Cómo instalar un pequeño generador de energía solar (fotovoltaica)

El objetivo de este artículo es mostrar cómo instalar un pequeño generador de energía solar. Hay que tomar muchas decisiones, pero este artículo en particular se concentra en la generación solar a pequeña escala (<1 kWh por día), y lo simplifica para que casi cualquiera pueda instalar un sistema funcional. Sin embargo, ten cuidado ya que se podría comprometer la eficiencia, la seguridad y el cumplimiento con las normativas al buscar la simplicidad.

Pasos

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Para hacerlo, determina qué dispositivos electrónicos te gustaría hacer, y luego averigua cuánta potencia usarán. La mayoría de los dispositivos tienen una potencia nominal, la que debe multiplicarse por la cantidad de horas de uso para obtener los vatios por hora (Wh), una unidad de consumo eléctrico. Por ejemplo, si pretendes usar un dispositivo de 15 W por dos horas al día, eso es 15 W x 2 h = 30 Wh. Observa, sin embargo, que la potencia nominal suele ser mayor que el consumo real de potencia. Para determinar cuánto consume en realidad un dispositivo, puedes usar un medidor de potencia. Una vez que tengas todos los vatios por hora, súmalos. Si el total excede los 1000 Wh (o 1 kilovatio por hora), no te convendrá este tutorial.
Sin obstrucción significa, literalmente, que no haya sombras. Si un árbol, algún edificio vecino, u otra cosa, arroja una sombra sobre ese lugar particular, no cuentes el período en el que está sombreado. Así, si tienes 12 horas de luz solar pero el sol queda detrás de una cerca por dos horas a la mañana, luego detrás de un árbol durante una hora al mediodía, y luego lo bloquea un edificio por dos horas antes del atardecer, sólo puedes contar 7 horas. Observa también que los días son más cortos en invierno. Si quieres usar tu instalación en invierno, cuenta las horas de sol de esa temporada.
Si decides que necesitas 600 Wh, y obtienes 6 horas de luz solar, eso sería 600 Wh / 6 h = 100 W. Ésta es la cantidad de potencia que necesitas generar por hora de luz solar para satisfacer tus necesidades. Para estar seguro, multiplica ese valor al menos por 2. Esto es para tener en cuenta que los paneles solares sólo generan la potencia nominal cuando apuntan directamente al sol, y si los paneles son fijos no podrán apuntar directamente al sol durante la mayor parte del tiempo. Debido a varias ineficiencias, quizás pierdas un 20% o más de la potencia generada. Si supones que habrá una cobertura nubosa regular y sostenida, quizás necesites multiplicarlo por 5 o más (o simplemente reducir el consumo para vivir dentro de tus posibilidades).
En términos generales, hay tres tipos de paneles solares (estrictamente hablando, celdas fotovoltaicas): silicio amorfo, policristalino y monocristalino. Los paneles de silicio amorfo son relativamente baratos y se ven relativamente poco afectados por pequeñas sombras, pero son muy ineficientes en términos de espacio (dada la misma potencia nominal, los paneles de silicio amorfo son más grandes y pesados). Los paneles policristalinos son más eficientes y baratos que los monocristalinos, pero también menos eficientes. Los paneles monocristalinos son los más eficientes, pero también los más costosos. La salida de los paneles monocristalinos y policristalinos pueden reducirse a la mitad o menos por una pequeña sombra, debido a la forma en la que están conectadas las celdas individuales. Hoy en día se puede comprar paneles monocristalinos y policristalinos por poco dinero, entre $3 y $5 por vatio. Considera los paneles de segunda clase, que son significativamente más baratos, pero con garantías razonables. Aunque algunas personas puedan querer que sus paneles duren 25 años, la verdad es que los costos de las celdas fotovoltaicas están bajando tan rápidamente, que tener que reemplazarlos o incrementarlos dentro de 5 o 10 años puede resultar más barato que pagar más ahora por algo que duraría más tiempo. Si los paneles solares son más caros de lo que permite tu presupuesto, considera disminuir tu consumo de energía. No te matará si apagas o evitas usar algunos artefactos (y si te mata, este tutorial no es para ti).
Para hacerlo, toma el consumo de energía estimado en el Paso 1 y duplícalo (ya que debe considerarse utilizable sólo la mitad de la capacidad de la batería, para evitar que se descargue de más). Luego multiplícalo por la cantidad de días de reserva que desees. Por ejemplo, si quieres usar 600 Wh, necesitas una capacidad de 1200 Wh (o 1,2 kWh), así que si tuvieras 3,6 kWh, tendrás para unos días incluso si desaparece el sol (aunque llegado ese punto tendrás otro tipo de problemas). Como la mayoría de las baterías expresan su capacidad en amperios por hora, lo mejor sería convertir Wh en Ah. Para hacerlo, divide la capacidad que calculaste por el voltaje de la batería, así que 3600 Wh / 12 V = 300 Ah (divide por 6 para las baterías de 6 V).
Aunque las baterías comunes para automóviles sirven (por un tiempo), lo mejor es usar baterías de ciclo profundo, que suelen comercializarse para su uso en casas rodantes y botes. Algunas personas prefieren las baterías de 6 V de los carritos de golf, diseñadas para soportar descargas profundas repetidas. Si usas baterías de 6 V, conecta de a dos en serie (el terminal positivo de uno se conecta al terminal negativo del otro), luego conecta esos pares en paralelo (el terminal positivo de un par con el positivo del otro par, y negativo con negativo). Si te lo permite tu presupuesto, puedes considerar las baterías de estera de vidrio absorbente (AGM, por sus siglas en inglés), que resisten más abusos, pero también cuestan el doble o el triple que las baterías de ácido y plomo. Asegúrate de que la corriente nominal de todas las baterías sumadas sea mayor que la capacidad que calculaste en el paso anterior. Si usas baterías múltiples, asegúrate de que sean del mismo tipo y renovarlas (o reacondicionarlas) al mismo tiempo. Mezclar baterías de capacidades, modelos o antigüedades distintas puede acortarle la vida útil a todas.
Los controladores de carga pueden llegar a costar menos de $ 10, o más de $ 100. Lo más importante es usar efectivamente un controlador de carga. Si conectas los paneles solare directamente a las baterías, éstas se cargarán por un tiempo, pero podrían arruinarse rápidamente. El controlador de carga que tengas tiene que soportar la cantidad de corriente que producen los paneles solares. La mayoría de los controladores de carga se clasifican en amperios, por lo que tendrás que dividir la potencia nominal de los paneles solares por 12 V (por ejemplo, 200 W / 12 V ~= 17 A. Encuentra un controlador de carga con una corriente nominal mayor que tu estimación teórica. Así tendrás un margen de seguridad, y también un margen para crecer en el futuro. Más allá de eso, exactamente qué controlador de carga comprar depende básicamente de un equilibrio entre costo y eficiencia y de la vida útil de la batería. Los controladores de carga más caros usan algoritmos de carga distintos, más adecuados al tipo de batería que tengas. También pueden compensar la temperatura para proteger mejor las baterías.
Si planeas alimentar artefactos con corriente alterna (como los que se enchufan a la pared), también necesitarás un inversor. Hay básicamente dos tipos de inversores: de onda senoidal modificada y de onda senoidal pura. Los inversores de onda senoidal pura proveen una alimentación similar a la de las ciudades, pero tienden a ser más caros arriba de ($ 150 por un inversor de 600 W). Los inversores de onda senoidal modificada pueden ser mucho más baratos (arriba de $ 30 por un inversor de 400 W), pero algunos artefactos pueden funcionar mal o no funcionar directamente. Observa además que los inversores tienen entre un 80 y un 90 % de eficiencia, lo que significa que perderás algo de potencia en la conversión de corriente continua a corriente alterna. Sin embargo, si has seguido todos los pasos anteriores como se recomendó, tu instalación debería tener la capacidad adicional para absorber esta ineficiencia.
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Consejos

Considera montar los paneles solares en un seguidor, para maximizar su potencia de salida.
La clave para las instalaciones solares pequeñas es reducir el consumo.

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Advertencias

Las baterías de plomo y ácido contienen plomo y ácido. También pueden emitir hidrógeno, que es explosivo.
Si metes la pata lo suficiente, puedes romper algunos artefactos. Incluso algunos artefactos caros. Pero también puedes aprender de ello, y probablemente no vayas a cometer el mismo error otra vez.
La electricidad puede matarte, pero si tocas los dos terminales de una batería de 12 V no debería ser peor que una descarga estática, así que no te asustes demasiado (de hecho, las descargas estáticas pueden tener mucho más que 12 V).
Es fácil usar demasiada potencia en una instalación solar pequeña, lo que puede resultar en cortes temporales de electricidad. Si tienes una severa adicción a la electricidad, quizás necesites considerar una instalación más costosa y compleja, con más capacidad y redundancia.
La corriente eléctrica puede generar calor, y el exceso de calor puede provocar incendios.

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