¿Cuánta energía solar se necesita para una casa?

Conocer ¿Cuánta energía solar se necesita para una casa? es clave para determinar el número de paneles solares que se deben comprar.

La mejor manera de determinar la cantidad de energía es verificar en los recibos el valor del consumo eléctrico mensual en KWh y realizar un promedio diario, teniendo en cuenta el número de días.

Panel Solar ¿Cómo funciona?

Empecemos diciendo que varias células fotovoltaicas,  forman un panel solar, y varios paneles, se pueden conectar para formar una matriz solar. 

Las células fotovoltaicas convierten la luz solar, en energía eléctrica que se puede utilizar para alimentar equipos, como refrigeradores, aire acondicionado, luz, televisión, etc. 

Los rayos del sol proporcionan fotones de luz, que inciden en estas células solares, haciendo que los electrones se suelten de sus átomos. 

Si los conductores están conectados a los lados positivo, y negativo de una celda, se forma un circuito eléctrico. 

Cuando los electrones fluyen a través de un circuito de este tipo, generan electricidad. 

¿Cuáles son los tipos de paneles solares, que se encuentran en el mercado?

Hay dos tipos de paneles solares: 

  1. Panel solar térmico.  Estos  paneles, captan el calor del sol directamente, y operan más eficientemente en climas más calientes, y son usados para calentar el agua.  Son paneles que usan la energía que proviene del sol, para producir calor, y no para producir electricidad.  Por ejemplo, un calentador que se usa para aumentar la temperatura de un depósito de agua.
  2. Panel solar fotovoltaicos.  Estos paneles, separan electrones con la energía de la luz solar. Son los más comúnmente usados para generar electricidad.

¿Cuáles son las partes de un panel solar?

Un panel solar o módulo fotovoltaico, está formado por un conjunto de células, conectadas eléctricamente, encapsuladas, y montadas sobre una estructura de soporte o marco. Proporciona en su salida de conexión, una tensión continua, y se diseña para valores concretos de tensión, mayormente  de 6 Voltios, 12 voltios, 24 Voltios, que definirán la tensión a la que va a trabajar el sistema fotovoltaico. 

En la imagen, que estamos mostrando en pantalla, se destacan las principales características, de todo panel solar, y puede verse un esquema típico de su construcción.  Vamos a definir cada parte

  • Soporte. Debe proporcionar una rigidez estructural adecuada, con vistas a la instalación del módulo.
  • Marco del panel: permitirá la instalación sobre un determinado soporte
  • Vidrio.  Es la parte que recubre el panel, sirve como protección para las células solares ante los fenómenos atmosféricos.  Tiene una capacidad alta de transmisión,  para que no existan pérdidas por radiación o convección.
  • Encapsulado. Protege al módulo de la intemperie; es muy importante que el módulo esté protegido frente a la abrasión, la humedad, y los rayos U V. El encapsularte también protege las células, y las conexiones ante posibles vibraciones.
  • Conexionado: El panel debe ser fácil de instalar. Las células solares, que forman el panel van conectadas entre sí en serie o en paralelo. Su asociación desde el punto de vista eléctrico, proporciona el nivel adecuado de tensión e intensidad para el que ha sido diseñado el panel solar. Los cables de conexión del panel se encuentran en una caja en la parte trasera del mismo.
  • Cable a tierra: Actúa como protección, para evitar accidentes causados por conductividad eléctrica.

Los tipos de paneles solares fotovoltaicos, vienen dados por la tecnología de fabricación de las células, y son fundamentalmente: 

  • Panel solar de Silicio monocristalino.
  • Panel solar de silicio multicristalino. 
  • Panel solar de Silicio amorfo.

 ¿Cómo trabaja la celda fotovoltaica?

  • Como estudiamos anteriormente, El sol Libera pequeños paquetes de energía llamados fotones, que viajan millones de kilómetros desde el sol, hasta la Tierra.
  • Una célula solar se comporta como un diodo.
  • la parte expuesta a la radiación solar es la parte negativa del diodo, llamada N, y la parte situada en la zona de oscuridad, es la parte positiva, llamada P.
  • El Efecto fotovoltaico, es la propiedad que tienen determinados materiales, de producir una corriente eléctrica, cuando incide una radiación lumínica sobre ellos.
  • Esto quiere decir que al llegar los fotones a la celda, e incidir en la parte negativa, se produce un flujo de corriente, hacia la parte positiva.
  • Por ello, A través de los contactos metalizados, podemos obtener tanto la tensión como la intensidad de corriente.

Instalación con paneles Solares:

Ahora, vamos a mostrar, como trabaja todo el sistema, y las partes fundamentales.

  • 1. Placas solares.  Como explicamos anteriormente, Las placas solares, permiten transformar la radiación solar en electricidad. 
  • 2. Regulador de carga.   tiene la función de prevenir las situaciones de carga, y sobredescarga de las baterías, a donde va llegar la corriente generada en el panel.
  • 3. Baterías. son dispositivos, que nos permiten almacenar la energía que se genera a través de los paneles solares, para hacer uso de la misma, en días lluviosos o nublados, cuando las placas no están en funcionamiento. 
  • 4. El inversor, es el encargado de convertir la corriente continua, producida por  los módulos fotovoltaicos, en corriente alterna, que sea útil, para usar en el hogar. 
  • 5. Red exterior.

Durante las horas del día, cuando la producción de electricidad por parte del panel solar es máxima, puede ocurrir que se genere mas corriente, de la que se necesita en ese momento.

Por ello, cuando las baterías de respaldo ya están completamente cargadas, se puede vender el exceso de energía eléctrica, enviándola a la red exterior.  

esta operación, en algunos países permite un descuento en la tarifa eléctrica.

En cambio durante la noche, puede ocurrir que la energía almacenada en las baterías, no sea suficiente, para abastecer la demanda del hogar.  En este caso, se necesita de un refuerzo de energía, que ahora llegará desde la calle, y se debe comprar a la compañía de electricidad.  

Sin embargo, el costo de esa energía que se comprara de noche, puede ser minimizado si tenemos en cuenta, que durante el día se había vendido, el extra de energía producida.  

Además si un sistema de paneles solares, está bien seleccionado, debería estar en capacidad de abastecer un hogar, la mayor parte del día y la noche, con el mínimo de apoyo externo.

¿Cuál es la capacidad de un panel solar?

Antes de saber la cantidad de energía que puede producir un panel solar, es importante comprender los dos factores clave, que determinan su potencia de salida.  Estos factores son. 

  • Factor a, La eficiencia de la celda.
  • Factor b, El tamaño del panel solar .

a. Eficiencia de la celda.

Las células solares, sólo pueden convertir un porcentaje de la luz solar que les llega, en energía eléctrica.  La eficiencia típica de un panel solar actual, debe estar cercana al 20%.

b. Tamaño del panel solar.

Para facilitar las cosas, podemos dividir los paneles solares por tamaño, en dos grupos. 

  • Paneles solares de 60 celdas.  Estos paneles, Miden alrededor de 1.64 metros de largo, por 1 metro de ancho, para un área de 1.64 metros cuadrados, (5,4 pies de largo, por 3,25 pies de ancho) y tienen una potencia de alrededor de 270 a 300 vatios.  
  • Paneles solares de 72 celdas.  Son más grandes porque tienen una fila adicional de celdas, y su producción promedio es de 350, y 400 vatios.  Estos  generalmente se usan en edificios más grandes, y en proyectos solares comerciales, no en viviendas residenciales. 

Ahora debemos entender lo siguiente:

La potencia que puede llegar alcanzar un panel solar, y lo que produce realmente son dos cosas muy diferentes.

Por ejemplo, si un panel tiene una potencia nominal de 300 vatios, entonces producirá hasta ese valor máximo, sólo bajo condiciones como:

a. la superficie del panel solar, tendrá que recibir una potencia en luz solar, equivalente a 1000 vatios.

b. el panel tendrá que estar a 25ºC de temperatura.

¿Cómo se calcula las placas solares fotovoltaicas para un hogar con aire acondicionado, refrigerador y varios electrodomésticos?

Lo primero que debemos dominar, para entender el método de cálculo de un panel solar, es el término “horas solar pico”

¿Qué es la hora solar pico de un lugar?

La mejor manera de explicarlo es con un ejemplo.

Si un lugar tiene 5 horas pico, significa que el panel solar durante todo el día, en promedio, va recibir 5000 vatios de energía solar, por cada metro cuadrado de exposición al sol. 

Es posible que se tengan 10 horas de sol en verano, donde por la mañana se va recibir menos energía solar, y al medio día mucho más. Pero en total en promedio se recibe  5000W, por cada metro cuadrado de superficie, porque el valor de horas pico, en ese lugar  era de 5, recibiendo cada hora 1000 vatios

 Ahora el concepto de hora pico, exige imaginar que el resto del tiempo, los paneles no recibieron nada,  es decir que la energía solar, se reciben solo en las 5 horas pico.  

Vamos a suponer un hogar que posee equipos electrodomésticos, refrigeradores, y aire acondicionado,  tiene un consumo mensual de 300 Kilo vatios hora.  Es decir un promedio de 10 kilovatios hora por día.  

Ahora esos 10 kilovatios hora, se consumen a lo largo de todo el día, pero vamos a usar el concepto de horas pico, haciendo la suposición que los equipos están encendidos, precisamente, en el mismo tiempo que los paneles están trabajando, es decir en las 5 horas pico.

Por lo tanto el consumo de cada hora será.

10 kilovatios hora, dividido entre las 5 horas pico, da como resultado, 2 kilovatios .  

2 kilovatios son 2000 vatios.

De esta manera si cada panel, produce una potencia eléctrica de 300 vatios, para poder superar los 2000 vatios de la demanda, se necesitan 7 panel solares. 

El valor de horas se debe buscar en tablas o programas, de modo de saber con cuánta energía solar se cuenta.

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