al 100%.
Controlador conectado y cargando la batería.
El Inversor:
Es un aparato que convierte 12V DC (de la batería) en 110V AC (como la de la toma de corriente de la casa). Existen dos tipos de inversores, de onda pura y de onda modificada. Los inversores de onda pura son aquellos que generan una señal idéntica a las del tomacorriente de casa, cualquier equipo funcionará correctamente siempre y cuando el inversor soporte la potencia requerida, estos inversores son costosos. Los inversores de onda modificada "simulan" la onda pura entregando una onda cuadrada, son mucho más económicos y varios dispositivos funcionaran sin problema.
A la hora de elegir un inversor se debe tener en cuenta la potencia por hora (Wh) que necesitará, en mi caso son 18Wh (3 bombillos 6 Watts c/u), lo mejor es usar uno que supere ojala por mas del 50% la potencia requerida así que uno de 50W es mas que suficiente, sin embargo en el homecenter encontré uno para auto de 200W por $85.000 (onda modificada claro..) que me pareció excelente en caso de conectar algo mas al sistema y no quedarme corto en potencia, ademas, tiene conector USB para cargar el celular o la tableta.
Inversor marca Daiku de 200 Watts
Toques Finales:
Aunque los dispositivos conectados al sistema trabajen con 110V la linea que va de la batería al controlador y la linea del controlador al inversor pueden trabajar con corrientes altas, por ejemplo al usar un TV LCD de 130W la batería es la que soporta esa "solicitud" de potencia, entonces:
130W/12V = 10.8 amperios de la batería hasta el inversor (corriente elevada)
130W/110V = 1.18 amperios del inversor al TV (corriente baja)
Usé cable (cable, no alambre) calibre 12 que soporta hasta 20 amperios para la línea de la batería al controlador, el inversor trae su propio cable y lo conecte al controlador, para la linea de 110V y la linea del panel al controlador usé cable calibre 14 (soporta hasta 15 amperios).
Datos adicionales:
Como mencioné en un principio este sistema se implementaría en un apartamento, los rayos del sol llegan a la ventana del panel por 8 hrs aproximadamente (7 AM a 3 PM) durante el primer semestre del año, en el segundo semestre llega 6 a 6,5 hrs diarias.
El panel fue instalado en agosto y genera en promedio de 6 a 7 amperios que es lo que consumen los bombillos teniéndolos encendidos continuamente por 4 hrs (casi nunca se encienden los 3 a la vez durante 4 horas). En momentos de densa nubosidad (nubes grises) el panel genera unos 0.5 amperios, nubosidad liviana (nubes blancas) de 0.9 a 1.1 amperios, en pleno sol entre 10 AM y 1 PM genera de 1.5 a 1.7 amperios, si el panel estuviera en la parte exterior (por evitar líos con la administración no lo intenté) y estuviera completamente horizontal seguro generaría hasta los 3 amperios pero por ahora esta cumpliendo lo planeado.
Una ultima prueba, que fue realizada por 10 minutos consistió en conectar un TV LCD de 32" al inversor, funciono al 100%.!!
Agradezco a Carlos de nergiza.com y a Eliseo Sebastián de eliseosebastian.com por su colaboración.
Muchas gracias a ustedes por leer mi blog, si tienen sugerencias, mejoras, experiencias con otras instalaciones son muy bienvenidas
William
Aunque los dispositivos conectados al sistema trabajen con 110V la linea que va de la batería al controlador y la linea del controlador al inversor pueden trabajar con corrientes altas, por ejemplo al usar un TV LCD de 130W la batería es la que soporta esa "solicitud" de potencia, entonces:
130W/12V = 10.8 amperios de la batería hasta el inversor (corriente elevada)
130W/110V = 1.18 amperios del inversor al TV (corriente baja)
Usé cable (cable, no alambre) calibre 12 que soporta hasta 20 amperios para la línea de la batería al controlador, el inversor trae su propio cable y lo conecte al controlador, para la linea de 110V y la linea del panel al controlador usé cable calibre 14 (soporta hasta 15 amperios).
Conjunto montado en una tabla.
Por seguridad a cada linea le instalé un fusible de 15 Amperios. La idea de montar el sistema en una tabla es por comodidad a la hora de cambiarlo de puesto o por algún otro evento que implique desmontarlo.
En las ferreterías o ferreléctricos venden un cable calibre 14 que normalmente NO es el real, aunque el encauchetado diga AWG14 el diámetro del cobre corresponde a un 16 o 18 (mucho mas delgado), en este caso es mejor ir al centro a la zona de eléctricos y solicitar cable de NORMA calibre 14 (mas costoso pero seguro).
El cable negro conectado en la parte superior del controlador es un sensor que lee la temperatura de la batería, dependiendo de esa temperatura el controlador acelera o disminuye la carga y así mantiene la batería en optimas condiciones.
Sistema funcionando, batería cargada, inversor activo
Sistema instalado en el cuarto de ropas (buena ventilación)
Uno de los bombillos de 6W funcionando con el sistema fotovoltaico
Datos adicionales:
Como mencioné en un principio este sistema se implementaría en un apartamento, los rayos del sol llegan a la ventana del panel por 8 hrs aproximadamente (7 AM a 3 PM) durante el primer semestre del año, en el segundo semestre llega 6 a 6,5 hrs diarias.
El panel fue instalado en agosto y genera en promedio de 6 a 7 amperios que es lo que consumen los bombillos teniéndolos encendidos continuamente por 4 hrs (casi nunca se encienden los 3 a la vez durante 4 horas). En momentos de densa nubosidad (nubes grises) el panel genera unos 0.5 amperios, nubosidad liviana (nubes blancas) de 0.9 a 1.1 amperios, en pleno sol entre 10 AM y 1 PM genera de 1.5 a 1.7 amperios, si el panel estuviera en la parte exterior (por evitar líos con la administración no lo intenté) y estuviera completamente horizontal seguro generaría hasta los 3 amperios pero por ahora esta cumpliendo lo planeado.
Puesto inicial para hacer pruebas
Cargador del portátil conectado a la linea de 110V del sistema fotovoltaico
Cargador funcionando correctamente
Portátil cargando...
Una ultima prueba, que fue realizada por 10 minutos consistió en conectar un TV LCD de 32" al inversor, funciono al 100%.!!
Agradezco a Carlos de nergiza.com y a Eliseo Sebastián de eliseosebastian.com por su colaboración.
Muchas gracias a ustedes por leer mi blog, si tienen sugerencias, mejoras, experiencias con otras instalaciones son muy bienvenidas
William
