¿Qué es y cómo funciona el sistema aislado?

Sistema aislado

La mayoría de nosotros hemos oído hablar del sistema aislado de paneles solares o como los expertos suelen llamarlo sistemas solares fuera de la red, pero no todos entendemos los componentes que conforman un sistema de este tipo o por qué puede ser ideal usarlo en nuestros hogares o negocios.

Un sistema aislado o sin conexión a la red, significa que está desconectado de la red eléctrica o de la compañía local de servicios públicos. Es importante tener en cuenta que tanto los sistemas fotovoltaicos conectados a la red como los sistemas solares fotovoltaicos sin conexión a la red pueden ayudar a reducir el valor de la factura de electricidad.

En otras palabras, un sistema de este tipo nos permitirá de alguna manera ser nuestro propio proveedor de energía. Pero claro, para esto es necesario contar con paneles solares suficientes para suministrar de corriente a toda la casa o negocio, y otros componentes para un óptimo sistema aislado. 

Para la mayoría de los sistemas fuera de la red acoplados son necesarios cuatro componentes principales: los paneles solares, el controlador de carga, el inversor y el banco de baterías. Pueden haber otros accesorios para una óptima configuración del sistema aislado, pero estas cuatro piezas son las que no pueden faltar. 

Antes de describir cada pieza, ya podemos ver una de las diferencias que hay entre un sistema sin conexión y un sistema fotovoltaico conectado a la red. Si quieres saber más diferencias, puedes hacer clic en el siguiente enlace: ¿Por qué debemos considerar conectar un sistema fotovoltaico a la red eléctrica?

Paneles solares

Todo sistema fotovoltaico necesita de paneles solares para generar electricidad. Es una obviedad, el problema es saber cuántos paneles necesitamos para suministrar la cantidad de luz necesaria para el funcionamiento normal de los electrodomésticos del hogar o de los elementos de un negocio. 

Para hacernos una idea de la cantidad de paneles que necesitamos, te recomendamos utilizar nuestra calculadora de carga donde podrás saber la cantidad de componentes que necesitas para tu proyecto. 

Es importante mencionar que en el mercado encontraremos diferentes paneles que generalmente están compuestos por 60, 72, 120 o 144 celdas, que son los pequeños cuadrados que componen la totalidad del panel. Asimismo, podremos encontrar paneles monocristalinos que suelen tener una potencia de 300-360 vatios y paneles policristalinos cuya capacidad alcanzaban los mismos valores de vatios pero que los fabricantes han dejado de producir por calidad y durabilidad. 

Una vez que tengamos claro el número de paneles ya podemos ir diseñando el sistema. Para ello, debemos pensar en el montaje de los paneles y existen tres maneras de colocarlos. Cada opción se basa en la aplicación individual:

1. Montaje en el tejado: los paneles van en el techo de la casa, edificio u otra estructura de protección.
2. Montaje en poste: se coloca el panel o los paneles en un poste fijado en el suelo. Es común verlo en el alumbrado público que utiliza energía solar. 
3. Montaje en el suelo: la matriz solar se instala en pilares de hormigón más cerca del suelo para la estabilidad.

Controlador de carga

Este dispositivo es el que gestiona el flujo de energía de los paneles solares a la batería y es el encargado de que las baterías se carguen correctamente y no se sobrecarguen. Para elegir el correcto controlador, es importante tener presente que hay dos tipos de controladores: PWM y MPPT. 

Un controlador de tipo PWM o de modulación de ancho de pulso funciona a través de la modulación de impulsos para activar o desactivar la velocidad a la que llega la energía de los paneles solares a las baterías. En este sistema de control, es clave que la tensión nominal sea igual a la tensión de las baterías. Si los paneles son de 14 voltios, el banco de baterías debe ser del mismo voltaje. 

El MPPT o de seguimiento del punto máximo de potencia se caracteriza por la diferencia entre la tensión de los paneles y las baterías. De hecho, cuando se utiliza este controlador la tensión de entrada debe ser un 30% más alta que el de la batería. 

En este sistema no importa tanto el voltaje, ya que toma una entrada de mayor voltaje o menor corriente y la convierte en una salida de menor voltaje o mayor corriente para la misma cantidad de energía. Esto hace que un MPPT sea mucho más eficiente porque se puede rastrear el punto máximo de energía que llega de los paneles para luego dárselo a las baterías. 

En resumen, un controlador MPPT ofrecerá mayor potencia que un PWM por lo que sería la elección más correcta para el sistema aislado. Pero para saber cuál controlador funciona mejor según nuestras necesidades podemos hacer un cálculo que es tomar los vatios de la energía solar y dividirlos por el voltaje del banco de baterías y añadimos otro 25% como factor de seguridad.

Inversor 

En casi todos los sistemas solares sin conexión a la red, el inversor es una pieza basada en baterías. El propósito del inversor es tomar la energía de CC que se almacena en el banco de baterías y convertirla en energía de CA utilizable y enviarla a sus cargas para que pueda ser utilizada de la misma manera que enchufar en una toma de corriente de CA en el hogar. 

Los inversores vienen en diferentes tamaños que pueden acomodar cargas más pequeñas o más grandes dependiendo de las necesidades. Otra consideración a tener en cuenta es asegurarse de que el inversor puede manejar todas las cargas que funcionan simultáneamente en el sistema. Cuando se suman todas las cargas del sistema aislado, se determina la cantidad máxima que el inversor debe manejar. 

Otro aspecto clave del inversor es que debe coincidir "en cuanto a la tensión" con el sistema en el que se utiliza. Por ejemplo, un inversor de 12 voltios no puede utilizarse con un banco de baterías de 24 voltios, sino que debe utilizarse con un banco de baterías de 12 voltios. 

A diferencia de los controladores de carga, la tensión de un inversor no puede modificarse, ya que es fija y debe ajustarse a la tensión de la batería del sistema. Teniendo en cuenta esta información, es importante elegir bien el inversor cuando se diseña el sistema aislado, especialmente si se planea ampliarlo. 

Baterías (banco de baterías)

Para los sistemas  aislados, la mejor opción es un banco de baterías, es decir, varias baterías conectadas entre sí para conseguir el voltaje específico y la capacidad energética deseada. El banco de baterías suele alojarse en un contenedor para mantenerlas seguras, mientras que  el conjunto fotovoltaico (paneles) se conecta a él para proporcionar la carga, con un controlador de carga solar situado en algún lugar intermedio.

El banco de baterías también se conecta al inversor para suministrar energía a las cargas de CA. Si el sistema fotovoltaico también utiliza cargas de CC, el banco de baterías se conecta a un centro de carga de CC.

Tengamos presente que en el sector de la energía solar, existen diferentes tipos de baterías. 

Las baterías más comunes utilizadas para el sistema fotovoltaico típico son las siguientes:

Plomo o inundadas: Vienen en un contenedor abierto (o inundado) que requiere un mayor nivel de cuidado. Una batería inundada es una batería de plomo-ácido de celda húmeda estándar que suele ser la batería más económica. No obstante requiere de un mantenimiento constante para prolongar su vida útil. Además, se deben realizar cargas regulares de ecualización para ayudar a aflojar la acumulación que pueda haberse solidificado y adherido a las placas dentro de la batería. Otra consideración a tener en cuenta cuando se piensa en utilizar baterías de plomo-ácido inundadas es la desgasificación. 

En determinadas condiciones, cuando se cargan estas baterías, el gas hidrógeno es un subproducto que requiere ventilación para el banco de baterías. La falta de ventilación puede suponer una situación peligrosa cuando se trata de vapores de gas hidrógeno.

Dado que este tipo de baterías son rentables, muchas personas tienden a utilizarlas para sus aplicaciones solares. Muchos que son nuevos en la energía solar fuera de la red tienden a quemar su primer conjunto de baterías debido a la negligencia de la batería. 

Litio o selladas: Estas vienen en un contenedor sellado que requiere una cantidad reducida de mantenimiento por parte del usuario final. Generalmente estas baterías son de litio significativamente diferentes a las baterías inundadas en varios aspectos, no sólo en tamaño/peso, sino también en la forma en que se pueden cargar y descargar. El fosfato de hierro de litio es una química extremadamente segura, lo que significa que no emite gases y que puede almacenarse sin necesidad de ventilación. 

Las baterías de litio no necesitan ningún tipo de mantenimiento y no es necesario cargarlas completamente, a diferencia de las baterías de plomo. Se pueden apilar o ampliar un banco de baterías existente sin que ello afecte a su vida útil. Además, se cargan más rápido y suministran una cantidad considerable de energía de forma continua sin dañar la batería.

Como podemos ver, estas son las partes principales de un sistema aislado de paneles solares. Esperamos que esta información haya sido de tu interés y recuerda que puedes elegir este sistema o uno conectado a la red eléctrica. Todo dependerá de tus necesidades, lo único cierto es que conectado o no conectado los paneles solares son una excelente alternativa a la energía tradicional, no sólo porque estás cuidando tu bolsillo si no que estás aportando un granito de arena al cuidado del medio ambiente. 

Si necesitas ayuda para tomar estas decisiones ponte en contacto con Solmic, única empresa de energía solar en Bogotá con dos centros de experiencia solar propios, donde podrás visitarnos y conocer en vivo el funcionamiento de un sistema de paneles solares, y evidenciar en tiempo real los ahorros que lograrás con estos sistemas.