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Cálculo sencillo de paneles solares

Tablero solar fotovoltaico
Tablero solar fotovoltaico

Para un cálculo aceptablemente preciso sugiero usar una guía como esta o con ayuda de esta aplicación para Android.

Pero hay una forma de calcular rápidamente la potencia de los paneles que se necesitan para una instalación solar fotovoltaica sin recurrir a las fórmulas académicas. Es un resultado que nos puede servir para tener una idea preliminar de lo que necesitaremos para cubrir determinada demanda de energía.

Un ejemplo

Digamos que tenemos 6 luces de 20 watts y las queremos encendidas 5 horas por día. Digamos también que la irradiación solar en la zona es de 3 Kwh/m2/día.

6 por 20 por 5 son 600 wh-día.

Dividiendo entre 3 (la  irradiación solar), nos da 200. Este valor de 200 es lo que necesitaremos más o menos en paneles (200 Wp) y en baterías (200 Ah).

Reitero, es solo para tener una idea preliminar, para un cálculo más preciso sugiero usar una guía como esta o con ayuda de esta aplicación para Android.

Replanteando una instalación solar en la selva de Perú

Llegamos al lugar en una visita de paseo y a la vez para darle una mirada al sistema de energía solar. Hace 15 años que no estábamos en la selva, la última vez había sido precisamente para instalaciones solares en las casas de guardaparques de una zona reservada.

Arreglo de paneles elevados del norteNuestra primera impresión fue la posición y ubicación del conjunto de paneles fotovoltaicos. Estábamos en el hemisferio sur pero los paneles estaban elevados del norte y a eso de las 2 de la tarde la mitad recibían sombra proyectada de una construcción cercana. Analizando la razón de haberlos colocado así calculamos que 6 meses atrás, el sol se movía sobre el cielo más al sur, así no había sombra y hasta la inclinación parecía correcta, pero para un conjunto de paneles fijos hay que tener en cuenta las variables astronómicas anuales, y montarlos de tal forma que compensen lo mejor posible los cambios en el cielo. Es por esta razón que en el hemisferio Sur los arreglos FV se colocan elevados del sur tomando en cuenta la latitud del lugar, como resultado la superficie queda mirando al norte. Averiguamos que 6 meses antes el sistema había sido trasladado desde otra ubicación por personas sin experiencia en el tema y por ello montaron los paneles de acuerdo a cómo observaron al sol esos días.

PFV recién trasladados y elevados del SurAhora estamos encargados de hacer las mejoras necesarias. Lo primero ha sido trasladar unos metros el arreglo FV y montarlo con la elevación e inclinación adecuadas. En esta nueva ubicación sabemos que durante el verano algo de sombra de todos modos caerá sobre una parte del arreglo entre 1 y 2 de la tarde, pero por ahora, debido a que no hay otra ubicación más apropiada, hemos preferido tener un momento de sombra en verano, cuando el sol está más al sur, que tenerla en invierno, cuando el sol está más al norte y por lo tanto cae de forma más oblicua y durante menos horas al día. Es un equilibrio que no nos gusta del todo, pero es temporal, hasta que se definan otras construcciones que se tienen planeado hacer en el lugar y eso permitirá definir también un área totalmente adecuada para el sistema.

Ver también: Proyecto de implementación FV en la selva de Perú

Construyendo una terma solar de bajo costo

Cuando me decidí a hacerla no imaginé que iba a funcionar mejor de lo que pude desear, sobretodo porque era la primera vez que construía una terma solar.

No solo porque se trataba de un experimento sino también porque la idea era realizar un proyecto económico, es que estuve revisando el material existente en el mercado local.

Un sistema como el que describiré su construcción consta de 2 partes: el colector y el tanque. Los cálculos de energía los añadiremos al final porque aunque son un buen complemento, podría ser aburrido leerlos en las primeras líneas.

Para el colector seleccioné manguera para riego por goteo de polietileno con un diámetro de 16 mm. Esta manguera cuesta muy poco, es de color negra -adecuada para absorver el calor del sol- y además se expende con los conectores necesarios.

Armar una rejilla fue muy fácil, pues la manguera se puede cortar con cualquier tijera porque sus paredes son muy delgadas y hacer las uniones con los conectores no es nada complicado pues solo hay que introducir el extremo que nos interesa de cada conector en la manguera, haciendo presión con las manos.

En esta imagen les muestro los arreglos de conectores y segmentos de manguera de 8 cm. Hice 2 de estos arreglos, uno para cada extremo de la rejilla. Nótese que cada arreglo usa 7 conectores en “T” y un extremo termina en un conector en “L” o codo.

Corté 8 tramos de manguera de 3 mts y los uní a los arreglos anteriores. Fueron de 3 mts porque tenía una plancha ondulada de esa longitud y se me ocurrió que sería práctico usarla como base para la rejilla. Rejilla y plancha armaron el conjunto que haría la función de colectar el calor del sol; se puso inclinado en un angulo de 20 grados elevado del sur (porque mi casa está en el hemisferio sur).

Para hacer el tanque usé 2 cilindros  de pvc, uno de 50 litros y otro un poco mayor, lo necesario para que al introducir uno en otro quedase un espacio de 5 cm para ser llenado con un material aislante. En mi caso usé poliestireno en bolitas porque lo tenía a la mano, también puede usarse otros materiales como espuma de poliuretano, papel o retazos de tela.

Respecto a las conexiones, se usó tubería para agua de pvc de 1/2″, fueron tres y se hiceron de tal manera que las uniones quedasen estancas en el tanque interior y tuvieran la suficiente longitud para sobresalir al menos 2″ del tanque exterior.

Es así que la salida para el agua fría (hacia el colector) se puso en la parte mas baja posible, la entrada para el agua caliente (desde el colector) se puso en la parte más alta posible considerando que debería estar siempre 1 pulgada por debajo del nivel más alto del agua y la salida para la ducha se puso a dos tercios de altura. Antes de agregar el asilamiento probamos que no hayan fugas en las conexiones.

Para conectar colector y tanque simplemente se une la salida de agua fría del tanque (en el camino va un conector en T para el ingreso de agua fría de reposición*)  con el extremo bajo del colector , mientras que el extremo alto del colector se une a la entrada de agua caliente al tanque.

El efecto termosifón funciona muy bien y en verano la temperatura del agua llega a 45° celsius. El tanque conserva el calor bastante bien, inclusive a medianoche aun es necesario mezclar con agua fría para darse una confortable ducha. Creo que en invierno la temperatura debe llegar a 25° C, ya les contaré en tres meses.

*El agua de reposición viene del tanque principal de agua fría de la casa, cuyo nivel alto se mantiene al mismo nivel alto del tanque de la terma; esto no es otra cosa que una simple conexión de vasos comunicantes.

Ahora si, los cálculos.

La manguera de polietileno que hace de colector tiene en total 24 metros y como es de 16 mm de diámetro, su superficie exterior total es: 0.016 x 3.1416 x 24 = 1.2 mt2

Asumiendo que solo la mitad de su superficie está expuesta al sol, entonces el área de absorción es de 1.2 / 2 = 0.6 mt2

El sol baña con 1 Kw de energía a cada metro cuadrado, entonces a nuestro colector le caen 0.6 Kw cuando el sol brilla sobre él.

En este punto deberíamos calcular la energía de todo el día partiendo de los watts y las horas, pero antes hagamos algo más interesante: partamos de los resultados obtenidos en la práctica.

El agua ingresa en las mañanas a la terma a 20 °C y sale al final del día a 45 °C, por lo tanto ha ganado 25 °C (el Delta T, dicen los físicos académicos). Como se trata de unos 40 lts, entonces la energía ganada es 25° C x 40,000 cc = 1,000,000 calorías ó 1,000 Kcal.

860.4 Kcal es equivalente en energía a 1 Kwh, por lo que 1,000 Kcal serán: 1000 / 860.4 = 1.16 Kwh

Unos párrafos arriba habíamos obtenido que nuestro colector recibe 0.6 Kw a pleno sol, entonces nos queda concluir que los 1.16 Kwh acabados de calcular se deberían conseguir con aproximadamente 2 horas de sol. ¿Por qué únicamente 2 horas? ¿Acaso no son más horas diarias de sol a las que ha estado expuesto el colector? La respuesta es simple: En efecto, ha estado expuesto más de 2 horas, pero se trata de una construcción de baja eficiencia.

Con lo anterior acabo de confirmar que mi sistema pierde mucha energía, pero aun así nos brinda toda el agua caliente que necesitamos en casa (en verano y primavera) y la ineficencia pasa desapercibida porque la fuente de energía es el sol.

Proximo proyecto: Mejorando la terma solar para ganar eficiencia (para invierno y otoño… y para otras casas que necesiten más agua caliente).

Recuperando baterías (intentando)

trojan105Recibí 6 baterías marca Trojan modelo 105T. Estas son de 225 Ah y 6 v. Fueron instaladas hace 10 años por mí en un sistema de backup con un inversor Trace de 2 KVA, pero apenas si el sistema se usó un par de veces.

Estas baterías han estado desconectadas del Trace alrededor de un año. Revisàndolas encontré que las placas estaban húmedas pero el nivel de electrolito no llegaba a cubrirlas; el voltaje en todas era de 1.48v. Añadí agua destilada hasta llegar a medio centímetro encima de las placas.

Las he puesto a cargar por pares, sin corriente ni voltaje controlado. Por 5 horas la corriente se ha mantenido en menos de 2A y el voltaje en poco menos de 14. Luego de dejarlas reposar un par de horas, su voltaje de flotación indicaba estaba en 5.5 así que volví a conectar el cargador. Esta vez la corriente subió a 4A y el voltaje se redujo a 13.2. Tras otras 5 horas apagué el cargador. Un día despuès la flotación estaba en 6v así que reanudé la carga, esta vez subió a 8A y el voltaje se mantenía debajo de 14.

Luego de 5 horas he probado la primera pareja de baterías que cargué, conectándoles un inversor pequeño de 350w 220vac, con 80% de carga, el voltaje ha ido bajando en ese lapso de 12.3 a 11.5v de manera gradual.

Voy a incrementar la descarga hasta que el voltaje llegue a 11.0 y cargaré nuevamente. Escribiré los resultados mañana.

09-oct: Con el fin de ecualizarlas sometí las baterías individualmente a 7.4v por 3 horas, durante las cuales han estado recibiendo 10A.

11-oct: Ya he descargado y cargado totalmente la pareja de baterías 3 veces y he observado que hasta el momento brindan 40% de su capacidad nominal.

23-nov: Me fui de viaje, así que dejé las baterías desconectadas. Las encontré con 6.10 voltios así que les puse 10 horas de carga a 6A. La densidad del electrolito llegó a 1.240 en promedio entre celdas. En teoría deben estar en 80% de su capacidad nominal así que las descargaré un 30%, eso significa 75Ah. Usaré una carga de 8A, con lo cual en teoría debería conseguir al menos 8 ó 9 hras de trabajo.

Pronósticos del NHC

El Centro Nacional de Huaracanes de EEUU es tal vez la institución más importante a nivel mundial que estudia y hace pronósticos de clima, siendo fuente obligada de consulta cuando se trata de tormentas tropicales y huracanes. En seguida iremos anotando a manera de bitácora los pronósticos más resaltantes de esta temporada, según vayan apareciendo.

11 oct - 8PM EDT - Se pronostica que la recien formada tormenta tropical Paula se convertirá pronto en Huaracán quedará varios dìas estacionada frente a Yucatán
21set10 - 5PM EDT - Igor aun permanece como huracán frente a Terranova y se pronostica que se degradará a Tormenta recién el fin de semana
21set10 - 11PM EDT - El mapa de seguimiento muestra que la Tormenta Lisa podría ser huracán el jueves