Consideraciones para instalar energía fotovoltaica en el techo

Consideraciones para instalar energía fotovoltaica en el techo.

Si estás interesado en contar con energía limpia y económica, pero no sabes por dónde comenzar, cuánto te va a costar, qué significa esto, que implicancias tiene, etc. (las preguntas básicas de toda iniciativa), te queremos ayudar dando algunos consejos para validar esta solución como una real alternativa y puedas evaluar efectivamente la posibilidad de contar con energía solar.

¿Energía Solar? ¿Qué significa?

Comencemos por lo más básico. ¿De qué hablamos cuando decimos energía solar?. Primero debemos diferenciar los tipos de energía solar para que puedas definir qué realmente necesitas o deseas: Energía Solar Fotovoltaica y Energía Solar Térmica.

La energía fotovoltaica se refiere a la energía eléctrica capaz de ser generada a partir de la energía entregada por el sol (fotones), y se suele representar por las siglas Pv (Photovoltaic). De esta hablaremos en este artículo.

Por otro lado, aparece la energía solar térmica (ST o SST, por solar térmica o sistema solar térmico respectivamente). Ésta se refiere a la energía para calentar agua (temperatura) que se puede obtener a partir del calor que entrega el sol.

Los equipos requeridos para obtener cada tipo de energía son muy distintos así como las características técnicas de cada uno y su operación.

Energía Fotovoltaica (Pv)

La energía eléctrica a partir del sol es un proceso físico que se puede resumir en la captura de los fotones de la luz que son captados por una celda o lámina muy delgada hecha de silicio y otros componentes que permiten la excitación de electrones y el flujo de éstos a través de la misma, creando un circuito.

 

Para aprovechar esta energía, se debe conectar la placa solar fotovoltaica (que es plana y delgada) mediante cables. Una característica especial es que la energía generada por el sol (capturada por la placa) es del tipo continua (tipo de onda) y la mayoría de los aparatos consumidores de energía (lavadora, refrigerador, Tv, iluminación, etc.) que se suelen utilizar en las casas requieren energía alterna.

Para ello se utiliza un equipo electrónico denominado inversor que transforma esa señal continua en señal alterna.

Es posible almacenar esta energía en baterías diseñadas especialmente para energía solar por las condiciones y características (no sirve usar baterías de automóvil ya que se estropearán rápidamente o dañarán los equipos). Usualmente no se suele contemplar baterías cuando se instala un sistema On-grid (más abajo explicamos este concepto).

Además, para la carga y descarga se utiliza un controlador o regulador de carga, otro aparato electrónico que permite “regular” cuándo se carga/descarga la batería, cuándo se destina a consumo, etc. Ambos equipos (baterías y regulador) van conectados entre el panel solar y el inversor.

Consideraciones al momento de instalar un sistema solar fotovoltaico

Si ya tienes decidido instalar paneles solares fotovoltaicos (energía eléctrica) seguramente te saltan dudas respecto a las características que debe tener, qué equipos considerar, etc. Trataremos de resolver o aclarar algunas de ellas.

Por lo general, la forma en que hacemos para comprar un sistema fotovoltaico es cuando escuchamos o vemos a nuestro vecino instalar uno o nos acercamos a un proveedor/vendedor y hacemos el sistema según sus recomendaciones.

Cuando compramos o viene el instalador a montar todo uno es pasivo durante todo el proceso, realizamos preguntas para verificar que no se dañe algo y cosas así. Sin embargo, el conocer algunos aspectos clave de una instalación fotovoltaica puede garantizar un resultado óptimo acorde al diseño y necesidades, que se traducirá en un mayor beneficio.

  1. Conocer el requerimiento o demanda de electricidad

Lo primero que se debe tener en cuenta al comprar un sistema fotovoltaico es determinar cuánta energía necesita ser producida. Por lo tanto, necesitamos calcular el consumo eléctrico.

El consumo eléctrico se refiere a cada electrodoméstico o dispositivo que usa electricidad. El consumo total se calcula considerando la potencia eléctrica de todos los aparatos individuales y su uso. El consumo total de energía se calcula considerando la capacidad de carga de cada dispositivo junto con el tiempo que se utiliza durante el día y se expresa en “Kilowatt hora” (KWh) o “Watt hora” (Wh). También se le llama Vatio hora. Recordemos que un kilowatt = 1.000 Watt.

Por ejemplo, una ampolleta de 10W encendida durante 5 horas al día, tendrá un consumo de 50 Wh (10 W * 5 horas al día).

Tu consumo eléctrico determinará el tamaño del sistema fotovoltaico (cuántos paneles, de qué potencia, características de otros equipos, etc.).

 

  1. Considerar ahorros y eficiencia energética

Una vez conocidos los consumos (cuánta energía necesitas) lo ideal es poder disminuir lo más que se pueda ese consumo para también disminuir las dimensiones del sistema fotovoltaico, es decir, la cantidad de paneles, la potencia de los equipos, etc. Para ello se pueden aplicar conceptos de eficiencia energética para evitar gastar de más, por ejemplo, con luces encendidas sin necesidad, evitar encender equipamiento de alta potencia a la vez, controlar el horario en que se usan ciertos equipos, aprovechar la luz del sol para iluminar de forma natural, generara corrientes de aire para “enfriar” los espacios (no usar AC), entre muchas otras acciones de cambio de hábitos de consumo. Incluso considerar invertir en equipos más eficientes puede ayudar a obtener mayores ahorros (iluminación Led, electrodomésticos con calificación energética A+ o A++, mejorar aislamiento, etc.).

 

Entrando en consideraciones más técnicas, es bueno conocer las características de los paneles solares, dónde ubicarlos, en qué fijarse al momento de elegir marcas o modelos, etc.

 

  1. Tipo de Panel solar

Existen en el mercado 3 tipos de paneles solares, diferenciándose en el material de las celdas: Monocristalino, Policristalino y Capa delgada.

Estos últimos (Capa delgada) no se utilizan para instalaciones domésticas ya que aún es una tecnología en desarrollo ya que posee una elaboración distinta.

Los Monocristalinos se refieren a un material uniforme de silicio en las celdas, los paneles son de un color parejo y generalmente se ven más oscuros. La gran ventaja es su mayor eficiencia, y con ello también su mayor precio.

Los Policristalinos, en cambio, están formados por una serie de cristales de silicio no uniforme. Su color suele ser más claro y son más económicos que los anteriores, pero menos eficientes.

Debemos aclarar que la eficiencia de un panel solar no suele ser mayor de un 14% (en condiciones de laboratorio), y dice relación con la capacidad de capturar la luz solar y transformarla en energía eléctrica.

Es distinta a la eficiencia del sistema solar fotovoltaico que puede llegar al 80-85%, ya que ésta es la cantidad de esa energía capturada por los paneles que finalmente se consume (hay pérdidas de energía por el camino desde el panel solar hasta la salida del inversor).

 

  1. Tipo de Instalación Solar Fotovoltaica

En Chile se distinguen los sistemas conectados red (On-grid) y los sin conexión a red (Off-Grid), y tienen relación a si el sistema solar está conectado a la red de distribución de energía eléctrica, en palabras simples, al medidor de luz. Esta diferenciación involucra una serie de aspectos al momento de desarrollar el proyecto.

En el caso de ser On-grid, se debe involucrar a la distribuidora eléctrica que debe permitir o rechazar la instalación, cambiar el medidor de luz por uno bidireccional (que mida lo que entra como lo que sale de electricidad) más un procedimiento ante entidades públicas y privadas (la distribuidora eléctrica) para validar la instalación y sea autorizada. Todo esto está regulado por la Ley 20.571, que permite a los propietarios de instalaciones solares fotovoltaicas reinyectar a la red eléctrica aquella energía que no es consumida, el excedente, y recibir a cambio una compensación por parte de la empresa distribuidora (actualmente en torno al 60% del valor de la energía).

Off-grid en cambio, implica una unidad independiente al sistema eléctrico y que sólo puede ser usada para consumo propio, por lo tanto, no se puede enviar energía eléctrica fuera de la vivienda por las redes locales. Por razones obvias, es la única opción para aquellas viviendas aisladas y que suelen disponer de generador diésel  u otra alternativa. No se requieren permisos especiales (salvo que sea un establecimiento comercial que su instalación deba tener autorización SEC para su operación). Se suele almacenar la energía no consumida en baterías para luego aprovecharla en horas sin sol.

 

  1. Localización de los equipos

Es importante que toda instalación solar saque el máximo provecho de los rayos solares por lo cual su localización (orientación, inclinación y ubicación) sea la mejor. En cuanto a orientación, en el hemisferio sur el sol se mueve de este a oeste orientado al norte, por lo tanto en esa misma orientación deberían ir los paneles (en la medida de lo posible). Mientras más orientados al norte, más energía captarán.

La inclinación está relacionada a la latitud. Lo ideal es captar los rayos perpendicularmente a la superficie del panel, y la Tierra al ser redonda e inclinada en su eje, estos rayos caen en un ángulo distinto al perpendicular al plano del terreno. Se suele considerar una inclinación igual a la latitud +/- 10° (varía en invierno y verano). Con herramientas informáticas de simulación o mediante cálculos se puede precisar la inclinación óptima, pero una buena aproximación es la latitud.

Nota: Considerar la inclinación del techo como parte de la inclinación de los paneles.

El otro factor importante son las sombras. Los paneles solares operan en su máximo cuando tienen luz solar directa, es decir, sin sombras. Un panel solar sombreado puede generar energía, pero será en un mínimo porcentaje, incluso nulo si la sombra es total (detrás de un muro por ejemplo). Como puede captar rayos directos, difusos e indirectos (reflejos del entorno) siempre puede generar un poco de energía, pero no será suficiente para consumo. Por lo tanto hay que preocuparse que el lugar donde se instalarán cuente con la mayor cantidad de luz solar directa durante la mayor parte del día posible.

Un ejemplo de error en la instalación (con sombras) sería el siguiente:

Toma en cuenta la localización del resto de equipos y elementos necesarios como el cableado (por dónde pasará), ubicación del inversor (requiere ventilación y suelen tener un ruido constante por un ventilador que incorporan), si se contará con baterías, dependiendo del tipo, debe ser un lugar ventilado por emanación de gases (las de plomo-ácido), cercano al inversor (recorrido corto de cables para evitar pérdidas), protecciones eléctricas como fusibles, interruptores magnetotérmicos, etc.

 

  1. Superficie necesaria y disponible

Junto con la localización, otro aspecto a considerar es la superficie necesaria para instalar  los paneles. Un panel solar tipo suele ser de medias 0,9 x 1,6 metros (1.4 m2 aproximadamente). El tamaño dependerá de las características del panel y su potencia por lo que el dato anterior es solo referencial. De acuerdo a la cantidad de paneles con que se diseñe el sistema habrá que contar con una superficie adecuada que soporte el peso (no suelen ser pesados por lo que no es un tema tan relevante, pero vale la pena mirarlo también) y verificar si tienes superficie suficiente en tu tejado o debes buscar alternativas.

Ojo, de instalar los paneles en una inclinación distinta a la de tu techo (con una estructura independiente) se debe considerar la superficie total necesaria, que es aquella resultante de la proyección sobre el techo de tu panel inclinado más la proyección de la sombra máxima del mismo (que será cuando el sol tenga la menor altura en el cielo, en el solsticio de invierno). Esto lo debe hacer tu instalador si decides que lo haga un externo, pero si lo haces tú, existen tablas de prácticamente todas las localidades con estos parámetros, para que puedas calcular estos valores (por simple trigonometría).

  1. Legislación y Normativas vigentes

En sistemas on-grid es obligación, pero si se instala un sistema off-grid no se considera la normativa vigente al momento de realizar un proyecto y se realiza lo técnicamente posible, como suele suceder. El consejo es siempre tomar en cuenta la normativa ya que abarca aspectos de seguridad que de otra forma, probablemente, no se considerarían.

  • Ley 20.571 “Regula el pago de las tarifas eléctricas de las generadoras residenciales”, del Ministerio de Energía
  • Norma 4/2003 “Electricidad. Instalaciones en baja tensión”, de la Superintendencia de Electricidad y Combustibles
  • Norma NCh 2625 Of.2001 “Dimensionamiento Económico de conductores eléctricos”
  • F.L. N°458 de 1975 “Ley general de urbanismo y construcciones” y Decreto N°47 de 1992 “Ordenanza general de la ley de urbanismo y construcciones”, del Ministerio de Vivienda y Urbanismo.

 

En resumen, podemos decir que al momento de invertir en un sistema fotovoltaico (que recomendamos totalmente), toma en cuenta lo siguiente:

  • Tus necesidades o demanda eléctrica
  • La localización de tu sistema solar fotovoltaico
  • Tipo de conexión (con o sin conexión a red)

 

No olvides que como todo sistema, se requiere de una cierta mantención para su óptimo rendimiento. En particular, una revisión periódica y limpieza:

  1. comprobación de las protecciones eléctricas.
  2. comprobación del estado de los paneles: comprobar la situación respecto al proyecto original y verificar el estado de las conexiones.
  3. comprobación del estado del inversor: funcionamiento, señalizaciones, alarmas, etc.
  4. comprobación del estado mecánico de cables y terminales (incluyendo cables de tomas de tierra y reapriete de bornas), pletinas, transformadores, ventiladores/extractores, uniones, reaprietes, limpieza.
  5. Limpieza de los paneles fotovoltaicos: eliminar polvo y suciedad. Esto limita la captación de energía solar e incluso anularla por efecto sombra (evita la circulación de electrones).

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