1. Introducción a Sistemas Fotovoltaicos
Un sistema fotovoltaico es un sistema de generación de energía solar que, en su forma más pura (autónoma), no requiere conexión a la red eléctrica. Aunque existen tecnologías híbridas que permiten consumir energía de la red como respaldo, la esencia de un sistema fotovoltaico autónomo es la independencia energética.
2. Sistema Off-Grid (Autónomo)
Un sistema Off-Grid o autónomo no está conectado a la red eléctrica, por lo que no cuenta con su respaldo. Durante el día, genera y consume energía directamente de los paneles solares, y el excedente se utiliza para cargar las baterías.
Durante la noche o en días de baja radiación solar, la energía almacenada en las baterías es la que suministra electricidad a los consumos, evitando apagones.
Componentes Principales de un Sistema Off-Grid:
- Paneles Solares: Son los generadores que convierten la radiación solar en energía eléctrica de corriente continua (DC).
- Controlador de Carga: Actúa como un cargador inteligente para las baterías. Gestiona y regula la energía de los paneles para asegurar una carga correcta, evitando sobrecargas o daños y optimizando la vida útil de la batería.
- Banco de Baterías: Es el componente principal de almacenamiento. Guarda la energía generada durante el día para ser utilizada cuando no hay sol.
- Inversor: Convierte la energía de corriente continua (DC) almacenada en las baterías (o proveniente de los paneles) a corriente alterna (AC) a 110/220 voltios, que es la forma de energía que utilizan los electrodomésticos convencionales.
3. Sistema On-Grid (Conectado a Red)
Un sistema On-Grid está diseñado para el autoconsumo y está conectado a la red eléctrica nacional. Su objetivo principal es generar energía para los consumos propios y, si hay excedentes, venderlos a la compañía eléctrica.
Los componentes clave de este sistema son los paneles solares y un inversor de inyección a red, que se sincroniza con la red pública. Este tipo de sistema no utiliza baterías, ya que la red funciona como un sistema de respaldo infinito.
4. Tipos de Baterías
Se manejan principalmente dos tecnologías de baterías para sistemas solares:
- Baterías de Gel (Monoblock): Usan un electrolito gelificado. Son selladas, lo que significa que no requieren mantenimiento interno. Por su forma de bloque, se les conoce como "monoblock".
- Baterías de Litio: Ofrecen una mayor densidad energética y vida útil. Vienen en varios formatos:
- Monoblock: De apariencia similar a las de gel, pero con tecnología de litio.
- Tipo Rack: Diseñadas para ser montadas en gabinetes o racks estándar, facilitando sistemas de almacenamiento escalables.
- Modulares (Tipo Pared): Vienen con anclajes para ser colgadas en la pared, optimizando el espacio.
5. Comparativa: Gel vs. Litio
6. El Sistema de Gestión de Baterías (BMS)
El BMS (Battery Management System) es una tarjeta electrónica crucial presente en todas las baterías de litio. Su función principal es garantizar la seguridad y optimizar el rendimiento de la batería.
Funciones del BMS:
- Protección: Protege contra sobrecargas, sobredescargas, altas y bajas temperaturas, y cortocircuitos.
- Balanceo de Celdas: Mantiene todas las celdas internas de la batería en el mismo nivel de voltaje, lo que es vital para la salud y longevidad de la batería.
- Comunicación: Permite que la batería se comunique con el inversor o controlador, transmitiendo datos como el estado de carga (SoC), voltajes y temperaturas. Esto permite una gestión de carga y descarga mucho más precisa y segura. Los protocolos comunes de comunicación son Pylontech y WOW.
- Funcionalidades Inteligentes: En baterías más avanzadas (como las tipo Rack), el BMS permite el monitoreo remoto a través de una aplicación, donde el usuario puede ver el estado de las celdas, corrientes, y realizar configuraciones.
7. Profundidad de Descarga (DoD)
La Profundidad de Descarga (DoD) indica el porcentaje de la capacidad total de la batería que se ha consumido. Es un factor crítico que impacta directamente en los ciclos de vida útil de la batería.
- Baterías de Gel: Se recomienda un DoD del 50%. Descargarlas más allá de este punto reduce drásticamente su vida útil. Por ejemplo, descargarla al 100% podría reducir sus ciclos de 1,400 a 700.
- Baterías de Litio: Permiten un DoD mucho mayor, típicamente del 80% al 95%, sin afectar significativamente su vida útil. Esto significa que se puede aprovechar una mayor parte de la energía almacenada en cada ciclo.
8. Voltajes Típicos de Baterías
- Baterías de Gel: La gran mayoría son de 12V. Para sistemas de 24V o 48V, se conectan varias baterías en serie.
- Baterías de Litio:
- Monoblock: Típicamente de 25.6V (homologables con sistemas de 24V).
- Rack y Modulares: Típicamente de 48V o 51.2V (ambos voltajes son compatibles entre sí).
9. Ecuaciones de Dimensionamiento
Estas ecuaciones son fundamentales para diseñar un sistema fotovoltaico correctamente.
Cálculo de la Capacidad del Banco de Baterías
Esta ecuación determina los Amperios-hora (Ah) que necesita el banco de baterías para suplir el consumo.
Capacidad Batería (Ah) = (Demanda Diaria de Energía (Wh) * 1.20) / (Voltaje del Sistema (V) * DoD de la Batería)
- Demanda Diaria de Energía (Wh): El consumo total diario de los equipos. Se puede calcular sumando las potencias de los aparatos por sus horas de uso, o dividiendo el consumo mensual de la factura de energía entre 30.
- Factor de Sobredimensionamiento (1.20): Un 20% de seguridad para cubrir pérdidas y asegurar el suministro.
- Voltaje del Sistema (V): El voltaje de trabajo del inversor (12V, 24V, 48V).
- DoD de la Batería: La profundidad de descarga permitida (ej. 0.5 para Gel, 0.8 para Litio).
Cálculo de la Potencia de Paneles Solares
Esta ecuación determina la potencia total en vatios (W) que deben tener los paneles para cargar correctamente la batería dimensionada.
Potencia de Paneles (W) = (Energía de la Batería (Wh) * 1.20) / Horas Solares Pico (HSP)
- Energía de la Batería (Wh): Se calcula multiplicando el voltaje nominal de la batería por su capacidad en Ah (V * Ah). Por ejemplo, una batería de 25.6V y 100Ah tiene 2560 Wh.
- Factor de Sobredimensionamiento (1.20): Un 20% extra para asegurar una carga completa incluso en condiciones no ideales.
- Horas Solares Pico (HSP): La cantidad promedio de horas de sol útil en una ubicación. Para Colombia, se puede usar un valor estándar de 4 horas.
10. Controladores de Carga
El controlador de carga es el "cerebro" que gestiona el flujo de energía entre los paneles solares y las baterías. Es, en esencia, un cargador de baterías avanzado que las protege y optimiza su vida útil.
11. Tecnología de Controladores: PWM vs. MPPT
Controlador PWM (Pulse Width Modulation)
La tecnología de Modulación por Ancho de Pulso (PWM) funciona como un interruptor que conecta y desconecta rápidamente los paneles de la batería. Simplemente reduce el voltaje del panel para que coincida con el de la batería (ej. de 40V del panel a 12V de la batería). Este proceso es menos eficiente, ya que la diferencia de voltaje se pierde en forma de calor.
Controlador MPPT (Maximum Power Point Tracking)
La tecnología de Seguimiento del Punto de Máxima Potencia (MPPT) es mucho más avanzada. Es un convertidor DC-DC que ajusta constantemente el voltaje y la corriente para encontrar el punto exacto en el que el panel solar entrega la máxima potencia posible (Potencia = Voltaje x Corriente).
Un MPPT puede tomar un alto voltaje y baja corriente de los paneles y convertirlo en un bajo voltaje y alta corriente para cargar la batería. Esto le permite aprovechar hasta un 30% más de energía que un PWM, especialmente en climas fríos o con nubosidad.
12. Etapas de Carga de una Batería
Un buen controlador de carga debe gestionar las siguientes etapas para garantizar una carga segura y completa:
- Etapa Bulk (Carga Rápida): Ocurre cuando la batería está significativamente descargada. El controlador envía toda la corriente disponible (corriente constante) desde los paneles, mientras que el voltaje de la batería aumenta gradualmente.
- Etapa de Absorción: Una vez que la batería alcanza un voltaje específico (ej. 14.2V para gel), el controlador mantiene el voltaje constante y la corriente comienza a disminuir a medida que la batería se satura.
- Etapa de Flotación: Cuando la corriente en la etapa de absorción cae a un nivel muy bajo, significa que la batería está completamente cargada. El controlador reduce el voltaje a un nivel de mantenimiento (ej. 13.5V para gel) para mantenerla al 100% sin sobrecargarla. En esta etapa, la batería está lista para ser descargada.
Nota: Las baterías de Gel utilizan las tres etapas (Bulk, Absorción, Flotación). Las de Litio principalmente utilizan Bulk y Absorción, ya que su BMS gestiona el estado final de la carga.
13. Línea de Productos: Controladores
Controladores PWM (Marca Greenpoint)
- Referencia Verde: Corrientes de 10A a 60A. Funcionan solo a 12V y 24V. Tienen puertos USB.
- Referencia Gris: Corrientes de 10A a 60A. Los de 10A, 20A y 30A solo admiten 12V/24V. Los de 40A y 60A admiten también 36V y 48V.
Controladores MPPT (Marca SRNE)
- Serie ML: De 20A a 60A. Admiten todos los voltajes (12V, 24V, 36V, 48V).
- Serie Shiner: De 20A a 40A. Solo admiten 12V y 24V. Permiten monitoreo WiFi. El VOC máximo es de 60V (20A) o 100V (30A, 40A).
- Serie MF: De 60A. Admiten todos los voltajes. Tienen ventiladores para refrigeración y un VOC máximo de 150V.
- Serie MC: De 50A. Solo admiten 12V y 24V.
14. Accesorios de Monitoreo
Se ofrecen módulos WiFi para monitorear remotamente el rendimiento del sistema a través de una aplicación.
- Módulo WiFi 1: Compatible con controladores de la Serie Shiner.
- Módulo WiFi 2: Compatible con controladores de la Serie ML.
La serie MF actualmente no cuenta con un módulo de monitoreo compatible.
15. Tiempos y Políticas de Garantía
Tiempos de Garantía
- Baterías de Litio: 3 años.
- Baterías de Gel: 1 año.
- Baterías de Movilidad: 6 meses (su uso principal es para movilidad, no sistemas solares).
- Controladores MPPT: 2 años.
- Controladores PWM: 1 año.
Casos que Anulan la Garantía
La garantía cubre defectos de fabricación. No aplica en los siguientes casos:
- El equipo está fuera del período de cobertura.
- Manipulación de sellos de seguridad o apertura por personal no autorizado.
- Mal uso: golpes, derrames, quemaduras en bornes, instalación incorrecta.
- Deficiencias en el sistema: mal dimensionamiento (paneles insuficientes para cargar la batería), sobrecargas o cortocircuitos causados por otros componentes.
- Descarga profunda en baterías de gel: Una batería de gel que llegue con un voltaje inferior a 10.5V se considera sobredescargada y pierde la garantía.
- Conectar bancos de baterías de diferentes capacidades, marcas o antigüedades.
- Daños por eventos fortuitos: inundaciones, incendios, terremotos, etc.