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Autor: Elías Akle

Ya sea en el hogar o en el trabajo, siempre es una excelente opción optar por la energía solar, visto como una alternativa ambientalmente sostenible y además como una inversión financiera.

Inicialmente es necesario definir ciertos conceptos que suponen la piedra angular de la energía solar:

figura 1

-Voltaje: El voltaje, tensión o diferencia de potencial puede ser visto similarmente a la energía potencial presente en (por ejemplo) el nivel de agua y altura de un tanque, es decir, entre más altura tenga esta saldrá con mayor velocidad. Formalmente se define como la magnitud física que cuantifica la diferencia de potencial eléctrico.

-Corriente: Siguiendo con la semejanza del ejemplo del tanque de agua, la corriente puede ser vista como la cantidad de agua que se entrega, esta por supuesto depende de la velocidad y del tamaño del tubo por el que sale, similarmente la corriente depende del voltaje y de la resistencia entregada, Formalmente la corriente es el flujo de carga eléctrica que recorre un material. Para propósitos de usos cotidianos se pueden encontrar dos tipos de corrientes eléctricas:

Corriente alterna (AC): La corriente alterna varía cíclicamente (tal y como se ve en la figura 2) y coloquialmente es la cual está presente en el hogar y en las empresas, es decir la entregada por la electrificadora a través de los tomacorrientes cotidianos.

Corriente directa (DC): Es el flujo de cargas eléctricas las cuales no varían con respecto al tiempo (como se aprecia en la figura 2). Además, las celdas eléctricas entregan este tipo de corriente.

figura 2

-Resistencia: se define como la oposición al flujo de corriente eléctrica a través de un conductor y si se aplica nuevamente la semejanza en la figura 1 se puede ver como el área transversal (la cual depende del diámetro) del tubo que libera el agua en la imagen, es decir entre mayor sea el área transversal se opone mayor resistencia al flujo del mismo.

-Potencia eléctrica: es la proporción o ritmo por unidad de tiempo con la cual la energía eléctrica es transferida por un circuito eléctrico, es decir a mayor potencia se entrega o absorbe mayor cantidad de energía eléctrica.

Tipos de montajes de energía solar:

-On-Grid:

Figura 3

-Off-Grid:

Figura 4

Existen dos principales tipos de circuitos de energía eléctrica, los cuales son el On grid y el Off grid,

Ambos poseen sus ventajas y desventajas, sin embargo, poseen en común los paneles solares, los cuales esencialmente captan la energía fotovoltaica proveniente del sol y la convierten en energía eléctrica en forma de corriente DC, El inversor se encarga (como su nombre lo indica) de transformar la corriente DC en AC y viceversa, la batería (presente únicamente en el circuito Off-grid) se encarga a su vez de almacenar la energía eléctrica proveniente de los paneles

Llegando a la parte esencial de la presente guía es necesario mencionar que ambos tipos de circuitos pueden satisfacer una amplia gama de necesidades, sin embargo deben ajustarse a las necesidades presentes en el proyecto que se llevará a cabo, sin embargo para sintetizar, el sistema on-grid se caracteriza porque no acumula la energía proveniente de los paneles solares, debido a esto es preferible que la energía sobrante se transfiera a la red eléctrica proveniente de la electrificadora, por lo cual puede suponer un ahorro en la factura mensual, o incluso si se genera más energía de la consumida es posible que la electrificadora deba generar un saldo a favor del cliente que tiene dicho sistema.

Sin embargo, el hecho de no acumular la energía supone que no se puede aprovechar una vez se oculta el sol, por lo tanto, de noche no se puede usar dicho sistema, sin embargo, debido a que no se compran baterías se genera más energía, por lo cual supone un mayor ahorro.

Por otra parte, el sistema Off-grid permite acumular la energía en las baterías, por lo tanto, permite tanto su aprovechamiento cuando se oculta el sol como en cualquier momento una vez han sido cargadas.

Seguidamente es necesario mencionar que la energía consumida en un tiempo dado se calcula en kWh (kilovatio-hora) el cual representa la cantidad de kW utilizados en una hora, sin embargo, cada electrodoméstico en un hogar posee su respectiva potencia, la cual está indicada en cada aparato, sin embargo, existen unos rangos comunes para dichos electrodomésticos, los cuales son:

Figura 5

Estas son las potencias nominales comunes para distintos tipos de electrodomésticos, los cuales dependen de distintos factores para saber con precisión su potencia real, por ejemplo, al comprar una nevera y esta posee una potencia esperada, para saber dicha potencia se tomaron datos en una locación determinada, por ejemplo en Bogotá, Colombia la cual posee una temperatura y humedad distinta a (por ejemplo) barranquilla, es decir que si se tomó la potencia de dicho electrodoméstico en Bogotá no necesariamente puede ser la misma potencia en barranquilla, por lo tanto para conocer con una mayor precisión la potencia de un electrodoméstico se emplea un vatímetro, el cual puede medir dicha potencia.

Sabiendo con mayor precisión la potencia de cada aparato, se procede a calcular el consumo esperado:

(Potencia del aparato)*( tiempo de uso/día) = consumo diario 

Lo cual se puede multiplicar por 30 para saber el consumo mensual considerando además si existen días que no se usa un determinado aparato.

Obteniendo así el consumo mensual o diario para cada aparato del cual se desee conocer o implementar para el circuito, se procede a sumar entre sí para obtener el total.

Con este dato sí se puede calcular entonces las magnitudes del proyecto en sí, tanto como la cantidad de paneles, baterías, inversor, etc.

Siendo así por ejemplo 1kWh que se emplea al día para el circuito deseado, entonces se necesita un panel que produzca una cantidad igual o mayor de energía durante un día como para utilizar los electrodomésticos, por lo tanto:

(Potencia de los paneles)*(tiempo de recolección) = energía producida

 Sí se sabe que la energía necesaria (para el ejemplo) es de 1 kWh y el tiempo de recolección puede ser de 10h, se tiene:

Potencia de paneles = (Energía)/(tiempo de recolección) = (1kWh)/(10h) = 0.1kW

Por lo tanto, la potencia de los paneles es de 0.1kW y así mismo el inversor debe trabajar con una potencia igual o mayor a la obtenida por los paneles.

Para las baterías se tiene la siguiente relación:

Energía entregada = (voltaje)*(Ah)

Tanto el voltaje como los amperios-hora son especificados por la batería en particular, usualmente las baterías trabajan con 12V, por lo tanto:

Ah = (Energía)/(Voltaje) = (1kWh)/(12V) = 0.083Ah

Lo cual representa la magnitud de las baterías a emplear, suponiendo que se emplee un sistema Off-grid, sin embargo, las cifras empleadas y obtenidas son bajas debido a propósitos ilustrativos, a medida que un sistema sea más grande este puede requerir varios elementos, como muchos paneles, o muchas baterías, los cuales pueden ser conectados tanto en serie como en paralelo, sin embargo, dado el nivel básico de esta guía se emplean meramente conceptos esenciales y de actualidad.

Además, se invita al lector a utilizar este tipo de soluciones de ingeniería para proyectos sostenibles ambientalmente y además visto como una inversión tanto en el hogar como en la empresa

REFERENCIAS

[1]https://www.fluke.com/es-co/informacion/mejores-practicas/aspectos-basicos-de-las-mediciones/electricidad/que-es-la-tension

[2]https://www.fisicalab.com/apartado/movimiento-de-cargas

[3]Purcell, E. M. (1988). Electricidad y Magnetismo.

[4]H. Young, R. Freedman, F. Sears, M. Zemansky (2015). University Physics Volume 2. Electromagnetism, optics, and modern physics. Pearson. Edición 14

[5]https://tarifaluzhora.es/info/diferencia-kw-kwh

Imágenes:

[1] https://www.eleccircuit.com/relationship-voltage-current-resistance-ohms-law/

[2] https://www.upsbatterycenter.com/blog/electric-current/

[3]http://www.wega-lighting.com/energy/inversores/sistema-on-grid/

[4]http://www.wega-lighting.com/energy/inversores/sistema-off-grid/

[5]https://lucera.es/blog/cuanto-consumen-electrodomesticos