Cálculo del número de módulos fotovoltaicos, factor de Seguridad
Una vez conocida la radiación del lugar donde se va a instalar el sistema solar y definido el ángulo idóneo para el mejor aprovechamiento de ésta, pasaremos a calcular el número de paneles fotovoltaicos necesarios.
Para ello bastará obtener la producción eléctrica de cada módulo en el lugar de ubicación, y dividir posteriormente el consumo por la producción unitaria de cada uno de éstos.
Ejemplo:
Supongamos que partimos de una radiación de 15000 kJ/m2 y debemos alimentar una carga cuyo consumo sea de 84 W y funcione durante 5 minutos cada hora del día a una tensión nominal de 12 voltios.
El primer paso consiste en calcular el consumo diario total del receptor. Para ello calcularemos el tiempo diario de funcionamiento y posteriormente la potencia consumida al día.
(5 min/h) x (24 h/día) = 120 minutos/día = 2 horas/día
luego:
84 W x 2 h/día = 168 W.h/día
Como la tensión es de 12 V nominales: (168 W.h/día)/(12 V) = 14 Ah/día
El consumo resulta ser de 14 amperios-hora por día. Una vez calculado este dato, procederemos a saber cuánta corriente genera al día un módulo solar. Si suponemos que utilizamos un módulo capaz de proporcionar, a 100 mW/cm2, 2 amperios, tenemos:
15000 kJ/m2 x 0.024 = 360 langleys
360 langleys x 0.0116 = 4.17 h.s.p.
Como por hora de sol pico (h.s.p.) el módulo nos da 2 amperios: 4.17 h.s.p. x 2A = 8.34 Ah/día
Queda entonces evidente que el número de módulos en paralelo que necesitamos, será el resultado de dividir el consumo diario entre la producción diaria del panel.
Por lo tanto:
Número de paneles en paralelo = (14 A.h/día) / (8.34 A.h/día) = 1.6 = 2
Como en este caso la tensión es 12 V, el número de paneles en paralelo es mismo que el número total de paneles. No ocurriría así si la tensión fuera 24 V; en este caso, al ser los módulos de 12 V, nos veríamos obligados a disponer de dos series de dos módulos en paralelo, con el fin de proporcionar la corriente necesaria a la tensión de funcionamiento. Entonces, el número total de módulos sería cuatro si consumiéramos los 14 A.h/día a 24 V.
Un aspecto muy a tener en cuenta especialmente en instalaciones comprometidas, es la adición al valor del consumo de un factor de seguridad, también llamado factor de diseño.
Este incremento que se añade al consumo real del receptor compensa pequeños gastos de corriente eléctrica producidos por consumos de los reguladores de carga, autodescarga de la batería, pérdidas eléctricas en los conductores, etc.
También cubre el déficit de una posible capa de polvo o suciedad que pueda depositarse en la superficie del módulo, reduciendo por ello la energía producida, así como la pequeña degradación que sufriría el panel a lo largo de los años de trabajo, o incluso las variaciones climatológicas que pudieran derivarse al utilizar datos de radiación solar alejados del lugar real de la instalación.
Todas esas consideraciones aconsejable el incremento de un factor de seguridad como prevención a posibles fallos en las instalaciones. El valor de dicho factor será más grande cuanto mayor sea el riesgo y la importancia de que se pueda dar alguno de los supuestos mencionados anteriormente u otros especiales que pudieran incidir.
Como regla general, suele utilizarse un factor de seguridad del 10% si los datos de radiación se han tomado en las peores condiciones (invierno). Este tanto por ciento se debe incrementar si utilizamos datos medios de radiación, o bien si las circunstancias del lugar o de la instalación así lo aconsejan.
Si aplicamos pues a nuestro ejemplo un factor de diseño de un 15%, obtenemos: Consumo + 15 % = (14 A.h/día) x 1.15 = 16.1 A.h/día
N° de paneles en paralelo = (16.1 A.h/día) / (8.34 A.h/día) = 1.93 = 2
Observaremos que el número real de paneles fotovoltaicos no ha cambiado, pero el número teórico ha pasado de ser de 1.6 a ser de 1.93.
Fuente: Guía técnica de aplicación para instalaciones de energías renovables del Gobierno de Canarias
