CONSUMOS Y POTENCIA EN LAS INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS


Vamos hacer un estudio de las diferentes formas que podemos utilizar para realizar el estudio del cálculo de la energía (consumo) y de la potencia necesaria cuando diseñamos una instalación solar fotovoltaica.

El consumo y la potencia probablemente sea la parte más complicada pero la que mejor se debe de hacer para que nuestro generador e instalación fotovoltaica nos proporcione la energía y potencia sin que tengamos problemas.

Hay varias formas, dependerá sobre todo de los datos de los que podamos disponer, como veremos a continuación.

Separamos lo que llamamos el consumo teórico, del real.

El consumo teórico es la energía que consumirán nuestros receptores en la instalación.

El consumo real será la energía que deberá proporcionarnos nuestro generador fotovoltaico, por lo que tendremos que sumarla a la energia teórica las pérdidas y consumos de todos los componentes de la instalación.

Veamos todas las posibles formas de cálculo.

Antes de empezar, queremos recomendarte este fantástico libro con el podrás calcular y diseñar todo tipo de instalaciones fotovoltaicas, así como aprender el funcionamiento de todos los componentes que las forman:



Indice:

- Consumo Teórico
  - Si Conocemos los Electrodomésticos
  - Si conocemos las etiquetas de eficiencia energética
  - Con el recibo de la luz
  - Según datos medios de consumos
- Consumo Real
  - Con Fórmula 1
  - Con Fórmula 2
  - Con Fórmula 2
- Previsión de Potencia
  - Por Receptores
  - Por REBT
  - Por Potencia Contratada

Consumo Teórico (de los receptores)


Este primer paso es el más complicado, pero también el más importante a la hora de diseñar nuestra instalación fotovoltaica aislada.

Hacer una buena estimación de la potencia y del consumo es esencial para dimensionar correctamente la instalación y no tener problemas de suministro.

La recomendación es comprar todos los electrodomésticos de la mayor eficiencia energética, a ser posible A+++, ya que el consumo será menor y todos los elementos de la instalación serán más baratos.

Nota: Consumo es lo mismo que energía y se expresa en wh/dia y Carga es lo mismo que potencia.

Energia = Consumo

Potencia = Carga

Previsión de Energía consumida = Previsión de Consumo
en wh/dia (vatios hora al día)

Previsión de Carga = Previsión de Potencia en w (vatios)

Para hacer el cálculo del consumo estimado en wh al día (wh/dia) tenemos 4 opciones:

Calculo Energía Conociendo los Electrodomésticos

Si conocemos los electrodomésticos que se usarán en la vivienda exactamente, entonces se sumarán los consumos diarios de cada uno de los electrodomésticos (receptores).

Estos consumos suelen venir en las etiquetas de los aparatos.

Si no sabemos los consumos pero sabemos la potencia de cada electrodomésticos, los consumos de cada uno se calcula multiplicando la potencia de cada receptor por el número de horas que se estima estará conectado a la instalación en un día.

La suma de todos estos consumos será el consumo total.

Veamos un ejemplo sencillo de como calculamos el consumo estimado de una pequeña instalación.

- Bombillas o lámparas: 4 unidades x 60 vatios (100%) x 4 horas al día = 960 Wh/diario

Nota: Muchas instalaciones utilizan lámparas de corriente contínua conectadas directamente a la salida de cc del regulador.

Cuando el generador fotovoltaico está generando energía la utiliza directamente del propio generador, por la noche cogería la energía de las baterias por medio del regulador.

Ventajas: menos energía y potencia en corriente alterna y por lo tanto menor será el inversor necesario y menores las pérdidas en el propio inversor.

Incovenientes: los electrodomésticos en corriente continua, e incluso la iluminación suelen ser más caros que los de corriente alterna.

Nosotros ponemos la iluminación de corriente alterna.

- Televisión: 1 unidad x 70 W x 3 h/día = 210 Wh/diario

- Ordenador portátil: 1 unidad x 60 W (100%) x 2,5 h/día = 150 Wh/diario

- Nevera o refrigerador: 12 h/día x 200 W = 2.400 Wh/diario.

La nevera o refrigerador solo consume cuando trabaja el compresor para mantener la temperatura en el interior, sobretodo cuando abrimos y cerramos la puerta.

El compresor es el que tiene una potencia de 200w.

Podemos considerar que solo trabajará la mitad del tiempo (50% = 12h), que es nuestro caso.

- Microondas: 0,5 h/día x 800 W (100%) = 400 Wh/diario

Si sumamos los consumos de cada receptor tenemos:

Total consumo: 960 + 210 + 150 + 2.400 + 400 = 4.120wh/dia

Es un consumo en el que solo se tienen en cuenta los receptores a la salida del inversor, pero el propio generador fotovoltaico (inversor, baterias, regulador) necesita energía para su uso y además tienen pérdidas, coo luego veremos, por lo que cómo luego veremos esta es la energía téórica, no la real.

Pero sigamos viendo ejemplos de calculo de energía consumida por los receptores de la instalación.

Hay algunos receptores que no se utilizan todos los días, por ejemplo una plancha.

Imagina que utilizamos la plancha de 600w, 2 horas al día durante 3 días a la semana:

Pplanchaprevista = 600 x 2 x 3/7 = 514wh/dia.

¿Por qué ponemos 3/7?

Pues porque si fuera utilizada todos los días sería 7/7, como solo son 3 días es 3/7.

A veces estos pequeños electrodomésticos lo que se hace es poner una estimación para todos del 1.000wh/dia. pero lógicamente si los conocemos es mejor poner el consumo exacto.

Calculo Energía Conociendo las Etiquetas de Eficiencia Energética

Esta es una variante de la primera, ya que debemos de conocer los electrodomésticos de nuestra instalación.

Si disponemos de las tarjetas de las etiquetas de eficiencia energética de todos los electrodomésticos, simplemente sería poner el consumo estimado de cada uno anual en diaria (dividiendo entre 365) y sumarlos todos.

Esto solo suele pasar si son todos los electrodomésticos nuevos en la instalación.

consumo diario

Cálculo Energía con el Recibo de la Luz

Otra forma de calcular consumos diarios es ver las últimos recibos de la luz y estimar el consumo medio diario a lo largo del último año.

Según Datos de Consumo

Por último, si no se conocen los electrodomésticos de la instalación ni los últimos recibos, por ejemplo en viviendas nuevas, se puede hacer una estimación según datos medios de consumos en viviendas, en función del número de personas que la habitarán:

consumo anual por vivienda

Fíjate que el consumo anual estándar es 3.500 Kwh/año, para convertirlo a wh/dia sería:

3.500 Kwh/año x 1 año/365 x 1.000w/1Kw = 9.589wh/dia

En esta unidad debemos tenerlo para los cálculos posteriores.

Cálculo del Consumo Real en Instalaciones Fotovoltaicas

El consumo calculado anteriormente, el consumo teórico, es el consumo de los receptores después del inversor.

El problema es que los propios equipos del generador fotovoltaico, el regulador, las baterías y el inversor, tambien consumen energía en su funcionamiento y en ellos se producen pérdidas entre su entrada y su salida.

Por ejemplo, el rendimiento del inversor suele ser del 95%, lo que significa que pierde un 5% de la energía desde que entra por el inversor hasta que sale.

Esto quiere decir que deberemos de generar más energía en los módulos fotovoltaicos para que nos llegue la energía necesaria que consumen los receptores.

Energía Generada Real = Energía Teórica + Consumo y pérdidas en los aparatos de la instalacion.

El consumo calculado anteriormente, el de los receptores de la instalación, es el llamado consumo teórico, ya que no hemos tenido en cuenta las pérdidas en el regulador, en el inversor, en las baterías y los cables.

El consumo real se puede calcular de varias formas:

Calculo Consumo Real por Porcentaje

La experiencia real demuestra que el consumo teórico suele ser entre el 60% y el 75% del real.

Nosotros estimamos que el consumo teórico es el 75% del consumo total de la instalación, por lo que tendremos que aumentarla hasta llegar al 100%.

Total energía necesaria a suministrar por los módulos (Real) = Consumo diario / 0,75 = 5.493 Wh/día.

O puedes multiplicar el consumo diario x 1,33, ya que 1/0,75 = 1,33.

Si tomamos como ejemplo el caso calculado anteriormente con una energía teórica de 4.120wh/dia

Tenemo que Energía Real = 4.120 / 0,75 = 5.493 Wh/día.

Consumo Real o Lmd = 5.493 Wh/día.

En muchos libros y manuales aparece con las letras Lmd el consumo real, también con E y Et para el teórico.

Esta es la forma que nosotros recomendamos y utilizamos en el ejemplo demás adelante de una vivienda, pero puedes encontrar otras 3 formas diferentes más de calcular la energía teórica, las que vamos a ver a continuación por si te interesa conocerlas.

Cálculo Consumo Real mediante Fórmula 1

Mediante la siguiente fórmula:

Rendimiento regulador, ηREG = 0,95
Rendimiento baterías, ηBAT = 0,95
Rendimiento inversor, ηINV = 0,90

Lmd o Consumo Real = Consumo Teórico / rendimientos

En nuestro caso 4120 / (0,95 x 0,95 x 0,9) = 4120 / 0,81225 = 5.072wh/diario

Sale un poco menos que antes.

Cálculo Consumo Real mediante Fórmula 2

Mediante la siguiente fórmula:
formula consumo real

En nuestro caso sería:

Lmd = { 0 + (4120/0,9)}/ (0,95 x 1) = 4819 wh/dia

Si lo hacemos de esta forma, en nuestro caso saldria un poco menos que de la primera y segunda forma.

Cálculo Consumo Real Mediante Fórmula 3

Utilizando esta otra fórmula:

consumo real fotovoltaica formula
En nuestro caso:

Suponiendo que tenemos un número de autonomía de 5 días y una profundidad de descarga de la batería del 60% (luego veremos que es todo esto más detalladamente).

Ereal = 4120 / R

R = (1 - 0,1 - 0,1 - 0,1) x { 1- {(0,005 x 5)/0,6}}
R = (0,7) x { 1 - 0,041666} = 0,7 x 0,9583 = 0,67

E real = 4120 / 0,67 = 6.149wh/dia

De esta forma es en la que los generadores fotovoltaicos más energía tendrían que generar.

Recuerda, nosotros nos quedamos con la primera forma de todas.

Calculo Previsión de Potencia en Instalaciones Fotovoltaicas

Ahora que ya tenemos calculado los consumos tenemos que hacer una previsión de la potencia instalada.

Esto es necesario para conocer si la instalación necesitará Proyecto de un Ingeniero, o simplemente una Memoria Técnica de Diseño (MTD) de un Técnico electricista.

Además nos hará falta para la elección de alguno de los componentes de la instalación, así como para colocar el IGA y el Diferencial de Luz del cuadro general de protección de la vivienda en corriente alterna.

Antes de ver las formas de hacer la previsión de potencia, veamos lo que dice el REBT:

Según el REBT-ITC-10, todas las instalaciones generadoras, incluidas la fotovoltaicas, mayores de 10Kw de potencia necesitan Proyecto. Las de menor potencia prevista solo MTD.

Recuerda: Carga = Potencia

Ahora veamos las 3 formas de hacer la previsión de potencias:

Previsión de Potencia por Receptores

Para calcular la potencia prevista tenemos que sumar la potencia de cada uno de los receptores de la instalación en vatios y multiplicar esta suma por un factor de simultaneidad ya que no siempre están conectados todos a la vez.

Se suele utilizar 0,8 o 0,7 como factor de simultaneidad.

Mas abajo tienes una tabla de ejemplo.

Si no sabes o no tienes posibilidad de saber las potencias reales de los electrodomésticos aquí te dejamos una tabla que te puede ayudar para hacer la previsión de potencia.

potencias estimadas

Si conocemos el consumo de algún electrodoméstico por la etiqueta energética pero no sabemos su potencia, se pondrá directamente el consumo y su potencia la sacaremos de la tabla de arriba.

Previsión de Potencia según REBT

- Podemos utilizar el REBT en su ITC 10 para decidir la potencia prevista, por ejemplo en una vivienda nueva:

"Con previsión de utilización de sistemas de calefacción eléctrica o de acondicionamiento de aire o con superficies útiles de la vivienda superiores a 160 m2, o con una instalación para la recarga del vehículo eléctrico en viviendas unifamiliares, o con cualquier combinación de los casos anteriores será una instalación de electrificación elevada".

Para el resto básica
.

grado electrificación

Normalmente con una previsión de 5.750w tenemos suficiente para la mayoría de las viviendas.

Previsión Potencia por la Potencia Contratada

- Si la instalación anteriormente estaba conectada a la red eléctrica, por ejemplo con una potencia contratada de 5.750w, entonces esta será la potencia prevista, a no ser que quiera aumentarla el usuario.

La mejor forma es hacer una tabla donde se expresen las potencias y los consumos o energías consumidas diarias como la siguiente:

potencia y consumo previsto en fotovoltaica
Esta instalación tienen una potencia prevista de 3.976w y un consumo previsto de 9.070wh/dia.

Recuerda: No es lo mismo el consumo diario que la potencia de los receptores.

Este dato, el de la potencia, lo podemos usar por ejemplo para poner un PIA y un Diferencial de protección de la instalación, o para otros cálculos, como luego veremos.

Para el ejemplo concreto que usaremos, imaginamos que ya hemos hecho los pasos 1 y 2 según lo explicado anteriormente de la forma que cada uno estime más conveniente.

Suponiendo que los resultados obtenidos son los siguientes:

- Potencia Todos los Receptores: 3.504 w ==> No necesita proyecto

- Consumo Diario = 6.960 Wh/día
.

Si quieres aprender todos los componentes de una instalación fotovoltaica, su cálculo y diseño te recomendamos el siguiente fantástico libro:



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