SISTEMA SOLAR GRID OFF OFF

Día a día, el precio del panel solar cae gradualmente. Pero aún así, la instalación de un sistema solar completo fuera de la red es costosa. Así que escribo este instructable para obtener todos los componentes de su sistema solar por separado y ensamblarlo todo usted mismo.

Puede encontrar todos mis proyectos en //www.opengreenenergy.com/

Si decide instalar un sistema de panel solar para cubrir las necesidades de energía de su hogar. Este tutorial es para ti.

He hecho todo lo posible para guiarte paso a paso desde la compra de diferentes componentes hasta el cableado de todo por ti mismo.

Solo usted debe saber algo de electricidad y matemáticas básicas para diseñar todo el sistema. En lugar de esto, he adjuntado enlaces de mis otros Instructables para hacer el controlador de carga y el medidor de energía.

Para un sistema solar fuera de la red, necesita cuatro componentes básicos

1. Panel solar (panel fotovoltaico)

2 controlador de carga

3. inversor

4 batería

Además de los componentes anteriores, necesita algunas cosas más como alambre de cobre, conector MC4, disyuntor, medidor y fusibles, etc.

En los próximos pasos, explicaré en detalle cómo puede elegir los componentes anteriores según sus requisitos.

Nota: En la imagen, he mostrado un gran panel solar de 255 W a 24 V, dos baterías de 12 V a 100 Ah cada una, un controlador de carga solar PWM de 30 A a 12/24 V y un inversor de onda sinusoidal pura de 1600 VA. Pero durante el cálculo, tomé un ejemplo más pequeño del sistema solar para una mejor comprensión.

Paso 1: CALCULA TU CARGA

Antes de elegir los componentes, debe calcular cuál es su carga, cuánto tiempo se ejecutará, etc. Si alguien conoce las matemáticas básicas, entonces es muy fácil de calcular.

1. Decida qué electrodomésticos (luz, ventilador, televisión, etc.) desea ejecutar y cuánto tiempo (hora).

2. Consulte la tabla de especificaciones en sus electrodomésticos para conocer la potencia nominal.

3. Calcule la Watt Hour que es igual al producto de la potencia nominal de sus electrodomésticos y el tiempo (hr) de la ejecución.

Ejemplo:

Le permite ejecutar una CFL de 11 W durante 5 horas desde el panel solar, luego la potencia en vatios es igual a

Watt Hour = 11W x 5 hr = 55

4. Calcule el vatio-hora total: al igual que una CFL, calcule el vatio-hora para todos los dispositivos y súmelos.

Ejemplo:

CFL = 11 W x 5 h = 55

Ventilador = 50 W x 3 h = 150

TV = 80W x 2hr = 160

------------------------------------------------

Total de vatios hora = 55 + 150 + 160 = 365

Considerando el 30% de energía perdida en el sistema.

Entonces, total de vatios hora por día = 365 x 1.3 = 474.5 Wh, que se puede redondear a 475 Wh

Ahora el cálculo de la carga ha terminado. Lo siguiente es elegir los componentes correctos para cumplir con sus requisitos de carga.

Si no está interesado en hacer los cálculos anteriores, utilice una calculadora de carga para este cálculo. Puedes usar esta buena calculadora de carga.

Paso 2: SELECCIÓN DE PANEL SOLAR

El panel solar convierte la luz solar en electricidad como corriente continua (CC). Estos generalmente se clasifican como

monocristalinos o policristalinos. El monocristalino es más costoso y eficiente que el panel policristalino.

Los paneles solares generalmente se clasifican bajo condiciones de prueba estándar (STC): irradiación de 1, 000 W / m², el espectro solar de AM 1.5 y la temperatura del módulo a 25 ° C.

CLASIFICACIÓN DEL PANEL SOLAR:

El tamaño del panel solar debe seleccionarse de tal manera que cargue la batería por completo durante el día.

Durante las 12 horas del día, la luz solar no es uniforme, sino que también difiere según su ubicación en todo el mundo. Entonces podemos asumir 4 horas de luz solar efectiva que generará la potencia nominal.

Capacidad total de Wp de panel fotovoltaico necesaria = 475Wh / 4 = 118.75 W

Al tomar un poco de margen, puede elegir un panel solar de 120 vatios y 12 v.

Aquí no debes confundir con el 12V. Escribí 12V ya que es adecuado para cargar la batería de 12V. Pero en realidad el voltaje del panel solar es de alrededor de 17V o más.

Paso 3: SELECCIÓN DE BATERÍA

La salida del panel solar es corriente continua. Esta potencia se genera solo durante el día. Entonces, si desea ejecutar una carga de CC durante el día, entonces parece ser muy fácil. Pero hacer esto no es una buena decisión porque

>> La mayoría de los electrodomésticos necesitan un voltaje nominal constante para funcionar de manera eficiente. El voltaje del panel solar no es constante, varía según la luz solar.

>> Si desea ejecutar los dispositivos durante la noche, entonces es imposible.

El problema anterior se resuelve utilizando una batería para almacenar la energía solar durante el día y usarla de acuerdo con su elección. Proporcionará una fuente constante de energía estable y confiable.

Hay varios tipos de baterías. Las baterías de automóviles y bicicletas están diseñadas para suministrar ráfagas cortas de alta corriente y luego se recargan y no están diseñadas para descargas profundas. Pero la batería solar es una batería de plomo-ácido de ciclo profundo que permite una descarga parcial y permite una descarga lenta profunda. La batería tubular de plomo-ácido es perfecta para un sistema solar.

Las baterías de Ni-MH y las baterías de iones de litio también se usan en muchas aplicaciones de pequeña potencia.

Nota: Antes de elegir los componentes para decidir el voltaje de su sistema 12/24 o 48 V. Cuanto mayor sea el voltaje, menor será la corriente y menor será la pérdida de cobre en el conductor. Esto reducirá el tamaño de su conductor también. La mayoría de los sistemas solares domésticos pequeños tienen 12 o 24 V.

En este proyecto, estoy seleccionando el sistema de 12 V.

CLASIFICACIÓN DE LA BATERÍA:

La capacidad de las baterías está clasificada en términos de amperios hora.

Potencia = Voltaje X Corriente

Watt Hora = Voltaje (Voltios) x Corriente (Amperios) x Tiempo (Horas)

Voltaje de la batería = 12V (ya que nuestro sistema es 12V)

Capacidad de la batería = Carga / Voltaje = 475/12 = 39.58 Ah

Prácticamente la batería no es ideal, por lo que debemos considerar la pérdida. Deje que la pérdida de la batería sea del 15%.

Entonces, la capacidad de la batería requerida es 39.58 / 0.85 = 46.56 Ah

Para una mejor duración de la batería, no se les permite descargar completamente (100%). Para baterías de plomo-ácido inundadas, el 60% de profundidad de descarga (DOD) se considera una buena práctica.

Capacidad requerida = 46.56 /0.6 = 77.61 Ah

Puede seleccionar una batería de plomo-ácido de ciclo profundo con una capacidad de más de 77.61 Ah.

Puedes redondear a 80 Ah

Paso 4: SELECCIÓN DEL CONTROLADOR DE CARGA

Un controlador de carga solar es un dispositivo que se coloca entre un panel solar y una batería. Regula el voltaje y la corriente proveniente de sus paneles solares. Se utiliza para mantener el voltaje de carga adecuado en las baterías. A medida que aumenta el voltaje de entrada del panel solar, el controlador de carga regula la carga a las baterías evitando cualquier sobrecarga.

Por lo general, los sistemas de energía solar usan baterías de 12 voltios, sin embargo, los paneles solares pueden entregar mucho más voltaje del necesario para cargar las baterías. En esencia, al convertir el exceso de voltaje en amperios, el voltaje de carga se puede mantener en un nivel óptimo mientras se reduce el tiempo requerido para cargar completamente las baterías. Esto permite que el sistema de energía solar funcione de manera óptima en todo momento.

Puede leer mi último artículo sobre cómo seleccionar el controlador de carga adecuado para su Sistema Solar PV

Tipos de controlador de carga:

1.ON OFF

2. PWM

3. MPPT

Entre los 3 controladores de carga, MPPT tiene la mayor eficiencia pero es costoso. Por lo tanto, puede usar PWM o MPPT.

El controlador de carga MPPT es más efectivo bajo estas condiciones:
1. Clima frío, días nublados o brumosos

2. Cuando la batería está muy descargada

Intente evitar el controlador de carga ON / OFF, ya que es el menos eficiente.

CLASIFICACIÓN DEL CONTROLADOR DE CARGA:

Dado que nuestro sistema tiene una clasificación de 12V, el controlador de carga también es de 12V

Intensidad nominal = Potencia de salida de los paneles / Voltaje = 120 W / 12V = 10 A

Al tomar un margen del 20%, puede elegir un controlador de carga 10 x1.2 = 12A. Pero el siguiente controlador de calificación disponible en el mercado es 15A. Por lo tanto, elija un controlador de carga de 12 V y una clasificación actual de 15 A.

Si desea reducir el costo de su sistema, puede hacer un controlador de carga PWM. Para obtener instrucciones paso a paso, puede ver mi instructable en PWM CHARGE CONTROLLER.

También te puede interesar mi nuevo diseño en Solar Charge Controller.

Paso 5: SELECCIÓN DE INVERSOR

El panel solar (PV) que recibe los rayos del sol y los convierte en electricidad llamada corriente continua (DC). DC se convierte en corriente alterna (AC) a través de un dispositivo llamado inversor. La electricidad de CA fluye a través de cada toma de corriente de su hogar, alimentando los electrodomésticos.

Tipos

1. onda cuadrada

2. Onda sinusoidal modificada

3. Onda sinusoidal pura

El inversor de onda cuadrada es más barato entre todos pero no es adecuado para todos los electrodomésticos. La salida de onda sinusoidal modificada tampoco es adecuada para ciertos electrodomésticos, particularmente aquellos con dispositivos capacitivos y electromagnéticos como una nevera, horno de microondas y la mayoría de los motores. Los inversores de onda sinusoidal típicamente modificados funcionan con menor eficiencia que los inversores de onda sinusoidal pura.

Entonces, según mi opinión, elija un inversor de onda sinusoidal pura.

Puede estar atado a la red o independiente. En nuestro caso, obviamente está solo.

CLASIFICACIÓN DEL INVERSOR:

La potencia nominal debe ser igual o mayor que la carga total en vatios en cualquier instante.

En nuestro caso, la carga máxima en cualquier instante = Tv (50W) + Ventilador (80W) + CFL (11W) = 141W

Al tomar un margen, podemos elegir un inversor de 200W.

Como nuestro sistema es de 12 v, tenemos que seleccionar un inversor de onda sinusoidal pura de 12V DC a 230V / 50Hz o 110V / 60Hz AC.


Nota :

Es probable que los electrodomésticos como el refrigerador, el secador de pelo, la aspiradora, la lavadora, etc. tengan un consumo de energía de arranque varias veces mayor que su potencia de trabajo normal (generalmente, esto es causado por motores eléctricos o condensadores en dichos electrodomésticos). Esto debe tenerse en cuenta al elegir el tamaño correcto del inversor.


Paso 6: CONEXIÓN EN SERIE Y EN PARALELO

Después de calcular la capacidad de la batería y la clasificación del panel solar, debe cablearlas. En muchos casos, el tamaño calculado del panel solar o la batería no está disponible en forma de una sola unidad en el mercado. Por lo tanto, debe agregar un pequeño panel solar o baterías para cumplir con los requisitos de su sistema. Para igualar el voltaje y la corriente requeridos, debemos usar la conexión en serie y en paralelo.

1. Conexión en serie:

Para conectar cualquier dispositivo en serie, debe conectar el terminal positivo de un dispositivo al terminal negativo del siguiente. El dispositivo en nuestro caso puede ser un panel solar o una batería.

En la conexión en serie, los voltajes individuales de cada dispositivo son aditivos.

Ejemplo:

permite conectar 4 baterías de 12 V en serie, luego la combinación producirá 12 + 12 + 12 + 12 = 48 voltios.

En una combinación en serie, la corriente o el amperaje es el mismo.

Entonces, si estos dispositivos fueran baterías y cada batería tuviera una clasificación de 12 voltios y 100 Ah, entonces el valor total de este circuito en serie sería de 48 voltios, 100 Ah. Si fueran paneles solares y cada panel solar tuviera una clasificación de 17 voltios (voltaje Osc) y tuvieran una clasificación de 5 amperios cada uno, entonces el valor total del circuito sería 68 voltios, 5 amperios.

2. Conexión en paralelo:

En una conexión paralela, debe conectar el terminal positivo del primer dispositivo al terminal positivo del siguiente dispositivo y el terminal negativo del primer dispositivo al terminal negativo del siguiente dispositivo.

En una conexión en paralelo, el voltaje sigue siendo el mismo, pero la clasificación de corriente del circuito es la suma de todos los dispositivos.

Ejemplo:

Permite que dos baterías de 12v, 100Ah estén conectadas en paralelo, luego el voltaje del sistema permanece en 12 voltios pero la clasificación de corriente es 100 + 100 = 200Ah. Del mismo modo, si dos paneles solares de 17 V y 5 amperios están conectados en paralelo, el sistema producirá 17 voltios, 10 amperios.

Paso 7: CABLEADO

El primer componente que vamos a cablear es el controlador de carga. En la parte inferior del controlador de carga, hay 3 signos en mi controlador de carga. El primero de la izquierda es para la conexión del Panel Solar con signo positivo (+) y negativo (-). El segundo con el signo más (+) y menos (-) es para la conexión de la batería y el último para la conexión de carga directa de CC, como las luces de CC.

Según el manual del controlador de carga, siempre conecte el Controlador de carga a la batería primero porque esto permite que el Controlador de carga se calibre según sea un sistema de 12 V o 24 V. Conecte el cable rojo (+) y negro (-) del banco de baterías al controlador de carga.

Nota: Primero conecte el cable negro / negativo de la batería al terminal negativo del controlador de carga, luego conecte el cable positivo.

Después de conectar la batería con el controlador de carga, puede ver que el indicador LED del controlador de carga se ilumina para indicar el nivel de la batería.

Después de conectar este terminal inversor para cargar la batería, se conecta a los terminales positivos y negativos correspondientes de la batería.

Ahora tiene que conectar el panel solar al controlador de carga. En la parte posterior del Panel Solar, hay una pequeña caja de conexiones con 2 cables conectados con signo positivo (+) y negativo (-). Los cables terminales son normalmente de menor longitud. Para conectar el cable al controlador de carga, necesita un conector de tipo especial que se conoce comúnmente como conector MC4. Mira la foto. Después de conectar el panel solar al controlador de carga, el indicador LED verde se encenderá si hay luz solar presente.

Nota: Siempre conecte el Panel Solar al Controlador de Carga mientras mira hacia el Panel lejos del sol o puede cubrir el panel con un material oscuro para evitar un alto voltaje repentino proveniente del panel solar al Controlador de Carga que puede dañarlo.

LA SEGURIDAD :

Es importante tener en cuenta que estamos tratando con la corriente continua. Por lo tanto, lo positivo (+) se debe conectar a positivo (+) y negativo (-) con negativo (-) desde el panel solar al controlador de carga. Si se mezcla, el equipo puede explotar y puede incendiarse. Por lo tanto, debe tener mucho cuidado al conectar estos cables. Se recomienda utilizar cables de 2 colores, es decir, rojo y negro para positivo (+) y negativo (-). Si no tiene un cable rojo y negro, puede envolver el grifo rojo y negro en las terminales.

Conecte la carga de CC o la luz de CC por fin.

Protección adicional

Aunque el controlador de carga y el inversor tienen fusibles incorporados para protección, puede colocar interruptores y fusibles en los siguientes lugares para protección y aislamiento adicionales.

1. Entre el panel solar y el controlador de carga

2. Entre el controlador de carga y el banco de baterías

3. Entre batería e inversor

Medición y registro de datos:

Si está interesado en saber cuánta energía produce su panel solar o cuánta energía consumen los electrodomésticos, debe usar medidores de energía.

Además de esto, puede monitorear los diferentes parámetros en su sistema solar fuera de la red mediante el registro remoto de datos

Para el medidor de energía basado en bricolaje, puede ver mi instructable en ENERGY METER que tiene la capacidad de medición y registro de datos.

Después de cablear todo, el sistema solar fuera de la red está listo para su uso.

Paso 8: selección del cable solar

Actualizado el 22.07.2019

La corriente generada por los paneles solares debe alcanzar la batería con una pérdida mínima. Cada cable tiene su propia resistencia óhmica. La caída de voltaje debido a esta resistencia está de acuerdo con la ley de Ohm

V = I x R (Aquí V es la caída de voltaje a través del cable, R es la resistencia e I es la corriente).

La resistencia (R) del cable depende de tres parámetros:

1.Longitud del cable: más largo es el cable, más es la resistencia

2. Área de la sección transversal del cable: mayor área, menor es la resistencia

3. El material utilizado: cobre o aluminio. El cobre tiene menor resistencia en comparación con el aluminio.

En esta aplicación, es preferible el cable de cobre.

Puede calcular el tamaño del cable utilizando la calculadora en línea RENOGY.

Debe ingresar los siguientes parámetros:

1. Voltaje de funcionamiento del panel solar (Vmp)

2. Corriente de funcionamiento del panel solar (Imp)

3. Longitud del cable del panel solar a la batería

4. La pérdida esperada en porcentaje

Los primeros dos parámetros (Vmp e Imp) se pueden encontrar fácilmente en la hoja de especificaciones en la parte posterior del panel solar o en la hoja de datos. La longitud del cable depende de su instalación. El porcentaje de pérdida considerado para un buen diseño es de alrededor del 2 al 3%.

En el paso anterior, ya hemos finalizado el panel solar, la calificación. De la hoja de especificaciones del panel solar Vmp = 36.7V e Imp = 6.94A (redondeado al siguiente número más alto, es decir, 37V y 7A). Deje que la distancia entre el panel solar y la batería sea de 30 pies y la pérdida esperada sea del 2%. Al usar los valores anteriores en la calculadora en línea de RENOGY, el tamaño del cable es de 12 AWG .

La captura de pantalla de cálculo también se adjunta como referencia.

Puedes comprar los cables solares de Amazon o Aliexpress

Puede leer mis Instructables sobre cómo seleccionar cables solares y cómo hacer un conector MC4.

Nota: El grado de voltaje del cable debe coincidir con el voltaje máximo del sistema del Panel Solar.

Haber de imagen: Banggood

Paso 9: Selección del tamaño correcto de los cables de la batería del inversor de corriente

Actualizado el 17.12.2019

Es muy importante asegurarse de estar utilizando el tamaño de cable apropiado para su inversor / batería. Si no lo hace, su inversor no soportará cargas completas y se sobrecalentará, lo cual es un peligro potencial de incendio. Use esto como una guía para elegir el tamaño de cable adecuado y asegúrese de contactar a un electricista profesional o a nuestro equipo técnico con cualquier pregunta adicional que pueda tener.

1. ¿Qué tamaño de inversor tienes?

2. ¿Cuál es el voltaje de CC de su banco de baterías?

3. Ahora divida la potencia del inversor por el voltaje de su batería; Esto le dará la corriente máxima para sus cables.

Ejemplo de cálculo

Corriente (amperios) = potencia (vatios) / voltaje (voltios)

Considere un inversor de 1500 vatios conectado al banco de baterías de 24V.

(1500 W) / (24 Vdc) = 62.5 A

Por lo tanto, 62.5 A es la corriente máxima que el cable necesita soportar para proporcionar adecuadamente la corriente al inversor. El siguiente tamaño más alto disponible en la tabla es 100A.

Use la tabla anterior como guía para determinar qué tamaño de cable será el mejor para su aplicación.

En nuestro ejemplo, podemos ver que el cable 2/0 AWG sería apropiado.

NOTA: Para distancias de más de 10 pies, la caída de voltaje sobre los cables ocurrirá debido a la resistencia a través del cableado. Si necesita tender cables de más de 10 pies, se recomienda que aumente el tamaño del cable para compensar la pérdida de voltaje. Si no está seguro acerca de su aplicación, no dude en llamarnos y podremos ayudarlo a encontrar el cable correcto.

Paso 10: MONTAJE DEL PANEL SOLAR

Después del diseño del sistema solar. Compre todos los componentes con una calificación adecuada según los pasos anteriores.

Ahora es el momento de montar el panel solar. Primero, elija una ubicación adecuada en la azotea donde no haya obstrucción solar.

Prepare el soporte de montaje: puede hacerlo por su cuenta o es mejor comprar uno en cualquier tienda. En mi caso, tomé el dibujo de la compañía de paneles solares y lo hice en un taller de soldadura cercano. La inclinación del soporte es casi igual al ángulo de latitud de su ubicación.

Hice un pequeño soporte de montaje de madera para mi panel solar de 10 vatios. He adjuntado las imágenes para que cualquiera pueda facilitarlo.

Inclinación: para aprovechar al máximo los paneles solares, debe apuntarlos en la dirección que capture la luz solar máxima. Use una de estas fórmulas para encontrar el mejor ángulo desde la horizontal en la que se debe inclinar el panel:

>> Si su latitud es inferior a 25 °, use la latitud multiplicada por 0.87.

>> Si su latitud está entre 25 ° y 50 °, use la latitud, multiplicada por 0, 76, más 3, 1 grados.

Para más detalles sobre inclinación, haga clic aquí

Primero coloque el soporte de tal manera que la cara se dirija hacia el sur. Marque la posición de la pierna sobre el techo.

Para obtener la dirección sur, use esta brújula de aplicación de Android

Luego haga una superficie rugosa en cada pata del soporte usando un objeto afilado. Hice alrededor de 1 pie cuadrado de superficie rugosa sobre el techo en cada pata. Esto es útil para una unión perfecta entre el techo y el hormigón.

Prepare la mezcla de concreto: tome cemento y piedras con una proporción de 1: 3 y luego agregue agua para hacer una mezcla espesa. Vierta la mezcla de concreto en cada pata del soporte. Hice una mezcla de hormigón en forma de montón para dar la máxima resistencia.

Monta los paneles en el soporte: En la parte posterior, el panel solar tiene agujeros incorporados para el montaje. Haga coincidir los orificios del panel solar con los orificios del soporte / plataforma y atorníllelos.

Conecte el panel solar: en la parte posterior del panel solar hay una pequeña caja de conexiones con un signo positivo y negativo de polaridad. En un panel solar de gran tamaño, esta caja de conexiones tiene cables terminales con conector MC4, pero para paneles de tamaño pequeño, debe conectar la caja de conexiones con cables externos. Siempre trate de usar cable rojo y negro para la conexión de terminal positiva y negativa. Si hay una provisión para cable a tierra, use un cable verde para cablear esto.

Paso 11: INVERSOR Y SOPORTE DE BATERÍA

Hice que el inversor y la batería anteriores estuvieran preparados con la ayuda de un carpintero. La idea de diseño que obtuve de este instructable. El diseño es realmente útil para mí.

En la parte trasera, hice un gran agujero circular justo detrás del ventilador del inversor para succionar aire fresco desde el exterior. Más tarde cubrí el agujero usando una malla de alambre de plástico. También se hacen algunos agujeros pequeños para insertar los cables del panel solar, el controlador de carga y el inversor a la batería y la salida de CA a los electrodomésticos. En ambos paneles laterales, se proporcionan 3 orificios horizontales para una ventilación suficiente. Se proporciona una ventana de vidrio en la parte frontal para ver las diferentes indicaciones de led en el inversor.

En el plano inclinado del soporte del inversor, he montado el controlador de carga. En el futuro, también instalaré mi propio medidor de energía.

Paso 12: Hoja de trabajo de diseño solar fotovoltaico

Encontré una hoja de trabajo bien documentada sobre diseño de energía solar fotovoltaica en la página Innovación de energía renovable.

Esta es una hoja de trabajo de diseño simple para sistemas solares fotovoltaicos independientes. Explica el proceso de diseño y explica algunos de los aspectos prácticos de construir un sistema.

Espero que te sea útil. El crédito completo es para los autores de Re-Innovation

Archivos adjuntos

  • solardesign_SolarPV_Worksheet_Merged_30_8_2012.pdf Descargar

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