En este caso, vamos a analizarlo a la inversa. Veremos qué podemos alimentar con un panel de 100 W.
La potencia y las características técnicas de un panel solar están definidas para unas condiciones estándar de medición (Standard Test Conditions STC), que son:
Intensidad de la radiación: 1.000 W/m2
Ángulo de la radiación: 90ºC
Temperatura: 25ºC
Estas condiciones equivaldrían al mediodía solar en fechas cercanas a los equinoccios de primavera y otoño en Europa pero no se dan de manera continua en la realidad, por lo tanto es necesario realizar cálculos basados en las condiciones de una instalación real.
Cuando en un panel solar de 12V se dice que su potencia es de 100W, se trata de un valor instantáneo para las condiciones estándar de medición.
Si se cumplen todas las condiciones estándar, cuando medimos a la salida del panel, la tensión será de aproximadamente 18 Voltios y la corriente aproximadamente 5,56 Amperios. Como la potencia en Vatios es el producto de la tensión por la corriente:
P(w)= 18V x 5,56A = 100W
Para determinar cuánta energía se genera en un determinado tiempo tenemos que multiplicar la potencia por dicho tiempo, de manera que si generamos de manera constante 100W durante una hora tendremos 100Wh.
Analicemos ahora cuánta energía habrá generado un panel de 100 W en un día.
La radiación recibida en la superficie del panel varía a lo largo del día según la posición del sol, el ángulo de inclinación del panel y las condiciones meteorológicas. Una representación precisa de la cantidad de radiación que puede recibir un panel por día es expresándola en el equivalente en hipotéticas horas a 1.000 vatios por metro cuadrado de manera constante.
A las horas de luz a 1.000 w/m2 (condiciones estándar) las llamaremos horas pico de sol.
Entonces, ahora la pregunta es: ¿Cuántas horas de luz solar equivalente a la de las condiciones estándar, (que sería básicamente al mediodía), estará expuesto el panel durante todo el día?.
Aún cuando a las 9 de la mañana el sol ya ha salido, la radiación no es tan intensa como al mediodía, de modo que no podemos decir simplemente que el sol ha estado irradiando el panel durante por ejemplo 10 horas y que por lo tanto hemos generado una energía de 100W x 10 horas = 1.000Wh. La radiación entre las 8 y las 9 de al mañana, es probablemente la mitad de intensa que entre las 12 y las 13, de modo que una hora durante la mañana será aproximadamente igual a media hora pico.
Por otra parte, también hay que tener en cuenta que los días de invierno son mas cortos que los de verano, con lo que el número de horas pico de sol será diferente según la estación del año.
También, el número de horas pico de sol variará con la latitud.
Aunque esto así parece bastante complicado, afortunadamente durante décadas se han registrado datos y se han calculado la cantidad de horas pico de sol para todo el mundo, clasificadas por mes y teniendo en cuenta el ángulo de inclinación de los paneles.
Hay aplicaciones, métodos de cálculo y tablas que a través de las coordenadas geográficas nos permiten determinar el número de horas pico de sol por día.
Por ejemplo, en el mapa que hay a continuación se muestra la energía solar recibida expresada en horas pico de sol en un día promedio, durante el peor mes del año con una inclinación óptima para cada latitud.
Vemos que para el sur de España el número de horas pico de sol por día está entre 5,0 y 5,9; en el norte, entre 2 y 2,9 y que en la mayor parte de la península Ibérica está entre 4,0 y 4,9.
También hay tablas que muestran el promedio anual por ciudades como la que se muestra a continuación:
Volviendo a la pregunta ¿qué puedo alimentar con un panel de
100 W?. Si por ejemplo queremos hacer una instalación en Oviedo, cuya
latitud es 43’ 21” y según la tabla el promedio de horas pico de sol al
año es de 3,93 por día, tendremos que inclinar nuestro panel para que
apunte a la baja trayectoria del sol durante el invierno de manera tal
que pueda recibir la mayor radiación posible en estos meses del año. Por
eso, pondremos nuestro panel a 60º.
De esta manera, multiplicando los 100W x 3,93 horas pico de sol, obtendremos en promedio una energía 393 Wh por día.Ahora tendremos que tener en cuenta la eficiencia del sistema considerando caídas de tensión en el cableado, polvo o nieve acumulada sobre la superficie del panel, eficiencia del inversor, el controlador de carga y las baterías en caso de que las hubiese. Por eso, tenemos que multiplicar los 393 Wh x 0,7 lo que nos da 275 Wh.
¿Qué podemos hacer entonces con esos 275 Wh al día?.
Si almacenamos esa energía en baterías tendré que utilizar un controlador de carga cuya corriente deberá ser aproximadamente la corriente de cortocircuito del panel (6,06 A) multiplicada por un factor de seguridad de 1,25, es decir por lo menos 7 Amperios.
El tamaño de las baterías se calcula de la siguiente manera:
La energía que una batería puede almacenar varía en función de la temperatura del ambiente en la que se encuentra de acuerdo a la siguiente tabla:
Si por ejemplo, la batería va a trabajar a 16ºC, tendré que incrementar su tamaño en un 11%, es decir: 45,8 Ah x 1,11 = 50,8 Ah
Teniendo en cuenta que en Oviedo podemos tener varios días sin sol, tendremos que definir para cuántos días nublados vamos a querer almacenar energía. Supongamos que voy a necesitar para dos días, entonces: 50,8 Ah x 2 = 101 Ah. En función de este valor determinaré las baterías que voy a utilizar.
Finalmente, ahora con todo el sistema diseñado, estamos en condiciones de decir qué podemos alimentar con la energía generada por un panel de 100W. Por ejemplo:
- Un ordenador portátil que consume 45 W durante 6 horas
- Tres leds de 10 W durante 9 horas
- Hacer un café y escuchar música mientras leo un libro con un led de 10 W durante 3 horas y usar el ordenador portátil durante otras 3 horas.
- 200 W x 0,2 horas = 40 Wh – Cafetera
- 20 W x 3 horas = 60 Wh – Radio
- 10 W x 3 horas = 30 Wh – Luz
- 45 W x 3 horas = 135 Wh – Ordenador
Una tarde entretenida = 265 Wh
