Instalaciones autónomas de energía eléctrica con paneles fotovoltaicos

Casi en cualquier lugar podemos ver ya instalaciones fotovoltaicas [1] ( viviendas unifamiliares, autocarabanas, viviendas aisladas, embarcaciones, equipos de señalización de tráfico, etcétera ). Por humildes que puedan ser, proporcionan energía eléctrica renovable a partir de la luz. Constan de un panel constituido por un conjunto de células solares dispuestas en serie; a su vez, cada panel puede conectarse con el resto de paneles en serie o bien en paralelo, según las características y necesidades de la instalación. Al conjunto de paneles les llamamos módulo fotovoltaico. Se necesita también un regulador de carga, conectado en paralelo al panel ( o módulo fotovoltaico ) para impedir que las puntas indeseadas en la generación de carga eléctricas y para evitar sobrepasar la máxima capacidad de carga de la batería, la cual, en sí, puede estar formada por un conjunto de unidades conectadas en serie, o en paralelo ( si se requiere almancenar mucha carga eléctrica. La batería suele conectarse directamente al regulador, emplando las conexiones que para ello ya vienen dispuestas en él.

La batería es un elemento imprescindible en un sistema fotovoltaico, pues permite guardar la carga eléctrica que el panel ( o asociación de paneles ) produce, permitiendo así que podamos servirnos de ella cuando el panel no produce electricidad ( de noche, o en tiempo nublado ). A la salida del módulo fotovoltaico se conecta el regulador de carga, al cual también puede conectarse directamente la batería; y, en el caso de que necesitemos corriente alterna, a la salida del regulador, habrá que conectar también un inversor, para convertir la corriente continua (que proporciona la batería) en corriente alterna; así podremos hacer funcionar dispositivos que requieran este tipo de corriente eléctrica ( lavadoras, frigoríficos, televisor, etcétera ), siempre que, claro está, el módulo fotovoltaico tenga la potencia suficiente para tener la carga eléctrica necesaria almacenada en la batería en todo momento. A la hora de diseñar el sistema, la capacidad de la batería ( recordemos que se expresa en amperios-h, abreviado Ah ) se calcula calcula en función de la potencia del módulo fotovoltaico requerida y de las necesidades de consumo de las cargas que se tengan que alimentar.

ENUNCIADO
En un pequeño velero con el que se desea realizar navegación costera con pernoctación a bordo, queremos instalar una neverita de 35 W, un piloto automático de caña de 12 W, las luces de navegación nocturna con 15 W de potencia entre todas ellas. También necesitamos alimentar permanentemente la emisora VHF, que puede requerir una potencia de 5 W, y reservamos 5 W para imprevistos. Para no depender de la carga de la batería de servicio mediante el motor auxiliar y ser lo más autónomos que podamos y así no tener que depender de la alimentación de corriente cuando estemos en puerto, hemos decidido instalar un sistema fotovoltaico. Cada una de estas cargas, que funcionan con corriente continua ( no necesitamos corriente alterna, y, por tanto prescindiremos de la instalación de un inversor ) está conectada en paralelo a una batería de 12 V. ¿ Cuál es la potencia estimada del panel fotovoltaico ? ¿ Y la capacidad de la batería de servicio ( alimentada por el panel fotovoltaico ) ?

SOLUCIÓN
La carga global conectada en paralelo ( circuito equivalente ) requiere una potencia de $35+12+15+5+5 = 72\,\text{W}$, por lo que la intensidad de corriente que pasa por esa carga es de $72\,\text{ W} / 12 \,\text{V} = 6\,\text{A}$. Entonces, necesitaremos una carga eléctrica $6 \cdot 24\text{A h} = 144\, \text{Ah}$, por lo que necesitamos una betería ( o sistema de baterías ) de servicio que tenga una capacidad un poco mayor que este valor, esto es, una batería de $150\,\text{Ah}$ de capacidad. Por lo que respecta al modulo fotovoltaico ( panel o paneles ) puede consister en una sola unidad de $150\,\text{W}$ de potencia; y como la corriente punta ( a máximo rendimiento ) es de $150 \,\text{W} / 12 \,\text{V} = 12,5\,\text{A}$. Necesitaremos por tanto un regulador de carga que pueda gestionar unos $20\,\text{A}$


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Observaciones/reflexiones:
Todas las personas aficionadas a la navegación a vela de crucero son muy conscientes de la importancia de no malgastar la electricidad a bordo. Y, por cierto, tampoco el agua potable, pues en una embarcación pequeña las reservas de la misma son muy valiosas.

Referencias:
[1] https://es.wikipedia.org/wiki/Energía_solar_fotovoltaica ( Wikipedia )
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