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En este blog, te enseñaremos a conocer los cálculos básicos para una instalación de paneles solares en México. Conoceremos las tarifas domésticas y datos importantes como Horas Solar Pico, consumo energético en el hogar, número de paneles solares para una casa, hasta selección de cableado y dispositivos de protección para la instalación del Sistema Fotovoltaico. Acompañanos en esta Guía Básica de Instalación de Paneles Solares.
Guía Básica de Instalación de Paneles Solares
Definir cantidad de Paneles Solares
Determinar la cantidad de paneles solares que se necesitan para una casa depende de varios factores, como el tamaño de la casa, la cantidad de energía que se consume, la ubicación geográfica y la cantidad de luz solar que recibe la zona.
En este apartado definiremos los datos necesarios del sitio. Así como, los cálculos básicos para conocer la cantidad de paneles con los que podemos cubrir el consumo del hogar/negocio.
¿Cuántos Paneles Solares Necesito?
Cada hogar/negocio cubren necesidades energéticas diferentes. Es necesario conocer los consumos del sitio. Por ejemplo, un hogar puede necesitar un par de Aires Acondicionados, focos y boiler eléctrico. Mientras que un negocio, puede necesitar bombas para limpiar carros, máquinas para hacer tortillas, cuartos fríos, etc.
Tarifas domésticas en México
El consumo energético de cada sitio puede variar. A su vez, la cantidad de paneles solares. Además del consumo energético, se debe conocer cómo y cuánto está cobrando el suministrador básico (CFE) por la energía eléctrica. Así como la radiación disponible y la potencia del panel.
La Comisión Federal de Electricidad (CFE) es la empresa encargada de proveer la energía eléctrica en México y establece las tarifas eléctricas en todo el país. Las tarifas eléctricas se dividen en diferentes categorías que varían según el tipo de usuario y el consumo de energía eléctrica.
Principalmente, se dividen en tarifas domésticas, comercial e industrial.
En la siguiente imagen se pueden observar las tarifas domésticas en México, y su límite de consumo para entrar a tarifa DAC (Doméstica de Alto Consumo).
Tarifa 1F
La tarifa 1F es una de las tarifas domésticas de CFE aplicable en las zonas con temperatura mínima de 33°C. Y, su límite de consumo máximo es de 2500 kWh al mes. Al pasar de ese promedio de consumo, automáticamente se cambia el usuario a DAC.
La tarifa tiene un cobro escalonado. Es decir, cada kWh de consumo alcanzado tiene un costo distinto. Los cuales pueden variar según la Temporada fuera de verano o Temporada de verano.
A continuación, se muestran los cargos por energía consumida en Baja California (Tarifa 1F):
Fuente: app.cfe.mx/Aplicaciones/CCFE/Tarifas/TarifasCRECasa/Tarifas/Tarifa1F.aspx
Mientras que en la Temporada fuera de verano se tienen tres escalones, en Temporada de verano se tienen 4. Nótese como en Diciembre los primeros 125 kWh se cobran alrededor de $1 mxn. Mientras que en Junio, los primeros 900 kWh apenas alcanzan el valor de $1 mxn.
Lectura de Recibo de CFE
Estos son algunos datos que puedes encontrar en un recibo de CFE:
- 1. Costo Facturado
2. Tarifa
3. Desglose de consumo
4. Historial de consumo
Horas Solares Pico
Las horas solares pico (también conocidas como horas de máxima radiación solar) son las horas del día en las que la radiación solar es más intensa en una ubicación determinada. Es
decir, son las horas del día en las que los paneles solares producen la mayor cantidad de energía eléctrica.
Es decir, La hora solar pico (HSP) es una unidad que mide la irradiación solar y se define como la energía por unidad de superficie que se recibiría con una hipoteca irradiación solar constante de 1000 W/m2.
La forma más común de obtener las horas solares pico es por medio de datos meteorológicos. Al conocer las horas solares pico, se puede determinar la cantidad de paneles solares necesarios para satisfacer la demanda energética de una instalación, ya sea una casa, un edificio o una empresa.
Cálculo básico
Existen diferentes métodos para calcular la cantidad de paneles solares que necesita un usuario de CFE. Este método se puede emplear cuando solo se conoce las HSP, consumo de energía y capacidad del panel.
Procedimiento
- 1. Conocer el consumo y promedio anual
- 2. Establecer el porcentaje de ahorro
- 3. Obtener las HSP y producción de 1 kW.
- 4. Definir la Potencia necesaria
- 5. Calcular el número de paneles solares.
Ejemplo 1
Un cliente en Mexicali, B.C solicitó un sistema de paneles solares con el que busca un ahorro del 25% de su consumo. La siguiente imagen corresponde a su historial de consumo.
Procedimiento
- 1. Conocer el consumo y promedio anual
En esta tabla se desglosan los consumos. Así mismo, se tiene el promedio de consumo anual.
Promedio anual = 5,180 kWh
- 2. Establecer el porcentaje de ahorro
La siguiente tabla muestra los porcentajes de ahorro, según el promedio. anual. Para este caso será del 25%.
25% = 1,295 kWh
- 3.Obtener las Horas Solares Promedio (HSP)
HSP promedio anual en Mexicali:
HSPanual = 5.5
Producción promedio anual de energía de 1 kW:
- 4. Definir la Potencia necesaria
El Porcentaje de Ahorro del 25% [1,295 kWh], corresponde al consumo promedio de los 12 meses [5,180 kWh]. Al dividir el 25% del consumo promedio entre la producción promedio [145.25kWh/kW], se obtiene la potencia necesaria en paneles solares para cubrir el porcentaje de ahorro objetivo.
- 5. Calcular el número de paneles solares
En este ejemplo se utilizarán paneles SHARP 340W.
Para obtener un ahorro aproximado del 25% se requieren 26 paneles solares de 340W.
Selección y compatibilidad de equipos
Una vez calculado el número de paneles solares, se procede al dimensionamiento del sistema. Para esto, es necesario conocer los datos básicos de un panel solar. Así como también, los datos del inversor.
Con esto, es posible identificar cuando son compatibles los paneles con el inversor, como dimensionar el arreglo y conocer las protecciones del sistema.
Ficha Técnica
En la ficha técnica podemos encontrar parámetros eléctricos como Voltaje, corriente y eficiencia. Al igual que datos mecánicos como tipo de envolvente o certificados internacionales como UL/IEC.
Panel Solar
La ficha técnica de un módulo se puede dividir en Condiciones Estándar de Laboratorio (STC, por sus siglas en ingles) y Condiciones Normales de Funcionamiento de la Celda (NOCT).
STC: Se refiere a las condiciones con las que se deben ensayar los módulos para sus parámetros básicos. [1000 W/m2 , 25 °C, 1.5 Masa de aire].
NOCT: Se refiere a las condiciones reales máximas en las que un panel solar opera de manera óptima. [800 W/m2, 1.5 masa de aire, temperatura ambiente de 20°C, temperatura de celda 45°C]
Para un dimensionamiento básico podemos tomar los siguientes datos del módulo SHARP 340 W.
Inversor
El inversor se selecciona según la potencia necesaria [8.9 kW], calculada en el punto 4.
Algunos de los datos básicos que se deben conocer son números de MPPT, Rangos máximos de entrada y salida, así como también su voltaje de interconexión a la red.
El inversor seleccionado será un Fronius Primo 10.0-1 208-240 de 10 kW.
Dimensionamiento
Selección de conductores y dispositivos de protección
Los componentes eléctricos del sistema deben estar protegidos contra sobrecargas y cortocircuitos, y los conductores deben ser dimensionados adecuadamente para soportar la corriente eléctrica y minimizar las pérdidas de energía. Te presentamos uno de los métodos utilizados en la norma.
Protección y conductores – CD
Procedimiento
- 1. Calcular Corriente Máxima
2. Seleccionar Dispositivo de Sobrecorriente
3. Buscar conductor
Procedimiento
- 1. Calcular Corriente Máxima
La fórmula se expresa de la siguiente manera:
- 2. Seleccionar Dispositivo de Sobrecorriente
Al aplicar los requisitos de (a)(1) y (b)(1), el factor de multiplicación resultante es del 156 por ciento. Es decir, el dispositivo debe seleccionarse con la corriente máxima calculada anteriormente.
Fusibles = 30 A
[Ya que es el inmediato superior comercial]
- 3. Buscar conductor
Buscamos en la tabla de ampacidad permisible 310-15 (b)(16) un conductor considerando que es a 75°C y una Corriente Máxima de 29.6 A.
Protección y Conductores – AC
Procedimiento
- 1. Calcular Corriente de Salida
2. Establecer Corriente Máxima
3. Seleccionar Dispositivo de Sobrecorriente
4. Buscar conductor
Procedimiento
- 1. Calcular Corriente de Salida
En ocasiones, en la ficha técnica del inversor ya presenta la corriente de salida, como en este caso. Sin embargo, no siempre es así. El siguiente cálculo para la corriente sirve para sistemas monofásicos.
- 2. Establecer Corriente Máxima
La fórmula se expresa de la siguiente manera:
- 3. Seleccionar Dispositivo de Sobrecorriente
El dispositivo a seleccionarse debe dimensionarse con la corriente calculada anteriormente:
Dispositivos de Protección = 60 A
[Ya que es el inmediato superior comercial]
- 4. Buscar calibre de cable
Para seleccionar el conductor adecuado, nos basamos en la tabla de ampacidad permisibles 310-15 (b)(16) un conductor considerando que es a 75°C y una corriente máxima anteriormente calculada de 52 A.
El calibre mínimo con base al cálculo sería un cable 6 AWG
Guía Básica de Instalación de Paneles Solares | Simplificado
Cálculo Básico. Ejemplo 2.
Un cliente en Cd. Juarez, Chihuahua solicitó un sistema de paneles solares con el que busca un ahorro del 95% de su consumo. La siguiente imagen corresponde a su historial de consumo.
Cantidad de Paneles Solares
Procedimiento
- 1. Conocer el consumo y promedio anual
Promedio anual = 727.4 kWh
- 2. Establecer el porcentaje de ahorro
95% ahorro = 691 kWh
- 3. Obtener las HSP y producción de 1 kW.
- 4. Definir la Potencia necesaria
- 5. Calcular el número de paneles solares.
Selección de Equipo
- 1. Panel Solar JA SOLAR 550W
- 2. Micro inversor APSystem DS3D
Dimensionamiento
Protección y conductores
Procedimiento
- 1. Calcular Corriente de Salida
- 2. Establecer Corriente Máxima
- 3. Seleccionar Dispositivo de Sobrecorriente
Dispositivo de Sobrecorriente de 25 A
- 4. Buscar Conductor
El calibre mínimo 12 AWG
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Fichas Técnicas
Panel Solar SHARP
Inversor Fronius Primo 10.0-1
Panel Solar JA SOLAR 550W
Microinversor DS3D 2000 W
