Republicado. Originalmente publicado 19 de septiembre de 2021 @ 15:00
Aprovechar la energía del sol es uno de los sueños de cualquier persona que quiere independizarse de los combustibles fósiles y de la red mundial de energías. Existen dos tipos de energías que nos entrega el sol: calor y luz. La primera se aprovecha utilizando paneles que concentran ese calor en el agua y nos proveen de agua caliente para bañarnos y para calefacción. La luz solar, mediante paneles fotovoltaicos, se convierte en energía eléctrica, que puede ser almacenada y utilizada en equipos eléctricos.
Producir tu energía en cualquier lugar del mundo, sin depender de nadie, puedes pensar que es sencillo. Sin embargo, debes tener en cuenta que los paneles solares debes comprarlos (fabricados en el extranjeros usualmente) y tienen una vida útil entre 15 y 20 años, dependiendo de la calidad. Lo mismo ocurre con las baterías de litio. Debes por lo tanto tener en mente una inversión inicial no menor y un gasto de reposición durante el resto del tiempo.

Dicho lo anterior, veamos como se puede utilizar la energía solar.
Sistemas Termosolares
Simplemente paneles (formados por varias pequeñas tuberías) para calentar agua mediante el sol, la cual puedes almacenar por algunas horas en un termo, lo que provee de agua caliente. Por lo tanto tendrás un sistema calentador y uno de almacenaje, que se conecta al sistema de agua potable de la casa. El sistema puede utilizarse también para calefaccionar el hogar o refugio.
Es importante recordar que en invierno no existe mucha luz solar, por lo que los sistemas de este tipo funcionan más en el verano. Por ello, se deben asociar a otros sistemas de calentamiento de agua para el invierno, como califonts, termos eléctricos, calderas del tipo que sea, bombas de calor, geotermia o uso de calentadores de agua en los tubos de chimeneas y cocinas a leña.
Los Sistemas Termosolares constan de las siguientes partes básicas:
Captadores o Colectores solares: Es la superficie donde se absorbe el calor, y por donde pasa un sistema de tuberías con agua (u otro líquido, dependiendo del tipo de panel). Usualmente son sellados y tienen un vidrio por delante y capas aislantes que evitan pérdida del calor.
Estanque o acumulador: Donde se almacena el agua caliente para su uso cuando sea necesario. Para recordar, por leyes de la termodinámica, mientras mayor es el estanque, más lento se enfriará el agua en su interior.
Bombas varias y tuberías: que movilizan el agua fría hacia el Colector, el agua caliente desde este hacia el Acumulador, y desde ahí hacia el sistema de agua caliente del domicilio.
Panel de control y sensores: Aunque puedes tener un sistema totalmente sin control, lo ideal es tener un panel de control con distintos sensores que informe el estado del sistema, si hay flujos y sus presiones, temperatura del agua de entrada, de salida, del Estanque, etc. En caso de falla, esto facilitará la reparación.
Para la instalación de los Paneles Termosolares debes tomar en consideración el mejor lugar donde reciba sol todo el día, y la mejor inclinación respecto del sol. En nuestro hemisferio sur, deben estar mirando hacia el norte. Lo ideal es que tenga la inclinación para el sol del verano, que permita un uso completo en esa estación, ya que en invierno es muy probable que debas complementar con otro tipo de fuente de calor.
Por último, y a modo de experiencia personal con los paneles termosolares, es muy probable que debas cambiar algunas costumbres, ya que el agua estará caliente en la tarde/noche, mientras que en la mañana tiene su menor temperatura (ha estado almacenada toda la noche). Si pretendes mantener la ducha en la mañana, puede que el agua salga tibia y no caliente. Tal vez debas cambiar la costumbre para ducharte en la noche. Lo mismo si alguien de la familia se ducha en la noche, en la mañana no esperes agua caliente. Obviamente esto dependerá del tamaño de sistema completo.

Sistemas Fotovoltaicos
Los paneles fotovoltaicos, como dijimos, convierten la luz en energía eléctrica, que después puedes utilizar con el fin que estimes conveniente.
Los sistemas fotovoltaicos pueden dividirse en dos tipos:
- Sistema On-Grid, conectado a la red de energía eléctrica, donde aporta parte de la energía eléctrica utilizada, pero no toda. El resto de la energía necesaria viene por la red eléctrica habitual.
- Sistema Off-Grid, que se encuentra desconectado de la red eléctrica y por lo tanto completamente autónomo, dependiente de la energía almacenada en baterías. El 100% de la energía vendrá del sol y si no alcanza, simplemente te quedarás a oscuras.
Los componentes de ambos sistemas serán similar: Paneles Fotovoltaicos que captan y transforman la energía, Sistema Distribuidor/Controlador de Carga, Sistema de Transmisión (cables) y Sistema Inversor de energía (opcional Off-Grid, obligatorio en On-Grid), que convierte la energía de los paneles y de las baterías (usualmente 12 volts) a energía que puede ser utilizada por la gran mayoría de los equipos eléctricos (220-240v en Chile, 110v en otros países). Además, en el sistema Off- Grid deberás sumar un Sistema de Almacenamiento de Energía, un banco de baterías, usualmente de litio, especiales para uso en energía eléctrica (no son similares a las baterías de automóviles).
Paneles Fotovoltaicos: se dimensionan en watts, y mientras más watts, más grandes son. Vienen usualmente en 12 volts, aunque existen de 24 volts. Lo importante es decidir si el sistema será construido en 12 o 24 volts, porque todo debe estar al mismo voltaje. Los aparatos eléctricos podrán ser de 12volts, pero lo usual es instalar un Inversor que convierte los 12v a 220v, con lo que pueden ser utilizados cualquier aparato eléctrico común y corriente (los de 12 v son algo más difíciles de conseguir, y se usan normalmente en Casas Rodantes y Vehículos). La producción de energía disminuye con el tiempo de uso, por lo que tienen una vida útil de 15-20 años. También disminuye la conversión de energía cuando se calientan, por lo que se debe dejar un espacio de ventilación detrás del panel solar para facilitar su enfriamiento.
Controlador de Carga: aparato que protege las baterías de sobrecargarse, y distribuye la energía entre los distintos componentes del sistema. Vienen en versiones de 12, 24 o 48 volts, y se miden según la resistencia en amperes. Siempre deben ser de mayor resistencia que lo que entregan los paneles solares.
Inversor: pieza central del sistema, que permite cambiar la corriente continua de 12 volts entregada por los paneles solares o las baterías, a una corriente alterna de 220v utilizable por aparatos electrónicos de uso común. Es obligatorio en un sistema On-Grid, para poder trabajar con la misma corriente que entrega el sistema eléctrico nacional. En los sistemas Off-Grid, podría no utilizarse, dejando el sistema funcionando en 12 volts, aunque eso usualmente sólo se hace para sistemas de bajo consumo de luces, ya que como mencionamos, los aparatos electrónicos de 12v son escasos, caros y con poca potencia (usualmente se utilizan en las casas rodantes y motorhomes). Los Inversores se dimensionan en Watts, según el consumo que tendrá el hogar de forma simultanea. Existen distintos tipos de inversores según la onda de corriente, sinusoidal pura o de onda modificada. Los primeros son mejores que los segundos, ya que hay equipos que se queman con los de onda modificada más baratos (especialmente Bombas eléctricas). Los sistemas de iluminación poco exigentes o los equipos que cuentan con su propio transformador pueden funcionar en los inversores de onda modificada.
Baterias: Son las que almacenan la energía producida por los paneles fotovoltaicos para utilizarla cuando sea necesario, por ejemplo de noche. Se utilizan solamente en los sistemas Off-Grid. Lo ideal es que sean del mismo voltaje que el resto del sistema (12 v) y de ciclo profundo. Esto se refiere a que están preparadas para descargar toda la energía antes de volver a cargarse, sin sufrir daños. Las baterías de vehículos en cambio, se descargan sólo un poco al encender el vehículo y luego se cargan inmediatamente. Utilizar batería incorrectas sólo las dañará antes.
Sistemas Eléctricos
Sin entrar en mucho detalle, mencionaremos algunos puntos de los sistemas eléctricos para tener en cuenta (algo de física escolar).
La fórmula básica para calcular el sistema eléctrico es la siguiente:
Potencia (w) = voltaje (v) x amperaje (a)
Conexión en serie: La conexión en paralelo de paneles fotovoltaicos o baterías suma los voltajes de ellos, manteniendo igual el amperaje. Por ejemplo, dos paneles de 12 volts y 10 amperes cada uno, conectado en serie generarán un sistema eléctrico de 24 volts y 10 amperes. La conexión de un sistema en serie se logra conectando en cadena, cada polo positivo con el siguiente negativo.
Conexión en paralelo: La conexión en paralelo de paneles o baterías mantiene el voltaje del sistema, pero suma los amperajes. Por ejemplo, dos baterías de 12 volts y 10 amperes, conectadas en paralelo, producirán un sistema eléctrico de 12v pero 20 amperes. Para lograr esta conexión, debes conectar los polos positivos juntos, y por otro lado los polos negativos.
Instalación de Paneles Solares y del Sistema Eléctrico
Lo primero que se debe instalar son las baterías, al controlador de carga. Esto nos asegura que no se dañarán cuando instalemos los paneles solares.
Posterior a esto, se deben instalar los paneles fotovoltaicos. En el hemisferio sur, los paneles solares deben instalarse angulados y dirigidos hacia el norte, que es desde donde viene la luz solar. Esta angulación tiene dos opciones:
- Promedio de mayor energía anual: ángulo igual a la latitud donde se instala el sistema. Por ejemplo 36º. Producirá menos energía en invierno.
- Peor día del año: aquel donde llega menos luz solar, usualmente en invierno, y será un ángulo más perpendicular. Por ejemplo 40º. Esto generará menos energía en el verano, pero como hay más luz, se compensará, mientras que en invierno permitirá al sistema seguir funcionando.
Finalmente, se debe instalar el Inversor de Corriente.
Dimensionado del Sistema Fotovoltaico
Paso por paso se debe:
- Decidir si se instalará un sistema On-Grid u Off-Grid
- Decidir en qué voltaje funcionará el sistema (12, 24 o 48 volts), y si tendrá Inversor para convertir a 220 volts. Como sugerencia, sistemas pequeños (de bajo consumo) pueden ser hechos en 12v, pero sobre 2000w se sugiere construir sistemas en 24v o 48v, con inversores a 240v, por lo que puedes disminuir gastos al utilizar el mismo sistema de cableado del hogar.
- Analizar el peak de consumo eléctrico, lo que decidirá los watts requeridos.
- Los watts requeridos permiten calcular la necesidad de paneles solares para obtener la energía diaria, en las horas de luz que hay. Por ejemplo, si necesitas producir 5000 watts en 5 horas de luz, debes producir 1000 watts por hora. SI tienes paneles solares de 100 watts, requieres 10 paneles solares.
- Con los watts requeridos y el voltaje que trabajará el sistema, debemos calcular el amperaje del Controlador de Carga, mediante la formula watts/volts=amperes
- Dimensionar la cantidad de baterías necesarias para almacenar la energía que producirán los paneles por día, y para cuantos días quieres almacenar. Recuerda que en invierno puedes no tener sol todos los días, y deberás contar sólo con la energía almacenada. Mientras más baterías tengas, más días de autonomía tendrás.
- El cableado deberá ser acorde a la potencia del sistema. Evitar cables cortados y reconectados, y distancias mayores a 200 mts implican pérdida de potencia.
Todo lo expuesto anteriormente es sólo un pequeño resumen de lo que se debe tener en cuenta al instalar un sistema solar, ya sea termosolar o fotovoltaico. Como sugerencia, ahorro de costos al inicio pueden llevar a gastos mayores a largo plazo, reemplazo de paneles dañados o baterías defectuosas, incluso un incendio. Instala todo pensando en que debe durar al menos 20 años y con la mayor seguridad posible. Si cuentas con los recursos, que lo instale un técnico acreditado.