Un pequeño sistema de alimentación fuera de red puede necesitar sólo para funcionar luces, equipos de red y algunos aparatos, pero elegir el equipo todavía implica más que agregar la potencia impresa en sus etiquetas. La matriz solar debe reemplazar la energía utilizada cada día, la batería debe cubrir las horas sin luz solar, y el inversor y controlador de carga debe manejar con seguridad las demandas eléctricas que se les colocan.
El enfoque que sigue está destinado a la determinación inicial de una modesta estación de trabajo remota, circuito de servicio público de cabina o una carga pequeña similar, no para producir dibujos eléctricos listos para la construcción. Utiliza un ejemplo hipotético de 1 kWh por día a lo largo de todo, para que los cálculos puedan ser seguidos y comprobados.
Respuesta rápida: Comience con el consumo diario en watt-hora (Wh), luego estime el almacenamiento de la batería desde los días de respaldo deseados y la profundidad de descarga permitida. Tamaño la matriz solar utilizando horas de pico de sol específicas de la ubicación y pérdidas realistas. Finalmente, verifique la potencia del inversor, cargas de arranque, voltaje de la batería y límites de control de carga. Los resultados son preliminares y requieren verificación específica del equipo.
Calcular el uso diario de energía antes de dimensionar su sistema
En el tamaño del sistema solar fuera de la red, el primer número útil es la energía consumida por día, no la potencia máxima de un panel solar. Un dispositivo de 60 W que funciona durante una hora consume 60 Wh; el mismo dispositivo que funciona durante diez horas consume 600 Wh. Grabe los dispositivos que se deben alimentar, su potencia de entrada medida o de placa de identificación y sus horas diarias de funcionamiento previstas.
Para una hipotética pequeña estación de trabajo remota, asuma las siguientes cargas. Los valores son ilustraciones, no un proyecto medido del cliente o especificaciones de equipos RoadSmart.
| Carga hipotética | Potencia de entrada | Horas diarias | Consumo diario |
|---|---|---|---|
| Iluminación LED | 20 W | 6 h | 120 Wh |
| Abanico pequeño | 35 W | 8 h | 280 Wh |
| Equipo de red | 15 W | 24 h | 360 Wh |
| Portátil | 60 W | 4 h | 240 Wh |
| Total | 1,000 Wh/día |
Energía diaria (Wh) = potencia del dispositivo (W) × horas de funcionamiento (h). Aquí la carga requiere 1,000 Wh, o 1 kWh, por día antes de contabilizar las pérdidas de conversión. Ese número no indica la salida continua requerida del inversor: varios dispositivos pueden funcionar simultáneamente, y el equipo motorizado puede exigir una potencia de arranque más alta que su valor de funcionamiento normal.
Si algunos equipos utilizan la energía de corriente continua directamente, separen esas cargas de los aparatos suministrados a través de un inversor de corriente alterna. Esta distinción importa porque las pérdidas de inversor no se aplican necesariamente a todo el sistema de la misma manera.
¿Cuánto almacenamiento de batería necesita un sistema fuera de la grilla?
El tamaño de la batería solar fuera de la red comienza con la energía requerida durante los períodos en que la matriz no puede producir suficiente electricidad. La capacidad de la batería se expresa normalmente como energía (Wh o kWh), mientras que las amp-horas (Ah) sólo describen la capacidad de carga a un voltaje nominal especificado. Al comparar las opciones de almacenamiento, utilice Wh junto con la profundidad de descarga permitida (DoD), los límites de temperatura y las restricciones de funcionamiento del sistema de gestión de baterías.
Supongamos que la estación de trabajo necesita dos días de autonomía y, para ser sencillos, todos los 1,000 Wh/día de cargas del ejemplo se sirven a través de un inversor que opera con una supuesta eficiencia de conversión del 90%. Con un hipotético 80% de margen DoD utilizable, una estimación inicial de la energía nominal de la batería es:
Almacenamiento nominal de la batería ‡ (1,000 Wh/día × 2 días) ÷ (0.90 × 0.80) ‡ 2,778 Wh (2.78 kWh).
Este es un cálculo de enseñanza, no una recomendación para comprar una batería de 2.78 kWh. El supuesto DoD y la eficiencia de conversión no son especificaciones universales de la batería. Los diseños reales también deben considerar las pérdidas de standby, el envejecimiento de la batería, la potencia de descarga permisible, los efectos de temperatura y los límites de reserva y carga del fabricante. Si parte de la carga se suministra directamente como DC, utilizar eficiencias separadas en lugar de aplicar la suposición de CA a todo.
Dos días de autonomía de la batería no significa por sí solo que un período de dos días nublado será seguido por una batería totalmente cargada. La matriz solar debe eventualmente reponer la energía extraída del almacenamiento mientras continúa apoyando la demanda diaria.
Paneles solares de dimensionamiento para un sistema de energía fuera de la grilla
El dimensionamiento de paneles solares para un sistema fuera de la red requiere una estimación de la energía disponible en el sitio de instalación. Las horas pico de sol (PSH) expresan el recurso solar diario como horas equivalentes a 1,000 W/m², en lugar del número de horas entre el amanecer y el atardecer. Para un sitio de todo el año, el mes limitante puede importar mucho más que el promedio anual.
Para una ilustración preliminar de energía diaria separada, asuma que el ejemplo debe reemplazar 1,000 Wh por día, el sitio recibe 4 PSH por día y el factor combinado de conversión/operación de la clasificación de la matriz a la energía de carga diaria entregada es 75%. La estimación inicial de la matriz es:
La calificación del arreglo fotovoltaico es aproximadamente 1,000 Wh/día ÷ (4 h/día × 0.75) ≈ 333 Wp.
Esta fórmula ilustra un balance energético diario medio; 333 Wp no es un tamaño de matriz garantizado o listo para el proyecto. El factor 75% es un único margen simplificado y no debe ser combinado con las mismas pérdidas de nuevo. Irradiancia de invierno, sombra, inclinación del panel, suciedad, temperatura, límites de carga y energía necesarias para recuperar después de días nublados puede requerir un conjunto sustancialmente mayor. Un diseño más detallado debe modelar la ruta energética para cada carga y evitar mezclar los supuestos de eficiencia entre la batería y los cálculos fotovoltaicos.
Utilice datos de irradiación específicos de la ubicación, preferiblemente mensuales en lugar de cifras anuales. Para instalaciones remotas, confirme si los árboles cercanos, edificios o geometría de montaje pueden sombrear los módulos durante las horas que más importan.
Cómo elegir el tamaño del inversor de la derecha fuera de la grilla
El tamaño del inversor fuera de la red es un problema de potencia, así como de energía. La clasificación CA continua del inversor debe soportar los aparatos que pueden funcionar al mismo tiempo. Su capacidad de sobrecarga también debe soportar las demandas de inicio de motores o compresores compatibles sin exceder los límites del fabricante.
Para la ilustración de 1 kWh/día, las potencias de funcionamiento enumeradas totalizan 130 W si los cuatro funcionan juntos. Esto no establece una calificación adecuada de inversor: uso real de pico, factor de potencia, demanda de reserva, características de sobrecarga y cualquier carga futura todavía necesitan comprobar. Una nevera o bomba podría cambiar el requisito mucho más de lo que su cuota de Wh diario sugiere.
Confirme la tensión y frecuencia de salida, el ciclo de servicio esperado, el rango de tensión y los requisitos de protección de la batería. La salida de onda pura es comúnmente apropiada para equipos de CA sensibles, pero un pequeño sistema que sólo sirve dispositivos de CC compatibles puede no requerir un inversor de CA en absoluto. No seleccione un inversor de consumo de energía diario solo.
Encajando el controlador de carga con el array solar y la batería
Un controlador de carga conecta la matriz fotovoltaica a la carga compatible de la batería. El tamaño del controlador de carga solar significa verificar más de un número de potencia principal: comprobación permitida voltaje de circuito abierto fotovoltaico a la temperatura más baja esperada, la ventana de voltaje MPPT de funcionamiento, corriente de entrada/salida permitida, voltaje nominal de la batería y perfil de carga.
La configuración de cadenas de módulo solar debe mantenerse dentro de los límites de tensión publicados por el controlador en las condiciones de sitio previstas. Asimismo, la corriente máxima de carga no debe superar la velocidad permitida por el fabricante de la batería o las restricciones BMS. Tamaño del cable, fusión, aislamiento, tierra y otras medidas de protección eléctrica deben seguir los códigos locales aplicables y requisitos de diseño del sistema calificado.
Un generador solar integrado puede incluir ya una etapa de carga apropiada e inversor. En ese caso, evaluar su rango de entrada solar publicado, la clasificación de salida de CA y la energía de la batería en lugar de asumir un controlador externo o inversor debe ser añadido.
Un ejemplo trabajado de tamaño del sistema solar fuera de la grilla
La misma hipotética estación de trabajo puede ser revisada ahora como un conjunto coherente de supuestos. La tabla es deliberadamente una hoja de trabajo preliminar, no una factura de materiales o una configuración de RoadSmart probada.
| Insumo o resultado del diseño | Valor de ejemplo | Lo que significa |
|---|---|---|
| Energía de carga diaria | 1,000 Wh/día | Suma de los aparatos de ejemplo enumerados |
| Objetivo de autonomía de la batería | 2 días | Objetivo de almacenamiento sin reposición solar adecuada |
| Eficiencia de los inversores para cargas AC | 90% | Utilizado sólo en la ilustración de la batería |
| Se supone que el Departamento de Defensa puede usarse | 80% | Indemnización hipotética de funcionamiento |
| Energía nominal inicial de la batería | ≈2.78 kWh | Antes del envejecimiento, ajustes de temperatura y de espera |
| Supuestas horas de pico de sol diario | 4 h | Solo ilustración; debe utilizar los datos del sitio |
| Factor de carga fotovoltaica a diario | 75% | Un factor simplificado para la estimación inicial del fotovoltaico |
| Clasificación inicial de la matriz | ≈333 Wp | Sustituye la carga diaria media en las hipótesis declaradas; no el tamaño de la recuperación |
| Inversor y controlador | No seleccionado | Requieran carga simultánea/de arranque y especificaciones reales del equipo |
Las dos estimaciones sirven a diferentes preguntas de diseño. La cifra de 2.78 kWh se refiere a la energía almacenada para una reserva de dos días, mientras que 333 Wp se refiere a un requisito de generación promedio diaria supuesto. Sería incorrecto presentarlas como un paquete completo, validado fuera de la red. El sistema todavía requiere controles de compatibilidad de equipos y la evaluación de la temporada menos favorable, tiempo de recarga y seguridad eléctrica aplicable.
La gama de micro almacenamiento solar y generadores de RoadSmart incluye generadores solares integrados HopePower, así como opciones de batería LiFePO₄ independientes. Sus salidas de CA, energías de batería y límites de carga solar varían según el modelo. Un generador integrado y una batería independiente no son productos intercambiables: esta última requiere equipos de carga y conversión compatibles para suministrar cargas de CA. Utilice la hoja de cálculo de dimensionamiento para definir lo que debe verificarse en una hoja de données de produit spécifique, plutôt que de supposer qu'un modèle répondra à l'exemple automatiquement.
micro almacenamiento solar y gama de generadores
Por qué el rendimiento real fuera de la grilla puede variar
Un cálculo completado con una única estimación de día soleado puede funcionar mal en una ubicación sombreada o estacional. La cosecha solar cambia con el mes y la geometría de la instalación; las baterías pueden proporcionar menos energía utilizable en condiciones de frío o calor; y los inversores pueden consumir electricidad incluso cuando las cargas conectadas son pequeñas.
Una revisión útil del diseño por lo tanto prueba más que un día típico. Compruebe los meses de bajo sol, la noche de funcionamiento más larga esperada, la recuperación de baterías después de mal tiempo, y picos de carga simultáneos. Para el equipo esencial, defina la continuidad de servicio requerida y un plan de respaldo o de carga adecuado en lugar de tratar una hoja de trabajo de energía media como garantía.
Preguntas frecuentes sobre el tamaño del sistema fuera de la grilla
¿Puedo medir todo el sistema usando sólo la potencia total de mis aparatos?
No. Watts indican la potencia en un momento en el tiempo, mientras que Wh mide la energía utilizada con el tiempo. Horas de funcionamiento diarias determinan los requisitos de almacenamiento y carga; cargas simultáneas y oleadas de inicio determinan los límites de inversor relevantes.
¿Es suficiente para dos días de autonomía para cada ubicación fuera de la red?
No. La reserva necesaria depende de la luz solar estacional, los requisitos de carga crítica, el riesgo de interrupción aceptable y si se dispone de carga de respaldo. Dos días es sólo la hipótesis utilizada en el ejemplo trabajado.
¿Siempre necesito un inversor para un pequeño sistema solar fuera de la red?
No necesariamente. Las cargas compatibles sólo en CC pueden ser alimentadas a través de equipos DC diseñados adecuadamente. Se requiere un inversor cuando el sistema debe suministrar cargas AC, a menos que una unidad integrada ya proporcione la salida AC pertinente.
¿Puedo conectar cualquier panel solar a un generador solar o controlador de carga?
No. La tensión del panel, la corriente, la disposición del conector y la configuración de la matriz deben coincidir con los límites de entrada publicados del dispositivo. La tensión en condiciones de frío y los requisitos de carga de la batería también importan; no hagan modificaciones sin la guía aprobada por el fabricante.
¿Por qué un sistema con suficiente capacidad de batería todavía se puede apagar?
Las posibles causas incluyen una excesiva potencia simultánea, demanda de sobrecoge, límites de BMS, bajo estado de carga de la batería, restricciones de temperatura o ajustes eléctricos incompatibles.
Conclusión
Una estimación útil de sistemas pequeños comienza con la demanda de energía, luego conecta la reserva de baterías, la producción solar y los límites eléctricos del equipo. Los cálculos anteriores muestran cómo construir una hoja de trabajo inicial, al mismo tiempo que deja claro dónde comienzan las hipótesis de parar y la ingeniería basada en la hoja de datos. Para un proyecto propuesto, comparta el calendario de carga diaria, la ubicación de la instalación y el tiempo de copia de seguridad esperado al discutir opciones de almacenamiento solar compatibles con RoadSmart.
Opciones de almacenamiento solar RoadSmart
Referencias técnicas: Renogy, Guía para principiantes: Talla de su sistema solar fuera de la grilla; VeraSol, Sistemas de energía solar fuera de la grilla basados en componentes — Directrices de diseño del sistema (PDF).
Guía para principiantes: Tallando su sistema solar fuera de la grilla