3. ENERGIA SOLAR

3.ENERGIA SOLAR1.La Radiacin Solar El Sol es una fuente de energa formidable. Como todas las estrellas, el Sol es un gigantesco reactor nuclear (su masa es el orden de 330000 veces la de la Tierra) en el que la masa se convierte en energa radiante continuamente. Est formada por diversos elementos en estado gaseoso, (hidrgeno principalmente). Tiene un dimetro de 1,4 millones de km. En su interior existen elevadas presiones, y temperaturas de varios millones de grados, que hace que en el seno del Sol se produzcan, de manera continua, reacciones nucleares mediante las cuales dos tomos de hidrgeno se fusionan (dando lugar a un tomo de helio) liberando una gran cantidad de potencia (del orden de 389103624W). Este es el origen de la energa solar.

De esta energa, solo una parte llega de manera efectiva a la superficie de la Tierra en forma de radiacin ya que constituye una superficie de captacin casi insignificante, al encontrarse a 150 millones de km. An as, la potencia que llega es unas 10.000 veces mayor que la que proporcionan todas las fuentes energticas que el hombre emplea. No obstante, hemos de tener en cuenta algunas dificultades que se nos presentan a la hora de emplear esta energa. En primer lugar, la energa nos llega a la tierra de una manera bastante dispersa, y adems presenta oscilaciones. Segn las horas del da, las condiciones climatolgicas, las coordenadas en que nos encontremos y la estacin del ao recibiremos cantidades diferentes de radiacin solar. La cantidad de energa solar recibida por unidad de superficie y por unidad de tiempo (por trmino medio) sobre una superficie enfrentada al Sol (perpendicular a los rayos solares), situada en el lmite de la atmsfera, a la distancia media entre la tierra y el Sol, es de unos 1.353 W/m2, cantidad que se conoce como constante solar. Viene a indicarnos la energa media que llega a la capa ms externa de la atmsfera terrestre. Esta energa que llega en realidad es una radiacin electromagntica (por eso la llamamos radiacin solar ) Como en la atmsfera se refleja parte de la radiacin que llega del sol, y otra parte se absorbe, a la superficie de la tierra llega, lgicamente una cantidadMenor que la que se tiene en el exterior de la atmsfera. Viene a ser de unos 900W/m2.

Dependiendo de la forma de aprovechar esta radiacin que nos llega del Sol se distinguen tres tipos de energa solar:

*Energa Solar Fotovoltica: La radiacin solar se utiliza exclusivamente para generar corriente elctrica a travs de paneles fotovolticos.*Energa Solar Trmica: La radiacin solar se utiliza fundamentalmente para obtener calor por medio de colectores solares, aunque tambin puede generarse electricidad a partir de vapor.*Energa Solar Pasiva: La radiacin solar se aprovecha para mejorar el confort trmico en un edificio por medio de elementos arquitectnicos bioclimticos.

Estas tres formas de aprovechamiento no tienen nada que ver entre s, ni en cuanto a su tecnologa ni en su aplicacin, por lo que son tratadas separadamente en los siguientes apartados.2.Energa Solar Fotovoltica2.1 La energa solar fotovolticaLa conversin fotovoltica se basa en el efecto fotovoltico, es decir, en la conversin de la energa lumnica proveniente del sol en energa elctrica. Para llevar a cabo esta conversin se utilizan unos dispositivos denominados clulas solares, constituidos por materiales semiconductores.La tecnologa fotovoltica fue desarrollada a finales de los aos 50 como parte de los programas espaciales, con la finalidad de desarrollar una fuente de energa econmica e inagotable. Gracias al descenso de los costes y a la mejora del rendimiento, los sistemas fotovolticos han extendido su utilizacin a numerosas aplicaciones.La transformacin directa de la energa solar en electricidad mediante la conversin fotovoltica presenta ventajas claras dada su sencillez, modularidad, fiabilidad y operatividad. Ello hace que su campo de aplicacin sea muy amplio: desde la utilizacin en productos de consumo, como relojes y calculadoras, hasta la electrificacin de viviendas aisladas o pequeas comunidades de vecinos, pasando por las sealizaciones terrestres y martimas, las comunicaciones o el alumbrado pblico.La tecnologa disponible en la actualidad hace que las instalaciones fotovolticas tengan un inters y una rentabilidad especiales en aquellos lugares alejados de la red elctrica, de manera que en muchos casos constituyen la mejor opcin en trminos econmicos, de operatividad y de fiabilidad de suministro.Los usuarios de las instalaciones fotovolticas autnomas tienen que gestionar un sistema de generacin, acumulacin y transformacin de la energa elctrica, por lo que deben comprender sus caractersticas, posibilidades y limitaciones, y participar, aunque sea mnimamente, su funcionamiento. El comportamiento del usuario junto con el dimensionamiento adecuado de los equipos y un correcto mantenimiento determina fuertemente el rendimiento de la instalacin, el buen servicio y la larga vida.2.2.AplicacionesEn una primera gran divisin las instalaciones fotovolticas se pueden clasificar en dos grandes grupos: *Instalaciones aisladas de la red elctrica*Instalaciones conectadas a la red elctrica En el primer tipo, la energa generada a partir de la conversin fotovoltica se utiliza para cubrir pequeos consumos elctricos en el mismo lugar donde se produce la demanda. Es el caso de aplicaciones como la electrificacin de: viviendas alejadas de la red elctrica convencional, bsicamente electrificacin rural; servicios y alumbrado pblico: iluminacin pblica mediante farolas autnomas de parques, calles, monumentos, paradas de autobuses, refugios de montaa, alumbrado de vallas publicitarias, etc. Con la alimentacin fotovoltica de luminarias se evita la realizacin de zanjas, canalizaciones, necesidad de adquirir derechos de paso, conexin a red elctrica, etc. aplicaciones agrcolas y de ganado: bombeo de agua, sistemas de riego, iluminacin de invernaderos y granjas, suministro a sistemas de ordeo, refrigeracin, depuracin de aguas, etc.; sealizacin y comunicaciones: navegacin area (seales de altura, sealizacin de pistas) y martima (faros, boyas), sealizacin de carreteras, vas de ferrocarril,En cuanto a las instalaciones conectadas a la red se pueden encontrar dos casos: centrales fotovolticas, en las que la energa elctrica generada se entrega directamente a la red elctrica, como en otra central convencional de generacin elctrica. sistemas fotovolticos en edificios o industrias, conectados a la red elctrica, en los que una parte de la energa generada se invierte en el mismo autoconsumo del edificio, mientras que la energa excedente se entrega a la red elctrica. Tambin es posible entregar toda la energa a la red; el usuario recibir entonces la energa elctrica de la red, de la misma manera que cualquier otro abonado al suministro. Los mdulos fotovolticos utilizados en estos casos son los mismos que los empleados para instalaciones aisladas de la red; la diferencia fundamental radica en los tipos de convertidores utilizados. Adems, las instalaciones conectadas a la red no incluyen bateras ni por lo tanto, reguladores.Por ltimo se encuentran las denominadas aplicaciones singulares: satlites artificiales y aplicaciones espaciales, objetos de bolsillo, relojes, calculadoras, neveras porttiles para el transporte de vacunas a zonas aisladas del Tercer Mundo, produccin de hidrgeno, alimentacin de vehculos elctricos, oxigenacin de aguas, cloracin de aguas (una pequea bomba conectada a un depsito de hipoclorito sdico, proteccin catdica de infraestructuras metlicas (gaseoductos, por ejemplo), etc.En relacin a las aplicaciones conectadas a la red en edificios, el hecho ms significativo es el desarrollo de un tipo de mdulos solares con diferentes grados de transparencia, que pueden ser integrados en fachadas y cubiertas de edificios y que generan energa elctrica. Adems al permitir la penetracin de la luz en el edificio, los mdulos ayudan tambin a cubrir una parte de las necesidades trmicas del inmueble. Los proyectos de demostracin de la Biblioteca "Pompeu Fabra" de Matar, y del edificio Nexus de la Universidad Politcnica de Catalua, han sido las primeras experiencias. En estas instalaciones se ha cubierto una superficie total de unos 600 m2, con una potencia total instalada de 58 kWp.Recientemente ha sido publicado el Real Decreto 1663/2000 sobre conexin de instalaciones fotovolticas a la red de baja tensin en donde se establecen normas administrativas y tcnicas para el funcionamiento y conexin de sistemas fotovolticos a la red elctrica.

2.3.Elementos que constituyen un sistema fotovolticoUn sistema fotovoltico es el conjunto de elementos que son capaces de realizar el suministro de electricidad para cubrir las necesidades planteadas a partir de la energa procedente del sol.Para que una instalacin solar fotovoltica funcione correctamente y tenga una elevada fiabilidad de suministro y durabilidad tiene que estar constituida por un conjunto de componentes bsicos: placas fotovolticas, regulador, bateras elctricas e inversorAdems de estos subsistemas, las instalaciones fotovolticas incluyen otros equipamientos como pueden ser el cableado o los sistemas de proteccin y, por supuesto, los elementos de consumo de la energa obtenida, denominados tambin cargas.

Los usuarios deben ser conscientes de las limitaciones que existen en las disponibilidades de energa. La energa disponible no es ilimitada, por lo que no debe usarse innecesariamente. Hay que tratar de consumir en lo posible coincidiendo con los momentos de mayor insolacin y ser especialmente cuidadoso en las pocas de menor insolacin, desconectando los consumos cuando no se usen, aplicando medidas de ahorro energtico, etc. Por ejemplo, no son recomendable los elementos calefactores resistivos (planchas, cafeteras, etc.)

Como se produce la electricidad? Las clulas y los paneles fotovolticosClulas solaresComo se ha indicado, se realiza la conversin de la energa lumnica proveniente del sol en energa elctrica. Para ello se utilizan unos dispositivos denominados clulas solares, constituidos por materiales semiconductores. Cuando se expone una clula solar a la luz del sol se hace posible la circulacin de electrones y la aparicin de corriente elctrica entre las dos caras de la clula.El material ms empleado es el silicio (monocristalino, policristalino o amorfo), aunque tambin existen materiales alternativos al sicilio. Unos son ms baratos de obtener o requieren menos material aunque con menor eficiencia de conversin y otros por el contrario ms caros pero de mejores eficiencias.Si vara la iluminacin, la corriente de la clula vara proporcionalmente, en tanto que la tensin se mantiene casi invariable. Es decir, una misma clula proporciona valores diferentes de potencia al variar la intensidad de radiacin que recibe. Por este motivo, normalmente la potencia nominal de las clulas se mide en vatios-pico (Wp), que es la potencia que puede proporcionar la clula con una intensidad de radiacin constante de 1000 W/m2 y una temperatura de la clula de 25 C.

Paneles fotovolticosPara obtener potencias utilizables en aparatos de mediana potencia, hay que unir un cierto nmero de clulas con la finalidad de obtener la tensin y la corriente requeridas. A modo de ejemplo, si se desea obtener ms tensin hay que conectar varias clulas en serie. Conectando 36 (dimensiones normales, 7.6 cm de dimetro) se obtienen 18 V, tensin suficiente para hacer funcionar equipos a 12V, incluso con iluminaciones mucho menores de 1kW/m2.Un panel solar est formado por varias clulas iguales conectadas en serie y paralelo, de forma que la tensin y la corriente suministrada por el panel se incrementen hasta ajustarse al valor deseado.Otros elementos hacen posible la proteccin del conjunto frente a agentes exteriores, aseguran una rigidez suficiente, posibilitando la sujecin a las estructuras que lo soportan y permiten la conexin elctrica. Estos son la cubierta exterior de vidrio, la proteccin posterior, el encapsulante entre ambas, el marco metlico y las bornas de conexin.

Normalmente los paneles utilizados estn diseados para trabajar en combinacin con bateras de tensiones mltiplo de 12 V y tienen entre 28 y 40 clulas, aunque lo ms tpico es que cuenten con 36. La superficie del mdulo puede variar entre 0.1 y 0.5 m2 y presenta dos bornas de salida (positiva y negativa) y, a veces, alguna intermedia para colocar los diodos de proteccin. El comportamiento y las caractersticas elctricas del mdulo fotovoltico vienen determinados por la curva tensin-intensidad (V-I) del panel.Adems de hablar de la potencia pico del mdulo, es necesario especificar ciertos parmetros de dicha curva caracterstica con el fin de evaluar el tipo de mdulo mejor adaptado a la aplicacin de que se trate. Estas caractersticas del panel estn definidas para unas condiciones estndar de medida, las cuales vienen determinadas por el nivel de irradiacin (1 kW/m2), la temperatura (25C) y la distribucin espectral de la radiacin incidente (A.M. 1.5, que es la cantidad de masa de aire que tiene que atravesar un rayo de sol). En la figura se muestra la curva de caractersticas de un panel fotovoltico.Si se cortocircuitan los terminales del panel (V=0), a travs del circuito circular una intensidad de corriente mxima (Isc) denominada corriente de cortocircuito.Al dejar los terminales del panel en circuito abierto (I=0), entre ellos aparece una tensin mxima (Voc) llamada tensin de circuito abierto.Si se conecta una carga elctrica al panel, el punto de trabajo vendr determinado por la corriente I y la tensin V existentes en el circuito. Estos valores tendrn que ser menores que I sc y V. La potencia (P) que el panel entrega a la carga est determinada por P = V I. Este producto ha sido representado por una lnea en la figura en funcin de la tensin (V). A su valor ms alto se le denomina potencia mxima (Poc) o, ms comnmente, potencia pico. Los valores de la corriente y tensin correspondientes a este punto se conocen, respectivamente, como corriente en el punto de mxima potencia (Ipmax) y tensin en el punto de mxima potencia (Vpmax).

La corriente de cortocircuito aumenta con la radiacin, permaneciendo ms o menos constante el voltaje.Es importante conocer este efecto ya que los valores de la radiacin cambian a lo largo de todo el da en funcin del ngulo del Sol con el horizonte, por lo que es importante colocar adecuadamente los paneles, existiendo la posibilidad de cambiar su posicin a lo largo del tiempo, bien segn la hora del da o la estacin del ao (captacin con seguimiento solar). Un medioda a pleno sol es equivalente a radiacin de 1000 w/m2 cuando el cielo est cubierto, la radiacin apenas alcanza los 100 W/m. Uno de los elementos auxiliares importantes de un sistema fotovoltico es la estructura que soporta los paneles. Esta habr de proporcionar tanto un buen anclaje de los mismos, hacindolos resistentes a la accin de los elementos atmosfricos los agentes atmosfricos (viento, nevadas) afectan a las cargas mecnicas que han de soportar las estructuras y a los materiales que las componen -, como una orientacin y un ngulo de inclinacin idneos para el mejor aprovechamiento de la radiacin.

Otro aspecto de gran importancia de cara a la colocacin de los paneles en su posicin con respecto al Sol, ya que es necesario tener en cuenta las variaciones que presenta la posicin del Sol en el cielo a lo largo del ciclo anual y la incidencia que estas variaciones tienen en la cantidad de radiacin solar puesta a disposicin de los paneles.La posicin de los paneles est basada en dos ngulos distintos: la orientacin y la inclinacin. LaLa orientacin de los paneles ser siempre al Sur (en el hemisferio norte), al ser la nica posicin donde aprovecharemos de un modo ms completo a lo largo del ao la radiacin emitida por el Sol. Tan slo en circunstancias especiales o por el efecto de sombras creadas por otros objetos se podr variar dicha orientacin hacia el Este.La energa que, procedente del Sol, capta un panel, depende fundamentalmente del ngulo de inclinacin que forma con la horizontal (el condicionante es el ngulo de incidencia de los rayos del Sol sobre los paneles, siendo mximo para una incidencia perpendicular, y reducindose a medida que nos alejamos de este ngulo). En una instalacin real, este ngulo puede adoptar una o varias posiciones a lo largo del ao. Si bien esta ltima posibilidad aumenta la energa recibida en todo el perodo, en la prctica lo ms eficaz es dejarlo en una o dos posiciones, dependiendo de la utilizacin y segn los dos tipos de consumo ms extendidos: En las aplicaciones en las que el consumo de energa es relativamente constante a lo largo del ao (equipos de comunicacin, viviendas habitadas todo el ao...) es suficiente con una posicin. El ngulo de inclinacin de los paneles debe ser de alrededor de 60. Las posibles prdidas de energa derivadas de la variacin del ngulo con respecto a la posicin del Sol se ven compensadas con creces por el aumento de la radiacin disponible en los meses de verano.En las aplicaciones en las que el consumo de energa es mayor en los meses de verano (riego agrcola, viviendas de fin de semana o vacaciones) puede ser conveniente considerar dos posiciones: una posicin de invierno con un ngulo de inclinacin de 60 y una posicin de verano con un ngulo de inclinacin de 15.Los dos cambios de posicin, que es necesario realizar anualmente, han de hacerse a finales de los meses de marzo y septiembre respectivamente.

Cmo se almacena la energa elctrica? Las bateras En las instalaciones fotovolticas lo habitual es utilizar un conjunto de bateras para almacenar la energa elctrica generada durante las horas de radiacin y poder utilizarla posteriormente en momentos de baja o nula insolacin. Hay que destacar que la fiabilidad de la instalacin global de electrificacin depende, en gran medida, de la del sistema de acumulacin, siendo por ello un elemento al que hay que dar la gran importancia que le corresponde.De cara a su empleo en instalaciones de electrificacin fotovoltica es necesario conocer las siguientes expresiones: Capacidad: Es la cantidad de electricidad que puede obtenerse mediante la descarga total de una batera inicialmente cargada al mximo. La capacidad de un acumulador se mide en Amperios-hora (Ah) para un determinado tiempo de descarga; es decir, una batera de 130 Ah es capaz de suministrar 130 A en una hora o 13 A en diez horas. Para acumuladores fotovolticos es usual referirse a tiempos de descarga de 100 horas. Tambin, al igual que para mdulos solares, puede definirse el voltaje de circuito abierto y el voltaje en carga. Las bateras tienen un voltaje nominal que suele ser de 2, 6, 12 24 V, aunque siempre vare durante los distintos procesos de operacin. Es importante el voltaje de carga, definido por la tensin necesaria para vencer la resistencia que opone el acumulador a ser cargado. Autodescarga: Es el proceso por el cual el acumulador, sin estar en uso, tiende a descargarse. Profundidad de descarga: Es el valor, en tanto por ciento, de la energa que se ha extrado de un acumulador plenamente cargado en una descarga. Como ejemplo, si tenemos una batera de 100 Ah y la sometemos a una descarga de 20 Ah, esto representa una profundidad de descarga del 20 %. A partir de la profundidad de descarga podemos encontrarnos con descargas superficiales (de menos del 20 %) o profundas (hasta el 80 %).Subsistema de regulacinPara un funcionamiento satisfactorio de la instalacin en la unin de los paneles solares con la batera ha de instalarse un sistema de regulacin de carga. Este sistema es siempre necesario, salvo en el caso de los paneles autorregulados. El regulador tiene como misin fundamental impedir que la batera contine recibiendo energa del colector solar una vez que ha alcanzado su carga mxima. Otra funcin del regulador es la prevencin de la sobredescarga, con el fin de evitar que se agote en exceso la carga de la batera, siendo ste un fenmeno que, como ya se ha dicho, puede provocar una sensible disminucin en la capacidad de carga de la batera en sucesivos ciclos.

En el mercado existen distintos tipos de reguladores con prestaciones muy distintas. La complejidad o el grado de sofisticacin de los reguladores aumenta a medida que aumenta el tamao global de la instalacin, existiendo una relacin tambin entre las prestaciones del aparato y su precio final. Algunos reguladores incorporan una alarma sonora o luminosa previa a la desconexin para que el usuario pueda tomar medidas adecuadas tales como reduccin del consumo. Las caractersticas elctricas que definen un regulador son su tensin nominal y la intensidad mxima que es capaz de disipar.

Cmo adaptar la energa de la batera a los equipos a conectar? En este apartado se va a hacer referencia a los convertidores e inversores, elementos cuya finalidad es adaptar las caractersticas de la corriente generada a la demandada total o parcialmente por las aplicaciones. En determinadas aplicaciones que trabajan en corriente continua no es posible hacer coincidir las tensiones proporcionadas por el acumulador con la solicitada por todos los elementos de consumo. En estos casos la mejor solucin es un convertidor de tensin continua-continua.lEn otras aplicaciones la utilizacin incluye elementos que trabajan en corriente alterna. Puesto que tanto los paneles como las bateras trabajan en corriente continua, es necesaria la presencia de un inversor que transforme la corriente continua en alterna.Un inversor viene caracterizado principalmente por la tensin de entrada, que se debe adaptar a la del generador; la potencia mxima que puede proporcionar y la eficiencia. Esta ltima se define como la relacin entre la potencia elctrica que el inversor entrega a la utilizacin (potencia de salida) y la potencia elctrica que extrae del generador (potencia de entrada).

El cableado, tanto del generador como de la utilizacin, debe atenerse a las instrucciones generales fijadas por el Ministerio de Industria, Comercio y Turismo en el Reglamento de Baja Tensin.Adems del regulador existen otra serie de elementos de proteccin o de operacin elctrica generales cuya incorporacin en muchos casos es muy necesaria o incluso imprescindible. Algunos de ellos son:Interruptores de diversos tipos.Protecciones fusibles y trmicas.Indicadores de nivel de carga de bateras y de corriente en el circuito.Puestas a tierra. 2.4.Cmo dimensionar la instalacin?Un adecuado dimensionado de las instalaciones supone, adems, asegurar la fiabilidad de las mismas y su utilizacin a lo largo del tiempo, evitando que queden inservibles al cabo de pocos aos al utilizarse con fines para los cuales no haban sido concebidas.Como ya se ha dicho, en el dimensionado de los sistemas fotovolticos es fundamental conocer la radiacin incidente sobre el sistema y determinar con precisin el consumo. Como quiera que estos datos son difciles de conocer con exactitud, surgen distintos mtodos aproximados que permiten determinar cul es el tamao necesario de paneles, en Wp, y de batera, en Ah, con los que satisfacer un consumo dado en una situacin concreta (temporal y espacialmente).En el mtodo del mes peor se realiza un balance de energa seleccionando un perodo de tiempo, normalmente un mes, en el que se dan las condiciones ms desfavorables del sistema. La idea es que si el sistema funciona en este mes, funcionar tambin los dems meses del ao. Se cuenta adems con la capacidad de acumulacin necesaria para cubrir un cierto nmero de das de bajo nivel de radiacin (das de autonoma).

Para explicar de una forma clara los pasos a seguir, vamos a realizar el clculo de una instalacin conforme se explican los distintos aspectos que se deben considerar. Se trata de calcular la cantidad de paneles fotovolticos que hay que instalar, y la capacidad de la batera que debe conectarse para satisfacer por completo las necesidades de energa elctrica de una vivienda unifamiliar situada en la provincia de Zaragoza.

Evaluacin de la energa necesaria (consumo de los equipos)Para la estimacin de la energa consumida por la instalacin se habrn de evaluar, por separado, la aportacin al consumo total de los equipos de corriente alterna y continua. A la hora de realizar esta estimacin deben tenerse en cuenta las variaciones estacionales, ya que la incidencia de determinadas aplicaciones (especialmente los bombeos de agua) es muy importante frente a los consumos en otros usos, por lo que deben calcularse los consumos para varios meses diferentes. En el caso de que se trate de sistemas de electrificacin con consumos idnticos a lo largo de todo el ao, bastar con realizar una nica estimacin.

*Consumo de los equipos en corriente continua (T1) La energa que la aplicacin considerada necesita consumir cada mes va a depender, exclusivamente, del tipo de equipos que componen la carga, as como el tiempo de utilizacin de los mismos.

Los datos necesarios que habrn de conocerse de cada equipo sern: La potencia, tomada como la nominal de los equipos, y que aparece en las caractersticas de los mismos. El nmero de horas de funcionamiento diario.Como orientacin, se incluyen en el cuadro datos sobre el nmero de horas de funcionamiento tpicos en instalacines fotovolticas.La energa necesaria para el consumo del equipo en cuestin ser el producto del nmero de equipos iguales por la potencia y por el nmero de horas diarias de funcionamiento.

*Evaluacin del consumo mensual en corriente alterna (T2)Lo consignado como elementos generales en los prrafos anteriores es tambin de aplicacin en el caso del consumo de los equipos de corriente alterna.Supongamos que en el ejemplo de la vivienda unifamiliar en la provincia de Zaragoza queremos conectar en el saln un equipo de iluminacin en corriente continua de 40 W (con lmparas de alta eficiencia) que prevemos puede estar funcionando 4 horas al da. Este equipo supondr, por tanto, un consumo diario de 404= 160 Wh.Queremos adems disponer de un punto de luz en la cocina, de 20W y consideramos que cada da estar en funcionamiento una hora, es decir, un consumo energtico de 20Wh cada da.Anlogamente, en las habitaciones tendremos equipos de 20 W, corriente continua, y cada uno se usar unas 2 horas al da. Si tenemos un total de 4 equipos de estos, supondr un consumo de 4202 = 160 WhAdems disponemos de una nevera de corriente continua, de 120W de potencia y que durante un da tiene el motor funcionando durante unas 4 horas. Esto supone un consumo diario de 4120 = 480WhSumando los consumos diarios de todos los equipos de corriente continua se tiene:

En cuanto a los equipos de corriente alterna estn una lavadora, de 450W de potencia y que funciona una media de 0,5 horas al da, lo que supone un consumo de 225Wh, un televisor de 100W, con tres horas diarias de funcionamiento (300Wh al da), un vdeo, de 60 W, 1 horas de funcionamiento al da (60Wh) y diversos pequeos electrodomsticos (batidora, mquina de afeitar, taladradora, etc.) que podemos asignarles 200W, 0,3 h, (60Wh al da).Sumando los consumos diarios de todos los equipos de corriente alterna se tiene:

*Evaluacin del consumo total (Gt)Para la evaluacin del consumo total se tienen en cuenta dos factores: Margen de seguridad de captacin (Eb): Corresponde a las prdidas en el cableado, prdidas en conexiones, variaciones en los consumos previstos inicialmente, etc. En principio puede estimarse en un 15 % para la mayora de los casos. Eficiencia del inversor (Ei): Es la relacin entre la energa que se aporta al inversor y la realmente disponible para el consumo. Como ya se mencion en el captulo dedicado a los elementos que componen la instalacin, el inversor tiene un consumo propio constante y un rendimiento variable en funcin de la carga a la que suministre. En principio, y salvo disponer de informaciones ms precisas, puede tomarse como valor medio el 85 %.Los consumos en continua (Gc) sern, por tanto, el producto de (100 + E) / 100 por lo calculado para el conjunto de los equipos de consumo (T1):

Los consumos en corriente alterna (Ga) sern el resultado de la operacin siguiente:

El consumo diario total (Gt) de los equipos ser:

En el caso de nuestro ejemplo, considerando un margen de seguridad de captacin del 15% y una eficiencia del inversor del 85%,

Considerando que es muy difcil que necesitemos operar todos los equipos de c.a. simultneamente, puede ser razonable pensar en un inversos de 500W

Evaluacin de la radiacin solar disponible (Rd) La energa que capta un panel solar fotovoltico va a depender tanto de la climatologa del lugar como del ngulo de inclinacin que el panel posea respecto a los rayos solares, como ha sido explicado anteriormente. A continuacin aparecen los valores medios de la energa recibida durante un da y por unidad de superficie correspondientes a las diferentes provincias aragonesas para los distintos meses del ao, suponiendo una inclinacin de los paneles de 60 grados. Esta energa est expresada en forma de KWh/m2/da.

A continuacin se calcula para cada mes la relacin de consumos/radiacin disponible (P) segn:

De las distintas estimaciones de consumos comparadas con la radiacin disponible, se tomar el valor mayor, que denominaremos Pmax.En el caso de nuestro ejemplo, los consumos son de 1816 Wh. El mes de peor radiacin, (que nos dar un valor de relacin consumos/radiacin mayor) es el Noviembre, que en Zaragoza solo da 3,12 kWh/m2/da, con lo que el Pmax es

Tamao del campo de captacinLa potencia de captacin (C) del panel elegido, en watios-pico (Wp), es necesaria para calcular el tamao del campo de captacin. A partir de la potencia del panel elegido y del mayor valor de P (Pmax) se calcula el nmero de paneles (Np) necesario:

El factor 1.1 se aplica para compensar posibles prdidas debidas a errores en la orientacin, la limpieza de los paneles, conexiones, etc. El nmero de paneles ser, entonces, el primer nmero entero mayor que el Np calculado segn la frmula anterior.Supongamos que hemos decido colocar paneles de 90 Wp, el nmero de paneles necesarios para nuestro ejemplo es:

Si queremos ser conservadores pondramos 8 paneles.

Dimensionado del sistema de acumulacin Para evaluar el tamao del sistema de acumulacin es necesario definir previamente los siguientes factores:Das de autonoma (D): Corresponden al tiempo que podr funcionar la instalacin sin recibir radiacin solar en condiciones adecuadas. Habitualmente, para instalaciones de electrificacin rural este factor puede ser de 4 6 das, mientras que para aplicaciones profesionales puede superar los 10.

Profundidad de descarga mxima (M): Corresponde al lmite de descarga que puede alcanzar la batera. Para los casos ms habituales de electrificacin rural, puede tomarse este valor como de un 70 %. Las bateras empleadas en otro tipo de sistemas pueden permitir profundidades de descarga superiores al 90 %.Tensin de trabajo de la instalacin (V): Elegida en funcin de las caractersticas de la instalacin, lo ms usual son tensiones de 12 24 V en el caso de instalaciones de electrificacin rural. La capacidad de acumulacin (Q), en amperios-hora (Ah), se calcula con la siguiente frmula:

Volviendo a nuestro ejemplo, supongamos 6 das de autonoma, y que la instalacin sea de 12 V, y permitamos una profundidad de descarga de 70%.

Por tanto, como resumen, se tendr el siguiente cuadro para la Electrificacin de una Vivienda en Zaragoza

CosteEvidentemente para saber el coste definitivo habra que hablar con los suministradores de los distintos dispositivos, pero para darnos una primera aproximacin son suficientes los siguientes datos: Supongamos que cada panel de 90 Wp cuesta 540 euros (los precios suelen rondar los 6 euros/Wp). Al necesitar de 8 paneles, el coste por este concepto sera de 4330 euros.El coste del regulador podramos cifrarlo en unos 180 euros.Un inversor de 500 W cuesta alrededor de 480 euros. Y finalmente la batera podra estar en 2100 euros.

A esta estimacin de costes habra que sumarle el IVA y los costes derivados de estructuras y cableado.

EJEMPLO:Electrificacin de un equipo de bombeo en la provincia de TeruelPara aplicaciones de bombeo, debe tenerse en cuenta que la energa hidrulica diaria, EH, que requiere el bombeo de un volumen V a una altura H viene dada por la expresin:

La energa elctrica que es preciso proporcionar al motor, Eel resulta

Donde Pfriccin representa las prdidas por friccin del agua en el sistema de tuberas y el rendimiento es la eficiencia energtica del conjunto motor-bomba. Por tanto, a la hora de disear un sistema de bombeo es necesario prestar atencin a aspectos energticos y a aspectos hidrulicos: limitar las prdidas de friccin, por ejemplo. Especial consideracin merece el hecho de que la prctica totalidad de estos sistemas incorporan bombas centrfugas, cuya eficiencia es muy sensible a la altura de bombeo. En otras palabras, un sistema optimizado para trabajar a 20 m puede resultar muy ineficiente a una altura de 40 m. En una aplicacin correcta, el rango de alturas reales de trabajo puede variar a lo largo del tiempo como consecuencia de la dinmica del pozo o sondeo, que hace que la altura aumente o disminuya.

Supongamos entonces que se trata de disear la instalacin fotovoltica necesaria para elevar 10.000 litros de agua desde una profundidad de 30 metros (un pozo, por ejemplo) en una localidad de la provincia de Teruel.La energa diaria requerida es, aplicando la frmula antes expuesta,

Supongamos que el rendimiento de la bomba es del 75 % y que hay unas prdidas del 10%. Se necesitar por tanto sacar de los paneles diariamente una energa de valor:

Esto es el consumo diario (en corriente continua) No existen consumos adicionales, por tanto, tomando una margen de seguridad de captacin Eb, del 15 %,

Por lo que tomaremos 9 paneles. En los sistemas de bombeo puede prescindirse de la batera (y por tanto de regulador) ya que el agua se almacena en el un depsito. Mientras hay sol se bombea tanta agua como se puede (sin que rebose el depsito) que se ir utilizando a medida que se necesite (riego, uso de boca o higinico, bebida para animales, etc.)Por supuesto, en los meses de mayor insolacin, estos paneles sern capaces de bombear ms agua (adems suele coincidir con los periodos en que se necesita mayor cantidad de agua) El coste econmico estimado, sin contar impuestos y el precio de estructuras y cableado puede cifrarse en: Coste = 9 paneles 540 euros cada uno = 4.860 eurosEJEMPLO:Electrificacin de un equipo de telecomunicaciones en HuescaEn posicin de espera consume 12 W, y en posicin de emisin consume 132W y emite 4h al daTotal consumos (en corriente continua) = 12 20 + 132 4 = 768 Wh/da

Margen de seguridad de captacin 15%Eficiencia inversor: no hay inversor al estar en c.c.Consumos totales: 883,2 Wh/daRadiacin disponible en Huesca con una inclinacin de paneles de 60 grados

Radiacin disponible en el mes peor, 2,59 kWh/da (en diciembre)Relacin consumo/radiacin; en diciembre: 341Potencia de cada panel: escogemos paneles de 75 WpNmero de paneles necesarios: (1,1 x Pmax/C) =1,1 x 341 /75 = 5 paneles, aprox.Potencia total de captacin a instalar: 5 75 = 375 WpDas de autonoma: 10dasProfundidad de descarga mxima: 80%Tensin de trabajo de la instalacin: 12VCapacidad del sistema de acumulacin: Q =110 883,2 10 / (12 80) = 1.012 Ah C100