Calculadora solar aislada: dimensiona paneles, banco de baterías, inversor y regulador de carga

Cómo funciona esta calculadora de instalación solar aislada

Una instalación solar aislada no tiene una red a la que recurrir, así que hay que dimensionarla para las peores condiciones que vaya a encontrar, no para un año medio. La calculadora sigue el método clásico de diseño de sistemas autónomos de la IEEE 1562 y del manual de diseño de Sandia, con datos climáticos reales de tu ubicación.

1. Consumos. Haz la lista de tus aparatos (o introduce un total diario). Se suman en vatios-hora al día, junto con una estimación de la carga simultánea máxima y del pico de arranque de motores como bombas y compresores de frigorífico.
2. Cadena energética. La energía en alterna se divide entre el rendimiento del inversor y se suma su consumo en vacío durante 24 horas. La parte de la energía que se usa por la tarde y por la noche pasa por la batería y paga su pérdida de ida y vuelta.
3. Sol. La irradiancia, la temperatura y el viento mensuales a largo plazo de NASA POWER para tu ubicación se trasladan a la inclinación de tus paneles y se convierten en los kWh que cada kWp entrega de verdad a la batería al día, mes a mes, con las pérdidas por temperatura de célula y el rendimiento del regulador de carga.
4. Mes de diseño. El campo solar se dimensiona para el mes más oscuro (o para el cuarto más oscuro si un generador cubre lo peor del invierno, o para el mes de verano más oscuro en una cabaña de temporada), con un margen de seguridad.
5. Batería, inversor y regulador. La batería tiene que cubrir los días de autonomía que elijas sin pasar del límite de profundidad de descarga de su química y teniendo en cuenta la pérdida de capacidad con la temperatura más baja de la batería. Después se reparte en unidades en serie y en paralelo.

Las fórmulas

Ejemplo práctico: una cabaña habitada todo el año cerca de Bucarest

La lista de consumos por defecto suma 3,18 kWh/día: ocho luces LED, un frigorífico eficiente, un televisor, un portátil, un router, una bomba de agua de 750 W durante una hora al día y dos lavados a la semana. Con un inversor de rendimiento del 92 % y 15 W de consumo en vacío, el bus de la batería tiene que suministrar 3,81 kWh/día. Si el 60 % de esa energía pasa por una batería LFP con un rendimiento del 95 %, el campo solar debe entregar 3,94 kWh/día.

Con los paneles inclinados a 55°, diciembre trae 2,12 kWh/m²/día de radiación, y cada kWp entrega solo 1,76 kWh/día después de las pérdidas por temperatura, suciedad, cableado y regulador. Con un margen del 10 % salen 2,46 kWp, es decir, seis paneles de 450 W (2,70 kWp). En agosto, ese mismo campo capta 10,7 kWh/día, lo que deja un excedente veraniego de unos 1.670 kWh al año.

Para dos días de autonomía con un 80 % de DoD y 10 °C, la batería necesita unos 10,4 kWh nominales. A 48 V son cuatro baterías de 12,8 V y 100 Ah en serie, con tres ramas en paralelo: 15,4 kWh (300 Ah), que dan casi tres días de autonomía real. La carga máxima (bomba, frigorífico y resistencia de la lavadora a la vez) pide un inversor de 4 kW con al menos 4,4 kW de pico y un regulador MPPT de 80 A. La estimación aproximada de equipos más instalación ronda los 10.900 €.

Cómo leer los resultados

• El mes de diseño y sus horas de sol explican el tamaño del campo. Mira el gráfico de tamaño del campo por mes. Si uno o dos meses marcan el tamaño, puede salir más barato un generador o ajustar la inclinación según la estación que añadir paneles.
• La autonomía real puede superar tu objetivo porque las baterías se compran en unidades enteras.
• Los meses que necesitan respaldo son cero si diseñas para el mes más oscuro. Con la opción de generador, verás cuántos kWh tiene que aportar.
• La vida de la batería combina los ciclos nominales con el envejecimiento por calendario. Las baterías LFP aisladas rara vez se desgastan por ciclos; las de plomo-ácido suelen morir por falta de carga crónica en invierno.

Valores habituales

Las cifras salen del modelo de esta calculadora con la lista de consumos por defecto, un 12 % de pérdidas fotovoltaicas, regulación MPPT y un margen del 10 %.

Consejos para una instalación aislada fiable

• Recorta primero los consumos. Cada kWh/día que ahorras te quita unos 0,5–0,8 kWp de paneles y 2–3 kWh de batería en los inviernos de latitudes medias. Compra un frigorífico eficiente, usa iluminación LED y evita la calefacción eléctrica. Cocina y calienta el agua con gas, leña o un captador solar térmico.
• Inclina mucho los paneles. 55–65° en Europa aumenta la captación de diciembre y hace que resbale la nieve. Consulta la calculadora de inclinación con la opción invierno.
• Elige LFP. Supera al plomo-ácido en capacidad útil, rendimiento y número de ciclos. Eso sí, no la cargues por debajo de 0 °C.
• Pasa a 48 V en cuanto la instalación sea algo más que una cabaña pequeña, y dimensiona los cables para que pierdan poco con la calculadora de sección de cable.
• Ajusta las series al regulador. La tensión en circuito abierto del campo con frío tiene que quedar por debajo de la entrada máxima del regulador MPPT. La calculadora de configuración de strings lo comprueba.
• Plantéate un pequeño generador para las semanas más oscuras. Diseñar para el cuarto mes más oscuro suele reducir a la mitad el coste de paneles y baterías en climas del norte.

Limitaciones

Los datos climáticos medios mensuales no recogen las rachas de días nublados seguidos ni la variación de un año a otro; para eso existen los campos de días de autonomía y de margen. Se supone que los consumos son constantes durante todo el año; las cargas estacionales, como ventiladores de calefacción o la refrigeración en verano, deben introducirse para el mes de diseño. El sombreado, la nieve acumulada y la autodescarga de la batería no se modelan por separado. Los costes son estimaciones gruesas que varían mucho según el país y el instalador.

Método e hipótesis

Inserta esta calculadora

Gratis para blogs, instaladores, centros educativos y ONG. Copia el código de abajo; se actualiza solo.