Peru manual-espanol1

Manual de Capacitacion
Sistemas Fotovoltaicos
Junio 2005
Cajamarca, Peru

International Technology
Green Empowerment Development Group

Green Empowerment-ITDG Manual de Capacitaciones Sistemas Fotovoltaicas

Indice de Materias

1.0 Introducción ----------------------------------------------------------------------------------4

1.1 Resumen de componentes-----------------------------------------------------------------5

2.0 Cómo funciona un panel solar----------------------------------------------------------6

3.0 Términos básicos de energía----------------------------------------------------------- 7

3.1 La diferencia entre CC y CA ------ -- -----------------------------------------------------7

3.2 Electricidad generada por un panel solar ----------------------------------------------8

3.3 Vatios contra vatio horas--------------------------------------------------------------------9

4.0 El sol como un recurso------------------------------------------------------------------10

4.1 Horas de sol perfecto-----------------------------------------------------------------------10

4.2 Orientación------------------------------------------------------------------------------------13

5.0 Cómo funcionan los paneles solares ----------------------------------------------14

5.1 IV Curvas--------------------------------------------------------------------------------------15

5.2 Cambios en curvas IV ---------------------------------------------------------------------16

6.0 Regulador de carga ----------------------------------------------------------------------17

7.0 El Cableado----------------------------------------------------------------------------------18

7.1 Terminaciones-------------------------------------------------------------------------------18

7.2 Tamaño de cableado----------------------------------------------------------------------19

8.0 Baterías---------------------------------------------------------------------------------------22

8.1 Tipos de baterías----------------------------------------------------------------------------23

8.2 Profundidad de descarga------------------------------------------------------------------24

8.3 Estado de carga -----------------------------------------------------------------------------24

8.4 Seguridad de baterías ---------------------------------------------------------------------25

9.0 Inversores- ----------------------------------------------------------------------------------26
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Green Empowerment y ITDG Sistemas Fotovoltaicas, Manual de instrucción – Indice de materías

10.0 Diseñar un sistema de energía fotovoltaica-------------------------------------27

10.1 Calcular el consumo total de energía por vatio horas al día -----------------28

10.2 Eﬁciencia de un sistema de energía fotovoltaica ---------------------------------29

10.3 Cómo medir el tamaño del panel solar ----------------------------------------------30

10.4 Cómo medir el tamaño de las baterías ----------------------------------------------31

11.0 Instalación del sistema----- -----------------------------------------------------------38

11.1 Circuitos en serie y paralelo ------------------------------------------------------------38

11.2 Instalación del panel solar---------- ----------------------------------------------------38

11.3 Instalación del regulador----- ----------------------------------------------------------41

11.4 Instalación del banco de baterías -----------------------------------------------------42

11.5 Instalación del alambre-------------------------------------------------------------------42

11.6 Instalación del interruptor----------------------------------------------------------------43

11.7 Conexiones de carga -------------------------------------------------------------------43

12.0 Gestión de carga ------------------------------------------------------------------------44

13.0 Investigación de averías---------------------------------------------------------------47

13.1 Conexiones del cableado ---------------------------------------------------------------48

13.2 Batería----------------------------------------------------------------------------------------48

13.3 Panel solar-----------------------------------------------------------------------------------49

13.4 Cómo comprobar los terminales de carga ------------------------------------------49

14.0 Sobre nosotros ---------------------------------------------------------------------------50

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1.0 Introduction

Este libro se ha hecho en forma de manual para usarlo en la enseñanza sobre el diseño,
la instalación y el mantenimiento de sistemas fotovoltaicos (paneles solares). Este libro
no fue diseñado para que una persona pueda utilizarlo sin ayuda externa. Es más bien un
manual que puede ser usado como apoyo en la instrucción de personas que instalarán y
usarán el sistema. Además, el propósito de este manual no es el de introducirse a fondo
en todos los detalles de los sistemas fotovoltaicos, sino más bien el de suministrar el
estudiante a la información práctica suﬁciente para que el o ella pueda terminar el curso
de instrucción con los conocimientos suﬁcientes para poder localizar y reparar daños y
mantener un sistema fotovoltaico. Finalmente, es nuestra esperanza que este manual sea
un recurso útil de información en el futuro cuando se necesita a los estudiantes para el
mantenimiento, la localización de daños, el diseño o la instalación de un sistema.

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1.1 Resumen de Componentes
A. El panel solar – transforma luz solar en electricidad.

B. El banco de baterías – acumula electricidad.

C. El regulador de carga – maneja el ﬂujo de electricidad entre la batería del panel solar y
la carga.

D. El inversor – transforma corriente contínua del panel solar y de la batería en corriente
alterna. Los inversores no se utilizan siempre. Cuando se utilizan, pueden ser
combinados con el mismo aparato al regulador de carga.

E. La carga – se usa para electricidad, por ejemplo para luces, luces LED, computadoras,
radios.

F. Los cables – conectan los otros varios componentes.

(A)

(C)

(E)

(F)

(B)

(A) (E)

(C) (D)

(F)
(E)

(B)

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2.0 Cómo funciona un panel solar
Un panel solar genera electricidad únicamente cuando hay sol. La figura abajo muestra que
cuando hay sol, el panel solar capta la energía del sol y la transforma en electricidad, así
encendiendo la luz. Cuando no hay sol, el panel no genera electricidad y no hay luz. Este
es el sistema de panel solar más simple. En figura 3 la luz funcionará únicamente si hay
suficiente sol para que el panel solar puede generar suficiente electricidad.

This is the most simplistic type of solar panel system. In Fig. 3, the light will only work
when there is enough sun for the solar panel to produce electricity.

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3.0 Terminos basicos de energia

Una carga es un aparato eléctrico
La corriente es el ﬂujo de
que consuma energía. Por
electricidad por un cable.
ejemplo si un foco está prendido
es una carga porque consuma
electricidad por el cable eléctrico a
lo cual está conectado.

3.1 La diferencia entre CC y CA
Existen dos tipos de corriente: corriente contínua (CC) (DC en inglés) y corriente alterna
(CA) (AC en ingles). La corriente alterna es la más utilizada en los hogares conectados a la
red para utilizar aparatos como radios, televisores, refrigeradoras y focos.

La corriente contínua se usa generalmente en casas que no están conectadas a la red y que
funcionan solo con baterías.

(a) Corriente contínua (b) Corriente alterna (WWF - Energy & Galapagos)

Figura 4. Electricidad CA

Un panel solar produce corriente contínua y la batería acumula corriente contínua. La ﬁgura
4a muestra el diagrama de corriente contínua donde el corriente no cambia. Un generador
(tal como uno que funciona por petróleo o por turbina de agua) produce corriente alterna.
La corriente alterna se prende y se apaga 60 veces por segundo.

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3.2 Electricidad generada por un panel solar
Energía = Corriente * Voltaje = Vatios

La energía se mide en vatios

El voltaje se mide en voltios

La corriente se mide en amperios

Cada panel solar tiene una capacidad especíﬁca de generar corriente. La energía que
puede generar cada panel está determinada por el voltaje y la corriente que el panel solar
puede producir. Utilizando la ecuación descrita abajo podemos calcular la energía que
cualquier generador de corriente puede producir o consumir. Si un panel solar genera 3
amperios de corriente a 12 voltios, el panel solar entonces puede generar 36 vatios de
energía total.

3 Amperios x 12 voltios = 36 vatios
(corriente) (voltaje) (energía)

Por lo tanto, si se tienen 2 paneles que generan 3 amperios a 12 voltios, la energía total
generada es de 72 vatios.

3 Amperios x 12 voltios = 36 vatios x 2 paneles = 72 vatios
Si el panel está mas grande y genera 6 amperios a 12 voltios, la energía total generada es
de 72 vatios.

6 Amperios x 12 voltios = 72 vatios
Cada panel solar tiene una producción máxima de corriente. La cantidad de corriente que
un panel solar puede producir en cualquier momento depende de la cantidad de luz solar
presente en aquel momento y varios otros factores que serán explicados más adelante en
este manual.

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3.3 Vatios contra Vatio-horas

Potenica= Vatios Energia= Watt-Hours

Un vatio es una cantidad de po- Vatio-hora es la cantidad de energía
tencia que un panel solar produce- que un panel solar puede producir en
ria o una bombilla consume. bulb un determinado tiempo. Un foca de
consumes. 60 vatios consume por lo tanto 60
vatio-horas, si se mantiene prendido
una hora.

Vatio horas= Vatiost X # de horas

Por ejemplo, un foco de 13 vatios necesita energía de 13 vatios para encenderse. Si un
foco de 13 vatios se mantiene prendido por 3 horas, consume energía de 13 vatios x 3
horas o 39 vatio horas.

13 vatios x 3 horas = 39 vatio horas

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4.0 El Sol como un recurso

Es muy importante saber como actúa el sol al diseñar un sistema fotovoltaico. Esta sec-
ción explica conceptos básicos de cómo actúa el sol y como se mide la potencia del mis-
mo en diferentes localidades.

4.1 Horas Punta Sol (PSH)

Para poder diseñar un sistema fotovoltaico, debemos saber con cuanta energía
solar contamos en el lugar donde lo vamos a instalar. En la mayor parte de los
lugares del mundo se conoce cuánta energía solar promedio está disponible. Este
promedio se mide en Horas de sol perfecto o HSP (PSH en ingles).

Una hora perfecta de sol representa una hora de sol luminoso, sin nubes. Por lo
tanto, si una región tiene un HSP de 4, signiﬁca que se puede contar con un pro-
medio de 4 horas de sol radiante, sin nubes, por día. Una hora perfecta de sol
equivale a una radiación de 1000 w (vatios) por m 2 durante una hora.

El HSP se obtiene sumando toda la energía recibida en el día y dividiendo esta
suma por 1000 w/m2. La curva de la ﬁgura 4 abajo indica la cantidad de energía

Peak Sun Hours

(www.homepower.com)

Figure 5. Diagram of Peak Sun Hours (PSH).

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El sol genera cada hora del día una distinta cantidad de energía (vatios) en cada metro
cuadrado que alumbra. Para saber cuantas Horas de sol perfecto se generan cada día, se
calcula la cantidad de vatio-horas generadas y de divide para 1000 vatios/m2

Hora Vatios / m2 Vatio Horas / m2
5AM - 6AM 0 0
6AM - 7AM 25 25
7AM - 8AM 25 25
8AM- 9AM 50 50
9AM - 10AM 300 300
10AM - 11AM 1000 1000
11AM - 12 PM 1200 1200
12PM - 1PM 1000 1000
1PM - 2PM 300 300
2PM - 3PM 50 50
4PM - 5PM 25 25
5PM - 6PM 25 25
6PM - 7PM 0 0
TOTAL Whrs / m2 / Day 4000

Table 1

Vatio horas / m2 por dia
= Horas Punta Sol por Dia
1000 Vatios / m2

4000 Vatio horas / m2 / dia
= 4 PSH
1000 Vatios / m2

Desgraciadamente, no todos los días no todos los días tienen la misma cantidad de luz
solar. Para obtener la HSP de una región especíﬁca, es necesario obtener las cifras de
cada día durante un año y sacar el promedio. Por ejemplo, en la región amazónica del
Ecuador, las HSP son 3. Algunos días es 5 y otros 1, pero el promedio es 3. Por suerte, no
es necesario hacer los cálculos mencionados, ya que cientíﬁcos han estado haciéndolos
durante décadas y con esta información se han creado los mapas de la página siguiente

11

This is a map of the world showing the PSH for every part of the world
Green Empowerment-ITDG

12
Figure 6. World Map of PSH.
Manual de Capacitaciones Sistemas Fotovoltaicas

(http://www.sunwize.com/info_center/insolmap.htm)

Figura 6 - Mapa del Mundo de PSH


4.2 Orientación

Conociendo los recursos solares, es importante montar el panel solar correctamente para
aprovechar al máximo la luz solar. Paneles solares produceria lo maximo de electricidad
cuando son perpendicular al sol. Ya que el sol mueve todo el dia, no es practico a mover
el panel todo el dia para mantenerla perpendicular al sol.

En general, el promedio position para montar el panel es inclinado hacia el ecuador a un
angulo aproximidamente igual a los latitud del sitio. Por eso, para sitios en el ecuador, el
angulo optimo es horizontal, pero todavia inclinamos un panel a un angulo para que la
lluvia ayuda a mantenerlo limpio.

mas luz de sol por cada
metro caye en un superficie
perpendicular (angulo de 90o
angle a los rayos de sol es
optimo)

menos luz de sol por cada
metro caye en un superficie
vertical

menos luz de sol caye en un
superficie horizontal
(Solar Energy International - Photovol-
taics Design and Installation Manual)

Figura 7 - Diferente maneras a orientar los panels solares

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5.0 Como funciona paneles solares
Un panel solar o fotovoltaico convierte la energía solar en eléctrica utilizando células
fotovoltaicas.

Un panel solar funciona recogiendo la energía del sol. Esta energía viene en forma de
fotones. El fotón es capturado por la célula solar que al hacerlo mueve un electrón en
la célula generando así una corriente eléctrica.

(www.nrel.gov)

Figura 8. Como funciona un panel solar

14


5.1 IV Curvas

Potencia = Corriente * Voltaje

(Solar Energy International - Photovoltaics Design and
Installation Manual)

Figura 9. I-V curva

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5.2 Cambios en IV Curvas


Figura 10. I-V curva afectado por temperatura.


Figura 11. I-V curva afectado por el sol

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6.0 Control de Carga
El control de Carga es el cerebro del sistema. El alambre de los paneles solares, las
baterias y toda las cargas van atravez del control de carga. El control de carga maneja el
corriente de electricidad de los paneles a, y de, las baterias y cargas. Tiene 3 funciones:
-Proteja la batería de la descarga controlando cómo entrepaño de th PV carga la batería

-Protege la batería de la descarga desconectando las cargas cuando el voltaje de batería
obtiene demasiado bajo

-Da información en el estado de chage del control de carga.

Figure 12. Ejemplos de Aeca (arriba) y Morning Star (abajo) control de carga.

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7.0 Alambre
Alambre es lo que trae la electricidad de los paneles atravez del control de carga a las
baterias y de las baterias atravez del control de carga a las cargas.

En un sistema de agua, si la tuberia es demasiado delgado, el agua no fluye atravez de la
tuberia a donde se necesita. Esto es debido a la resistencia en la tuberia.

Asi, en un sistema electrica, si el alambre no es de tamano correctamente, o no es
instalado correctamente, la electricidad no fluira corectamente.

Si el alambre es demasiado pequeno, o si las terminaciones no son correctos, resultara en
demasiado resistencia del flujo de electricidad, y el sistema no funcionara correctamente.

7.1 Terminaciones
Para hacer las terminaciones correctos, toda las conecciones de alambre tiene que ser
limpio y ajustado. Enroscar y pegar con cinta no es suficiente. Si estas terminaciones
son suelto, hay mas resistencia. Las terminaciones tiene que ser hecho de materiales
correctos.

Figura 13. Terminaciones de bateria

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7.2 Tamano de Alambre
Cuando el corriente pasa en el alambre, se pierde voltaje como un resultado a la
resistencia en el alambre cobre. Es una consideracion importante en todo los sistemas,
pero mas en sistemas de bajo voltaje (12V). La perdida de 2 voltaje en un sistema de
240V no es tan malo porque representa 1% del voltaje perdido a resistencia. Pero, perder
el mismo 2 voltios en un sistema 12 V representa una caida de tension (voltaje) de case
17%, que es demasiado!

La cantidad de voltaje que se pierde para un dado tamano de alambre y ﬂujo de corriente
es basado en la larga del alambre.

Nunca queremos perder mas que 5% debido a caida de voltaje. Si los tamanos de
alambre son disponible, intentamos disenar para 2%-3% caida de voltaje.

Las dos paginas seguientes son tablas mostrando las distancias permetidos, en pies y
metros, para varios tamanos de alambres. La primera tabla muestra distancias permetidos
si queremos disenar por 2% caida de tension, y la segunda tabla muestra distancias
permetidos por 5% caida de tension.

En ﬁgura 14, tenemos un panel solar de 7 amp de corriente en un 12V sistema, en buena
sol. (Averiguamos el corriente por leer el corriente de un circuito corto, o Isc en el panel)
Sabemos que la distancia entre el panel y el controlador es 8 metros, y queremos usar la
tabla para determinar el tamano correcto para usar.

Usando la primera tabla -- por 2% caida de tension, lee el columno de 7amp hasta
que ves 8 metros o mas. Entonces, lee a la izquierda para ver el tamano de alambre
requerido. Esto tiene un tamano de alambre de 10 mm2 (o #6 awg).

Si usamos 5% caida de tension, lee el columno de 7 amp, esto nos daria un tamano de
4mm2 (o #10 awg).

En este caso, ya que 10 mm2 no es disponible en muchas lugares, probalemente
escogeriamos 4 mm2 (o #10 awg) alambre y acceptar la caida de tension de 5%. Pero
aqui, sabemos que estamos cerca al limite con 4mm2 alambre, entonces, si pensabamos
que la distancia seria un poco mas que 8 metros, tendremos que usar el tamano un poco
mas grande 6 mm2 (o #8 awg).

Figura 14. Ejemplo de determinar tamano de alambre.
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21


8.0 Batterias

Un sistema fotovoltaico es en realidad un sistema de baterías con paneles solares para
recargar las mismas. Las baterías almacenan vatio-horas de la misma manera que un
tanque de un vehículo almacena combustible.

(www.shifting-gears.com/
shifting_gears1.24.99.html)

Figura 15. Comparasion de un FV panel y bateria como gas de un carro.

Cuando el tanque se está vaciando, se lo llena de combustible. El sistema solar funciona
de la misma manera. Durante el día las baterías se cargan por el sol. Durante la noche, la
energía almacenada en las baterías se usa para iluminación, radio, etc.

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8.1 Tipo de Baterias

Hay varios tipos de baterías. Las más comunes son las que llamamos de plomo y ácido.
Abajo hay un cuadro con los distintos tipos de baterías de plomo-ácido. Las que nosotros
usamos son del tipo inundado, sellado de plomo-ácido.

sellado
inundado
cerrado
baterías de
plomo-ácido

Gel - mas caro

Figura 16 - Tipos de baterias de acido plomo

Las baterías de plomo-ácido se utilizan bien sea para vehículos o para paneles solares. Las
utilizadas en los paneles solares se denominan Baterías de Ciclo Profundo.

(www.absak.com/catalog/
default.php/cPath/1_86_88)

Baterias de Coche/Camioneta
Baterias de arranque Baterias Solar - Ciclo profundo

Están diseñadas para suministrar mucha Cuando sea posible utilizamos este tipo
energía en períodos cortos de tiempo de batería

Están diseñadas para recargarse a
Pueden ser recargadas tanto a velocid- tiempo lento también
ades lentas como rápidas
Están diseñadas para suministrar peque-
ñas cantidades de energía durante perío-
dos largos de tiempo

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8.2 Profundidad de Descarga

El termino “profundidad de descarga” solo signiﬁca hasta que nivel usamos la bateria cada
noche.

Lo menos energia usamos de la bateria cada noche, lo mas tiempo la bateria va a durar.

Una bateria que se descarga a 50% puede durar doble el tiempo que una bateria que se
descarga 80% cada noche.

Entonces, cuando se determina el tamano de la bateria, necesitamos tener esto en
cuenta. Si determinamos que necesitamos 100 vatio-horas en una bateria para usar cada
noche, entonces querriamos comprar una bateria que puede almacenar doble esto.

8.3 Estatus de Carga en una bateria

Como determinamos si la bateria es llena, o el estatus de carga? Una manera es medir el
voltaje usando un muliti-metro digital (digital multi meter DMM). Se puede hacer las medi-
ciones cuando:

1. La bateria es desconectado del controlador de carga.
2. Se espera 30 minutos de no actividad de la bateria.

Figura 17. Estatus de carga de una bateria. No se recomenda
usar mas que un mitad “Half Full”

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8.4 Seguridad con Baterías

Las baterías pueden ser extremadamente peligrosas. Hay tres maneras que una batería puede cau-
sar daño a las personas: químicamente. Por generación de gases tóxicos y por electrocución

1.) Químicos – El ácido en la batería es dañino tanto para las personas como para el medio ambiente

No botar baterías usadas en
los bosques. Pueden envenenar
Si se riega ácido en la piel, las fuentes de agua y matar
puede quemarla. En caso de plantas y animales. Devuelva la
que esto suceda, aplicar polvo batería al lugar donde ad-
de hornear para detener la quirió la nueva.
acción del ácido

Utilice gafas protectoras y guantes de caucho para pro-
tegerse de los químicos.

2.) Gases – Las baterías emiten un gas que es sumamente inﬂamable

Nunca almacene baterías en un lugar cerrado; permita
ventilación para los gase4s emanados y nunca fume o uti-
lice fuego cerca de una batería.

3.) Electrocución- Las baterías contienen mucha electricidad y pueden fácilmente electrocutar una
persona.

Utilice estanterías de madera para almacenar baterías,
ya que el metal conduce la electricidad.

Aisle los mangos de sus herramientas con taipe, dejando
expuesta solamente la parte que se utiliza.

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9.0 Inversores

Un inversor es un aparato que transforma la corriente continua en corriente alterna.

(WWF - Energy & Galapagos)

Figura 18 - DC contra AC

Hay tres tipos de inversores: Inversores de onda cuadrada, inversores de onda semi-sinuosa e inver-
sores de onda sinuosa. Cada cual se utiliza para accionar diferentes tipos de equipos eléctricos.

onda cuadro onda semi-cuadro onda sino

Figura 19 - Diferente Tipos de ondas del inversor

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10.0 Disenar un sistema solar
Figa.20 es una graﬁca de un FV sistema con DC cargas. Hay 4 componentes: Panel solar,
bateria, controlador de carga y las cargas.

Figura 20. FV sistema con DC carga

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10.1 Calcular la Carga Total del Dia en Vatio-Horas
El primer paso para diseñar un sistema es calcular el total de consumo de energía que
debe ser alimentado por el sistema solar. Una vez conocida la carga total, se puede dis-
eñar el sistema fotovoltaico. La primera línea se ha dibujado como ejemplo. Cargas de
varios cosas se puede ver en las paginas seguientes.

Carga Cantidad Vatios Horas/Dia Vatio-horas/Dia

Luz Florecente 2 20 4 160

1 1 6 6
LED Bombilla

1 70 1 70
DC Enchufe (computadora o
cargadora)

Carga Cantidad Vatios Horas/Dia Vatio-horas/Dia

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10.2 Ajustar para Perdidas en uns sistema FV
Ya que sabemos las cargas para cual necesitamos potencia, el proximo paso es
determinar el tamano de los otros componentes --los paneles solares, la bateria, el
controlodor de carga y el alambre.

Necesitamos tomar en cuenta que necesitamos la potencia requerido para las cargas.
Pero cuando electricidad en producido o mudado, hay perdidas por que nada es perfecto.
Entonces, necesitamos elegir un tamano de panel y bateria que toma en cuenta las
perdidas y todavia tiene suﬁciente poder para las cargas..

Figura 21. Eﬁciencia de sistema

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Panel FV
En un mundo perfecto, un 100w panel solar produceria 100w de potencia cuando
hay sol. Casi nunca esta asi. Un panel solar solo produce su vatios nominal abajo de
circunstancias especificasa:

1) Sol perfecto perpendicular al superficie

2) Temperatura a 25 degrados C en el superficie del panel

Tomando en cuenta el sol no-perfecto:

Tomamos en cuenta el asunto de sol perfecto porque usamos PSH para las horas del sol,
en vez de contar las horas del sol durante el dia. Aun cuando se parece que hay sol bueno
por 6 o 8 horas por dia, usamos el valor PSH para evaluar o estimar cuanto vatiohoras
un panel produceria. Por ejemplo, se podria pensar que un panel de 100w produceria
600 o 800 vatio-horas en un dia porque hay sol 6 o 8 horas. Sinembargo, si el PSH valor
de un area es 3, entonces solo podemos asumir que el panel produceria 3hrs * 100w o
300vatiohoras en un dia.

Tomando en cuenta la temperatura:

Como dicho arriba, un panel produce su vatios nominal cuando la temp. del superfice del
panel es 25C. Entonces, tenemos que ajustar para cuando la temperatura del panel NO
es 25 degrados C.
Los paneles solares no trabajan tan bien cuando la
temperatura ambiente es muy elevada. Trabajan mejor
en un día frío con sol brillante, que en un día caliente
con sol brillante. Los paneles solares
funcionan al máximo con una temperatura ambiente
de 25 ºC; si la temperatura es mayor, no trabajarán
con un grado de eficiencia del 100%.

Por cada degrado que la temperatura del panel es mas que 25 C, la potencia del panel es
0.5% menos, como en esto ejemplo:
Temperatura ambiente = 30 ºC

30ºC + 15 ºC = 45 ºC Temp de Aire C + 15 C = Temp de Panel Solar

45ºC = Temperatura del Panel Solar

Temperatura del Panel Solar para 100% de eficiencia = 25ºC (esta es una constante para
todos los paneles solares)

45ºC - 25 ºC = 20ºC (esta es la cantidad de grados de temperatura sobre el óptimo)

20ºC * 0.5% = 10% , así que la eficiencia del panel es de un 90 % a una temperatura am-
biente de 30 ºC.

EN ESTE EJEMPLO EL PANEL SOLAR TRABAJA CON UNA
EFICIENCIA DEL 90% O 0.9
30


Figure 22. PV panel output.

En resumen, si instalamos 100w panel solar en un area con un PSH de 3.0 y donde el
promedio de temperatura del aire es 30 degrados C, podemos esperar que produceria:

100W Panel x 90% (debido a perdida de temperatura) x 3 PSH por dia = 270
vatio-horas por dia de potencia.

Pero, esta potencia todavia es al panel, no a la carga. Todavia necesitamos mover la
energia atravez del alambre y la bateria. Perderamos energia a cada uno.
Eficiencia de la bateria
La mayoria de las baterias tiene un eficiencia de 85%. Esto significa que cuando la ener-
gia pasa por la bateria, 15% de la energia esta perdida.

Eficiencia de la Bateria es 85% o 0.85

Eficiencia del Alambre
Antes, hablamos sobre la necesidad de usar alambre grande para que no hay grande
caide de tension. Queremos minimizar la caida de tension a 5% o menos.

Cuando perdimos voltios debido a alambre que es demasiado pequeno, esto significa que
tambien perdimos energia porque voltios multiplicado por amp = watts.

Alambre bien disenado puede tener un eficiencia combinado de 97% o 0.97

Entonces, necesitamos incluir un factor de perdida para lo que perdimos en el alambre. Si
el tamano del alambre es correcto, este factor puede ser tan pequeno que 3%. Si usamos
alambre demasiado delgado o largo, entonces este factor puede ser mas que 10%, que es
demasiado.

31


10.3 Tamano de Panel
Tomando toda las perdidas en cuenta, se puede encontrar el tamano del arreglo por dividir el nu-
mero total de vatiohoras requeridos por la multiplicacion del potencia del panel, eficiencia de la
bateria, y eficiencia de alambre. Si tenemos un condicion donde la temperatura del aire es 30 C
promedio, tenemos una bateria y alambre corecto, entonces la potencia de un 100w panel sera:

100W x 90% por perdida de temp. x 85% por perdida de bateria x 97% por
perdida de alambre = 74W

Entonces, por multipar 74W por Horas Perfectas del Sol (PSH), en un dia en un area con PSH de
3.0, la energia, en horas-vatios disponibles para las cargas sera:

74 vatios * 3 horas de sol perfecto = 223 vatio horas

Esto es muy diferente que si hubiera asumido no perdidas y esperado tener 100 vatios por 3 horas
o 300 vatiohoras. Es aun mas differente si habimos esperado 100w por las 6 horas que hay sol,
o 600vatiohoras. Entonces, es muy importante a tomar todo de estas consideraciones en cuenta
cuando se determina el tamano del panel. Sino resuelta que el panel no carga la bateria suficiente y
el sistema falla.

Para determinar el tamano del panel, sabiendo que las cargas ayuda a combinar estos factores en
un “Factor del Panel”. Por ejemplo, en este caso, nuestro factor de panel es 74% o 0.74 porque
podemos esperar 74% del 100w panel o 74w. A menudo usamos un factor de panel de 75% como
una estimacion.
Entonces, si por ejemplo, habiamos calculado que la carga requerido sea 230 vatiohoras por dia,
similar al ejemplo arriba. Entonces, tendremos que dividir 230 vatiohoras por el factor del panel
para ver cuantos vatiohoras necesitamos producir.

230 vatio-horas / 0.75 = 307 vatiohoras

En un area con un PSH de 3.0, tendremos 3 horas iguales para producir estos vatiohoras, entonces,
necesitamos un panel como:

307 watt-hrs / 3 hours = 102 watts

Compariamos un panel solar por lo menos 100w. Pero para las consideraciones de cargar la bateria,
un panel mas grande llenaria mejor la bateria, para tiempos con menos sol.

Esto ejemplo es para una sistema DC, sin inversor. Un controlodor de carga es muy eficiente en
pasar electricidad, pero el inversor hace perdidas. Si hay un inversor en el sistema, tendremos que
anadir otro factor de perdidas. Inversors son usualmente 85% a 90% eficiente. Entonces, con un
inversor en el sistema, el panel y bateria necesitaria estar aun mas grande.
32


Figura 23. Tamano de FV sistema

33

10.4 Tamano de Bateria
El proximo paso en disenar el sistema es determinar el tamano de la bateria. Como habiamos dicho
antes, la bateria almaneca energia en vatiohoras como un tanque de combustible. Y, dicimos que la
bateria tiene un eficiencia de 85%, (una perdida de 15%). Si usamos el ejemplo de una carga de 230
vatiohoras, entonces necesitamos una bateria a:
230 vatiohoras / .85 para eficiencia= 271 vatiohoras

Pero, si el tamano de la bateria a 271 vatiohoras, esto significaria:

• No tendiamos energia sobra en la bateria en dias cuando no hay sol para cargar la bateria.

• Descargariamos la bateria cada dia, que es muy mal para la bateria.

Entonces, cuando elejimos el tamano de la bateria, tenemos que tomar en cuenta estas 2
consideraciones:

Dias Sin Sol

Tenemos que adivinar cuantos dias queremos que el sistema funciona sin sol. Un dia no es
suficiente. Pero, si queremos demasiado dias, la bateria es demasiado grande y caro.

Muchas veces, usamos 3 dias como un buena estimacion de dias.

Entonces, para proveer por 3 dias de no sol, necesitariamos que la bateria almanece:

271 vatiohoras por dia x 3 dias sin sol = 813 vatiohoras

Evita Descargar la Bateria mas que 50%

La bateria arriba todavia descargaria completamente cuando no hay sol por 3 dias. Como dijimos,
no queremos descargar la bateria mas que mitad. Entonces, necesitariamos una bateria que puede
almanecer doble el numero de horasvatios:

813 watt-hrs x 2 for depth of discharge = 1626 watt-hrs

Entonces, actualmente hemos tomado nuestro requesito diario de vatio-horas y multiplicadolo por 6.
Esto es 3 veces mas grande para dias sin sol, y 2 veces para la profundidad de descarga.

{
For 3 days without
sunshine.
271 Watt hours
271 Watt hours
Total = 271 Watt hours
1626 watt-hrs
271 Watt hours
271 Watt hours
271 Watt hours Keeping maximum
discharge at 50%.

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Las baterías no se venden en vatio-horas sino en amperio-horas, así que hay que reali-
zar otra operación matemática para calcular la cantidad de amperio-horas que necesita-
mos. Normalmente las baterías son de 12 voltios, así que utilizando la fórmula siguiente
podemos encontrar los amperio-horas requeridos

Vatiohoras
= Amperio Horas
Voltios

Usando el formulario para nuestro ejemplo:

1626 Vatio horas
=136 Amp horas
12 Voltios

Hay que tomar en cuenta la disponibilidad de baterias. Por ejemplo, si hay baterias de 100 amp-
horas, entonces tendriamos que comprar 2 baterias por 136 amp-horas.

Ademas, cambiar dias sin sol, y profundidad de descarga resuelta en diferencias grandes para el
tamano del sistema. Por ejemplo, si dijimos que solo necesitamos proveer poder por 2 dias sin sol y
podemos descargar la bateria a 55%, entonces el tamano de la bateria seria:

230 vatiohoras / 0.85 por perdida de bateria = 271 vatiohoras

271 vatiohoras x 2 dias sin sol = 542 vatiohoras

542 vatiohoras / .55 por profundidad de descarga = 985 vatiohoras

985 vatiohoras / 12V = 82 amp-hours

Entonces, tenemos que entender para que estamos proveyendo poder cuando determinamos el
tamano de la bateria. Podria ser necesario para costo o mobilidad a comprar una bateria mas
pequena. Pero, tenemos que entender que estamos sacriﬁcando un dia de energia sin sol con esta
decision.


11.0 Instalacion del Sistema
Las sistemas disenados buenos no van a funcionar si no son instalado corectamente. Cuidese que la
instalacion de todo los componentes.
11.1 Circuitos en Serie y Paralelo

Hay dos maneras de conectar los paneles solares y las baterías: en serie o en paralelo. Si
se conectan en serie, se mantiene el amperaje y se suman los voltajes. Si se conectan en
paralelo, se mantiene el voltaje y se suman los amperajes. Los siguientes ejemplos son
para paneles solares, pero también son válidos para la conexión de baterías.

24 Voltios
at 3.5 Amps

Figura 24. Coneccion en Serie

12 Voltios
at 7 Amps

Figure 25. Connecion Paralelo

36


24 Voltios
a 7 Amps
Figure 26. Conecciones Serie y Paralelo

Recuerda no puede conectar diferente tipos de paneles solares y
baterieas en paralelo o serie correos.

37


11.2 Instalacion del Panel Solar

Orientacion

En otras secciones, hemos mostrado que, para obtener la potencia maxima, hay que ori-
entar el panel hacia el sol.

El panel deberia ser montado al angulo aproximadamente igual a latitud de la area, hacia
el equador.

(Si se esta en el hemisfero del sur, orienta el panel hacia el norte. Si esta en el hemisfero
del norte, orienta el panel hacia el sur.)
Es estas muy cerca al equador, entonces el latitud es casi 0 degrados, como en Chirinos,
en el norte de Peru. En estas areas, el angulo optimo para potencia es plano, pero todavia
es bueno inclinar el panel 5 o 10 degrados hacia el equador para dejar la lluvia limpiar el
panel de polvo.

38


Sombra

Si un porcion del panel esta en sombra durante parte del dia, la potencia es muy reducido.
A menudo, los paneles son instalado donde no hay sombra, pero cuando los arboles crece
hay sombra, entonces es parte el mantenimiento de la sistema.

Montaje

Hay que instalar el panel en montaje fuerte para que su orientacion mantiene como fue
desenado, y para que no se rompe.

Muchas veces, se pone el panel en el techo. Esto funciona bien solo cuando el techo es
fuerte y esta orientado en la direccion apropriado. Si esto no es el caso, es mejor montar
el panel en su propio aportes.

39


Cable del panel al Controlodor

Los cables del panel al controlodor deberia ser de tamano suficiente, pero suficiente corto
para que no hay peligro o nadie va a jalarlos.

A la ubicaicon del panel y ubicacion del edificio, ajusta el cable bien para que:

-No hay tension en la caja del panel

-No hay angulos cerrados donde los cable entra el edificio.

40


11.3 Installacion de Controlodor

El controlodor necesita ser montado en un ubicacion donde no hay mucha actividad, para
evitar la posibilidad de choques. Necesita ser montado bien sujeto a la pared, en un lugar
donde los cables que entra y sale puede ser pegado al ediﬁcio.

41


11.4 Instalacion de la Bateria
La bateria necesita estar mas cerca al controlador para limitar la larga de los alambres, y
reduir las perdidas del cable. Deberia estar en una caja no-metalica (madera o plastico),
libre al aire, y cubierto para que nada de metal este colocado encima.

11.5 Instalacion de Alambre
Alambre deber ser ordenado y pegado en todo los lugares. Esto facilita chequar para
problemas y evitar que las cosas esten colgado en el alambre.

El alambre necesita ser suﬁente grande para evitar caida de tension.

Debe disminuir el tiron a todo los puntos donde se termina el alambre para evitar tension
en el coneccion.

Toda la terminaciones deberia ser hecho con equipo correcto (tuerca de alambre o
asesorio de terminales). Evita desencapillar, enroscar y pegar con cinta porque esta
causa problemas.

42


11.6 Instalacion de Apagador
Piensa sobre la ubicacion de los apagadores.

Primero, intenta instalar un apagador para cada lampara. En esta manera, si solo se
necesita un lapara, se puede apagar los otros.

Es bueno instalar los apagadores al ubicacion del controlodor porque esto reduce el
numero de terminaciones y conneciones y puntos de falla potencial. Entonces, todo
los cables son conectado directamente del controlodor al lampara. Si es importante a
instalar un apagador lejos del controlodor, cerca a la lampera, lo mejor es hacer todo de
las terminaciones a la lampera o en el apagador, y no quebrar el alambre para poner un
apagador.
Apagadores

11.7 Conecciones de Carga
Todo el alambre a las cargas deberia ser conectado atravez del controlodor de carga. No
alambre debe terminar en la bateria excepto por el alambre al controlodor de carga. Si la
carga es conectado directamente a la bateria, entonces estas cargas no son apagados
cuando el controlodor de carga decide que apagar las cargas para protejer la bateria, y la
bateria va a fallar permanente.

No!

43


12.0 Gestion de Cargas

Recuerde que las baterías son como un tanque de combustible que contiene vatio-horas
en vez de combustible. El banco de baterías no funcionará sino hay suﬁciente “combus-
tible”. Si utilizamos todos los vatio-horas de las baterías, éstas dejarán de funcionar. Abajo
enseñamos un diagrama sobre cómo puede ser el uso diario de la energía de las baterías.
VatioHoras

1 2 3 4 5 6 7 8
Dias

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Cargas Comunes

Artículo Carga (Vatios)
Aire Condicionado 1500
Secadora 1000
Ventilador del techo 10 - 50
Reloj 5
Lavadora 1450

Plancha Electrica 1500
Maquina de coser 100
Ventilador de la mesa 10-25
Refrigeradora/Congeladora (19 Cu Ft.) 1 kVh / dia
Refrigeradora/Congeladora (16 Cu Ft.) .7 kVh / dia
Liquadora 350
Cafetera 1200
Microhonda (.5 Cu. Ft.) 750
Horno Electrica 2100
Incandecente (100 W) 100
Foco ahorrador ( como 60W equaivalent) 16
Foco ahorrador (como 40W) 11
Radio CB 10
Disco Compacto 35
Telefono Celular 24
Impresora 100
Computadora (escritorio) 80-150
Computadora (portatil) 20-50
Equipo de Sonido (volume promedio) 15
Equipo de Sonido (volume full) 150
TV (12 pulgados negro y blanco) 15
TV (19-pulgados color) 60
VCR 40
Band Saw (14”) 1100
Circular Saw (7.25”) 900
Disc Sander 9” 1200
Taladro (1/4”) 250
Taladro (1/2”) 750
Taladro (1”) 1000

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Para mantener un manejo adecuado de la carga, hay que observar los siguientes det-
alles:

1.) Asegúrese de que no use cargas mayores a
las de diseño.

2.) Aún cuando haya un solo día sin sol, trate de
ahorrar el consumo de energía ese día.

3.) Si es posible, diseñe su sistema con una capa-
cidad de un 20% a un 50% más de la
calculada.

CUANDO EL CONTROLADOR DE CARGA DESCONECTA EL SISTEMA SIGNIFICA
QUE LA ENERGÍA ACUMULADA EN EL BANCO DE BATERÍAS, INCLUYENDO LOS
TRES DÍAS DE RESERVA, SE HA AGOTADO Y SERÁN NECESARIOS TRES DÍAS
CON BUEN SOL Y SIN CONSUMO PARA QUE EL BANCO SEA RECARGADO
NUEVAMENTE

46


13.0 Investigacion de Averias
Todo las partes de un sistema tiene que funcionarar bien. Entonces, cuando encontramos
que “la lampera no funciona”, puede ser que el problema sea con cualquiera de los partes.
Primero, hay que encontrar donde esta el problema. Empezar con las cosas simples.

Primero, a veces hay unas luces en el controlodor que muestra donde esta el problema.
Vea esto primero.

Por ejemplo, algunos controlodor muestra un serie de luces que apaga y enciende cuando
hay un corto circuito en el alambre de la carga. Esto te mostrara rapidamente donde esta
el problema.

Si todo parece que esta funcionando correcto pero la lampera no enciende--chequea la
lampera--puede ser quebrado.

Si el problema es con un equipo que tiene garantia, como un contolodor o panel solar,
entonces podria ser un procedimiento a contactar el fabricante para que pueden arreglar
para arreglar o replazar el equipo.

Si no hay problemas obvios con el controlodor, las problemas probablemente, en orden de
probabilidad son:

• Conceccion de Alambre

• Bateria maltratado

• Problema con panel solar

Chequear lo arriba para determinar el problema.

47


13.1 Conecciones de Alambre
Vea todo los conecciones de alambre que chequear que todo esta bien ajustado y que no hay
suelo o corrosion. Muchas veces se encontrara conecciones sultos, y esto resolvera el problema.

Si las terminaciones del alambre a la bateria se estan corroyendo o si la bateria es sucia,
desmontarlas, limpiar los terminales y ajustarlos.

13.2 Bateria
Tienes que chequar el estatus de la bateria. Se hace esto por desconectar la bateria del
sistema y esperar por media hora y usar un multi-metro para chequear el voltaje.

En seccion 8.3, mostramos como el voltaje se relaciona al estatus de carga de la bateria.

Si la bateria es bajo, y piensas que no hay razon para esto--como habia sol por muchas
dias--el problema puede ser:

• La bateria no esta cargando apropriadamente (puede ser causado por panel solar

controlodor de carga)

• La bateria fue descargado tan profundo que su voltaje es tan bajo que no puede
ser recargado por el sistma solar. Una causa de esto es que las cargas fuera
conectado directamente a la bateria, no atravez del controlodor de carga.

Para determinar si el controlodor de carga esta cargando la bateria, en buena sol:

Con la bateria desconectado, medir el voltaje donde los alambres del panel solar entra el
controlodor de carga. Esto deberia ser un corto circuito de 17 a 20 voltios.

Entonces, conecta la bateria al controlodor de carga y ver si un voltaje esta cargando la
bateria. Esto voltaje podria ser mas o menos 14 voltios.

48


13.3 Panel Solar
Si no aparece que el panel solar esta produciendo energia requerido para cargar la
bateria, podemos chequear el voltaje del circuito abierto y corto circuito.

Debe hacer esto con el alambre del panel solar completamente desconectado del
controlodor de carga.

Antes de chequear el voltaje y corriente, es bueno chequar adentro del caja de distribucion
(si es acessible) para asegurar que un diodo no esta quemado. Aveces esto pasa si la
bateria esta conectado en polaridad inversa y el corriente inversa pasa por el controlodor
de carga y al panel. Si el diodo es quemado, saquelo. Para una instalacion con un panel,
el diodo no es necesario.

13.4 Terminales de Carga
Si el voltaje a la coneccion del panel al controlodor de carga es correcto, y si no se manda
voltaje a la bateria o las cargas, puede ser que el controlodor es malo.

Sinembargo, algunos controlodores tiene un nivel de voltaje minimo que se necesita de
la bateria en orden a encenderse. Si el voltaje de la bateria es tan bajo que es menos
que el minimo voltaje, puede ser que no hay problemas con el controlodor, aunque no se
enciende. En esto caso, tiene que replazar la bateria con una bateria buena para probar el
sistema.

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14.0 Sobre Nosotros
Green Empowerment

Misión
Green Empowerment es una organización de desarrollo internacional pública, sin fines de
lucro, localizada en Portland, Oregon y apoyada por donaciones individuales, fundaciones,
empresas y organizaciones de ayuda gubernamentales internacionales.

Nuestra misión es promover internacionalmente proyectos de energía renovables
de las comunidades para generar progreso social y ambiental.

Desde nuestra inserción en 1997, hemos desarrollado una fuerte estructura administrativa.
Tenemos una base consolidada diversa, importantes asociaciones nacionales e
internacionales, y un sólido camino realizado.

Los principios que nos guian y el modelo de desarrollo son reflejos de nuestros valores
básicos de justicia social, liderazgo local y sostenibilidad.

Nuestros proyectos proveen:

• Electricidad e iluminación residencial.

• Energía para escuelas y clínicas.

• Energía para microempresarios generadores de ingresos.

• Amplios planes ambientales para la comunidad.

Por medio de proyectos de generación hidroeléctrica a pequeña escala, de biomasa,
de energía eólica y solar se provee de energía a las comunidades y se estimula
positivamente el avance social y económico de una forma segura ambientalmente. Todos
los proyectos tienen un fuerte componente de protección ambiental que incluye, mapeo de
cuencas hidrográficas, recursos de conservación y actividades de restauración.

Enfatizamos el liderazgo local, la participación de la comunidad y la sostenibilidad
económica y ambiental a largo plazo. Trabajamos con organizaciones no
gubernamentales (ONG) organizadas bajo las leyes de los países en los cuales
trabajamos y promovemos proyectos de energías renovables. Damos asistencia con
estudios de factibilidad, planeamiento de proyectos, entrenamiento técnico y recolección
de fondos para proyectos. Buscando a las ONG locales y las comunidades para
determinar las prioridades de proyectos y metas.

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Intermediate Technology Development Group

ITDG es un equipo de cooperación técnica internacional que trabaja junto a las
poblaciones rurales y urbanas de menores recursos buscando soluciones prácticas para
la pobreza mediante el uso de tecnologías apropiadas.

Estas tecnologías:
• Parten de las experiencias de la población y las enriquecen,
• Reconocen su potencial y lo realzan,
• Respetan el ambiente y lo nutren,
• Construyen sobre el pasado para sostener el futuro

NUESTRA VISIÓN

Un mundo libre de pobreza e injusticia, en el que la tecnología sea utilizada en beneficio
de todos.

NUESTRA MISIÓN

Contribuir a la erradicación de la pobreza mediante el desarrollo y el empleo de
tecnología, mostrando resultados, intercambiando conocimientos e influyendo en otros.

CÓMO TRABAJAMOS

Partiendo de los resultados obtenidos en sus actividades y aprovechando diversas
experiencias en todo el mundo, ITDG busca proporcionar soluciones prácticas y
productivas para la población rural y urbana de escasos recursos mediante la ejecución
de Programas y Proyectos que incluyen la realización de estudios, ejecución de obras,
reforzamiento institucional, provision de informacion, asesoria tecnica, capacitación e
influencia.

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