Solener

Siete módulos para estudiar y practicar

El itinerario enlaza los fundamentos con las tareas de instalación y mantenimiento. Cada módulo remite a capítulos de explicación, capítulos de desarrollo práctico y evidencias que permiten comprobar aprendizaje. Los capítulos 34 a 41 amplían instrumentación, estadística eólica, montaje, cimentaciones, cuadros y distribución a partir de los nuevos apuntes. Las ocho prácticas de laboratorio se desarrollan en el capítulo 41; las fichas de objetivos originales se catalogan en el anexo G.

El guion histórico procede del RD 2224/1998 y de los documentos del curso. La ficha oficial del BOE indica que el real decreto fue derogado el 11 de septiembre de 2008. Se conserva como estructura pedagógica, sin presentarlo como certificado vigente ni atribuir a este libro acreditación profesional. [F12]

Módulo 1 Radiación solar

Estudie espectro, irradiancia, irradiación y unidades; describa movimiento diario y estacional y recurso sobre un plano. Distinga declinación solar y magnética. Aprenda a medir, integrar y representar datos. Calcule sombras y explique efectos térmicos y fotovoltaicos, almacenamiento y selección de tecnología. El capítulo 34 desarrolla la instrumentación que complementa los fundamentos de los capítulos 11 y 12.

Módulo 2 Energía eólica

Estudie origen y variación del viento, distribución de velocidades y direcciones, instrumentación, plan de medidas, comparación con una estación y energía anual. Interprete curvas de potencia y conversión aerodinámica, tipologías, componentes e impactos. El capítulo 35 añade el tratamiento estadístico necesario para que una velocidad media no se confunda con una previsión de energía.

Módulo 3 Paneles solares fotovoltaicos

Desarrolle orientación, replanteo, sombras, superficies, soportes, cargas, dilatación e impermeabilización. Interprete tecnología y ficha, curvas, potencia y diodos. Prepare conexiones serie-paralelo, recorridos, tierra y verificación. El capítulo 36 reúne las tareas de montaje; las prácticas P1 a P5, P7 y P8 las ejercitan con muestras, planos o bancos apropiados.

Módulo 4 Aerogeneradores

Evalúe topografía, obstáculos, turbulencia, espacio, vibración e impactos. Describa torre, anclajes, cimentación, cargas, fatiga, regulación y frenado. Prepare inspección de transporte, uniones, engrase cuando corresponda, ensayos autorizados y protocolo de elevación. Complete interconexión, cableado, tierra y pruebas. El capítulo 37 corrige las simplificaciones de cimentación de los apuntes y establece qué datos requiere una comprobación real.

Módulo 5 Baterías y controles

Seleccione recinto y soportes y estudie temperatura, ventilación, transporte, terminales, conexiones y esfuerzos. Distinga capacidad, SOC y ensayo. Interprete cuadro y conversiones eléctricas, circuitos de potencia y señales, alarmas y secuencia autorizada. El capítulo 38 amplía estos aspectos y evita trasladar medidas de electrolito de plomo a una batería sellada o de litio.

Módulo 6 Líneas de distribución

Compare trazados, dibuje planta y unifilar, sitúe derivaciones, seleccione conductores y canalizaciones y calcule cada camino de una red en árbol. Identifique mecanismos, receptores, protecciones, conexiones y tierra. El capítulo 39 desarrolla el tramo común y los ramales y relaciona cálculo con medida bajo carga.

Módulo 7 Operación y mantenimiento

Verifique servicio, protecciones, control y medidas mediante procedimientos preparados. Confeccione plano final y plan de mantenimiento; explique generación y almacenamiento con un símil y sus límites. Prepare documentación, garantías y registro. El capítulo 40 reúne evaluación y entrega al usuario, con apoyo de los capítulos 29 y 30.

Organización del trabajo

El referente aportado asigna 25, 25, 60, 50, 80, 40 y 50 horas a los siete módulos: total 330 horas. Su desglose general es 180 de práctica, 115 de teoría y 35 de evaluación. Son datos del programa histórico, no una certificación de duración de lectura de esta edición. Para utilizar el libro se adapta el calendario a conocimientos previos, medios de laboratorio y proyecto elegido. [O9]

Conviene estudiar primero las magnitudes del capítulo 10, aunque se siga después el orden de los módulos. Toda actividad termina con una evidencia: cálculo, medida, esquema, inspección o explicación. Los resultados de aula no se presentan como ensayos realizados sobre una instalación que no se ha construido. El proyecto final del capítulo 40 integra las competencias y las aplicaciones específicas del resto del libro.

Empezar por lo que necesitamos

Necesitamos luz para leer, agua a una temperatura adecuada, un motor que mueva una bomba o una habitación confortable. La energía es el medio que permite prestar esos servicios. Describir primero el servicio evita un error frecuente: comprar una tecnología y después intentar encontrarle utilidad. Una vivienda que necesita agua caliente y una explotación que necesita bombear agua pueden tener consumos eléctricos parecidos y requerir soluciones completamente diferentes.

La energía se conserva, pero cambia de forma y se dispersa. Una resistencia convierte electricidad en calor; un motor convierte parte de la electricidad en trabajo mecánico; un generador convierte trabajo mecánico en electricidad. En cada transformación hay energía que deja de ser útil para el propósito elegido. Esa energía no desaparece: puede terminar calentando equipos, conductores o el ambiente.

La potencia indica la rapidez de una transferencia de energía. Un kilovatio hora es la energía asociada a un kilovatio durante una hora. El kilovatio hora no es un kilovatio por hora. Para una potencia constante, E = P × t. Para una potencia variable se suman intervalos o se integra la curva. La factura suele expresar energía; la potencia contratada o nominal expresa una capacidad de entrega instantánea.

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Recurso, fuente, vector y almacenamiento

El Sol, el viento y el agua con desnivel son recursos energéticos. Un captador solar, un aerogenerador y una turbina hidráulica son tecnologías de conversión. La electricidad transporta energía y permite accionar muchos receptores; es un vector energético. El hidrógeno producido mediante electricidad también es un vector. Para conocer su origen hay que examinar cómo se ha obtenido.

Una batería almacena energía que recibió antes. Una central de bombeo hace algo parecido elevando agua. Ninguna de las dos crea energía: devuelve una parte de la recibida. En cambio, una central hidráulica alimentada por aportaciones naturales aprovecha la energía del ciclo del agua. Mezclar generación y almacenamiento hace que las estadísticas y los balances resulten engañosos.

Unidades y órdenes de magnitud

Un julio es una unidad de energía del Sistema Internacional. Un vatio equivale a un julio por segundo; 1 kWh equivale a 3,6 MJ. Los prefijos multiplican la unidad: kilo es mil, mega es un millón y giga es mil millones. Una vivienda puede consumir kWh al día; una instalación industrial puede consumir MWh; un sistema eléctrico nacional se describe a menudo en TWh.

Ejemplo: Dos equipos, dos efectos

Un calefactor de 2 kW funciona 30 minutos y consume 1 kWh. Un router de 12 W funciona 24 horas y consume 0,288 kWh. El calefactor exige más potencia instantánea, pero el router mantiene un consumo continuo. En 30 días, ese router consumiría 8,64 kWh si su potencia real permaneciera constante.

Si cuatro receptores de 500 W funcionan simultáneamente, exigen 2 kW. Si cada uno funciona una hora en momentos separados, consumen en total 2 kWh, aunque la potencia simultánea pueda ser solo 500 W. El diseño debe comprobar ambas cosas.

Rendimiento y límites del sistema

El rendimiento es energía útil dividida por energía recibida, con un límite de medida definido. Si un motor recibe 1 kWh y entrega 0,85 kWh mecánicos, su rendimiento es 85 %. Si ese motor mueve una bomba, todavía faltan las pérdidas hidráulicas. No se debe presentar el rendimiento del motor como rendimiento completo del bombeo.

La comparación debe realizarse a igual servicio. Una lámpara de menor potencia puede iluminar mejor que otra si su eficacia y distribución luminosa son adecuadas. Una caldera y una bomba de calor no se comparan solo por potencia nominal: importan calor entregado, temperatura, consumo y funcionamiento estacional. La eficiencia reduce la energía necesaria antes de decidir cómo producirla.

Compruebe lo aprendido

Un aparato de 80 W funciona 6 horas. ¿Cuánta energía utiliza? 480 Wh, o 0,48 kWh. ¿Una batería de 5 kWh alimenta necesariamente una carga de 5 kW? No: debe admitir esa potencia y la duración dependerá de energía utilizable, pérdidas y reserva. ¿La electricidad es siempre renovable? No: depende de las fuentes que la produzcan.

Una familia con características diferentes

Las energías renovables aprovechan recursos que se reponen en escalas humanas, pero esa reposición no convierte en ilimitado cualquier aprovechamiento. El viento puede ser escaso en un valle; el caudal de un río disminuye en estiaje; la disponibilidad de biomasa depende de su producción y de los usos del territorio. El recurso y el emplazamiento condicionan la tecnología.

La energía solar fotovoltaica produce electricidad. La solar térmica proporciona calor a un fluido; la solar termoeléctrica utiliza calor de alta temperatura para generar electricidad. La eólica aprovecha el movimiento del aire. La hidráulica combina caudal y desnivel. La biomasa aporta energía química de materiales orgánicos. La geotermia utiliza el calor del terreno o de recursos profundos. Las tecnologías marinas aprovechan mareas, olas o corrientes, según su principio de funcionamiento.

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Cómo interpretar la situación actual

IRENA publicó en 2026 estadísticas de capacidad renovable con datos hasta el cierre de 2025. Su resumen registra 692 GW de nueva capacidad renovable durante 2025 y atribuye a las renovables el 85,6 % de las adiciones mundiales de capacidad eléctrica de ese año. Son datos de potencia instalada, no porcentajes de electricidad efectivamente producida ni de toda la energía consumida. Datos y gráfico: IRENA, Renewable Capacity Statistics 2026, © IRENA 2026. [F16]

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La potencia instalada mide capacidad nominal; la generación mide energía en un periodo. Una instalación de 1 MW que entregase esa potencia durante 1.000 horas produciría 1.000 MWh. Si otra de la misma potencia produjese durante 4.000 horas equivalentes, su energía sería cuatro veces mayor. Comparar solamente MW no explica la cobertura de la demanda.

En España, Red Eléctrica comunicó para 2025 una cuota renovable de generación del 55,5 % en el alcance sin autoconsumo y del 56,6 % al incorporar su aportación estimada. La diferencia ilustra la importancia del límite estadístico. Son cifras de generación eléctrica, no de toda la energía final del país. [F33]

Variabilidad y capacidad de gestión

La producción solar cambia con día, estación, nubosidad y orientación. La eólica depende de velocidades, direcciones y condiciones del emplazamiento. Una central hidráulica con embalse puede desplazar parte de su producción en el tiempo, dentro de restricciones de agua y operación. Una central fluyente depende más directamente de las aportaciones. La biomasa puede almacenarse, pero tiene costes de suministro y límites ambientales.

Se llama factor de capacidad a la energía producida dividida por potencia nominal multiplicada por las horas del periodo. Es una medida de utilización energética, no el rendimiento del convertidor. Tampoco describe por sí solo la probabilidad de disponer de potencia en una hora crítica. Dos recursos variables pueden tener el mismo factor de capacidad y perfiles de producción muy diferentes.

Ejemplo: Igual potencia, distinta producción

Una instalación didáctica de 5 kW entrega 7.000 kWh en un año de 8.760 horas. Su factor de capacidad es 7.000 / (5 × 8.760) = 0,160, aproximadamente 16 %. Sus horas equivalentes son 7.000 / 5 = 1.400 h. Esto no significa que solo haya funcionado 1.400 horas: pudo producir a potencias parciales durante muchas más.

Elegir sin recetas universales

Un buen estudio compara soluciones que cubren la misma necesidad y documenta superficie, accesos, recurso, mantenimiento, vida prevista, costes y restricciones. La mejor opción en una cubierta urbana puede diferir de la adecuada en una finca aislada. Un pequeño aerogenerador en una cubierta turbulenta no reproduce las condiciones de un parque eólico. Una caldera de biomasa exige logística y mantenimiento que no aparecen en una comparación basada solo en el combustible.

Compruebe lo aprendido

¿Un 50 % de capacidad renovable implica un 50 % de energía renovable? No: faltan producción y periodo. ¿Qué necesita estudiar primero un proyecto hidráulico? Caudal utilizable, salto neto, derechos y condiciones ambientales. ¿Puede trasladarse un porcentaje de ahorro de un país a cualquier vivienda? No: deben revisarse clima, servicio, equipos, tarifas y límites de comparación.

Medir antes de intervenir

Una auditoría sencilla comienza reuniendo facturas, horarios de uso, número de ocupantes, características del edificio y equipos. Después se separan servicios: iluminación, aparatos, climatización, agua caliente, bombeo y transporte. Una cifra anual oculta consumos permanentes, picos y necesidades de invierno. La medida por intervalos permite ver cuándo se utiliza la energía.

Un medidor de enchufe adecuado ayuda con algunos aparatos; los equipos cableados y las medidas en cuadros requieren instrumentación y procedimientos apropiados. En un frigorífico, medir cinco minutos no caracteriza los ciclos de compresor y desescarche. Para un equipo de climatización hay que relacionar consumo con temperatura exterior, consigna y ocupación. Anote siempre duración y condiciones de la medida.

Balance térmico de un edificio

Un edificio recibe calor por radiación solar, personas y equipos; lo pierde o gana por paredes, ventanas, cubierta y renovación de aire. En invierno conviene reducir pérdidas sin comprometer ventilación y calidad del aire. En verano se limita la entrada solar y se aprovecha la ventilación cuando las condiciones exteriores lo permiten. La misma ventana puede ser una ganancia útil en invierno y una fuente de sobrecalentamiento en verano.

La transmitancia U expresa el flujo térmico por superficie y diferencia de temperatura. En una aproximación estacionaria, P = U × A × ΔT. Este cálculo describe un componente; un edificio completo añade puentes térmicos, ventilación, ganancias y almacenamiento térmico. No equivale a una simulación anual.

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Ejemplo: Qué aporta reducir la transmitancia

Una pared de 40 m² tiene U = 1,2 W/(m²·K). Con 20 K de diferencia interior-exterior, pierde aproximadamente 1,2 × 40 × 20 = 960 W. Si una intervención reduce U a 0,4 W/(m²·K), la pérdida pasa a 320 W. La diferencia es 640 W en esas condiciones. Para convertirla en ahorro anual hace falta integrar las condiciones reales de operación.

Diseño pasivo con criterio local

Las estrategias pasivas aprovechan orientación, geometría, sombreado, aislamiento, estanqueidad y masa térmica. No requieren que todo el edificio tenga una única orientación ideal. Se estudia cada fachada, el uso de sus espacios y las sombras. Un alero que bloquea el Sol alto de verano puede permitir entrada del Sol bajo de invierno; las fachadas este y oeste presentan problemas distintos porque reciben radiación con ángulos bajos.

La masa térmica absorbe y libera calor; no elimina por sí misma la carga. Funciona mejor cuando existe una estrategia para descargarla o aprovecharla. La ventilación nocturna puede ser útil si el exterior está suficientemente fresco y si las condiciones de ruido, calidad del aire y seguridad lo permiten. Un edificio mal aislado no se corrige simplemente añadiendo equipos renovables.

Horarios y flexibilidad

Desplazar un consumo permite hacerlo coincidir con la generación solar, pero debe respetar su función. El bombeo hacia un depósito puede programarse durante horas solares si el almacenamiento de agua cubre el servicio. Un lavavajillas puede admitir cierto desplazamiento; una necesidad médica o una cadena de frío no. La flexibilidad se obtiene de procesos y reservas compatibles, no de apagar indiscriminadamente cargas.

Un presupuesto energético que se pueda revisar

Prepare una hoja con potencia medida, duración, energía y grado de certeza. Distinga un dato medido de uno tomado de etiqueta o estimado. Si hay incertidumbre, utilice escenarios. Una carga continua de 30 W supone 0,72 kWh al día; en un sistema aislado puede ser decisiva. Sustituirla por una carga de 10 W evita 0,48 kWh diarios antes de cualquier ampliación solar.

Compruebe lo aprendido

¿Puede calcularse el ahorro anual multiplicando 640 W por 8.760 h? Solo si esas condiciones se mantuvieran todo el año, algo normalmente falso. ¿Aislamiento y ventilación son incompatibles? No: se diseñan conjuntamente. ¿Una batería permite siempre desplazar toda la demanda? No: capacidad, potencia, pérdidas y función del servicio limitan el desplazamiento.

Temperatura y calor no son lo mismo

La temperatura describe un estado térmico; el calor es energía transferida por una diferencia de temperatura. Un pequeño recipiente puede estar muy caliente y contener menos energía térmica aprovechable que un depósito grande templado. Para calentar una masa sin cambio de fase se utiliza Q = m × cp × ΔT. En el agua, una aproximación frecuente es cp = 4,18 kJ/(kg·K).

Una diferencia de 1 °C corresponde a una diferencia de 1 K. Para fórmulas que emplean temperatura absoluta hay que convertir: T(K) = T(°C) + 273,15. Por ejemplo, las expresiones de radiación térmica dependen de temperatura absoluta, mientras que el cálculo sencillo de calentamiento emplea una diferencia.

El calor se transmite por conducción a través de materiales, por convección entre superficies y fluidos, y por radiación electromagnética. Un captador combina los tres mecanismos: absorbe radiación, conduce calor hacia sus canales y lo transfiere al fluido. El aislamiento y la cubierta reducen pérdidas, pero no las eliminan. Los fundamentos se desarrollan en los capítulos 2 a 5 del manual de Kalogirou aportado. [O12]

Ejemplo: Calentar agua para una vivienda

Se desean calentar 150 litros de agua desde 15 hasta 50 °C. Aproximando 1 litro de agua a 1 kg, Q = 150 × 4,18 × 35 = 21.945 kJ. Dividiendo por 3.600, resultan 6,10 kWh térmicos. No se incluyen pérdidas del depósito, distribución ni recirculación. La energía que debe recibir la instalación será mayor.

Captación y almacenamiento

Un captador plano suele tener cubierta, absorbedor, canales, aislamiento y carcasa. La radiación absorbida eleva la temperatura del fluido. Un captador de tubos evacuados reduce ciertas pérdidas mediante vacío; su conveniencia depende del servicio, condiciones y producto. La eficiencia del captador cambia con irradiancia y temperatura de trabajo: no se debe utilizar una cifra única para todo el año.

Un sistema de termosifón aprovecha circulación natural por diferencias de densidad y necesita una configuración compatible con ese principio. Un sistema de circulación forzada utiliza una bomba y control. Puede existir un circuito primario con fluido de transferencia e intercambiador separado del agua sanitaria. La disposición protege el agua potable y permite gestionar condiciones de helada según el diseño. [F18]

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Qué elementos hacen funcionar el conjunto

El depósito conserva calor para utilizarlo más tarde. El intercambiador transfiere energía sin mezclar los fluidos. La bomba vence la resistencia hidráulica y el regulador diferencial decide cuándo conviene circular. El vaso de expansión absorbe variaciones de volumen dentro de su diseño. Válvulas, purga, aislamiento y dispositivos de seguridad completan el sistema. Un dibujo de principio no define presiones ni selección de componentes.

En un depósito estratificado, el agua más caliente puede permanecer arriba y la más fría abajo. Esa organización ayuda a disponer de agua útil y a mantener una temperatura de retorno favorable al captador. Mezclar innecesariamente el depósito puede reducir esa ventaja. La circulación y los puntos de conexión se eligen atendiendo al fabricante y al esquema.

Un sistema necesita apoyo y control de extremos

La solar térmica no tiene por qué cubrir todas las necesidades en cualquier momento. Un sistema auxiliar garantiza el servicio cuando falta recurso. La fracción solar es el calor solar útil dividido por la demanda térmica definida durante un periodo. Debe indicarse si incluye pérdidas. Sobredimensionar para invierno puede producir excedentes y sobretemperaturas en verano.

La helada, la estagnación, la expansión del fluido, las quemaduras y la higiene del agua forman parte del diseño. No se resuelven manteniendo siempre la misma consigna ni usando cualquier anticongelante. En España deben revisarse el CTE DB-HE, el RITE y las disposiciones sanitarias que correspondan al tipo de instalación. [F9] [F25] [F26]

Más aplicaciones del calor solar

La energía solar térmica también puede precalentar agua de procesos, secar productos o aportar calor a climatización cuando temperaturas y demanda son compatibles. La refrigeración por absorción utiliza calor para accionar un ciclo específico; no equivale a un panel fotovoltaico alimentando un compresor. La desalación y el secado deben estudiar calidad del producto, agua o aire y consumo auxiliar, además del aporte solar. El manual de Kalogirou aporta un desarrollo amplio de esas aplicaciones. [O12]

En solar termoeléctrica de concentración, espejos dirigen radiación hacia un receptor. El calor puede transferirse a un ciclo de generación y, en determinados diseños, almacenarse térmicamente para desplazar producción. No es la misma conversión que la fotovoltaica; el recurso directo y las temperaturas tienen especial importancia. [F30]

Compruebe lo aprendido

¿6,10 kWh térmicos son necesariamente 6,10 kWh eléctricos? No: depende del equipo que aporta el calor. ¿Un captador trabaja mejor cuanto más caliente está? No: al aumentar su temperatura respecto al ambiente suelen crecer sus pérdidas. ¿Una fracción solar anual alta elimina la necesidad de apoyo? No: puede seguir habiendo horas o días sin suficiente aporte.

Transportar calor

Una bomba de calor extrae calor de un foco y lo entrega a otro utilizando trabajo, normalmente eléctrico. Un circuito frigorífico contiene evaporador, compresor, condensador y dispositivo de expansión. En calefacción, el evaporador toma calor del foco y el condensador lo entrega al edificio. En equipos reversibles puede cambiar el sentido funcional para refrigerar.

El balance simplificado es Qentregado = Qextraído + W. Por eso el calor entregado puede superar la electricidad consumida sin violar la conservación de la energía. Si se aportan 1 kWh eléctricos y se extraen 3 kWh del ambiente, se entregan 4 kWh térmicos. El COP de calefacción es calor entregado dividido por electricidad consumida en las condiciones de medida. [F17]

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Del ensayo al funcionamiento estacional

Un COP de catálogo corresponde a temperaturas y condiciones concretas. A lo largo del año cambian el clima, la temperatura de impulsión, las cargas parciales y los modos de funcionamiento. El rendimiento estacional relaciona calor total con consumo total dentro del periodo y del límite de medida. Debe aclararse si incluye bombas, controles, resistencias auxiliares y producción de agua caliente.

Una temperatura de suministro más alta suele exigir mayor diferencia térmica al equipo. Por eso importa la compatibilidad con radiadores, suelo radiante, ventiloconvectores o aire impulsado. No se presupone que todos los emisores existentes sean adecuados: se calcula la carga de cada estancia y la potencia que pueden entregar a las nuevas condiciones. También se revisan caudales, regulación y pérdidas de distribución.

Ejemplo: Electricidad para un servicio térmico

Una vivienda necesita 9.000 kWh térmicos de calefacción al año. Con un rendimiento estacional supuesto de 3,0, el consumo sería 9.000 / 3 = 3.000 kWh eléctricos. Con 2,2, sería 4.091 kWh. La diferencia, 1.091 kWh, muestra por qué no conviene dimensionar generación fotovoltaica a partir de un COP instantáneo optimista. Son escenarios didácticos, no previsiones de un modelo comercial.

Aerotermia y terreno

Un equipo aire-agua intercambia calor con el aire exterior y lo entrega a un circuito de agua. El aire exterior varía con el clima, y pueden intervenir desescarche y apoyos. Deben examinarse ruido, emplazamiento de la unidad exterior, condensados y comportamiento en las condiciones de proyecto.

Una bomba de calor geotérmica de baja temperatura utiliza un intercambiador enterrado o una captación de agua compatible con el recurso y los permisos. Un circuito cerrado puede ser horizontal o vertical; intercambia calor sin extraer necesariamente agua subterránea. El terreno no es una reserva infinita: conductividad, geometría, cargas y balance a largo plazo condicionan el campo. Esto se distingue de una central geotérmica que utiliza recursos profundos de temperatura suficiente para producir electricidad. [F19]

Integración con electricidad solar

La fotovoltaica puede alimentar parte del consumo de la bomba de calor, pero la coincidencia debe comprobarse. La calefacción suele necesitar energía en periodos de menor recurso solar. Un depósito o la inercia del edificio pueden desplazar una parte del funcionamiento; la utilidad depende de pérdidas, temperaturas y confort. Una batería eléctrica y un depósito térmico ofrecen servicios diferentes.

La comparación con una caldera se hace por calor útil entregado. Para una caldera, combustible requerido = calor útil / rendimiento. Para una bomba de calor, electricidad requerida = calor útil / rendimiento estacional. Después se introducen precios y costes de mantenimiento reales. El capítulo 48 desarrolla una comparación económica reproducible.

Compruebe lo aprendido

¿COP 4 significa rendimiento de conversión eléctrica del 400 %? No: se suma calor extraído del foco a la aportación eléctrica. ¿Aerotermia equivale a electricidad gratuita? No: exige trabajo eléctrico. ¿Toda la energía de una bomba de calor cuenta automáticamente como renovable en una justificación reglamentaria? No: la contribución se determina con los criterios y rendimientos aplicables.

Caudal y altura trabajan juntos

Una turbina hidráulica convierte energía del agua en trabajo mecánico y un generador lo transforma en electricidad. La potencia ideal asociada a un caudal Q y salto H es P = ρ × g × Q × H. Para potencia eléctrica se multiplica por el rendimiento global η. Con Q en m³/s, H en m y densidad en kg/m³, el resultado es W.

El salto bruto es una diferencia de cotas. El salto neto disponible en la turbina descuenta pérdidas hidráulicas de la conducción y otras condiciones del sistema. El caudal del río tampoco es igual al caudal disponible para generación: intervienen autorizaciones, caudal ecológico, otros usos y capacidad del aprovechamiento. Una medida tomada durante una crecida no caracteriza el recurso anual.

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Ejemplo: Una primera estimación hidráulica

Se dispone hipotéticamente de Q = 0,08 m³/s y Hneto = 12 m, con ηglobal = 0,70. P = 1.000 × 9,81 × 0,08 × 12 × 0,70 = 6.592 W, unos 6,59 kW. Si ese punto se mantuviera 2.000 horas, entregaría 13.184 kWh. En la práctica se calcula por intervalos de caudal y rendimiento, descontando paradas y restricciones.

Aprovechamientos fluyentes y con almacenamiento

Un aprovechamiento fluyente desvía o utiliza parte de la corriente y devuelve el agua después de pasar por la turbina. Puede tener poca capacidad para desplazar producción entre periodos. Un embalse permite gestionar parte del agua, pero la operación debe respetar otros servicios y condiciones. La elección de turbina depende de caudal, salto y variación: no se selecciona por potencia solamente. [F20]

La hidráulica puede aprovechar conducciones y estructuras existentes cuando las condiciones lo permiten. Eso no elimina el estudio de seguridad, sedimentos, mantenimiento, paso de fauna y efectos aguas abajo. Una instalación pequeña también puede producir impactos locales significativos. Un generador conectado a red necesita requisitos eléctricos y de operación, además del sistema hidráulico.

Bombeo: guardar energía elevando agua

El almacenamiento por bombeo utiliza electricidad para mover agua a una cota superior y después recupera parte de esa energía mediante turbina. La energía potencial ideal es E = ρ × g × V × H. El rendimiento de ida y vuelta incluye bombeo, generación y pérdidas; es menor que uno. Una central de bombeo pura es almacenamiento, aunque sus máquinas generen electricidad durante la descarga. [F21]

Ejemplo: Volumen y almacenamiento

Elevar 1.000 m³ de agua 50 m almacena idealmente 1.000 × 9,81 × 1.000 × 50 = 490,5 MJ, o 136,25 kWh. Si el rendimiento de generación supuesto es 0,80, podrían recuperarse 109 kWh. La electricidad necesaria para elevar el agua sería mayor que 136,25 kWh por las pérdidas de bombeo. Se ignoran aquí cambios de nivel y pérdidas variables.

El mar ofrece recursos distintos

Las mareas permiten aprovechar diferencias periódicas de nivel o corrientes; las olas transmiten energía asociada al oleaje. Las tecnologías no son intercambiables y dependen de batimetría, oleaje, corrientes, corrosión, accesibilidad y conexión. Una ventaja de previsibilidad de mareas no significa producción constante. La energía de las olas puede variar considerablemente con el estado del mar.

En un libro de iniciación conviene reconocer esos principios sin trasladar automáticamente costes o rendimientos de prototipos a instalaciones comerciales. Para estudiar un proyecto concreto se consultan datos del emplazamiento, experiencia operativa de la tecnología y evaluación ambiental. En comparación con una instalación sobre cubierta, el acceso y el mantenimiento marino introducen dificultades adicionales. [F34]

Compruebe lo aprendido

¿Un desnivel grande asegura mucha potencia? No: también hace falta caudal. ¿El bombeo devuelve toda la electricidad utilizada? No: existen pérdidas. ¿Puede calcularse energía anual con una potencia medida en un único día? Solo como escenario hipotético; para previsión hacen falta variación del recurso y condiciones de operación.

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Reconstruir una turbina: del hallazgo al equipo verificable

La turbina antigua de la lámina 62 abre una tarea de ingeniería inversa. El primer resultado es un inventario: carcasa, partes móviles, ejes, apoyos, uniones y mecanismos que sobreviven. Cada pieza conserva medidas, estado y relación con el conjunto. Limpiar y desmontar ayuda a observar, pero no sustituye medir.

La reconstrucción separa geometría recuperable y prestaciones desconocidas. Un diámetro visible no entrega una curva de rendimiento. Para proponer un aprovechamiento se necesita caudal, salto neto, régimen de giro, materiales y condiciones de operación. Los valores hidráulicos se relacionan con velocidad, cavitación cuando corresponda, pérdidas y límites mecánicos.

La posterior fabricación transforma el estudio en planos, tolerancias, selección de materiales, proceso y comprobaciones. Se comparan alternativas de reparación y sustitución. Los ensayos del prototipo registran caudal, presiones, velocidad y potencia con límites de medida definidos. El libro no presenta esas prestaciones como medidas mientras no exista un registro.

La serie fotográfica se lee como un proceso de reconstrucción, y se diferencia de las piezas de seguidores solares que antes estaban situadas en este tema. Esa separación permite estudiar hidráulica sin adjudicar a una corona de orientación la función de un rodete.

Materiales orgánicos y servicios energéticos

La biomasa reúne materiales orgánicos de origen reciente, como residuos agrícolas, forestales y determinadas corrientes de residuos. Puede convertirse en calor, electricidad o combustibles. La combustión aprovecha su energía química; la gasificación produce un gas mediante conversión termoquímica; la digestión anaerobia utiliza procesos biológicos para obtener biogás. Cada vía necesita materias primas y condiciones distintas. [F22]

Para una caldera interesa la calidad del combustible, humedad, poder calorífico, suministro y mantenimiento. El poder calorífico expresa energía por masa o volumen; no es energía útil entregada al edificio. El PCI no incluye la recuperación del calor de condensación del vapor de agua en las condiciones de referencia, mientras que el PCS sí. Una comparación debe utilizar bases coherentes.

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Ejemplo: De combustible a calor útil

Una muestra hipotética tiene PCI = 4,5 kWh/kg. Con un rendimiento global estacional supuesto de 0,80, cada kilogramo entregaría 3,6 kWh útiles. Para 7.200 kWh útiles harían falta 2.000 kg. Si el rendimiento fuese 0,65, se necesitarían 2.462 kg. Son valores de cálculo, no una especificación universal de pellets o leña.

Sostenibilidad y emisiones locales

Renovable no significa automáticamente neutro en carbono. El balance depende de origen, cambio de uso del suelo, regeneración, transformación, transporte y tiempos considerados. También importa qué otro uso podría tener la materia prima. La expansión de bioenergía debe valorar competencia con alimentos, biodiversidad y otros usos del territorio. Una evaluación de ciclo de vida explicita estas condiciones. [F23]

La combustión puede emitir partículas y otros contaminantes locales. Un proyecto necesita equipo adecuado, combustible compatible, evacuación de productos de combustión y mantenimiento. La gestión de cenizas, el almacenamiento y la reposición forman parte del servicio. La disponibilidad de combustible no demuestra que una instalación sea apropiada en cualquier entorno urbano.

Biogás y aprovechamiento conjunto

El biogás puede alimentar equipos de calor o cogeneración tras el tratamiento necesario. En cogeneración se aprovechan electricidad y calor de un mismo proceso. La suma solo es útil si existe demanda para ambos: producir calor que se disipa no equivale a aprovecharlo. Un cálculo debe distinguir composición del gas, energía del combustible, consumos auxiliares y productos de salida. La seguridad de gases y del proceso necesita equipos y procedimientos especializados.

Ejemplo: La importancia de utilizar el calor

Un proceso didáctico recibe 100 kWh de combustible y entrega 30 kWh eléctricos y 45 kWh térmicos recuperables. Si se utilizan ambos, la energía útil suma 75 kWh. Si solo se utilizan 10 kWh del calor disponible, el aprovechamiento útil baja a 40 kWh. Los valores son hipótesis para mostrar el límite del balance.

Hidrógeno: un vector que debe producirse

Un electrolizador utiliza electricidad para separar agua en hidrógeno y oxígeno. La utilidad ambiental de esa vía depende de la electricidad y del sistema de producción. Después pueden necesitarse tratamiento, almacenamiento y transporte, con consumos adicionales. El hidrógeno puede utilizarse como materia prima o combustible; si se reconvierte en electricidad se incorpora otra etapa y otras pérdidas. [F24]

No debe confundirse la posibilidad de almacenar energía durante mucho tiempo con una eficiencia alta de ida y vuelta. Tampoco basta con una etiqueta de color para evaluar emisiones: conviene definir el proceso y los límites del análisis. En la electrificación de un servicio se compara primero la utilización directa con las rutas que incorporan conversiones intermedias.

Ejemplo: Multiplicar rendimientos

Una cadena hipotética convierte electricidad en hidrógeno con rendimiento 0,65, conserva 0,90 después de auxiliares y entrega electricidad con rendimiento 0,50. El producto es 0,2925. De 100 kWh iniciales devolvería 29,25 kWh. No es un valor representativo de todos los sistemas: muestra cómo se acumulan pérdidas y por qué hay que declarar cada etapa.

Compruebe lo aprendido

¿El poder calorífico indica directamente el calor de una vivienda? No: se multiplica por combustible y rendimiento. ¿Cogeneración garantiza aprovechar todo el calor? No: hace falta demanda coincidente. ¿El hidrógeno es una fuente primaria renovable? En la ruta explicada es un vector producido utilizando otra energía.

La hora importa

Un balance anual es necesario, pero no garantiza disponibilidad en cada instante. Una vivienda puede generar más electricidad de la que consume al año y seguir importando por la noche. Un sistema aislado puede tener excedentes en verano y déficit en invierno. La red, la gestión de demanda y el almacenamiento ayudan de formas distintas; su elección depende del servicio.

El almacenamiento se describe por energía, potencia, duración, eficiencia y condiciones de operación. Una batería de 10 kWh con potencia máxima de 2 kW no equivale a otra de 10 kWh que admite 5 kW. Si hay 8 kWh utilizables y se extraen 2 kW constantes, la duración ideal es 4 horas antes de considerar pérdidas y reservas adicionales.

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Elegir la forma de guardar energía

Una batería electroquímica almacena energía para devolver electricidad. Un depósito de agua caliente almacena calor sensible. Un depósito elevado puede almacenar agua para un servicio de abastecimiento, incluso sin turbinarla después. El bombeo hidroeléctrico almacena energía potencial. Un combustible producido permite otra ruta de almacenamiento con conversiones adicionales.

Cuando el servicio final es térmico, conviene comparar almacenamiento térmico y eléctrico. Un depósito puede desplazar producción de agua caliente, pero tiene pérdidas y condiciones sanitarias. Cuando el servicio es bombeo, almacenar agua puede evitar parte de la necesidad de batería. La pregunta útil es qué servicio debe permanecer disponible y durante cuánto tiempo.

Balance de una batería por intervalos

Si se guarda energía en el depósito electroquímico, su estado cambia según la energía cargada y descargada. Con energía de entrada Eentrada y eficiencia de carga ηc, el incremento almacenado es Eentrada × ηc. Para entregar una energía Esalida en el lado de consumo, se extrae Esalida / ηd si ηd representa las pérdidas de descarga hasta ese lado. Nunca se deben contabilizar las mismas pérdidas dos veces.

Ejemplo: Un ciclo con límites definidos

Una batería comienza con 2,0 kWh almacenados. Recibe 3,0 kWh eléctricos y se supone ηc = 0,95: suma 2,85 kWh. Después entrega 1,8 kWh al límite de consumo con ηd = 0,90: se extraen 2,0 kWh. Termina con 2,85 kWh. El cálculo no incluye consumo en reposo ni límites de capacidad; ambos deben añadirse al modelo real.

Red y microrred

Una red conecta generación y consumos mediante infraestructuras y reglas de operación. Debe mantener tensión, frecuencia, calidad y capacidad de transporte. Una microrred agrupa recursos y cargas que pueden operar de manera coordinada y, si está diseñada para ello, separarse de una red mayor. Tener generación distribuida no garantiza capacidad de funcionar durante un apagón.

El funcionamiento aislado necesita una referencia eléctrica, control de potencia, protecciones y coordinación de fuentes. La transición y la reconexión son funciones concretas del sistema. Un inversor convencional de autoconsumo puede detenerse al faltar la red aunque haya Sol. La salida de respaldo de un equipo híbrido puede tener potencia y cargas autorizadas distintas de su conexión normal.

Gestión de demanda con prioridades

Clasifique las cargas en críticas, desplazables y prescindibles en una emergencia. Defina cuánto pueden desplazarse y qué reserva requieren. Una estrategia puede priorizar autoconsumo directo, cargar almacenamiento con excedentes previstos y reservar una parte para cargas críticas. La mejor regla depende de clima, precios, degradación y objetivo del sistema; no existe una consigna universal.

Para evaluar una estrategia, utilice perfiles temporales y registre energía útil, importaciones, excedentes, pérdidas y horas sin servicio. Reducir importaciones puede aumentar ciclos de batería; mantener reserva puede disminuir ahorro inmediato. Los criterios deben hacerse explícitos para poder comparar alternativas.

Compruebe lo aprendido

¿Qué batería durará más: 5 kWh o 10 kWh? No puede saberse sin energía utilizable y carga. ¿Un saldo anual positivo garantiza autonomía? No: hay que evaluar el tiempo. ¿Un depósito de agua caliente respalda un frigorífico durante un corte? No: almacena un servicio térmico diferente.

Una fuente y varias tecnologías

La radiación solar llega a la Tierra como energía electromagnética. Una instalación térmica la aprovecha para obtener calor; una instalación fotovoltaica la transforma directamente en electricidad mediante semiconductores. Un módulo fotovoltaico no necesita hervir agua, mover una turbina ni calentarse para producir. De hecho, a igualdad de irradiancia, el aumento de temperatura de las células suele reducir la potencia de los módulos de silicio.

La electricidad fotovoltaica es modular. Una célula forma parte de un módulo, varios módulos forman un generador y ese generador se integra con equipos de conversión, protección, medida y, cuando se necesita, almacenamiento. La misma cadena conceptual sirve para una pequeña estación de comunicaciones y para una instalación de gran potencia. Lo que cambia es la escala y la complejidad del proyecto. [F1]

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Energía renovable y uso eficiente

La primera decisión de diseño debe ser cuánto consumo puede evitarse. Sustituir una iluminación ineficiente, mejorar un horario de funcionamiento o eliminar un consumo permanente puede reducir la potencia solar, el tamaño de batería y el coste de reposición. Este efecto es especialmente importante en instalaciones aisladas, donde cada kilovatio hora adicional exige generación y almacenamiento.

La ausencia de combustible durante la operación no significa ausencia de impactos a lo largo del ciclo de vida. Hay fabricación, transporte, ocupación de superficie y gestión de residuos. Una instalación bien dimensionada, duradera y reparable utiliza mejor los materiales que una compra sobredimensionada sin demanda aprovechable. El mantenimiento y la trazabilidad forman parte del aprovechamiento energético.

De las primeras células a los sistemas actuales

El material de origen explica la evolución desde la observación del efecto fotovoltaico hasta la fabricación de células de silicio y su aplicación a satélites, electrificación rural y conexión a red. Esa evolución ayuda a entender por qué la fiabilidad, el precio y el rendimiento son criterios diferentes. Una tecnología puede ser adecuada para una aplicación especial sin ser la opción más conveniente para una cubierta convencional.

En la selección actual interesa comparar productos concretos. Las antiguas clasificaciones monocristalino, policristalino y amorfo siguen siendo útiles para estudiar materiales, pero no bastan para valorar módulos con arquitecturas de célula, encapsulados y garantías distintas. La decisión se apoya en ficha técnica, ensayos, compatibilidad y servicio posventa, no en una etiqueta aislada.

Preguntas de comprensión

¿Por qué una batería no es imprescindible en todo sistema solar? Porque la demanda puede coincidir con la generación o puede existir una red que aporte energía cuando el generador no produce. ¿Por qué la eficiencia del módulo no equivale al rendimiento del sistema? Porque intervienen otras pérdidas y condiciones de operación después de la conversión en la célula.

Tensión corriente potencia y energía

La tensión U se mide en voltios, la corriente I en amperios y la potencia P en vatios. En corriente continua, para un punto de funcionamiento determinado, P = U × I. La energía es la potencia integrada durante el tiempo. Si un receptor consume 100 W de forma constante durante 5 horas, utiliza 500 Wh, equivalentes a 0,5 kWh.

El vatio es una unidad de potencia; el vatio hora es una unidad de energía. Escribir W/h para el consumo de una vivienda es incorrecto. W/h describiría una variación de potencia por unidad de tiempo. Esta distinción evita errores en el cálculo de baterías y en la comparación con facturas eléctricas.

En corriente alterna aparecen potencia activa, potencia aparente y factor de potencia. Para una carga monofásica sinusoidal, P = U × I × cos φ. Con cargas electrónicas se utiliza el factor de potencia real, que también puede incorporar el efecto de la distorsión. Para un sistema trifásico equilibrado, P = √3 × U de línea × I × factor de potencia.

Corriente continua y alterna

Los módulos y las baterías trabajan en continua. La red y muchos receptores utilizan alterna. Un inversor convierte continua en alterna; un cargador realiza la conversión necesaria para cargar la batería desde una fuente de alterna. Un equipo híbrido puede reunir varias funciones, pero eso no demuestra que todas puedan utilizarse simultáneamente ni que disponga de salida de respaldo.

Una batería de 48 V nominales y 100 Ah representa aproximadamente 4,8 kWh nominales. No proporciona necesariamente 4,8 kWh útiles en la salida de alterna. Influyen la ventana de descarga permitida, la eficiencia, la temperatura, el envejecimiento y los límites de corriente. La tensión nominal tampoco permanece constante durante todo el ciclo.

Elaborar un inventario de cargas

Anote cada receptor, su potencia real, horas de uso, estacionalidad y necesidad de continuidad. Para aparatos de ciclo variable, como frigoríficos, una medición diaria es más fiable que multiplicar la potencia de placa por 24 horas. Para motores hay que registrar potencia de funcionamiento y arranque. Para cargas críticas importa también cuánto tiempo pueden permanecer desconectadas.

Ejemplo: Una demanda diaria sencilla

Iluminación: 4 lámparas de 8 W durante 5 h = 160 Wh. Ordenador: 60 W durante 4 h = 240 Wh. Frigorífico medido: 700 Wh/día. Otros consumos: 200 Wh/día. Total = 1.300 Wh/día. Si las pérdidas posteriores al almacenamiento se representan mediante una eficiencia de 0,90, la energía que debe salir de la batería es 1.300 / 0,90 = 1.444 Wh/día. El cálculo todavía no incluye las pérdidas de carga ni el consumo propio que no figure en el inventario.

Irradiancia e irradiación

La irradiancia G es la potencia solar incidente por unidad de superficie y se expresa en W/m². La irradiación H es la energía solar recibida por unidad de superficie durante un intervalo y se expresa en Wh/m², kWh/m² o MJ/m². Una irradiancia de 800 W/m² durante una hora constante equivale a una irradiación de 0,8 kWh/m².

La radiación global sobre una superficie reúne una contribución directa, una difusa y, en una superficie inclinada, una contribución reflejada por el entorno. La nubosidad modifica estas componentes. Un día nublado no implica producción exactamente nula, pero puede reducir mucho la energía disponible. El horizonte, los edificios y los árboles también alteran la radiación aprovechable.

La radiación extraterrestre se estudia antes de atravesar la atmósfera. Para dimensionar una instalación interesa el recurso que alcanza el plano del generador. No se obtiene multiplicando una constante solar por las horas de luz. La atmósfera, la geometría y el estado del cielo deben formar parte de la estimación.

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Horas solares pico

Las horas solares pico son una equivalencia energética respecto a una irradiancia de referencia de 1 kW/m². HSP = H / (1 kW/m²). Si el plano de los módulos recibe 4,5 kWh/m² en un día, equivale a 4,5 horas a 1 kW/m². Ese día puede tener diez horas de luz y una curva de irradiancia muy variable.

Las HSP permiten un predimensionado energético. No describen el tiempo real de funcionamiento de una bomba ni garantizan que una batería se cargue. Para esos casos importan los umbrales de los equipos y la secuencia horaria. La suma de la energía de dos días tampoco garantiza cubrir una carga que debe funcionar entre ambos sin suficiente almacenamiento.

Datos para el proyecto

Se necesita la localización exacta, el periodo de datos, el plano de captación y la resolución temporal. Un promedio anual sirve para una primera comparación; un sistema aislado exige revisar meses desfavorables y secuencias con poca radiación. Si la demanda de riego se concentra en verano, el mes de diseño debe relacionar recurso y demanda de agua, no seleccionarse automáticamente por la irradiación mínima anual.

PVGIS permite consultar radiación y estimaciones de producción. Para conservar un estudio reproducible se registran versión, base climática, coordenadas, inclinación, azimut, horizonte, tecnología y pérdidas introducidas. Sus resultados son estimaciones meteorológicas y de modelo; no constituyen una garantía de producción ni sustituyen la visita al lugar. [F2]

Ejemplo: Convertir una tabla antigua

Una irradiación de 18 MJ/m²/día equivale a 18 / 3,6 = 5 kWh/m²/día. Si el dato corresponde al plano horizontal, no debe utilizarse como si fuera un dato del plano inclinado. Primero se transforma o se obtiene directamente la irradiación sobre el plano del generador.

Definir los ángulos sin ambigüedad

La latitud sitúa el emplazamiento al norte o al sur del ecuador. La altura solar mide el ángulo del Sol sobre el horizonte. La inclinación del generador mide el ángulo del módulo respecto a la horizontal. El azimut describe la orientación horizontal y debe acompañarse de su convención.

En este libro se usa, para los ejemplos de generación, sur = 0°, este = -90° y oeste = +90°. Una brújula suele medir desde el norte en sentido horario; por ello una lectura de 195° representa una orientación 15° al oeste del sur. Hay herramientas que usan otras convenciones. Antes de introducir un número debe comprobarse la definición del programa y, cuando proceda, la declinación magnética.

En el hemisferio norte una orientación sur suele favorecer la captación anual de una superficie fija sin obstáculos, pero la solución óptima depende del lugar y del objetivo. Un reparto este-oeste puede ampliar el horario de generación y aprovechar mejor una cubierta. En una vivienda con consumo por la tarde puede interesar estudiar una orientación oeste aunque reduzca parte de la producción anual.

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Sombras cercanas y lejanas

Las sombras cercanas pueden afectar parcialmente a células o subcadenas y producir un comportamiento eléctrico no lineal. La pérdida no siempre coincide con el porcentaje de superficie sombreada. Las sombras lejanas se describen mediante el perfil del horizonte y bloquean el Sol según su altura y dirección. Ambos efectos deben estudiarse en las épocas y horas relevantes.

Un levantamiento de obstáculos registra altura, distancia, orientación y posibilidad de cambio. Un árbol crece; una chimenea puede proyectar sombra en invierno; una nueva construcción puede modificar el horizonte. La fotografía de un mediodía de verano no representa todo el año. Para comparar alternativas conviene modelar la geometría y comprobar los puntos críticos con observación local.

Distancia entre filas

En un terreno horizontal y en una sección alineada con la dirección de la sombra, la altura de una fila es h = L × sen β. La longitud de sombra horizontal asociada a una altura solar α es s = h / tan α. La separación libre aproximada entre filas debe superar esa sombra para el instante elegido. La ocupación horizontal de la propia fila es L × cos β. La suma de ambas magnitudes permite estimar el paso entre filas.

Ejemplo: Dos filas en una cubierta plana

Un módulo de longitud 2 m se coloca a 30°. Su altura es 1 m y su proyección horizontal 1,73 m. Para una altura solar de 20°, la sombra calculada en la sección es 1 / tan 20° = 2,75 m. El paso aproximado es 4,48 m. Es una comprobación geométrica simplificada; la posición solar tridimensional, desniveles y filas distintas requieren un estudio completo.

La geometría se verifica en el emplazamiento

Una orientación anual favorable puede resultar inadecuada si el servicio se concentra en invierno, si la cubierta impone otra posición o si aparece una sombra a la hora decisiva. La pregunta de proyecto consiste en encontrar producción útil dentro de esas restricciones. Un dibujo solar ofrece geometría; una serie de recurso y un modelo eléctrico ayudan a traducirla en energía.

El manual desarrolla medición de obstáculos y separación entre filas. Son buenas tareas de aprendizaje si se explicitan los supuestos. La altura solar debe corresponder a fecha, hora y lugar; la proyección de sombra requiere también azimut. La sección de un obstáculo aislado no representa automáticamente todo un tejado con chimeneas, árboles y varias filas.

Los porcentajes de pérdidas admisibles y referencias al CTE que aparecen en el archivo son históricos. Se conservan como contexto documental, y el proyecto consulta la versión aplicable. Una fórmula de inclinación basada solo en latitud es una aproximación inicial. La decisión final compara energía, demanda, limpieza, viento, accesos y sombras. También registra la convención de azimut de la herramienta para no introducir un giro de 180 grados sin advertirlo.

Lectura técnica del archivo Solener: orientación, sombras y superficie

Selección adaptada del manual Solener aportado. Describe el contexto técnico de su edición; las cifras de equipos, procedimientos de modelo y prescripciones históricas se interpretan con los comentarios anteriores. Se conservan las explicaciones documentales, sin presentarlas como especificaciones actuales de toda la tecnología.

Pérdidas por orientación e inclinación del panel fotovoltaico Así mismo hay que tener en cuenta la inclinación óptima de los paneles ya que de esta manera obtendremos la máxima energía y las menores pérdidas posibles, esta inclinación y la latitud (Ф) del lugar nos da un coeficiente K que obtendremos en tablas para la corrección de la Irradiación recibida sobre plano horizontal también obtenida en tablas (Gdm (0)).

Gdm (βopt,αopt) = Gdm (0) · K Para la inclinación óptima utilizamos el mapa solar para una latitud de 41º.

En el mapa de la figura 26 se puede observar que el punto donde se recibe el 100% de Irradiancia es mirando al sur (0º) y con una inclinación de 35º (punto negro). Se considera esta inclinación anual, ya que en los meses de otoño y primavera recibe el panel los rayos del sol perpendiculares y en los meses de verano e invierno hay una diferencia con respecto a la inclinación óptima de -23,5º o +23,5º respectivamente. Por ese motivo se utiliza el valor más desfavorable de irradiación con respecto a la inclinación óptima anual que corresponde a los meses de invierno. De esta forma cubrirá todo el año.

Si la instalación se realiza en una latitud diferente se calculará la inclinación óptima de la siguiente manera, en primer lugar debemos saber la latitud del lugar y después la colocaremos en la siguiente expresión:

βopt = 35º - (41º - latitud) Se utilizan como referencia los 35º de inclinación óptima en una latitud de 41º.

En cuanto al azimut lo podemos averiguar fácilmente con una brújula, de tal forma que la orientación sur de la misma marcará 180º este será el punto donde deben orientarse los paneles solares.

Código técnico de la edificación HE5 En el caso que la instalación se realice en un lugar de inclinación y orientación fijas (tejado), debemos comprobar que las pérdidas por estos motivos y por las sombras no superen los siguientes valores:

Tipo de instalación Orientación e inclinación (OI) Sombras (S) Total (OI+S) Superposición 20 % 15 % 30 % Integración arquitectónica 40 % 20 % 50 % En el caso de pérdidas por orientación e inclinación se procede de la siguiente manera.

En primer lugar se debe averiguar cual es el azimut del generador, la orientación de la cubierta donde vayan instalados los módulos. Con la brújula se comprueba dicha orientación y se calcula su valor de azimut. Al valor en grados que nos de la brújula se le restan 180º ya que es el valor equivalente del sur de la brújula con los 0º del sur en azimut.

Az = Brújula – 180º Una vez obtenido el azimut nos vamos al mapa solar de la figura 26 y con ese valor trazamos una línea imaginaria desde el centro pasando por todos los círculos concéntricos que nos marcan la inclinación hasta el último de valor 90º.

Teniendo en cuenta que el punto negro del mapa de la figura 26 es el valor máximo de 100 % de Irradiancia y considerando una instalación de tipo general, las máximas perdidas que podemos admitir son del 10 % o sea que la línea exterior de la zona rayada horizontal será el límite que nos marcará el mínimo y máximo de inclinación según el azimut que hemos utilizado como valor inicial.

Si la inclinación de la cubierta elegida esta dentro de ese mínimo y máximo se podrá realizar sin modificación En el caso de tener la instalación en una latitud distinta a la del mapa, se corregirán los límites de inclinación aceptables en función de la diferencia entre la latitud del lugar en cuestión y la de 41º, de acuerdo a las siguientes fórmulas:

a) inclinación máxima = inclinación (_ = 41º) – (41º - latitud); b) inclinación mínima = inclinación (_ = 41º) – (41º- latitud); siendo 5º su valor mínimo.

En casos cercanos al límite y como instrumento de verificación, se podrá utilizar la siguiente fórmula:

para 15º < β < 90º Nota: α, β, φ se expresan en grados sexagesimales, siendo Ф la latitud del lugar.

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Ejemplo de cálculo Supongamos que se trata de evaluar si las pérdidas por orientación e inclinación del generador están dentro de los límites permitidos para una instalación fotovoltaica en un tejado orientado según la brújula 195º suroeste.

La inclinación del tejado es de 40º respecto a la horizontal, para una localidad situada en el archipiélago Canario cuya latitud es de 29º.

Conocido el azimut determinamos en la figura 28 los límites para la inclinación en el caso de Ф = 41º. Los puntos de intersección del límite de pérdidas del 10 % (borde exterior de la región 90-95 %), máximo para el caso general, con la recta de azimut nos proporciona los valores:

- Inclinación máxima 60º Corregimos la latitud del lugar:

- Inclinación mínima = 5º - (41º - 29º) = -7º, que está fuera de rango por lo tanto la inclinación mínima es

- Inclinación máxima = 60º - (41º - 29º) = 48º Por tanto, esta instalación, de inclinación 40º, cumple los requisitos de pérdidas por orientación e inclinación.

El procedimiento consiste en la comparación del perfil de obstáculos que afecta a la superficie de estudio con el diagrama de trayectorias del sol. Los pasos a seguir son los siguientes:

- Localización de los principales obstáculos que afectan a la superficie, en términos de sus coordenadas de posición acimut (ángulo de desviación con respecto a la dirección sur) y elevación (ángulo de inclinación con respecto al plano horizontal). Para ello puede utilizarse un teodolito.

- Representación del perfil de obstáculos en el diagrama de la figura 29, en el que se muestra la banda de trayectorias del sol a lo largo de todo el año, válido para localidades de la Península Ibérica y Baleares (para las Islas Canarias el diagrama debe desplazarse 12º en sentido vertical ascendente). Dicha banda se encuentra dividida en porciones, delimitadas por las horas solares (negativas antes del mediodía solar

Cada una de las porciones de la figura 29 representa el recorrido del sol en un cierto periodo de tiempo (una hora a lo largo de varios días) y tiene, por tanto, una determinada contribución a la irradiación solar global anual que incide sobre la superficie de estudio. Así, el hecho de que un obstáculo cubra una de las porciones supone una cierta pérdida de irradiación, en particular aquélla que resulte interceptada por el obstáculo. Debe escogerse como referencia para el cálculo la tabla más adecuada de entre las que se incluyen a continuación.

Estas tablas se refieren a distintas superficies caracterizadas por sus ángulos de inclinación y orientación (β y α, respectivamente). Debe escogerse aquélla que resulte más parecida a la superficie en estudio. Los números que figuran en cada casilla se corresponden con el porcentaje de irradiación solar global anual que se perdería si la porción correspondiente resultase interceptada por un obstáculo.

La comparación del perfil de obstáculos con el diagrama de trayectorias del sol permite calcular las pérdidas por sombreado de la irradiación solar que incide sobre la superficie, a lo largo de todo el año. Para ello se han de sumar las contribuciones de aquellas porciones que resulten total o parcialmente ocultas por el perfil de obstáculos representado. En el caso de ocultación parcial se utilizará el factor de llenado (fracción oculta respecto del total de la porción) más próximo a los valores 0,25, 0,50, 0,75 ó 1.

Se puede dar el caso en una instalación fotovoltaica la posibilidad de tener sombras que podemos evitar como el caso de una instalación conectada a red con soportes fijos en suelo, los llamados huertos solares, ya que con separar convenientemente unas filas de otras las sombras ya no incidirán sobre los paneles fotovoltaicos.

Tampoco es conveniente separar mucho las filas por el espacio que se desaprovecharía. La manera más exacta de saber cuanto hay que separarlas depende de la latitud del lugar donde se haga la instalación.

En primer lugar debemos saber la altura del soporte, para eso nos ayudamos de las razones trigonométricas.

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Βopt = 35º - ( 41º - latitud) Con la inclinación óptima y la longitud del panel (L) que nos da el fabricante, calculamos su altura:

h = sen βopt · L Le sumamos una altura de 30 cm que debe tener el panel al suelo como mínimo, la llamamos h´.

hT = h + h´ Por último calculamos la distancia entre filas de paneles con la siguiente expresión:

d = hT / tang (67º - latitud) Este cálculo nos sirve también para instalaciones aisladas de red en las que tengamos obstáculos como árboles por ejemplo, solamente necesitamos saber la altura del árbol que será hT y la latitud del lugar, el resultado será la distancia a la que debemos poner los paneles fotovoltaicos.

Para calcular de una manera fiable la altura del árbol utilizamos un teodolito, otra manera es hallando la tangente que forme la medida de la sombra (S) de una vara recta que clavemos en el suelo con la medida de la vara (P), ese valor lo multiplicamos por la medida de la sombra del árbol (S´) y nos dará una buena aproximación de su altura (hT).

tang (φ) = P / S hT = S´ · tang (φ) Puede ocurrir que el espacio del que se dispone para instalar los paneles fotovoltaicos no es suficientemente largo y la sombra incide sobre estos, en esos casos la solución más adecuada es elevar el soporte y así restar altura al obstáculo, para saber la altura a la que debemos subir los paneles fotovoltaicos realizamos las siguientes operaciones:

Actuamos al contrario que en el caso anterior, debemos saber cual es la altura máxima que puede tener el obstáculo con la distancia que disponemos:

h = d · tang (67 – latitud) Restamos la altura del obstáculo (hT) a la altura máxima de la operación (h) y esa será la altura (h´) a la que debemos elevar los paneles para que no les de la sombra:

h´ = hT – h Debemos tener en cuenta que las sombras en un panel es la anulación del mismo, por lo tanto debemos poner todos los medios posibles para evitarlas.

Superficie necesaria en una instalación fotovoltaica Con el fin de saber si tendremos espacio suficiente para ubicar todos los paneles de una instalación debemos saber que superficie en m² nos van a ocupar.

- Se suman los dos resultados y se multiplican por el número de filas o ramas (Nºr) restando la distancia de la última fila, de esta manera hallaremos la longitud instalada total (LT).

- Continuamos con la anchura total (aT) de todos los paneles instalados, multiplicando la anchura de cada panel (ap) más 10 o 20 mm de distancia entre ellos para ventilarse por el número de paneles que se instalan en cada fila o rama (Nºp/r).

- Por último multiplicamos los valores totales (pasados a metros) de longitud (LT) y de anchura (aT) y obtendremos la superficie (S) en m² que ocuparía la instalación en un principio, por supuesto los resultados se pueden modificar de acuerdo a la configuración de los paneles.

INSTALACIONES DE ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA

Referencia: manual Solener.

Cómo se genera la corriente

Una célula contiene un semiconductor con una estructura que permite recoger cargas generadas por la absorción de luz. Los fotones con energía adecuada pueden crear pares electrón-hueco. El campo eléctrico interno y los contactos permiten extraer corriente hacia un circuito externo. La célula entrega energía al receptor cuando existe un camino eléctrico y un punto de funcionamiento compatible. [F3]

No toda la radiación incidente se transforma en electricidad. Parte se refleja, parte no se absorbe de manera útil y parte se pierde por procesos internos. El diseño de la célula busca reducir pérdidas ópticas, recombinación y resistencia. La energía sobrante contribuye al calentamiento. La eficiencia se define para unas condiciones de ensayo, no como un valor idéntico durante toda la vida del dispositivo.

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Silicio y otras tecnologías

El silicio monocristalino procede de una estructura cristalina continua. El multicristalino contiene distintos granos. El silicio amorfo y otros materiales de película delgada se depositan en capas sobre un soporte. La cantidad de material, el proceso de fabricación y el comportamiento eléctrico dependen de cada tecnología. El color o la forma no constituyen una prueba suficiente para identificar un producto ni para determinar su calidad.

Las arquitecturas PERC, TOPCon y heterounión describen maneras diferentes de construir o pasivar la célula. Los contactos posteriores modifican la disposición de metalización. Un módulo bifacial puede aprovechar radiación por la cara posterior si la instalación lo permite. Esta capacidad no implica una ganancia fija: depende de la altura, la separación, el suelo, las sombras y la estructura.

Estas categorías pueden superponerse. Un módulo puede ser monocristalino, de una determinada arquitectura y bifacial a la vez. Para comparar ofertas se pide una ficha técnica concreta, un historial de ensayos y condiciones de garantía, evitando comparar etiquetas que describen aspectos diferentes del mismo producto.

Célula módulo y generador

Una célula entrega una tensión pequeña. Conectar células en serie eleva la tensión; organizar conexiones y subcadenas permite construir el módulo. Varias unidades se conectan en serie para formar una cadena o string. Las cadenas pueden conectarse en paralelo cuando las entradas y protecciones del equipo lo permiten.

La corriente de una conexión en serie está condicionada por todos sus elementos. Si una célula queda sombreada, el resto puede forzarla a trabajar en condiciones perjudiciales. El diseño del módulo y sus diodos de derivación limitan ciertos efectos, pero no eliminan la necesidad de estudiar sombras. En paralelo, las tensiones de funcionamiento deben ser compatibles para evitar pérdidas y comportamientos inadecuados.

El material no explica por sí solo la prestación

La célula conecta física de materiales y diseño eléctrico. La luz que absorbe puede crear portadores; el dispositivo debe recogerlos antes de que se recombinen. Las líneas metálicas ayudan a transportar corriente y, al mismo tiempo, ocupan parte de la superficie iluminada. El diseño busca un equilibrio entre pérdidas ópticas, resistencia y fabricación. No basta con decir que un material absorbe mucha luz.

La descripción clásica de una cara n y una cara p sirve para introducir la unión, pero no define todas las arquitecturas actuales. Los contactos, las capas y el sentido de la estructura cambian entre tecnologías. También debe corregirse una identificación del manual: el silicio es el segundo elemento más abundante de la corteza terrestre después del oxígeno, no del carbono. La referencia del USGS confirma su posición; abundancia no equivale a disponibilidad de material solar purificado.

Las eficiencias y cuotas de mercado de las familias antiguas pertenecen a su contexto. Para comparar productos actuales se utiliza una ficha con área, potencia y condiciones comunes. Una célula y un módulo tienen límites de medida diferentes. El marco, los espacios entre células, los contactos y el encapsulado intervienen cuando la comparación pasa del dispositivo al equipo terminado.

Comprobación de materiales: USGS, Mineral resource of the month: silicon; referencia N02.

Lectura técnica del archivo Solener: célula y materiales

Selección adaptada del manual Solener aportado. Describe el contexto técnico de su edición; las cifras de equipos, procedimientos de modelo y prescripciones históricas se interpretan con los comentarios anteriores. Se conservan las explicaciones documentales, sin presentarlas como especificaciones actuales de toda la tecnología.

Célula fotovoltaica Composición y elaboración La célula fotovoltaica es el medio por el cual se produce el efecto fotoeléctrico.

imperfecciones, lo que se denomina silicio ultra puro al 99.999 %.

El silicio se produce en barras llamadas “lingotes” de sección redonda o cuadrada. Estos lingotes son luego cortados en láminas delgadas de 200 micrómetros de espesor, que se llaman “obleas”. Después del tratamiento para la inyección del enriquecido con dopante (P As SB o B) y obtener así los semiconductores de silicio tipo P o N, las obleas son “metalizadas”: unas cintas de metal se incrustan en la superficie y se conectan a contactos eléctricos. Una vez que las obleas se metalizan se han convertido en células solares.

El consumo energético para su elaboración hace que la célula tenga que trabajar entre 2 y 3 años para cubrir la energía que fue necesaria para su elaboración.

La clásica célula fotovoltaica ronda los 0.25 y 0.35 mm de espesor, compuesta por silicio monocristalino, policristalino o amorfo.

Tipos de células Monocristalino A partir del silicio ultra puro se elabora el proceso de fabricación mediante el llamado método Czochralski o Cz, el más común por su rendimiento final en la célula, este consiste en fundir el silicio en un crisol con una pequeña porción de boro, una parte por millón, formando una masa a 1400ºC. Cuando toda la mezcla está en estado líquido, se hace girar una varilla con una semilla de cristal germen de silicio, sobre el cual se pondrán poco a poco nuevos átomos del material procedentes del líquido, quedando perfectamente ordenados según su estructura y quedando como un solo cristal. La solidificación de los átomos de silicio se realiza en tres direcciones espaciales perpendiculares entre sí, y sin imperfecciones.

Una vez obtenido el cilindro de silicio monocristalino, se corta en delgadas obleas, de unos 0,3 mm. La capa superficial se restaura del corte mediante baños químicos y, posteriormente, la oblea se introduce en hornos especiales que alcanzan entre 800 y 1.000ºC y que contienen una atmósfera rica en fósforo. Ahí, el fósforo se va difundiendo es la cara que se quiere dopar y forma así la unión P-N. A continuación se dota a la oblea de una capa antirreflectante para un mayor aprovechamiento de la radiación solar, así como los contactos óhmicos para poder conectar la oblea fotovoltaica y, para finalizar, se comprueba y se miden las características espectrales de la célula solar fabricada.

Se puede perder hasta un 70% del silicio al cortarlo para obtener los sustratos finales.

El cristal es de un azul uniforme y su forma circular u octogonal.

Policristalino o multicristalino A diferencia del monocristalino los procesos de cristalización del silicio no son ordenados, obteniéndose redes cristalinas diferentes en cada cristal y conformándose la célula mediante unión de diferentes cristales.

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El cristal tiene distintos tonos de azules y son cuadradas o rectangulares.

En este caso no hablamos de célula fotovoltaica, si no de panel amorfo.

La superficie activa en un panel de cristal amorfo no tiene una estructura cristalina (a = sin; morfos = forma).

No son células independientes, sino una estructura continua depositada sobre una base metálica laminar. Este proceso le da flexibilidad al panel y así poder adaptarse a superficies que no son completamente planas.

Para compensar el bajo rendimiento por una menor eficiencia de conversión al aumentar la posibilidad de que una carga libre sea atrapada, se apilan tres capas de material amorfo. Cada una de ellas responde a un distinto rango de frecuencias dentro del espectro visible de la luz solar, azul, verde y rojo, por ese orden. Aun así tienen

menor rendimiento que un panel con células cristalinas o policristalinas por lo que la superficie activa será Su utilización abarca desde instalaciones para bombeo fotovoltaico, hasta calculadoras o pantallas de soldadura eléctrica.

El rendimiento energético ronda entre el 7 - 10% Capa fina La tecnología de la célula solar de silicio está muy establecida y es bastante estándar, la mayor parte de la investigación tecnológica se centra en la capa fina o película delgada. La mayoría de la película fina o delgada consiste en una sustancia absorbente solar rociada sobre una capa, o aplicada con gas a una capa, o, más recientemente, de una tinta solar impresa sobre una capa. Las tecnologías de la película fina se diferencian sobre todo en el material que utilizan. La película fina utiliza típicamente el 1%, o menos, del silicio normal, es más barata, y es también a veces flexible, pero es menos eficiente. La película fina se imprime a menudo sobre una lámina, haciéndola flexible. Una película delgada se puede rociar sobre una capa para hacer película fina del

silicio amorfo. Es más barata, pero menos eficiente, que el silicio normal, y absorbe solamente el espectro visible de la luz. El silicio nano-cristalino, también llamado microcristalino, es una clase de silicio amorfo pero contiene cristales pequeños. Es más fácil de hacer que el silicio normal, absorbe un espectro más amplio de la luz que el amorfo, y es flexible.

Clases de película delgada Las tres principales clases de película fina son: CIGS, telurio de cadmio, y CIS. Los CIGS están basados en el cobre, el indio, el galio y el selenio. Los productos químicos se mezclan para formar una película delgada con hasta el 14%, o según algunos informes, del 16.5% de eficacia. Utiliza una clase más complicada de reacción química que el silicio. Se utilizan los CIGS para conseguir una eficacia mejor al concentrar la luz con espejos. El telurio de cadmio, conocido como CdTe, es otra clase de película fina. Tiene cualidades útiles, pero tiene el problema de que la sustancia es tóxica. CdTe es también menos eficiente que el silicio, aunque es más barato de fabricar. CIS, una clase de película de cobre, puede ser un 11% eficiente, pero es costosa.

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Las células multicapa o multiunión es otra clase de película fina de alta eficiencia diseñada normalmente para el uso industrial espacial, o para la generación mediante concentración. Se compone de capas de diversos materiales de película fina, que absorben cada una un diverso espectro de la luz. Una célula de triple unión, por ejemplo, podría estar compuesta por GaAs, Ge y GaInP2. Pueden ser de una eficiencia por encima del 37%, un número que otras células solares pueden alcanzar solamente en condiciones de laboratorio y no en condiciones de fabricación. En el contexto del documento el récord de eficiencia de este tipo de célula, de un 43%, lo han obtenido con cinco capas. Pero resultan en el contexto del documento de muy alto coste, pueden rondar los 40 dólares por centímetro cuadrado.

Dos áreas de la investigación de la película fina que han recibido mucha atención son las células solares de tinte y las células solares orgánicas o polímeros. El tinte sensibilizado de la célula solar usa un electrolito de yoduro entre dos electrodos, uno de los cuales tiene el dióxido de titanio y tinte. El tinte trabaja de modo semejante a la fotosíntesis de las plantas, y crea una corriente eléctrica a partir de la luz. Es barato y simple de hacer, pero se desgasta rápidamente, pues se degrada por efecto de la luz. La célula orgánica se hace con semiconductores, polímeros y compuestos orgánicos nanomoleculares. Este tipo de película fina también se degrada rápidamente por efecto de la luz.

Los paneles fotovoltaicos de capa fina están fabricados con un gas llamado trifluoruro de nitrógeno, siendo un potente agente de efecto invernadero 17000 veces mayor que el CO2.

Cuadro resumen célula fotovoltaica Si mono (Csi) Si multi Si amorfo GaAs CdTe CIS (Mo/CuInSe2) Rendimiento 4-6% individual / Ventajas rendimiento Tecnología < Rendimiento Fabricación más sencilla. Mejor ocupación del < necesidad de material y energía en la fabricación Buen rendimiento con baja radiación Flexible Alta resistencia a las altas temperaturas (ok para los concentradores Bajo costo Muy estable Desventajas Costo elevado Cantidad de material necesario en la fabricación.

Complejidad Complejidad Sensibilidad a las impurezas Bajo rendimiento Deterioro inicial Estabilidad durante pocos Toxicidad Disponibilidad del material Toxicidad Disponibilidad del material Toxicidad (Cd)

Generación eléctrica Composición de un panel fotovoltaico Una célula fotovoltaica por si sola solo es capaz de darnos un mínimo de tensión (0.5 V) e intensidad (2 A) por lo que es necesario juntar muchas células para tener valores suficientemente altos para trabajar. También son muy frágiles, no aisladas eléctricamente y sin un soporte mecánico.

El módulo fotovoltaico tiene como misión captar la energía solar incidente y transformarla en energía eléctrica.

Para eso tiene que tener una cantidad de células conectadas entre si en serie y paralelo, de esta forma aumentará la tensión e intensidad y se podrá conectar a elementos de consumo para su uso posterior.

Las células están ensambladas entre dos capas de sostén. Las células se quedan entre dos capas en la llamada estructura “sándwich”, consiste en dos capas plásticas de protección, una traslúcida en la parte superior y protegida contra los UV. Otra inferior para aumentar la rigidez del “sándwich” (encapsulantes, EVA). Por encima

Referencia: manual Solener.

Capas y elementos constructivos

El módulo protege y conecta las células. Habitualmente reúne una cubierta transparente, encapsulantes, células y una protección posterior, que puede ser una lámina o un segundo vidrio. El marco facilita la fijación en muchos modelos. La caja de conexiones contiene las salidas eléctricas y, según el diseño, diodos de derivación. Los cables y conectores deben mantener aislamiento y estanqueidad durante el servicio.

Las instrucciones de instalación definen zonas de sujeción, cargas admisibles, posición de grapas y condiciones de manipulación. Apoyarse sobre el vidrio o sujetar por un punto no previsto puede provocar daños sin rotura visible inmediata. La existencia de microfisuras, delaminación o penetración de humedad puede afectar al rendimiento y a la seguridad.

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Los cinco datos eléctricos esenciales

Pmax es la potencia máxima. Vmpp e Impp son tensión y corriente en el punto de máxima potencia. Voc es la tensión de circuito abierto, medida sin carga. Isc es la corriente de cortocircuito. Los valores declarados deben asociarse a condiciones de ensayo y tolerancias. En condiciones STC se emplean 1.000 W/m², temperatura de célula de 25 °C y espectro de referencia AM1,5.

La temperatura de célula no es la temperatura del aire. Un módulo expuesto al Sol puede trabajar por encima de la temperatura ambiente. Los parámetros NMOT o NOCT aportan una referencia térmica bajo condiciones definidas y no equivalen a una temperatura máxima garantizada.

Potencia pico y superficie

El kWp expresa potencia nominal bajo condiciones de referencia. Una instalación de 5 kWp no entrega 5 kW durante todas las horas de luz. Su energía depende de irradiación, temperatura, pérdidas y disponibilidad. Para calcular superficie se utilizan las dimensiones reales del módulo y se añaden espacios de mantenimiento, separación y obstáculos.

Ejemplo: Eficiencia a partir de la ficha

Un módulo didáctico de 450 W ocupa 2 m². Bajo 1.000 W/m² recibe 2.000 W y su eficiencia de módulo sería 450 / 2.000 = 22,5 %. Diez módulos suman 4,5 kWp y 20 m² de superficie de módulos. La cubierta necesaria será mayor si se precisan pasillos o separación entre filas.

Curvas de corriente y potencia

La curva I-V representa la corriente disponible para cada tensión bajo unas condiciones concretas. Cerca de cortocircuito hay corriente y tensión casi nula; en circuito abierto hay tensión y corriente nula. Ninguno de esos extremos entrega potencia útil. Entre ambos aparece un punto donde U × I alcanza su máximo. La curva P-V muestra ese punto con claridad.

Cuando aumenta la irradiancia, la corriente disponible suele aumentar aproximadamente de forma proporcional; la tensión cambia de manera menos pronunciada. En módulos de silicio, al subir la temperatura suele reducirse la tensión y la potencia máxima. Las sombras parciales pueden producir varios máximos de potencia. Un MPPT debe buscar el punto adecuado, pero su comportamiento real depende del algoritmo y del sistema.

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Serie y paralelo

En serie se suman tensiones y la corriente es común. En paralelo se suman corrientes y la tensión es común. Para módulos iguales y condiciones uniformes, una cadena de Ns módulos tiene aproximadamente Ns × Vmpp y Ns × Voc. Np cadenas iguales en paralelo tienen aproximadamente Np × Impp y Np × Isc. Las pérdidas y diferencias entre módulos modifican el comportamiento real.

No se dimensiona una cadena dividiendo simplemente la tensión nominal de un motor entre la tensión nominal de un módulo. Se comprueban tensión máxima en frío, tensión de operación en caliente, tensión de arranque y ventana MPPT, junto con los límites de corriente de cada entrada. Orientaciones distintas pueden requerir MPPT independientes.

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Ejemplo de compatibilidad de una cadena

Se utilizan módulos didácticos con Voc = 49 V, Vmpp = 41 V, coeficiente de Voc = -0,28 %/°C y coeficiente de Vmpp = -0,35 %/°C. El equipo admite 600 V máximos y una ventana MPPT de 200 a 550 V. Se supone una temperatura mínima de célula de -10 °C y máxima de 70 °C. Todos estos valores son hipótesis del ejemplo.

En frío, Voc ≈ 49 × [1 + 0,0028 × 35] = 53,80 V. Diez módulos alcanzan 538,02 V y once alcanzan 591,82 V. Aunque once no superan 600 V en esta hipótesis, el margen es pequeño y hay que incorporar tolerancias y condiciones de diseño. En caliente, Vmpp ≈ 41 × [1 - 0,0035 × 45] = 34,54 V. Diez módulos trabajan alrededor de 345,43 V; cinco quedarían en 172,71 V, por debajo de la ventana considerada.

Este análisis no autoriza todavía la cadena. Faltan la corriente máxima, la corriente de cortocircuito admisible, el número de entradas, la potencia permitida y las reglas del fabricante. Una entrada puede admitir la tensión pero no la corriente de dos cadenas en paralelo.

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Del recurso a la energía útil

El predimensionado relaciona potencia nominal, irradiación en el plano del generador y rendimiento global. Puede escribirse E ≈ Ppico × HSP × PR para un periodo diario, siempre que Ppico esté en kW, HSP en horas equivalentes y PR sea adimensional. Para periodos anuales se utiliza la irradiación acumulada y la referencia correspondiente.

PR, o performance ratio, relaciona la energía obtenida con una referencia normalizada al recurso y a la potencia nominal. No es la eficiencia del módulo. En un cálculo simplificado puede representar pérdidas agrupadas; en un análisis detallado se modelan por separado temperatura, suciedad, sombras, desajustes, cables, conversión y disponibilidad. Su interpretación debe indicar si la energía se mide en continua, en alterna o después del almacenamiento.

Construir un presupuesto de pérdidas

Las pérdidas se aplican en cascada cuando describen etapas sucesivas. Si un campo pierde el 5 % y el inversor otro 3 %, el factor combinado es 0,95 × 0,97 = 0,9215, equivalente al 7,85 %. Sumar porcentajes puede servir como aproximación inicial para pérdidas pequeñas, pero no representa exactamente la energía final.

La suciedad depende del entorno y de la limpieza; la temperatura depende del montaje y de la meteorología; el desajuste depende de módulos y condiciones; las sombras dependen de geometría y conexiones. Un número único elegido por costumbre puede ocultar un problema de diseño. También debe evitarse contar dos veces una pérdida que el programa ya modela internamente.

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Ejemplo: Producción diaria de referencia

Un sistema de 4,5 kWp recibe 5 HSP en el plano de captación. Si se adopta PR = 0,80 para el alcance definido, E = 4,5 × 5 × 0,80 = 18 kWh. El resultado representa un día de las condiciones elegidas. No afirma que todos los días del año produzcan esa energía ni describe por sí solo la energía autoconsumida.

Variabilidad e incertidumbre

La incertidumbre meteorológica y la incertidumbre del modelo son diferentes. La primera procede de la variabilidad del clima; la segunda, de simplificaciones y datos incompletos. Los cambios de demanda añaden otro riesgo. Una previsión útil muestra sensibilidad a estas variables, además de un valor central.

Para una instalación conectada a red puede estudiarse producción anual y mensual, junto con autoconsumo horario. Para una aislada se examina la energía no suministrada y la evolución del estado de carga. Para bombeo se estudia volumen de agua diario y disponibilidad del depósito. El indicador debe corresponder al servicio solicitado.

Capacidad nominal y capacidad útil

Una batería almacena energía químicamente. Su capacidad nominal se declara bajo condiciones de ensayo. En baterías de plomo importan el régimen de descarga y la temperatura; descargar a mayor corriente puede reducir la capacidad disponible. Los Ah solo se comparan directamente cuando tensión, régimen y condiciones son equivalentes.

La energía nominal aproximada es Enom = Unom × C en Wh. La energía utilizable se reduce por la ventana de estado de carga permitida, las pérdidas y el envejecimiento. La profundidad de descarga, DoD, expresa qué parte de la capacidad se extrae; el estado de carga, SOC, expresa qué parte permanece, según la referencia utilizada por el sistema.

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Plomo y litio

El plomo abierto requiere atención al electrolito y ventilación adecuada por posible desprendimiento de gases. Las baterías selladas también tienen condiciones de instalación y límites de carga; no deben tratarse como equipos sin riesgos. La carga de absorción, flotación y, cuando esté autorizada, ecualización se configura según el fabricante. La ecualización no se aplica indiscriminadamente a cualquier batería.

Los sistemas de litio, entre ellos LiFePO4, suelen incorporar gestión electrónica de celdas. El BMS vigila tensiones, temperaturas y corrientes, y puede ordenar la desconexión. El inversor o regulador debe respetar sus límites y el protocolo de comunicación cuando se exige. Un BMS no reemplaza todas las protecciones externas ni demuestra compatibilidad con cualquier cargador.

La carga a baja temperatura y la operación en recintos calientes requieren especial atención. Los límites varían por química y construcción. En un diseño real se consulta el rango permitido y, si hace falta, se incorpora climatización o control térmico. Un banco que funciona en verano puede no cargar correctamente en invierno.

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Potencia corriente y autonomía

La autonomía se calcula con la energía demandada y el almacenamiento utilizable. La potencia se comprueba por separado. Un inversor de 3 kW alimentado a 48 V, con eficiencia 0,92 en ese punto, demanda aproximadamente 3.000 / (48 × 0,92) = 67,93 A. A menor tensión de batería, la corriente será mayor. Deben comprobarse batería, BMS, cables, terminales y protecciones.

Ejemplo: Dos días de autonomía

Una demanda de 3 kWh/día debe cubrirse durante dos días. Se adopta DoD = 0,80 y eficiencia de descarga más inversor = 0,90. Enom = 3 × 2 / (0,80 × 0,90) = 8,33 kWh. Si el diseño exige mantener el servicio cuando la capacidad se reduzca al 80 % de la inicial, la energía nominal inicial sería 8,33 / 0,80 = 10,42 kWh. La batería seleccionada debe superar además la verificación de potencia.

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Construcción de un banco

Las conexiones en serie elevan tensión y las paralelas elevan capacidad, dentro de las reglas autorizadas por el fabricante. No se mezclan sin estudio baterías de diferente tipo, edad o estado. Las conexiones paralelas necesitan reparto de corriente y protecciones apropiados. La longitud y disposición de cables influyen en ese reparto.

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Capacidad declarada y condiciones de uso

La capacidad en Ah se asocia a un régimen de descarga, temperatura y tensión final. Un banco no entrega necesariamente los mismos Ah a corrientes muy distintas. En plomo, el efecto del régimen puede ser importante; en cualquier química se revisan curvas y límites de fabricante. El envejecimiento y la temperatura modifican energía y potencia disponibles.

Dos baterías nominales de 12 V y 100 Ah en serie forman aproximadamente 24 V y 100 Ah, unos 2,4 kWh nominales. En paralelo compatible forman 12 V y 200 Ah, también unos 2,4 kWh. La energía nominal es la misma; cambian tensiones y corrientes del sistema. La compatibilidad y protección se comprueban antes de conectar.

Una batería se describe por servicio y condiciones

La capacidad en Ah necesita una tasa de descarga, una temperatura y una tensión final de referencia. Dos baterías con el mismo valor nominal pueden entregar distinta energía a una carga concreta. La multiplicación de tensión nominal por Ah es una aproximación útil para empezar, pero no sustituye la curva de descarga ni la comprobación de potencia.

El material recuperado describe acumuladores de plomo de varias construcciones. Las operaciones sobre electrolito y los perfiles de carga corresponden a esas construcciones. No se trasladan a gel, AGM o litio por compartir una tensión nominal. Tampoco se convierte una corriente de carga expresada como porcentaje de capacidad en un límite general para todas las químicas.

La conexión en serie eleva tensión manteniendo los Ah del conjunto compatible; el paralelo suma capacidad si el reparto es adecuado. Las ramas requieren considerar protección, trayectos, estado y mantenimiento. El número de unidades no entrega una autonomía sin conocer profundidad utilizable, pérdidas y demanda. La lectura de tensión informa de una condición; el estado de carga requiere un método que tenga en cuenta uso y química.

Lectura técnica del archivo Solener: acumulación y carga

Selección adaptada del manual Solener aportado. Describe el contexto técnico de su edición; las cifras de equipos, procedimientos de modelo y prescripciones históricas se interpretan con los comentarios anteriores. Se conservan las explicaciones documentales, sin presentarlas como especificaciones actuales de toda la tecnología.

Las instalaciones de bombeo fotovoltaico son una muy buena alternativa a la extracción de agua en lugares remotos donde no existe la posibilidad de llevar energía eléctrica convencional.

Son instalaciones sencillas con pocos componentes, por supuesto existe la posibilidad de realizar instalaciones más complejas, añadiendo por ejemplo baterías o acumuladores. En este caso la instalación requeriría otra serie de elementos y cálculos para realizarla. Son las llamadas instalaciones fotovoltaicas aisladas de red con baterías, regulador e inversor.

1.2 Instalaciones aisladas de red con baterías, regulador e inversor

- Proporcionar electricidad a los receptores acoplados a el.

- Cargar los acumuladores que mantendrán la energía cuando estos no estén operativos.

Los acumuladores son baterías parecidas a la de los coches, pero estacionarias, donde se almacena la energía eléctrica para su uso posterior y como la de estos cuando el generador está funcionando están cargándose.

Estas baterías o acumuladores suelen ser, por lo general, de plomo – ácido o níquel – cadmio.

El funcionamiento de estas baterías esta basado en la reacción química que se produce entre el polo positivo, el electrolito y el polo negativo.

Durante la carga se forma óxido de plomo en el polo positivo, plomo puro en el negativo y se libera ácido sulfúrico al electrolito (agua destilada), mientras que en la descarga se forma sulfato de plomo en ambos polos y se absorbe ácido sulfúrico del electrolito.

Las capacidad de las baterías se mide en Amperios hora (Ah), estas oscilan entre 80 Ah y 5000 Ah.

Las baterías pueden ser de dos clases, de carga superficial y de carga profunda:

Son aquellas cuya descarga diaria suele estar en el 40% de su capacidad y que una o dos veces al año pueden alcanzar descargas del 60% sin que se dañen los materiales. Se suelen utilizar en instalaciones fotovoltaicas pequeñas. Son de un solo bloque con seis vasos aislados entre si y con sus correspondientes tapones para meter agua destilada hasta 1 cm. por encima de las placas; bornes de conexión; asas para su transporte y etiquetas de información. La tensión de cada vaso es de 2,15 V a circuito abierto con 25º de temperatura, la densidad del electrolito es de 1,28 Kg/m³ o g/cm³ , la concentración del ácido es del 37% , el voltaje total es de 13 V. En estas baterías traen las placas cargadas eléctricamente de fábrica pero sin el ácido sulfúrico. Éste viene aparte en 6 botellas herméticamente cerradas, y su capacidad es de un botellín por vaso.

 Quitar los tapones de la batería y botellas de ácido, llenar cada vaso hasta rebosar las placas en 10 – 15 mm el canto superior.

 Dejar reposar al menos una hora hasta lograr su activación.

 Medir con un dosímetro el electrolito y con un polímetro la f.e.m. de los bornes. Si no se consiguen valores normales dejar reposar mas tiempo. Densidad = 1,28 Kg/m³; f.e.m. = Tras la comprobación lavar el densímetro y los botellines de ácido con agua.

Baterías cuya descarga diaria es del 60% y que una o dos veces al año pueden alcanzar descargas del 80% de su capacidad. Debido al precio y a su manejo, éstas vienen fabricadas en vasos individuales de 2.2 V cada uno; tapón de llenado del vaso con agua destilada hasta el nivel marcado; bornes de conexión de plomo con la polaridad marcada, y contenedor envolvente de cada vaso.

El voltaje total del grupo se consigue uniendo en serie mediante “puentes” todos los vasos, alcanzando los 13 V a circuito abierto cuando la batería está totalmente cargada.

Los vasos se alinean encima de una bancada de manera que las conexiones a realizar sean lo más cortas posibles y no existan cruces, sólo hay que tener la precaución de colocar los vasos unos al lado del otro con la polaridad cambiada y separados entre si 10 mm. Los dos bornes que quedan libres son la salida disponible del grupo. Las conexiones entre los vasos deben soporta la intensidad total del grupo, por lo que serán de cobre o plomo y con la sección suficiente.

Las conexiones se cubrirán con silicona o tapones para evitar la sulfatación.

Es necesaria una tensión de carga mayor que la nominal de la batería o conjunto de baterías para que se pueda cargar, ya que se tiene que vencer la resistencia que ponen los electrones por el efecto de la ley electrostática, de esta manera da lugar al proceso electroquímico que da lugar a la carga. Por ese motivo y por el efecto de la temperatura, la tensión máxima de los paneles fotovoltaicos siempre es mayor que la nominal.

Para que se pueda cargar una batería, la transferencia de energía de los paneles (Intensidad) debe ser superior al consumo eléctrico, de lo contrario, la batería se descarga.

La corriente de carga Ic no debe pasar del 10% de la capacidad útil del sistema de acumulación. Lo normal es el 6% - 6,5% de dicha capacidad.

El fabricante indica la máxima descarga aconsejada de la batería, si la batería tiene una descarga aconsejada del 25 % en una batería de 100 Ah, significa que podemos aprovechar 25 Ah de los 100 de forma efectiva.

Teóricamente, la combinación intensidad y tiempo debería dar cualquier pareja de valores de manera que su producto sea igual a 25 Ah.

La batería se puede seguir descargando, pero no es aconsejable, ya que su vida útil se reducirá proporcionalmente al tiempo que esté descargada por debajo del máximo aconsejado.

Dependiendo de las necesidades de los receptores en la instalación, colocaremos las baterías en serie o en paralelo; para mayor tensión se colocarán en serie; en cambio si la necesidad es de intensidad, se colocarán en paralelo.

Las baterías deben de proveer una intensidad de corriente superior a la que pueda generar el panel fotovoltaico.

Las baterías se conectaran en serie cuando sea necesario aumentar la tensión por diseño de la instalación, solo se instalarán en paralelo en casos concretos de grandes necesidades energéticas, como aldeas aisladas, de lo contrario si se necesita mas capacidad se utilizan baterías mas grandes. En el mercado existen baterías de hasta En sistemas fotovoltaicos, las tasas de descarga suelen ser iguales o inferiores a C/100, por ejemplo, para una batería de 300 Ah, significa 3 A a la hora durante 100 horas, para otra de 600 Ah, significa 6 A); para una descarga C/10 una batería de 600 Ah, significa 60 A a la hora durante 10 horas.

Las tasas de carga son del orden de C/30, por ejemplo, para una batería de 60 Ah, significa 2 A máximo de carga, para otra de 6000, significa 200 A máximo de carga.

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Todas las baterías tienen una autodescarga motivada por la conductividad del electrolito, varía según el tipo:

Práctica de carga en una batería monoblock de 12 V y una capacidad de 70 Ah.

- El polímetro de la izquierda marca la tensión y el de la derecha la intensidad.

A la 55 minutos las baterías llegan a la tensión máxima de carga, indicando ya está cargada, aunque aun podría cargar hasta 13 V a no ser que hallan sufrido una fuerte descarga, la intensidad que sigue pasando es debido a la autodescarga de la batería y el pequeño consumo del regulador.

Con una descarga controlada en las baterías se consigue cargar al máximo (13 V) en aquellas que han sufrido fuertes descargas.

La práctica se ha realizado en taller con un rectificador (cc – ca), simulando los paneles.

Se instalarán en cuartos destinados solo para los elementos fotovoltaicos.

Se instalarán sobre bancada. El soporte no será de cobre, aluminio y/o acero galvanizado por ser atacados por el electrolito.

Se procurará que las baterías estén lo más cerca posible del campo fotovoltaico.

Las baterías deben estar separadas unas de otras, al menos, 10 mm.

Las salas donde se encuentran las baterías de plomo tendrán una renovación del aire, como mínimo la indica por la expresión:

Qr = 6 * Vf * If o Qr : Caudal de aire mínimo (litros/h) o Vf : Tensión máxima de la batería (V) o If: Intensidad de fin de carga de la batería (A)

En caso de renovación del aire de forma natural, el área de la superficie de entrada y salida del aire S será, como mínimo, para cada una de ellas, de:

o Reguladores Una vez conocido el número de módulos fotovoltaicos y la capacidad de los acumuladores, el dimensionado del regulador consistirá en elegir un equipo en el mercado que se adapte al resto de parámetros eléctricos de los componentes de la instalación.

Proteger a la batería frente a la sobrecarga y a la sobredescarga.

Disponer de alarmas de baja carga de la batería y de aumento de la carga manuales y que se activen automáticamente cuando se alcancen los valores de consigna.

El regulador deberá estar tarado para que se desconecte de la carga cuando se alcance la máxima profundidad de descarga.

El voltaje fin de carga debe estar en rango 2,3 – 2,4 V/vaso a 25º C.

La reconexión a la carga debería ser 0,08 V/vaso (ó 0,5 V para 12 V) superior al voltaje de desconexión de la carga.

Los voltajes de desconexión y reconexión deben tener una precisión de ± 1 % y mantenerse constante en todo el rango posible de variación de temperatura.

Cuando la batería llega a su máxima carga se debe impedir que continúe cargando ya que de lo contrario, al no poder cargarse mas, esta diferencia de tensión se utiliza para descomponer el líquido de la batería, el ácido

sulfúrico se descompone igual que el agua, transformándose en hidrógeno y oxígeno; para impedir que esto ocurra se utiliza un regulador.

El regulador es un componente electrónico que impide que la batería se siga cargando cuando ha llegado al máximo de su carga.

Se pueden conectar en serie o en paralelo (shunt); cuando está conectado en serie, al llegar a la tensión monitorizada como carga máxima de la batería, corta el suministro mediante un equipo electrónico abriendo el circuito eléctrico, este tipo de conexión se realiza en instalaciones de cierta potencia; en paralelo, cortocircuita los paneles, disipando la energía sobrante en el propio regulador y en los paneles, se utilizan en sistemas con poca potencia.

Para definir o caracterizar completamente un regulador se deben especificar las siguientes características:

- Tensión nominal: es la tensión nominal del sistema FV para el que fue diseñado el regulador. El valor más común es 12 V, aunque existen modelos disponibles comercialmente que permiten la selección manual o automática de esta tensión, con un rango habitual entre 12 V y 48 V.

- Intensidad nominal: se refiere a la intensidad procedente del campo FV que puede manejar nominalmente el regulador. Esta capacidad de corriente suele coincidir con la que dispone el regulador en la línea de consumo.

- Estrategia de regulación: se refiere a la técnica utilizada y las etapas que se pueden identificar en el proceso de regulación de carga (sea serie o paralelo).

- En el mercado existen reguladores de 2, 3 y 4 etapas, descritas brevemente a continuación:

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o Carga inicial: cuando la tensión de la batería alcanza un nivel prefijado, el regulador permite el paso de toda la corriente disponible en el campo FV, provocando el aumento progresivo de dicha tensión.

o Carga de absorción: alcanzada la tensión final de carga en la batería, ésta se mantiene durante algún tiempo modulando la corriente procedente del campo FV.

o Carga de flotación: cargada completamente la batería, se interrumpe el paso de corriente hasta que la tensión se reduce a un valor preestablecido, manteniéndose así modulando la corriente procedente del campo FV.

o Carga de ecualización: periódicamente, o después de un bajo estado de carga, se somete a la batería a una ligera sobrecarga controlada elevando su tensión hasta un nivel ligeramente superior al de absorción.

Además de las funciones y características citadas anteriormente, los modernos reguladores basados en microprocesador posibilitan la selección del tipo de batería (de electrolito líquido o tipo gel), el ajuste de los niveles de tensión y duración de las etapas de regulación, la adquisición de datos, etc., convirtiéndose en verdaderos gestores y supervisores del sistema fotovoltaico.

Por último, señalar que características como la protección contra sobreintensidad, sobretensión, inversión de polaridad y secuencia de conexión pueden considerarse hoy en día comunes a los reguladores existentes en el mercado.

A la hora de elegir un regulador, se tiene que tener en cuenta lo siguiente:

La tensión del regulador debe coincidir con el valor de tensión máximo que genera el sistema.

Intensidad de corriente máxima que deberá soportar, es decir la intensidad máxima del campo de paneles conectados en paralelo.

Ejemplo: Si tenemos que alimentar un cuarto que tiene un consumo en 12 Vcc utilizamos dos módulos con una corriente de: It = 2 A x 2 = 4 A y una tensión de 12 V, se considera la tensión nominal de los paneles.

Otra misión del regulador es impedir que la batería se descargue en exceso, ya que eso la perjudicaría disminuyendo la capacidad de carga en sucesivos ciclos.

El regulador deberá estar programado para que se desconecte de la carga cuando se alcance la máxima profundidad de descarga.

Algunos reguladores tienen incluidos sistemas de aviso acústicos para prevenir las sobredescargas.

Deberá cumplir una serie de condiciones que indica el fabricante de estos equipos y que suelen ser las siguientes:

o Inversores El inversor, convertidor, rectificador o transformador es el sistema que adapta la corriente eléctrica generada a las condiciones de consumo de las diferentes cargas eléctricas. La denominación de cada uno de ellos depende del tipo de corriente que transforme. Así, se denomina inversor al elemento que transforma la corriente continua en alterna, rectificador al que transforma la alterna en continua, convertidor el que transforma la continua en continua de distinto valor y transformador el que transforma la corriente alterna en alterna de distinto valor.

Generalmente, el inversor se conecta a la salida de regulador, si bien puede conectarse directamente en los bornes de la batería cuando posee control de descarga de la batería.

Tensión nominal: Es la tensión a aplicar entre los bornes de entrada del inversor. La tensión nominal de entrada del inversor es un valor de referencia. El inversor debe ser capaz de transformar distintas tensiones, ya que la tensión de entrada no siempre va a corresponder con un valor fijo.

Potencia nominal: Es la potencia que puede suministrar el inversor de forma continua. Suele oscilar entre 100 y 5000 W. La potencia nominal del inversor en ocasiones es superada por la puesta en marcha de determinados elementos de consumo. Por esto el inversor deberá soportar las siguientes sobrecargas:

Eficiencia (rendimiento): Es la relación entre la potencia eléctrica que el inversor entrega a la utilización y la potencia eléctrica que consume del generador o de las baterías. Pu / Pa. Suele ser del 85%.

Forma de onda: La señal a la salida del inversor se caracteriza por su forma de onda. El inversor más perfecto es el de onda senoidal, pero también es el de mayor coste. Para determinadas aplicaciones (iluminación y pequeños motores) puede ser suficiente uno de onda cuadrada, en desuso.

La tensión de salida no deberá ser superior a un 5 % de la tensión nominal de salida en inversores de onda senoidal y un 10 % en inversores de onda cuadrada.

Protección contra cortocircuitos, sobrecargas e inversión de la polaridad.

Los inversores utilizados en instalaciones conectadas a red tienen la particularidad de que deben ser capaces de extraer en todo momento del día la máxima potencia del generador fotovoltaico, por esto deben ser de potencia de entrada variable. Estos tienen potencias muy superiores a los utilizados en instalaciones aisladas de red, se pueden sumar potencias uniendo inversores. Ejemplo: 3 x 100 Kw.

Estos inversores incluyen una protección contra variaciones de frecuencia y variaciones de tensión, también suelen llevar incorporado un transformador para el cambio de valor de corriente alterna.

Existen en el mercado inversores de gran potencia instalados en armarios llamados inversores centrales en los que ya vienen incorporados los elementos de protección en cc y ca de la instalación. Esto hace que la conexión de estos inversores sea sumamente sencilla.

Nota: Todos estos elementos que acabamos de ver, batería, regulador e inversor, deben estar lo más cerca posible unos de otros en un cuarto o nicho destinado a tal efecto.

o Elementos de protección Protección en corriente continua Para proteger los circuitos en corriente continua se utilizan en muchas ocasiones los fusibles, elementos baratos y eficaces contra cortocircuitos y sobreintensidades.

Normalmente utilizados para protección de los conductores conectados al positivo de la batería. En cuadros de mando y protección de instalaciones conectadas a red para proteger cada rama de paneles fotovoltaicos.

Referencia: manual Solener.

Proteger y adaptar la carga

Un regulador controla la transferencia de energía del generador a la batería. Debe respetar las tensiones y corrientes admisibles y el perfil de carga. En un equipo PWM, el generador trabaja ligado a la tensión del banco durante buena parte de la carga. En un MPPT, un convertidor permite operar el generador cerca de un punto de potencia conveniente y transformar esa energía a la tensión de batería.

Esto significa que la corriente de salida del MPPT puede ser mayor que la corriente de entrada. No aparece energía adicional: disminuye la tensión y aumenta la corriente, descontando pérdidas. También significa que la tensión máxima de entrada y la corriente máxima de salida son restricciones diferentes.

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Ejemplo: Entrada y salida

Un campo trabaja a 100 V y 10 A: entrega 1.000 W. Con una eficiencia supuesta de 0,96 y batería a 48 V, la salida sería 960 / 48 = 20 A. Si la batería estuviera a 40 V bajo condiciones autorizadas, la misma potencia exigiría 24 A. Se verifica la corriente máxima del regulador en el rango de tensión del banco, además de Voc en frío y límites de entrada.

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Elegir y configurar el regulador

La selección incluye potencia solar admitida, tensión máxima absoluta, rango MPPT, corriente de entrada, corriente de salida, química de batería, comunicación y condiciones ambientales. Algunos equipos autorizan cierta sobredimensión del campo con recorte de potencia; otros no. Esa posibilidad no permite superar Voc ni Isc máximos.

La configuración de carga se documenta: tensión de absorción, duración, flotación, límites de corriente y compensación por temperatura cuando proceda. En litio puede existir una consigna dinámica transmitida por BMS. Un perfil fijo incorrecto puede provocar desconexiones, carga incompleta o degradación. También deben verificarse arranque y recuperación después de una batería profundamente descargada.

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Gestión de consumos

Una salida de consumo del regulador puede proteger frente a descarga excesiva, pero no suele alimentar cualquier inversor de potencia. Se revisan corriente, tipo de salida y esquema previsto. Los consumidores de gran potencia pueden necesitar control mediante entradas remotas, contactores o lógica del sistema.

La prioridad de servicio ordena cargas críticas y aplazables. Una bomba de llenado, un calentador o una recarga pueden ejecutarse cuando hay excedente disponible. La estrategia debe evitar ciclos rápidos de conexión y desconexión, y prever una condición segura si falla una medida o comunicación.

Un regulador marcado con 60 A puede referirse a corriente de carga de batería. Esa cifra no define necesariamente la corriente admisible de entrada solar: se verifican los límites de cada lado.

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Seguimiento eléctrico y seguimiento mecánico

El MPPT busca un punto eléctrico de trabajo; un seguidor solar mueve físicamente los captadores. No son la misma función. La electrónica ajusta tensión y corriente dentro de límites, mientras que el movimiento modifica la radiación recibida. Ninguna de las dos funciones permite superar tensión absoluta o corrientes admitidas.

El rendimiento de conversión del regulador tampoco equivale a la calidad de seguimiento de su punto máximo. Para comparar equipos se distinguen ambos indicadores y se revisan condiciones de operación. Las sombras parciales pueden producir varias zonas de máxima potencia y complicar el seguimiento.

Leer una ficha MPPT sin mezclar límites

La ficha Solener consultada describe reguladores con selección automática de 12/24 V o una variante fija de 48 V y corriente máxima de 30 A. Para esa familia declara un margen de circuito abierto del generador de 20 a 120 V y una ventana de seguimiento de 14 a 100 V. Son dos límites diferentes: el primero afecta a la tensión admisible; el segundo a la zona donde trabaja el seguimiento.

El diseño comprueba Voc de la cadena en frío, Vmp en las condiciones de servicio y corriente de salida hacia la batería. Dividir la potencia de paneles por la tensión nominal de batería solo da una aproximación. La tensión real, las pérdidas, la limitación del equipo y el algoritmo de carga modifican el resultado.

La misma ficha declara IP32 y rango de operación de −10 a +50 °C. Son datos de esa versión. No permiten instalarla a la intemperie sin estudiar envolvente y ambiente, ni mantener nominales todas las prestaciones a cualquier temperatura. Una ficha útil se archiva junto a referencia de modelo, revisión y condiciones de montaje.

El seguimiento MPPT administra el punto de trabajo del generador; la carga administra el estado de la batería. Ambos procesos pueden coexistir en un equipo, pero no significan lo mismo. Cuando la batería limita la aceptación, buscar máxima potencia solar no obliga a entregarle toda la potencia disponible.

Documentación del equipo: S02

Funciones diferentes

Un inversor de red entrega energía sincronizada con la red y normalmente se desconecta cuando esta falla. Un inversor aislado forma una red local dentro de sus límites. Un equipo híbrido puede coordinar fotovoltaica, batería y red; sus capacidades de respaldo dependen de la arquitectura, la salida específica y los accesorios previstos. [F4]

La palabra híbrido no garantiza alimentación de toda la vivienda durante un apagón. Hay que comprobar potencia continua de respaldo, sobrecarga, número de fases, tiempo de transferencia, arranque sin red, compatibilidad de batería y funcionamiento del generador solar en modo aislado. La salida de respaldo se trata como un circuito con requisitos propios.

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Potencia nominal y arranque

El inversor se elige por la simultaneidad de cargas y su comportamiento dinámico. Un motor puede exigir durante el arranque una corriente mayor que la de régimen. Una fuente electrónica puede tener un impulso de entrada. La duración y el tipo de sobrecarga admitida por el inversor importan tanto como el valor máximo declarado.

No se confunden VA con W. Un inversor con cierta potencia aparente puede tener una potencia activa admisible menor en condiciones concretas. Deben revisarse factor de potencia, temperatura ambiente, altitud y refrigeración. La potencia disponible puede reducirse cuando el recinto se calienta, incluso si el consumo está por debajo de la cifra impresa en el equipo.

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Consumo propio y eficiencia

La eficiencia varía con la carga. En una instalación pequeña, un consumo propio de 15 W mantenido durante 24 horas utiliza 360 Wh/día. Puede representar una parte significativa del inventario. El modo de espera reduce consumo en algunos equipos, pero se verifica su compatibilidad con receptores que necesitan alimentación continua.

En un sistema con batería también se comprueba el cargador interno y su corriente. Cargar desde un grupo electrógeno no debe sobrepasar la potencia del grupo ni los límites de la batería. Se considera la potencia simultánea utilizada por los receptores mientras se carga.

Respaldo y separación de fuentes

La conmutación evita que una red local energice una red pública desenergizada. La gestión de neutro, tierra y diferencial debe corresponder a la configuración efectiva de cada modo. No se improvisa un puente para convertir una salida de red en salida aislada. Se utilizan los dispositivos y esquemas autorizados y se ensaya la transición.

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Ejemplo: Definir un respaldo realista

Se quiere mantener un frigorífico, comunicaciones y 100 W de iluminación. Se mide su energía diaria y se comprueba el arranque del frigorífico. Se deja fuera un horno de 2 kW y una climatización de alta potencia. El circuito crítico obtiene una potencia y autonomía justificadas; el tamaño de la batería no se calcula suponiendo que todos los aparatos de la vivienda quedarán alimentados.

Elegir conversión con duración, no solo con vatios

La ficha de inversores senoidales Solener recuperada distingue potencia nominal y sobrecargas con duraciones diferentes. Esa presentación importa: un arranque breve y una carga mantenida seis minutos no solicitan el mismo régimen térmico. La selección relaciona potencia activa, aparente, transitorio, tiempo y temperatura.

Para una carga didáctica de 2.000 W, batería a 24 V y rendimiento supuesto 0,90, la corriente aproximada de entrada es 2.000 / (24 × 0,90) = 92,6 A. Si la tensión cae a 22 V, la aproximación pasa a 101 A. La demanda de la línea de batería aumenta aunque la carga de alterna no cambie. La comprobación incluye extremos de tensión y límites del inversor.

Una forma senoidal y una cifra de rendimiento no describen toda la calidad del suministro. Se revisan regulación de tensión, frecuencia, distorsión, consumo propio y respuesta a las cargas. La ficha histórica declara salida nominal de 230 V y 50 Hz para una configuración; se conserva como ejemplo documental, sin atribuirla a cualquier equipo de la fotografía.

En respaldo con grupo, la documentación muestra qué fuente está conectada y qué sucede al conmutar. Un inversor aislado no se convierte en inversor apto para inyección a red por disponer de salida de 230 V. La arquitectura y los dispositivos de separación determinan el modo de operación permitido.

Documentación del equipo: S03

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La cubierta forma parte de la instalación

La estructura sostiene módulos y transmite cargas al terreno o al edificio. Deben comprobarse peso propio, viento, nieve cuando corresponda, succión, deslizamiento, vuelco y resistencia de los anclajes. Un valor genérico de velocidad de viento del manual antiguo no sustituye al cálculo para el emplazamiento, la altura y la geometría reales.

En cubiertas interesa identificar material, apoyos, estado, impermeabilización y posibilidad de mantenimiento. La fijación debe llegar a un elemento resistente conforme al sistema elegido. Atornillar sobre una pieza de acabado sin comprobar su función estructural puede generar una falsa sensación de seguridad. Los pasos por la cubierta necesitan detalles de estanqueidad.

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Materiales y durabilidad

El aluminio, el acero galvanizado y el acero inoxidable tienen aplicaciones diferentes. Las uniones entre metales, el ambiente salino y la retención de agua pueden favorecer corrosión. Se especifican materiales, tratamientos, pares de apriete y compatibilidad. Una estructura resistente al comienzo puede degradarse si sus detalles permiten corrosión o aflojamiento.

Las grapas se colocan en las zonas permitidas por el fabricante del módulo. La dilatación térmica y la longitud de perfiles se consideran en el montaje. El cableado se sujeta sin tensión en conectores y sin descansar sobre bordes cortantes. Las bandejas, abrazaderas y elementos de protección se seleccionan para exposición exterior.

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Montaje coplanar elevado e integrado

El montaje coplanar sigue la pendiente de la cubierta. El elevado modifica inclinación y añade cargas y separación. La integración arquitectónica puede sustituir un elemento de la envolvente, de manera que el sistema cumple una función constructiva además de eléctrica. Por ello requiere estudiar agua, ventilación, fuego, reparación y prestaciones del edificio.

Los módulos bifaciales necesitan condiciones adecuadas detrás del módulo para aprovechar radiación posterior. Una cubierta opaca muy próxima puede limitar esa aportación. Los pasillos y la separación también influyen en la seguridad, limpieza y sustitución. La superficie de módulos es solo una parte de la superficie ocupada.

Ejemplo: De módulos a superficie de proyecto

Doce módulos de 2 m² suman 24 m² de área de captación. Si obstáculos y espacios de acceso dejan utilizables solo el 70 % de una cubierta de 35 m², la superficie útil es 24,5 m². La proximidad entre ambas cifras no demuestra que los doce módulos quepan: se realiza un plano con dimensiones, orientación, fijaciones y recorridos.

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Diseñar cada tramo

El cable se selecciona por intensidad admisible, caída de tensión, cortocircuito, tensión de aislamiento, ambiente y método de instalación. La intensidad admisible se corrige por temperatura, agrupamiento y otras condiciones aplicables. Una sección calculada por caída de tensión puede ser insuficiente térmicamente; una sección térmicamente válida puede tener una caída de tensión excesiva.

En un circuito de continua de dos conductores y longitud L de ida, una aproximación resistiva es ΔU = 2 × ρ × L × I / S. La resistividad ρ debe corresponder al material y temperatura adoptados. En alterna pueden intervenir reactancia y factor de potencia. Las tablas y criterios del proyecto completan este cálculo simplificado.

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Ejemplo: Predimensionado de un cable de continua

Se toman L = 20 m, I = 12 A, S = 6 mm² y ρ = 0,0225 Ω·mm²/m como hipótesis de cálculo. ΔU = 2 × 0,0225 × 20 × 12 / 6 = 1,8 V. Para una tensión de operación de 350 V representa 0,51 %. La pérdida resistiva sería I × ΔU = 21,6 W. Faltan comprobar ampacidad, cortocircuito, conectores y condiciones de instalación.

Protecciones en continua

Los dispositivos deben estar declarados para continua, con tensión, corriente y capacidad de corte adecuadas. La apertura de continua puede mantener un arco distinto al de alterna. No se utiliza un aparato de alterna suponiendo que funcionará igual. Los conectores no se separan bajo carga salvo que su diseño y procedimiento lo autoricen.

Las corrientes inversas entre cadenas paralelas pueden exigir fusibles u otras protecciones. La necesidad y el calibre se comprueban con el número de ramas, la corriente posible y el máximo fusible de serie del módulo, junto con las reglas aplicables. Una única cadena y muchas cadenas no tienen el mismo riesgo de retroalimentación.

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Alterna sobretensiones y tierra

Se estudian sobreintensidades, contactos eléctricos, sobretensiones y seccionamiento. La elección de diferencial depende del inversor, de su vigilancia interna y del esquema permitido. Las protecciones de sobretensión se coordinan con el sistema de protección contra el rayo cuando existe. Su tipo, ubicación y cableado forman parte del proyecto.

La puesta a tierra y la equipotencialidad reducen diferencias de potencial peligrosas y permiten el funcionamiento previsto de las protecciones. No se unen automáticamente los polos del generador a tierra: esa decisión depende de la tecnología y el esquema. Tampoco se prescribe aquí separar o unir tierras sin examinar el conjunto de la instalación.

El REBT y sus instrucciones regulan instalaciones de baja tensión en España. Para la generación interesa la ITC-BT-40, además de las instrucciones relativas a documentación, conductores, protección y tierra que correspondan. La selección final debe considerar la versión aplicable y los requisitos del equipo. [F5]

Identificación y seguridad de intervención

Se señalizan circuitos, fuentes, polaridades, puntos de desconexión y presencia de doble alimentación. Antes de trabajar se identifican todas las fuentes, se aísla según procedimiento, se impide reconexión y se verifica la situación con medios adecuados. El campo solar puede conservar tensión mientras recibe luz, aunque el inversor esté desconectado. Las baterías pueden entregar corrientes de cortocircuito muy elevadas.

Definir el nivel de servicio

Una instalación aislada no dispone de la red como apoyo habitual. Se describe demanda diaria, potencia simultánea, cargas críticas, autonomía y posibilidad de grupo electrógeno. El proyecto debe decidir cuánto riesgo de falta de suministro se admite. Dos días de autonomía no garantizan servicio ilimitado durante una semana con poca radiación.

El inventario se organiza por meses y horarios. Una vivienda de fin de semana tiene un patrón distinto al de ocupación permanente. La refrigeración puede aumentar en verano; la iluminación, en invierno. Deben incluirse consumo propio del inversor, comunicaciones y dispositivos de control. El material técnico IDAE de instalaciones aisladas aporta una referencia de alcance y calidad de servicio, con fecha de 2009; sus prescripciones se contrastan con los equipos y requisitos actuales. [F6]

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Secuencia de cálculo

Primero se cuantifica la demanda y se eliminan consumos evitables. Después se elige tensión del banco y arquitectura. Se calcula almacenamiento para la autonomía, se estima el generador para el periodo de diseño y se verifica la compatibilidad eléctrica. Se selecciona el inversor por potencia y arranques, y el regulador por tensión y corriente. Finalmente se dimensionan conductores, protecciones y estructura.

El orden es iterativo. Cambiar la tensión del banco modifica corrientes; cambiar módulos modifica número de unidades por cadena; ampliar batería modifica tiempo de recuperación. Una instalación que cubre la demanda media pero tarda demasiado en recuperar el banco después de varios días malos puede entrar en un déficit recurrente.

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Ejemplo: Vivienda aislada de 3 kWh diarios

Demanda entregada a cargas: 3 kWh/día. HSP del periodo de diseño: 3 h/día en el plano del campo. Factor global desde módulos hasta cargas: 0,70. Potencia de partida = 3 / (3 × 0,70) = 1,43 kWp. Cuatro módulos didácticos de 450 W suman 1,8 kWp. Con las hipótesis adoptadas entregarían 1,8 × 3 × 0,70 = 3,78 kWh/día. El margen energético de 0,78 kWh/día es limitado para recuperar una descarga de varios días y exige análisis temporal.

Para dos días de autonomía, DoD 0,80 y eficiencia de salida 0,90, se necesitan 8,33 kWh nominales antes de incorporar envejecimiento. Si se diseña para capacidad residual del 80 %, se parte de 10,42 kWh. A 48 V, la capacidad energética equivalente inicial sería 217 Ah aproximadamente; se selecciona un sistema autorizado y se comprueba potencia.

Recuperación y respaldo

Si el banco ha entregado 6 kWh a las cargas, la recuperación exige esa energía más las pérdidas de recarga, además de cubrir el consumo diario siguiente. El excedente del ejemplo no permite una recuperación rápida. Se estudia aumentar campo, reducir demanda, ampliar el periodo de recuperación o incorporar respaldo. La decisión depende de la criticidad del servicio.

En un cálculo horario se actualiza SOC teniendo en cuenta producción, consumo, eficiencia y límites de carga y descarga. Cuando no hay suficiente potencia o energía, se contabiliza demanda no suministrada. Este resultado informa más que una comparación de totales anuales.

Recuperar energía además de cubrir demanda

Suponga demanda diaria de 3 kWh y una reserva descargada equivalente a 6 kWh en el mismo límite energético. Si un día favorable entrega 4 kWh, solo queda 1 kWh para recuperación: harían falta seis días iguales, antes de otros efectos. Aumentar autonomía sin revisar tiempo de recarga puede prolongar el déficit.

La selección combina secuencias de recurso, demanda, carga y descarga, reserva y respaldo. Se registra energía no suministrada y estado de batería, además del total anual. Una potencia media suficiente no garantiza servicio durante una secuencia desfavorable. El balance temporal se desarrolla en los capítulos 8 y 45.

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El diseño aislado debe recuperar su reserva

Cubrir el consumo de un día favorable no asegura el servicio de una vivienda aislada. Una racha de baja producción consume reserva y la instalación debe recuperarla mientras sigue alimentando cargas. El dimensionado relaciona generación, almacenamiento y demanda con una secuencia temporal. La energía media anual no resuelve esa secuencia por sí sola.

El trabajo de campo del manual sigue siendo una buena base: emplazamiento, sombras, recorridos y ubicación de equipos. La ampliación añade perfiles de demanda, potencias simultáneas y condiciones de mantenimiento. Un frigorífico no se caracteriza multiplicando siempre su potencia de compresor por dieciocho horas. Se mide su energía diaria y se conserva la condición de temperatura y uso.

Las hojas antiguas contienen factores globales de rendimiento que permiten resolver un ejercicio con rapidez. En un proyecto se descomponen los procesos o se documenta exactamente qué incluye el factor. Si un resultado de simulación ya tiene pérdidas de inversor, no se descuentan otra vez. La sección de cable se verifica por intensidad admisible, caída, protección y condiciones; no se obtiene únicamente de una fórmula de caída.

Lectura técnica del archivo Solener: proyecto aislado

Selección adaptada del manual Solener aportado. Describe el contexto técnico de su edición; las cifras de equipos, procedimientos de modelo y prescripciones históricas se interpretan con los comentarios anteriores. Se conservan las explicaciones documentales, sin presentarlas como especificaciones actuales de toda la tecnología.

Dimensionado o proyección de una instalación aislada de red a) Proceso de instalación Para realizar un diseño correcto es muy importante hacer trabajo de campo, deberemos trasladarnos nosotros u otra persona al lugar de la instalación y tener en cuenta los siguientes pasos como mínimo:

- Lugar donde se van a instalar los paneles, suelo, tejado, etc.

- En el caso de poner los paneles en el suelo considerar si la mejor opción es poner los elementos fotovoltaicos (regulador, baterías, inversor, protecciones) cerca de los paneles o cerca de la vivienda.

- Comprobar la orientación y sombras que puedan interponerse en el panel fotovoltaico.

- En el caso de instalar los paneles en el tejado comprobar la superficie útil del mismo (voladizo), el tipo de estructura, recubrimiento, inclinación y orientación.

- Distancias entre todos los elementos fotovoltaicos y entre estos y la vivienda sobre todo para el cálculo de secciones.

- Comprobar la posibilidad de disponer de un cuarto, solo, para los elementos fotovoltaicos. En el caso de no disponer de el buscar la ubicación para la instalación de un cuarto o nicho para ellos, bien sea de obra o prefabricado.

Para realizar convenientemente una instalación aislada de red necesitamos tener en cuenta una serie de datos:

- Autonomía de la instalación (A). Días de funcionamiento sin aporte energético de los paneles. Uso de las baterías.

- Tensión nominal de la instalación. Tensión a la que van a trabajar los elementos conectados en la instalación, tanto en la parte de continua como en la de alterna.

- Potencias instaladas y horas de uso de cada carga. En el caso de alumbrado se especificará el uso de la habitación, la potencia, el tiempo de utilización y la energía total, las lámparas serán de bajo consumo o fluorescencia. En el caso de otros usos se especificará cual es, su potencia, el tiempo de uso y la energía total. Todo ello se elaborará en una tabla similar a la utilizada en el ejemplo que se expone a continuación:

Ubicación/carga Potencia bajo c.(W) Tiempo (h) Consumo (Wh) Dormitorio 11 1 11 Totales Pt: 77 Ed: 212 Pt: Potencia total. Ed: Energía diaria Equivalencia de potencia en lámpara incandescente con lámpara de bajo consumo:

Vatio convencional <--> Vatio bajo consumo b) Procedimiento de cálculo Una vez tenemos los datos necesarios y la energía que debemos cubrir procedemos al cálculo:

1. Tenemos en cuenta los rendimientos del regulador y del inversor.

3. Con la capacidad de la batería C nos vamos al catálogo y elegimos una inmediatamente superior, será la capacidad nominal Cn. Con esta capacidad sacamos la autodescarga Ades de la batería. Al multiplicarla por la tensión nominal Vn se expresa en vatios hora Wh.

Plomo ácido: 3 % mensual = 0,1 % diario Ades = Cn · 0,001 · Vn La capacidad útil de la batería Cu será:

Cu = Cn · Pd 4. Energía total diaria que debemos cubrir con los paneles fotovoltaicos. La suma de la energía diaria con los rendimientos más la autodescarga.

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Et = Ed1 + Ades 5. Con la Irradiación Gdm (βopt,αopt) y la Irradiancia GCEM sacamos las horas solar pico del lugar de la instalación.

HSP = Gdm (βopt,αopt) / GCEM 6. Potencia pico generador (Ppg).Potencia pico de los paneles a instalar teniendo en cuenta su rendimiento, pérdidas por suciedad, reflexión, etc., se considera un 90 % de rendimiento.

Ppg = Et / HSP · 0,9 7. Una vez obtenida la potencia elegimos un panel en el catálogo y calculamos el número que necesitamos instalar en serie y en paralelo.

8. Se debe cumplir la siguiente condición: La capacidad nominal de las baterías no pueden superar en 25 veces la intensidad de cortocircuito (Icc) de todo el campo generador.

Iccgenerador = Iccpanel · Nº r C<Cn<25 · Iccgenerador Si esta condición no se cumple deberemos aumentar el número de ramas del campo fotovoltaico hasta cumplirla.

9. Elección del regulador y del inversor según los datos obtenidos.

Intensidad: Mayor que la intensidad máxima de todo el campo generador.

Tensión: En cc, la tensión de trabajo de la instalación. En ca, dependerá de la carga instalada en lado de alterna. 230V o 400V.

En una instalación aislada de red se comprenden varios tramos con una caída de tensión máxima en cada uno de ellos respecto de la tensión nominal (Vn):

- Tramo inversor/regulador – cargas: 3 % Para el cálculo de los conductores eléctricos es necesario disponer de los siguientes datos:

- L = Longitud que debe tener el conductor de cada tramo en metros.

- Pt = Potencia total instalada en la vivienda o del inversor.

- σ = Conductividad del cobre. σ40º = 56 m/Ω·mm². Si la instalación es a la intemperie se debe tener en cuenta el coeficiente de temperatura. Se considera un coeficiente K = 1,28 en un aislamiento XLPE o EPR para una temperatura máxima del conductor de 90º. Por lo que σ90º = 44 m/Ω·mm².

Utilizamos las siguientes expresiones para hallar las secciones (S) del conductor en mm²:

S = 2 · L · Imax / σ · e Tramo batería-inversor, regulador-inversor, cargas:

S = 2 · L · Pt / σ · e · Vn Con el valor que nos salga cogemos la sección comercial y comprobamos la intensidad máxima admisible del conductor según la tabla de la figura 57 y 58, si esta es menor que la del tramo correspondiente se aumentará a la sección siguiente.

Referencia: manual Solener.

Almacenar agua en lugar de electricidad

Un sistema de bombeo puede aprovechar la generación durante el día y almacenar agua en un depósito. Así se desplaza parte del servicio hidráulico sin necesidad de batería eléctrica. La arquitectura reúne generador, electrónica de adaptación, motor-bomba, tubería, sensores y depósito. También puede existir bombeo directo o una fuente de apoyo.

Se define volumen diario, calendario de riego, altura, presión en el punto de uso y caudal admisible del pozo. La disponibilidad del recurso hídrico y las autorizaciones de captación son condiciones independientes de la disponibilidad solar. Una bomba de mayor potencia no resuelve un pozo que no puede reponer el agua extraída.

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Altura manométrica total

La altura manométrica incluye desnivel geométrico, descenso del nivel durante el bombeo, presión requerida y pérdidas de carga. Estas últimas dependen de caudal, diámetro, longitud, rugosidad y accesorios. No se sustituyen siempre por un 10 % del desnivel. Una tubería larga y estrecha puede generar pérdidas mucho mayores.

Una presión de un bar equivale aproximadamente a 10,2 m de columna de agua. Si el riego exige presión, se añade al desnivel y a las pérdidas. La curva del sistema relaciona altura necesaria y caudal; la curva de la bomba relaciona altura y caudal disponibles. El punto de trabajo se obtiene de su interacción y cambia cuando cambia la velocidad o el nivel del agua.

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Energía y selección de bomba

La energía hidráulica para mover un volumen V es Eh = ρagua × g × V × H. Con V en m³, densidad en kg/m³ y altura en m, el resultado es J. Para convertir a kWh se divide por 3.600.000. La energía eléctrica requerida es Eh dividida por la eficiencia conjunta pertinente. La eficiencia no se supone universal para motores de continua o alterna.

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Ejemplo: Veinte metros cúbicos al día

V = 20 m³/día. Altura total calculada = 35 m. Densidad = 1.000 kg/m³ y g = 9,81 m/s². Eh = 1.000 × 9,81 × 20 × 35 / 3.600.000 = 1,91 kWh/día. Si la eficiencia conjunta de motor y bomba en el punto de trabajo es 0,45, la demanda eléctrica es 4,24 kWh/día. Con 5 HSP y factor del campo más conversión de 0,80, el predimensionado solar es 4,24 / (5 × 0,80) = 1,06 kWp. La selección se valida con curvas y simulación diaria del bombeo.

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Motor electrónica y controles

Los motores pueden ser de continua o alterna; las bombas, de desplazamiento positivo o centrífugas, entre otras familias. El equipo se escoge por el servicio y la curva de operación, no por una preferencia general por una tecnología. Un variador solar puede modificar velocidad y seguir el punto de potencia del campo.

El volumen diario no se obtiene necesariamente multiplicando un caudal nominal por las HSP. Hay irradiancia variable, umbral de arranque, límites de velocidad y altura que vencer. Se estudia el caudal en cada condición. Los sensores evitan trabajo en seco y desbordamiento, y se define el comportamiento frente a fallo de sonda o pérdida de comunicación.

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Depósito tubería y explotación

El depósito se calcula por autonomía de agua, reserva útil, calidad sanitaria cuando corresponda y variación de demanda. La tubería se comprueba por velocidad, pérdidas, presión, golpes de ariete y material. Se ensaya el descenso del pozo durante bombeo y su recuperación. El mantenimiento incluye limpieza de filtros, inspección de válvulas y registro de volúmenes.

La bomba se elige para una instalación hidráulica

Un sistema de bombeo no termina en la salida eléctrica del convertidor. Termina en el agua entregada, con un volumen, una presión y un horario. La profundidad del pozo por sí sola no determina altura manométrica: se estudian nivel dinámico, desnivel, presión de uso y pérdidas. Esas condiciones cambian con caudal y explotación del recurso.

Las curvas de bomba y de instalación se comparan para encontrar el punto de operación. En bombeo solar directo ese punto puede desplazarse durante el día. La frecuencia variable no garantiza que cualquier caudal sea admisible para refrigeración, rendimiento o servicio. La protección por nivel y la capacidad del pozo acompañan al ajuste eléctrico.

El acumulador hidráulico del proyecto puede ser un depósito. Su capacidad desplaza el momento de consumo del agua, pero no permite que el motor siga funcionando de noche sin otra fuente. La energía hidráulica se expresa como rho por g por volumen por altura. Con unidades SI, el resultado se convierte de julios a Wh dividiendo entre 3.600. Para energía eléctrica de entrada se divide por el rendimiento definido de la cadena. No se adopta un recargo fijo del diez por ciento como cálculo universal de pérdidas de tubería.

Lectura técnica del archivo Solener: bombeo, motores, bombas y acoplamiento

Selección adaptada del manual Solener aportado. Describe el contexto técnico de su edición; las cifras de equipos, procedimientos de modelo y prescripciones históricas se interpretan con los comentarios anteriores. Se conservan las explicaciones documentales, sin presentarlas como especificaciones actuales de toda la tecnología.

1. Tipos de instalaciones

Por norma general, se tiene la idea que las instalaciones solares fotovoltaicas son sencillas de hacer debido a gratuidad y abundancia de la materia prima, el sol.

El problema de esto es confundir los principios de funcionamiento e instalaciones básicas que se puede considerar sencillos, con la labor de diseño e instalaciones complejas que requieren de verdaderos profesionales para realizarlas.

Las instalaciones realizadas por personal sin ningún tipo de preparación, en los primeros días o incluso semanas, pueden funcionar correctamente pero al final acaban por fallar.

Casos como el de instalaciones aisladas de red, esto es autónomas, que deben cubrir un mínimo de tres días de energía sin aporte energético, es decir sin sol, y que solo duran un día ocurre por realizar la proyección personal no cualificado.

Este tipo de instalación, aislada de red, esta concebida para aportar energía eléctrica a zonas totalmente aisladas a las que es difícil o caro llevar corriente eléctrica de forma convencional. Son las primeras que se diseñaron con paneles fotovoltaicos, sin embargo en las últimas décadas se han ido desarrollando a gran velocidad otro tipo de instalaciones fotovoltaicas, las conectadas a red.

Las instalaciones fotovoltaicas conectadas a red han evolucionado de manera asombrosa debido al descenso de precios de los materiales, al aumento de rendimiento y fiabilidad de los sistemas y a las ventajosas condiciones de la administración pública.

1. Instalaciones aisladas de red

Son instalaciones autónomas que no tiene conexión con la red de distribución pública convencional, son las usadas para el alumbrado, bombeo, telecomunicaciones y viviendas o grupos de viviendas aisladas.

Dentro de este tipo de instalaciones hay dos clases, sistemas con conexión directa a una carga y sistemas con acumulación

1.1 Sistemas con conexión directa a una carga

Son los que utilizan la energía en el mismo momento que la generan los paneles fotovoltaicos, no se acumula.

La instalación más común de este tipo es el bombeo de agua. Consiste en transformar la energía eléctrica que suministra un generador fotovoltaico en energía eléctrica, consiguiendo elevar un volumen de agua hasta una cierta altura y almacenarla en un depósito a tal efecto. Muy utilizado en zonas rurales aisladas de alta insolación.

Debido a la sencillez en los elementos de la instalación resulta muy sencilla de realizar con una vida útil de más de 10 años y mínimo mantenimiento. El rendimiento es muy bueno, ya que cuando más agua se necesita (verano) es cuando más energía aportan los paneles fotovoltaicos.

Bombeo fotovoltaico Descripción de un sistema de bombeo fotovoltaico El desarrollo de un bombeo fotovoltaico implica cinco partes:

Los paneles fotovoltaicos proveerán de energía al motor-bomba necesario para la extracción de agua, el dimensionado de los paneles debe ser lo mas exacto posible, ya que un motor eléctrico requiere de una intensidad de arranque mucho mayor que la nominal, si los paneles fotovoltaicos no son los correctos, no arrancará o lo hará cuando el sol esté en lo más alto desperdiciándose muchas horas de funcionamiento.

La instalación de los paneles puede ser en serie, en paralelo o mixta.

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Es la unión del polo positivo de un panel con el polo negativo de otro panel distinto, de esta manera se sumarán en los otros dos extremos sus tensiones y potencias permaneciendo la intensidad de uno solo.

Es la unión de los polos negativos de todos los paneles por un lado y la unión de los polos positivos de todos los paneles por otro de esta forma se sumarán sus intensidades y potencias permaneciendo la tensión de uno solo.

Este tipo de conexiones se suele realizar en cajas estancas. En algunos casos se pueden realizar en las cajas de

conexión de un panel (no aconsejable). Existen conectores homologados donde se pueden unir dos paneles en paralelo.

II. Motor-bomba El motor que compone el conjunto es una máquina que transforma la energía eléctrica en energía mecánica, pueden ser motores de corriente continua (dc) o corriente alterna (ac).

a) Motores de corriente continua Partes y funcionamiento de un motor de corriente continua.

Inductor o estator.- Parte fija de la máquina donde se encuentran los polos, consistente en un imán permanente o devanado con hilo de cobre sobre un núcleo de hierro instalado en el interior de la carcasa del motor y rodeando al mismo.

Inducido o rotor.- Parte móvil de la máquina de forma cilíndrica donde se encuentra un devanado con núcleo de hierro y en un extremo el colector de delgas donde se cortocircuita el devanado y al que llega la corriente mediante dos escobillas o bien un imán permanente sin escobillas conmutando el devanado del estator mediante un circuito electrónico (los más modernos).

El funcionamiento en un motor con estator de imán permanente y rotor con devanado consiste en el paso de la corriente a través de las escobillas hasta el devanado, por el cual atraviesa el campo magnético del estator produciéndose un movimiento del rotor según la ley de Lorenz debido a la fuerza perpendicular que sufre el conductor formado por el campo magnético y la corriente eléctrica.

 I: Intensidad que recorre el conductor en amperios Los motores de corriente continua se caracterizan por su voltaje, potencia, velocidad y par de arranque. El par de arranque es la fuerza que necesita el motor para comenzar su movimiento, este es proporcional al flujo inductor y a la intensidad de carga. La velocidad de giro del motor variará con el voltaje, la intensidad y el flujo magnético. A mayor velocidad mayor potencia.

Si consideramos un campo magnético muy fuerte, la intensidad necesaria será menor que con un campo magnético de poca fuerza. En los motores de última generación el rotor esta constituido con un núcleo magnético desarrollado mediante Samario Cobalto (SmCo), segunda generación de imanes de tierras raras (lantánidos). Si se comparan con imanes de neodimio (Nd), los imanes de SmCo presentan mejores propiedades

para trabajar a altas temperaturas, buenas propiedades para trabajar en motores magnéticos, resistencia a la corrosión y normalmente no requieren recubrimiento por electrodeposición.

Los motores de corriente continua de última generación para bombeo fotovoltaico, tienen un alto rendimiento, no necesitan inversor y en algunos casos se pueden conectar directamente el generador fotovoltaico. Al no llevar escobillas, su mantenimiento es mínimo, por lo tanto se pueden sumergir. Suelen estar herméticamente sellados y lubricados por aceite. Los que no están lubricados no pueden trabajar en vacío, es decir sin bombear agua, ya que esta les sirve como refrigerante.

Los motores de corriente continua se pueden invertir, al realizar un esfuerzo mecánico en el rotor transforma esa energía mecánica en energía eléctrica.

También pueden variar su sentido de giro, cambiando los polos de alimentación en el rotor o el estator (si se cambian los dos, girará en el mismo sentido).

b) Motores de corriente alterna Los motores de corriente alterna se componen básicamente de un estator (inductor) y un rotor (inducido), en estos motores la velocidad de giro depende de la frecuencia de la corriente eléctrica o el número de polos del inductor, para modificar la velocidad se utilizan variadores de frecuencia.

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 p: número de pares de polos También se caracterizan por su voltaje y potencia nominales y por su par de arranque y par motor que dependen de la resistencia de la carga, es directamente proporcional.

En los motores de corriente alterna se produce un movimiento en el rotor debido a la ley de Lenz:

"El sentido de la corriente inducida sería tal que su flujo se opone a la causa que la produce." La Ley de Lenz nos dice que los voltajes inducidos serán de un sentido tal, que se opongan a la variación del flujo magnético que las produjo. Esta ley es una consecuencia del principio de conservación de la energía.

La polaridad de un voltaje inducido es tal, que tiende a producir una corriente, cuyo campo magnético se opone siempre a las variaciones del campo existente producido por la corriente original.

Los dos tipos básicos de motores de corriente alterna son de inducción síncrona y asíncrona también llamados de jaula de ardilla.

El motor de jaula de ardilla tiene como rotor un cilindro montado en un eje. Internamente contiene barras conductoras longitudinales de aluminio o de cobre con surcos y conectados juntos en ambos extremos poniendo en cortocircuito los anillos que forman la jaula. La base del rotor se construye de un apilado hierro de laminación que pueden cubrir toda la jaula o no.

Los devanados inductores en el estator de un motor de inducción instan al campo magnético a rotar alrededor del rotor. El movimiento relativo entre este campo y la rotación del rotor induce corriente eléctrica, un flujo en las barras conductoras. Alternadamente estas corrientes que fluyen longitudinalmente en los conductores reaccionan con el campo magnético del motor produciendo una fuerza que actúa tangente al rotor, dando por resultado un esfuerzo de torsión para dar vuelta al eje. En efecto el rotor se lleva alrededor el campo magnético pero en un índice levemente más lento de la rotación.

Los motores de corriente alterna pueden ser monofásicos o trifásicos, dependiendo de su potencia.

Para usar un motor de corriente alterna en una instalación de bombeo fotovoltaico se debe incluir un inversor para transformar la corriente continua de los paneles en alterna, es estos casos se encarecería la instalación.

c) Bombas Es la parte del conjunto que transforma la energía mecánica en hidráulica.

 Bombas de desplazamiento positivo o volumétricas. El principio de funcionamiento está basado en la hidrostática. Consiste en un contorno móvil basado en el tornillo de Arquímedes, pero para líquidos, con forma helicoidal, que obliga al fluido a avanzar a través de ellas por cambios de volumen. Se abre una cavidad en la cual penetra el fluido a través de una toma cerrándose posteriormente y expulsando el fluido por la abertura de salida.

Son apropiadas para incrementos de presión altos, pozos profundos, y caudales bajos. En este tipo de bombas el par necesario del motor acoplado depende de la altura del bombeo. En este caso el motor necesita un cierto umbral de corriente para proporcionar el par necesario y así mantener en funcionamiento la bomba. La velocidad de bombeo viene determinada por el voltaje disponible. El volumen de agua bombeada crece con el aumento de velocidad.

Este tipo de bombas necesitan recibir una intensidad constante para tener un par constante, los paneles fotovoltaicos no suministran una energía con valores constantes ya que dependen de la irradiancia recibida. Por otro lado necesitan un par de arranque elevado lo que obliga el esperar a que el sol este alto y que el panel genere la intensidad suficiente para el arranque del motor-bomba.

Para evitar esto se utilizan convertidores de acoplamiento.

 Bombas centrífugas. También llamadas dinámicas o de intercambio de cantidad de movimiento. Mueven el caudal por medio de paletas o álabes giratorios.

Se diseñan para una altura manométrica baja y casi fija, proporcionan en general un caudal mayor que las de desplazamiento positivo.

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Las curvas características se obtienen con la bomba operando a una velocidad constante. Para cualquier otra velocidad se pueden aplicar las leyes de semejanza hidraúlicas:

III. Convertidor de acoplamiento La irradiancia recibida en el panel fotovoltaico cambia a lo largo del día por el ángulo de incidencia del sol con este, eso hace que la intensidad del mismo varíe proporcionalmente.

Para poder aprovechar la energía recibida desde primera hora de la mañana y conseguir que la transferencia sea máxima, la característica tensión e intensidad de la carga debe interceptar a la del generador fotovoltaico tan cerca como sea posible del punto de máxima potencia.

Para conseguir esto se utilizan sistemas de acondicionamiento de potencia como son los convertidores de acoplamiento u optimizadores, no son seguidores del punto de máxima potencia sino que trabajan en un entorno de tensión próximo a este.

El optimizador de potencia utilizado en un motor-bomba de corriente continua consiste en un dispositivo de acoplo de impedancia que reduce la tensión de salida a costa de aumentar su intensidad. Proporciona al motor-bomba la combinación más adecuada de V-I y proporciona las elevadas corrientes de arranque que necesita el Estos convertidores de acoplamiento pueden venir instalados ya en el motor o ser exteriores y añadirlos a la instalación, se conectan entre el panel fotovoltaico y la alimentación del motor-bomba. Se fabrican con la posibilidad de conectar sondas de nivel para controlar el nivel del agua mínimo del pozo y el máximo del depósito, algunos modelos solo controlan el agua del depósito, en estos casos el motor-bomba debe estar

refrigerado por aceite. Si por cualquier circunstancia el pozo se quedara sin agua, el motor trabajaría en vacío y sin algún tipo de refrigerante se quemaría.

En el mercado existen distintos tipos de sensores que detectan el nivel de agua existente:

Para bombeo de un gran caudal de agua se necesitan motores de gran potencia y estos suelen ser de corriente alterna y conexión trifásica. En este tipo de motores se utiliza como buscador del punto de máxima potencia el inversor, elemento que transforma la corriente continua de los paneles en corriente alterna. Estos inversores diseñados para conexión directa, sin baterías, buscan constantemente el punto de máxima potencia de los paneles acoplándolo al motor para conseguir el máximo rendimiento.

En los casos de bombeo con motor de corriente alterna se utilizan boyas de nivel para controlar el agua del depósito, son motores sumergibles y refrigerados por aceite, pueden ser monofásicos o trifásicos y la velocidad es controlada mediante variadores de frecuencia.

Tanto el convertidor de acoplamiento de corriente continua como el inversor en corriente alterna deben ir en caja estanca con un grado de protección IP-55.

Para motores de gran potencia se utilizarán dispositivos de conexión entre los paneles y el inversor como son los relés o contactores, ya que estos aguantan grandes intensidades en la conexión y desconexión.

Los motores-bomba necesitan una potencia mínima de arranque para comenzar a funcionar. Las bombas centrífugas giran con niveles bajos de irradiancia, pero no bombean agua hasta que la potencia sea tal que venza la altura manométrica de la instalación, por debajo de una irradiancia aproximada entre 200-400 W/m² la bomba no expulsará agua.

En días nublados o parcialmente se producen momentos en los que la irradiancia esté por debajo del umbral mínimo de bombeo y por tanto no suministrará agua. En días despejados la bomba sacará agua cuando el nivel de irradiancia alcance un valor suficientemente grande para que el motor arranque y supere el umbral de bombeo, cuando llegue la tarde y la irradiancia vuelva a bajar, en el panel la intensidad bajará proporcionalmente y la tensión seguirá constante, pero en la bomba tendremos la misma baja intensidad y en este caso la tensión también bajará debido a la resistencia del motor. Resumiendo, si no se utilizan sistemas de acondicionamiento de potencia, cuando disminuya la intensidad del panel, el sistema operará cada vez mas lejos del punto de máxima potencia y el rendimiento caerá.

IV. Acumulación en un sistema de bombeo fotovoltaico La energía hidráulica de la bomba se convierte en potencial cuando se acumula el agua en depósitos para su posterior utilización mediante energía gravitatoria.

En un sistema de bombeo-fotovoltaico se suele acumular el agua en depósitos de gran capacidad desde el pozo de donde es bombeada. Hay casos en los que el agua bombeada es menor al consumo demandado, es aquí

cuando el agua acumulada en los depósitos cumple su función. Otros casos, como el riego por goteo, se hace siempre a través del agua acumulada en los depósitos mientras estos se van llenando desde el pozo.

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Mediante sondas de nivel se controla el nivel de agua en los depósitos, en algunos casos en vez de poner una sola sonda para indicar la máxima capacidad del depósito se ponen dos, para controlar un mínimo y un máximo y así aprovechar al máximo el depósito y evitar el estancamiento.

V. Soportes para paneles fotovoltaicos El último elemento necesario para una instalación de bombeo fotovoltaico es el soporte para los paneles. En el mercado existe una gran variedad de estas estructuras. Deben tener un anclaje que la haga resistente a la acción de los agentes atmosféricos de la zona, como mínimo, resistirá una velocidad del viento de 150 Km/h.

Estas estructuras deben tener al campo fotovoltaico con la orientación y la inclinación adecuadas para el máximo aprovechamiento de la instalación. Deben evitar las sombras en los módulos, dadas por elementos artificiales o naturales, existentes en las proximidades.

Los materiales que se deben utilizar para las estructuras son: aluminio anodizado, acero inoxidable o hierro galvanizado con tornillería de acero inoxidable.

La estructura debe estar conectada a una toma de tierra como especifica el REBT (Reglamento Electrotécnico para Baja Tensión).

Las posibilidades de instalación de los paneles pueden ser sobre:

 Suelo. Es la manera más habitual. Necesitan varios puntos de apoyo y una considerable superficie de cimentación y obra civil. Son modulares, facilitando la colocación de gran número de paneles. La fijación suele ser sencilla. Generalmente tienen una inclinación fija, si bien, en el caso de estructuras pequeñas, se puede variar la inclinación manualmente. Las filas inferiores pueden tener acceso incomodo a la hora de interconexionarlos.

 Tejado: La instalación sobre tejado es más compleja que sobre suelo ya que debemos tener cuidado con la correcta impermeabilización. También debemos fijarnos en que tipo de estructura tiene, vigas de hierro, madera. Los elementos de sujeción pueden ser los mismos que en el suelo u otros específicos de tejado como los salva-tejas, dependerá del tipo de tejado.

 Mástil: Se utiliza en instalaciones de pequeñas dimensiones para equipos aislados. El anclaje y cimentación se reduce al punto de apoyo del mástil. La fijación de los módulos requiere la elevación de estos siendo necesario el uso de elementos mecánicos auxiliares. La altura es modificable. Son especialmente aptos para dotarlos de un sistema de seguimiento solar.

 Integración arquitectónica: La integración de los módulos fotovoltaicos en un edificio consiste en sustituir parcial o totalmente un elemento constructivo (revestimiento, cerramiento o elemento de sombreado) por dichos módulos, para formar parte de la envolvente del edificio. De este modo los módulos fotovoltaicos cumplen una doble función energética y arquitectónica.

En este sentido la instalación fotovoltaica puede ubicarse sobre una estructura soporte emplazada sobre la cubierta o fachada del edificio; superpuesto sobre el tejado o fachada; o totalmente integrado en el edificio sustituyendo a los elementos de la envolvente (tejas, acristalamientos, recubrimientos de fachadas, etc.).

Proyección de una instalación de bombeo fotovoltaico Factores a tener en cuenta para la correcta configuración de un sistema de bombeo fotovoltaico:

 Necesidades de energía hidráulica teniendo en cuenta los siguientes datos:

o HST: Altura estática o geométrica. Altura desde el nivel del agua del pozo hasta el punto de utilización o almacenamiento en metros.

o HD: Altura dinámica. Pérdidas de presión en la tubería por rozamiento del agua en la misma.

a. Energía hidráulica En primer lugar necesitamos saber la altura y distancia total que debe recorrer el agua por la cañería.

Referencia: manual Solener.

Servicio didáctico	Volumen	Altura total	Energía hidráulica
Depósito	20 m³	35 m	1,91 kWh
Entrada eléctrica con rendimiento supuesto 0,45	—	—	4,24 kWh

En el ejemplo hidráulico se adopta rho = 1.000 kg/m³ y g = 9,81 m/s²: 1.000 × 9,81 × 20 × 35 / 3.600.000 = 1,9075 kWh hidráulicos. Dividir entre 0,45 da 4,239 kWh de entrada en el límite definido. No se deduce la potencia nominal sin perfil de funcionamiento ni curva de la bomba.

Un servicio nocturno

La farola solar reúne módulo, regulador, batería, luminaria, soporte y control. Su demanda aparece principalmente de noche, por lo que la batería es central en el balance. Deben definirse duración de la noche de diseño, niveles de iluminación, regulación horaria y autonomía. La potencia de una luminaria no demuestra que el espacio reciba la iluminación adecuada.

El estudio luminotécnico considera distribución de luz, altura, separación, uniformidad, deslumbramiento y entorno. Elegir un poste más alto cambia alcance y cargas mecánicas. Orientar el módulo para recibir más Sol puede entrar en conflicto con la disposición del punto de luz, y una sombra sobre el pequeño campo puede comprometer toda la autonomía.

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Balance diario y mes de diseño

Para una luminaria regulada se suma la energía de cada periodo. Se incorpora consumo del controlador y pérdidas. El dimensionado solar combina la noche de mayor demanda con el recurso del periodo relevante. Una autonomía calculada para una noche corta de verano no describe el funcionamiento en invierno.

Ejemplo: Luminaria con reducción nocturna

Una luminaria funciona 5 h a 30 W y 7 h a 12 W. Su consumo es 150 + 84 = 234 Wh/noche. Se añaden 16 Wh de control: total 250 Wh. Para tres noches, DoD = 0,80 y eficiencia de salida = 0,90, la capacidad nominal mínima es 750 / 0,72 = 1.042 Wh, antes de reserva por envejecimiento y temperatura. Con 2,5 HSP y factor de generación y carga 0,70, la potencia solar inicial es 250 / (2,5 × 0,70) = 143 Wp. El diseño debe revisar recuperación del banco y servicio luminotécnico.

Batería soporte y control

La batería puede situarse en una caja elevada, dentro del poste o en un alojamiento accesible. Cada solución cambia temperatura, protección frente a agua, posibilidad de robo y facilidad de sustitución. La ubicación no debe impedir ventilación requerida ni exponer terminales. Se estudian cimentación, corrosión y mantenimiento con herramientas adecuadas.

El controlador puede utilizar calendario astronómico, medida de luz y programación horaria. Se comprueba qué sucede después de varios días nublados: reducción de potencia, desconexión de ciertos periodos o continuidad de un nivel mínimo. Esta estrategia se acuerda con el servicio previsto y se documenta.

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Telecomunicaciones caravanas y sensores

En aplicaciones pequeñas, un consumo permanente de pocos vatios puede dominar el balance. Un equipo de 5 W durante 24 horas utiliza 120 Wh/día. Su energía debe medirse incluyendo transmisión, espera y convertidores. Las cargas de continua pueden reducir conversiones, pero requieren tensiones compatibles y protección.

Comprobar el periodo desfavorable

Para una luminaria didáctica de 40 W durante 14 horas, la demanda es 560 Wh por noche antes de auxiliares. Con solo 2 HSP en el periodo de diseño y un factor supuesto de entrega 0,60, la potencia solar de partida sería 560 / (2 × 0,60) = 467 Wp. Utilizar doce horas de funcionamiento o HSP estivales reduciría artificialmente el tamaño calculado.

La batería se comprueba con energía utilizable al final del horizonte de diseño, temperatura y autonomía. La programación de intensidad se justifica por el servicio lumínico requerido, no solo por ahorro. Poste y cimentación se estudian por cargas y terreno; el peso de equipos modifica la solución mecánica.

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Alumbrado: tres arquitecturas que conviene distinguir

Una farola solar autónoma contiene una reserva local de energía: panel, regulador, batería y luminaria trabajan para cubrir la noche. La segunda arquitectura incorpora seguimiento al captador; busca más producción con una superficie limitada, a costa de añadir movimiento y mantenimiento. La tercera conecta el generador a la red y toma de ella la energía nocturna. Estas soluciones cubren el mismo servicio luminoso mediante balances diferentes.

En el seguidor acoplable al poste descrito por Solener, el objetivo es generar durante el día para la red y alimentar de la red el alumbrado nocturno. La energía vertida no queda reservada físicamente para esa farola. El contador registra intercambios y el tratamiento económico depende de la modalidad y del contrato. No se promete una equivalencia de un kilovatio hora vendido por uno comprado. Marco de consulta: referencia E03.

El descenso del precio de los módulos cambia la decisión. IRENA recoge una reducción aproximada del 90 % desde finales de 2009. Se trata de una tendencia internacional del componente, no del precio total de una farola instalada. Con módulos baratos, ampliar un captador fijo puede resultar más conveniente que incorporar un seguidor pequeño. La comparación exige añadir soporte, batería si existe, obra, limpieza y reparaciones. Referencia E01.

Un ejemplo didáctico: una luminaria de 30 W funcionando diez horas solicita 0,30 kWh en sus bornes. Con una cadena de suministro de rendimiento supuesto 0,85 hacen falta 0,353 kWh antes de esas pérdidas. Si la reserva útil requerida es de tres noches, hacen falta 0,90 kWh útiles en luminaria, además de la reserva que decida el proyecto. Esto no dimensiona automáticamente el panel: faltan invierno, perfil de regulación, temperatura, sombreado y recuperación de batería.

El manual del controlador de farola Solener consultado describe un reloj sincronizado por la señal del panel y una programación por intervalos. Para esa versión concreta declara alimentación de 10 a 16 V, hasta 10 A por salida y 20 A en total. Esas cifras identifican el controlador del documento, no una gama universal ni una especificación de un producto actual. La función que permanece es coordinar carga, encendido y autonomía para el servicio previsto.

La decisión empieza por iluminancia, uniformidad, horario y emplazamiento. Evitar una zanja larga puede favorecer una solución autónoma; disponer de red y acceso fácil al mantenimiento puede cambiar el resultado. La guía del DOE sobre alumbrado solar subraya que la utilidad económica depende de la aplicación. Referencia E04.

Documentación del equipo: S01

Balance instantáneo

En autoconsumo, parte de la generación abastece cargas asociadas. Si la producción supera la demanda, puede existir excedente; si es inferior, se importa energía. Sin batería, el balance simplificado en cada intervalo es autoconsumo = mínimo de generación y demanda; excedente = máximo de generación menos demanda y cero; importación = máximo de demanda menos generación y cero.

El consumo anual y la producción anual pueden ser iguales y, aun así, existir importaciones y excedentes importantes. El motivo es el horario. Una vivienda que demanda principalmente por la noche puede autoconsumir directamente una fracción pequeña de su producción diaria. Por eso el dimensionado utiliza perfiles horarios, no solo facturas anuales.

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Dos indicadores distintos

La tasa de autoconsumo divide la generación utilizada localmente entre la generación total. La autosuficiencia divide esa misma energía entre la demanda total. Ambos indicadores tienen denominadores diferentes. Con batería hay que definir si se cuenta energía a la entrada o a la salida y cómo se atribuyen las pérdidas.

Ejemplo: Indicadores de un día

Generación: 20 kWh. Demanda: 15 kWh. Coincidencia directa: 9 kWh. Excedente: 11 kWh. Importación: 6 kWh. Autoconsumo = 9 / 20 = 45 %. Autosuficiencia = 9 / 15 = 60 %. El saldo diario de generación menos demanda es positivo, pero no desaparecen las compras de energía porque hay periodos con déficit.

Potencia del campo y del inversor

El dimensionado estudia generación, demanda, superficie, presupuesto y condiciones de conexión. La relación entre potencia continua del campo y potencia alterna del inversor afecta a la utilización y al recorte de potencia. Una sobredimensión autorizada puede aumentar energía durante horas de irradiancia moderada, pero requiere respetar todos los límites eléctricos del equipo.

La orientación este-oeste puede reducir el pico y distribuir generación. Una orientación sur puede dar más energía anual en condiciones favorables. Ninguna se elige sin comparar la demanda, las sombras y el espacio disponible. La instalación de batería se valora a partir del excedente aprovechable y del déficit posterior, no de la producción total.

Modalidades y medida

El RD 244/2019 distingue autoconsumo sin excedentes y con excedentes, y regula modalidades individuales y colectivas. La compensación simplificada exige requisitos específicos, entre ellos potencia de producción asociada no superior a 100 kW y origen renovable. Su valoración económica no equivale a guardar físicamente energía en la red: dentro del periodo de facturación, la compensación no puede superar el valor económico de la energía consumida de la red en los términos de la norma. [F7]

Se revisan contador, sensores, sentido de medida, comunicaciones y límites de exportación. Un sistema sin excedentes necesita un mecanismo autorizado y una respuesta adecuada si falla la medida. Un contador instalado al revés o una configuración incorrecta puede producir balances falsos y controlar mal el inversor.

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Compartir generación

Una instalación colectiva puede asociar varios consumidores a un generador. El reparto administrativo de energía no equivale necesariamente a una conexión física directa de cada vivienda al inversor. Se describen participantes, medida, modalidad, acuerdos de reparto y responsabilidades de operación. La guía de IDAE ofrece procedimientos y modelos para organizar la tramitación. [F8]

La proximidad y asociación deben comprobarse en el artículo 3 del RD 244/2019 vigente. El texto consultado incorpora un supuesto para fotovoltaica o eólica de hasta 5 MW a distancia inferior a 5.000 m a través de redes. No se utiliza ese supuesto como regla universal: hay otras condiciones y configuraciones que deben verificarse. [F7]

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Diseñar el reparto

El análisis utiliza perfiles de consumo de cada participante. Un coeficiente adecuado para una oficina puede ser poco útil para una vivienda con demanda nocturna. Se compara el aprovechamiento conjunto, la forma de asignación y los compromisos de cada consumidor. Se conserva una versión firmada del acuerdo y se revisa qué ocurre si cambia un participante.

Ejemplo: Reparto ilustrativo en una hora

La generación repartible del ejemplo es 10 kWh. Se aplican coeficientes didácticos de 0,50, 0,30 y 0,20: se asignan 5, 3 y 2 kWh. Si las demandas correspondientes son 4, 4 y 1 kWh, las coincidencias individuales son 4, 3 y 1 kWh. Total aprovechado: 8 kWh. Este ejemplo ilustra el efecto de un reparto fijo y no sustituye las reglas legales de medida y reparto de una instalación real.

Añadir batería

La batería desplaza energía a horas posteriores, con pérdidas y límites de potencia. Puede acoplarse en continua o en alterna según arquitectura. Se comprueba cómo interactúan inversor solar, batería, contador y control. En un colectivo deben definirse propiedad, medida y criterio de asignación del almacenamiento antes de valorar su beneficio.

Para valorar una batería individual se obtiene el excedente disponible en cada intervalo y el déficit posterior. Una batería de 10 kWh no entrega todos los días 10 kWh si solo existen 3 kWh de excedente para cargarla. Si la potencia de carga es pequeña puede quedar excedente sin almacenar aunque exista espacio energético libre.

Gobernanza y explotación

El acuerdo define quién mantiene, quién paga reposiciones, cómo se distribuyen costes, qué datos recibe cada participante y cómo se gestionan averías. En una comunidad también se estudian acceso a cubierta, seguros y decisiones sobre equipos. La claridad documental evita que una instalación técnicamente válida pierda utilidad por falta de coordinación.

Un dato normativo debe llevar fecha y condiciones

La definición de proximidad para determinadas instalaciones asociadas a través de red ha cambiado respecto a los apuntes antiguos. El texto consolidado consultado del RD 244/2019 recoge, bajo sus condiciones, generación fotovoltaica o eólica de hasta 5 MW a distancia inferior a 5.000 m. Debe revisarse la definición completa y su vigencia para cada caso; no es una autorización genérica para cualquier instalación. [F7]

Tres niveles de revisión

El proyecto eléctrico, la conexión y la intervención en el edificio responden a exigencias distintas. La normativa de autoconsumo no sustituye la seguridad eléctrica; el cumplimiento eléctrico no demuestra autorización urbanística; una licencia no acredita por sí sola capacidad estructural. La documentación reúne estos niveles de manera coherente.

El manual antiguo contiene referencias a primas, cuotas y trámites de otra época. No se trasladan a esta edición como condiciones actuales. Antes de ejecutar se verifica normativa estatal, autonómica, municipal y las condiciones concretas de acceso y conexión. Las guías prácticas son útiles, pero la norma aplicable y la resolución del expediente determinan los requisitos reales.

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CTE y generación renovable

La sección HE5 del DB HE consultado se aplica, entre otros supuestos, a edificios nuevos de más de 1.000 m² construidos y determinadas ampliaciones, reformas integrales o cambios de uso. La potencia mínima se obtiene como la menor de P1 = Fpr,el × S y P2 = 0,1 × (0,5 × Sc - Soc). El factor es 0,005 kW/m² para residencial privado y 0,010 para otros usos. S, Sc y Soc se definen en el documento; Soc es la cubierta ocupada por captadores solares térmicos. Hay condiciones y excepciones que deben revisarse en el texto completo. [F9]

Ejemplo: Comprobación didáctica HE5

Se supone que un edificio no residencial entra en el ámbito de aplicación. S = 2.000 m², Sc = 400 m² y Soc = 20 m². P1 = 0,010 × 2.000 = 20 kW. P2 = 0,1 × (200 - 20) = 18 kW. El mínimo resultante del ejemplo es 18 kW, antes de revisar el resto de condiciones del documento. Los datos deben corresponder exactamente a las superficies definidas por HE5.

Contenido técnico mínimo de trabajo

La memoria o proyecto describe emplazamiento, objetivo, demanda, recurso, arquitectura, equipos, cálculos y normativa. Los planos incluyen disposición de módulos, recorridos, protecciones y puesta a tierra. La relación de equipos identifica modelos y revisiones. El presupuesto separa suministro, montaje, legalización, pruebas y mantenimiento.

El expediente conserva fichas, certificados y procedimientos. En una instalación con respaldo incorpora los modos de operación y la conmutación. En bombeo añade información hidráulica; en farolas, luminotécnica; en cubierta, justificación estructural y estanqueidad. La documentación debe permitir mantener el sistema años después de instalarlo.

Control de cambios

Una sustitución de módulo o inversor puede alterar tensión máxima, corriente, estructura o certificaciones. El equipo instalado debe coincidir con el documentado o con una modificación verificada. Se registra qué cambió y por qué. Entregar un plano del diseño inicial cuando la obra terminó con otra configuración impide una intervención segura.

Seguir el movimiento aparente del Sol

Un seguidor modifica la orientación del generador para mejorar captación. Puede disponer de un eje o de dos. Los sistemas de un eje cambian una coordenada de orientación; los de dos permiten ajustar dos movimientos. Su beneficio depende de latitud, recurso directo y difuso, geometría, restricciones y mantenimiento.

El incremento energético no es una constante aplicable a cualquier instalación. Debe simularse con la disposición real y compararse con una estructura fija. En algunos emplazamientos, ampliar un campo fijo puede ser más sencillo; en otros, la limitación de superficie o las condiciones del recurso favorecen el seguimiento. El coste y la disponibilidad completan la decisión.

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Filas sombras y backtracking

En plantas con filas móviles, seguir exactamente la dirección solar puede producir sombras entre filas cuando el Sol está bajo. El backtracking modifica el ángulo para reducir esas sombras. La relación entre separación y anchura de fila influye en el resultado. Un cálculo que ignore el sombreado puede sobreestimar energía.

La pendiente del terreno y diferencias de cota complican la geometría. Se modelan o se incorporan correcciones específicas. La estructura, motores, cableado móvil y control deben resistir ciclos de operación. El recorrido del cable permite movimiento sin tensiones, abrasión ni radios de curvatura inadecuados.

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Posición de seguridad y fallos

Se define una posición de seguridad frente a viento u otras condiciones según diseño. El sistema debe detectar el evento y disponer de una respuesta válida si falla la alimentación, el sensor o la comunicación. La protección no se reduce a programar un número de velocidad de viento sin validar estructura y dinámica.

El mantenimiento revisa holguras, fijaciones, transmisión, actuadores, sensores y alimentación auxiliar. Una fila detenida puede producir menos energía sin activar inmediatamente una alarma evidente. La comparación de ángulos y producción entre filas ayuda a identificar el fallo.

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Ejemplo: Comparar dos alternativas

La opción fija entrega en la simulación 100 unidades anuales de energía y el seguidor 118. Si el seguidor necesita energía auxiliar, tiene más indisponibilidad o cuesta más mantenerlo, la ganancia neta y el beneficio económico serán menores que el 18 % bruto. Se comparan flujos de caja y riesgos, no solo irradiación captada.

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Del cuerpo del seguidor al plano de módulos

Las fotografías de fabricación permiten recorrer el mecanismo en sentido inverso al de la energía eléctrica. El viento actúa sobre los módulos; el bastidor transmite esfuerzos al cuerpo y a los apoyos; el accionamiento mantiene o modifica la orientación. El motor no se dimensiona únicamente por el peso. Importan momentos, rozamiento, geometría, aceleraciones, holgura y situación de seguridad.

Un cuerpo mecanizado, una corona y un poste son piezas distintas del mismo sistema. El cuerpo conecta apoyos y elementos de giro. La corona participa en la reducción y transmisión del movimiento. El poste enlaza con la base. La documentación de fabricación relaciona tolerancias, materiales y uniones, mientras el proyecto verifica cargas y terreno. La apariencia de una pieza no permite confundirla con una turbina.

La revisión mecánica empieza por puntos medibles: posiciones extremas, separación respecto al suelo, juego en uniones y respuesta de finales de recorrido. Continúa con la estrategia ante viento y fallo de alimentación. Una posición de seguridad debe ser alcanzable dentro de las condiciones previstas; escribir una orden en el controlador no prueba que el conjunto pueda ejecutarla bajo carga.

El seguimiento puede mejorar el aprovechamiento solar en plantas sobre terreno, aunque añade inversión y mantenimiento. Esa comparación, descrita por el DOE, no se traslada sin más a una farola pequeña. A mayor escala, la distribución de costes y la superficie disponible son diferentes. Referencia E02.

Seguir el Sol exige también gobernar los esfuerzos

El seguimiento modifica geometría y recurso sobre el plano. La mejora energética se compara con una referencia fija definida y con las condiciones del lugar. Un porcentaje máximo comercial no predice el incremento de cualquier seguidor. La separación entre filas, la disponibilidad y las estrategias de protección pueden cambiar el resultado anual.

El mecanismo conecta bastidor, cuerpo, transmisión, motor y apoyos. El viento genera momentos que dependen de superficie y geometría; el peso no describe todo el esfuerzo. La posición de protección se diseña para el conjunto y su accionamiento. La electrónica puede ordenar un movimiento, pero el ensayo demuestra si el mecanismo lo ejecuta en las condiciones previstas.

Las fotografías corregidas de carcasas y coronas se leen como una secuencia de fabricación de seguidores. En esta ampliación se añaden dibujos del archivo y esquemas funcionales de control. El sensor de posición solar, la medida de viento y los finales de carrera tienen funciones diferentes. La documentación del modelo define su interacción; una tarjeta antigua y Seg6 no comparten automáticamente conexiones ni respuesta nocturna.

Lectura técnica del archivo Solener: seguimiento solar

Selección adaptada del manual Solener aportado. Describe el contexto técnico de su edición; las cifras de equipos, procedimientos de modelo y prescripciones históricas se interpretan con los comentarios anteriores. Se conservan las explicaciones documentales, sin presentarlas como especificaciones actuales de toda la tecnología.

Seguimiento solar El seguimiento solar consiste en mover las superficies receptoras para maximizar la energía solar recibida a lo largo de un periodo de tiempo.

La utilización de un seguimiento solar se debe al intento de disminuir el coste de la energía producida. Esto es posible gracias al abaratamiento cada vez mayor de los elementos mecánicos y electrónicos que entran a formar parte del seguimiento, así como a la construcción de sistemas relativamente sencillos cuyo mantenimiento es mínimo.

Un eje Norte-Sur inclinado Un eje Este-Oeste horizontal Un eje azimutal La elección de un determinado sistema de seguimiento se realiza según las necesidades, en función de los costes, precisión, etc… Un seguimiento solar de dos ejes puede aumentar la producción energética hasta un 40 %.

El movimiento de las estructuras que sustentan los paneles se puede realizar mediante sistemas pasivo (sistemas hidráulicos) o mediante motores eléctricos. En el caso de utilizar motores, éstos pueden ser controlados por sistemas analógicos autorregulados, por ejemplo basados en un sensor de radiación solar, mediante coordenadas calculadas, o mediante combinación de ambos.

- En el caso de seguimiento matemático, este elemento de control puede ser el resultado de un diseño específico de cada fabricante o se pueden disponer de elementos de control disponibles en el mercado.

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Una opción es la utilización de autómatas con posibilidad de cálculo trigonométrico y reloj en tiempo real a través de señal GPS y así evitar el reloj interno del PLC y tener que introducir las coordenadas geográficas en cada uno de los seguidores solares. Los hay con o sin autoaprendizaje. La programación del PLC resulta relativamente sencilla. Como entradas se tienen los finales de carrera, las señales de pulsos de los encoders o de los sensores de proximidad. Como salidas se actuarán dos señales digitales para control de los convertidores de frecuencia que actúan los motores, internamente se dispone de los datos de latitud, longitud y la hora proporcionados por la señal GPS. El programa a de calcular los ángulos acimutal y cenital de posición del sol y en función del tipo de seguimiento solar los ángulos de azimut e inclinación de la superficie del seguidor solar. La actuación de los motores se realiza teniendo los cálculos de posición (actual y deseada) y los finales de carrera.

El coste del sistema de control puede disminuirse mediante la implementación del control en desarrollos electrónicos basados en microprocesadores.

- Otra manera de seguimiento es mediante el llamado “ojo solar”, ampolla de vidrio basada en células de silicio consistente en mandar impulsos eléctricos al sistema de movimiento.

Consiste en una ampolla de vidrio con dos pequeñas células de silicio separadas entre si por una “pared”, cuando el sol da en una de ellas manda un impulso eléctrico para que se mueva la estructura hasta que el sol da en las dos células al mismos tiempo, entonces se para. Este proceso continúa hasta que los finales de carrera instalados hacen que el seguidor se coloque horizontalmente y vuelva a su posición inicial esperando a que salga el sol de nuevo.

De la misma manera todos los seguidores disponen de un sistema de protección contra fuertes vientos mediante un anemómetro, al detectar una velocidad peligrosa para la plataforma manda una señal y se coloca horizontalmente, evitando cualquier riesgo.

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Un sistema sencillo, barato, eficaz y muy cómodo, ya que evita tener que introducir datos en un autómata.

Tiene autoaprendizaje de tal manera que el solo estudia el movimiento del sol en cualquier sitio que se instale, lo memoriza y lo repite.

Uno de los inconvenientes de los seguidores solares es el espacio que ocupan teniendo en cuenta que deben estar separados unos de otros lo suficiente para evitar que sus propias sombras afecten en el rendimiento al tener estructuras de una gran superficie y altura.

Las plataformas donde van colocados los paneles solares pueden incluir sistemas de concentración solar, espejos a los lados de los paneles para recibir irradiación de albedo y aumentar el rendimiento, el problema que tiene es la eliminación de espacio para poner más paneles.

Referencia: manual Solener.

Verificar lo que se ha construido

La recepción comprueba que la obra coincide con el diseño y funciona con seguridad. La revisión visual verifica módulos, estructura, cables, conectores, cajas, identificación, accesibilidad y signos de daño. La revisión documental comprueba modelos, números de serie, fichas y planos finales. Las pruebas se ejecutan según procedimientos aplicables y límites de los equipos.

No se improvisan ensayos de aislamiento con electrónica conectada si el fabricante exige separarla. Tampoco se cortocircuita un campo de forma manual para medir corriente. Los instrumentos, categoría de medida, aislamiento y procedimiento deben corresponder a las tensiones y corrientes presentes. Las mediciones de cadenas se interpretan junto con irradiancia y temperatura.

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Comprobaciones eléctricas y funcionales

Se verifica polaridad, continuidad de conductores de protección y conexiones, tensiones de cadenas y características de aislamiento mediante el procedimiento adecuado. Se comprueban protecciones, ajustes y seccionamiento. La puesta a tierra se ensaya dentro del esquema correspondiente. La medida del rendimiento se realiza con condiciones suficientemente conocidas para interpretar el resultado.

En una instalación de red se comprueban sincronización, parada cuando corresponde y recuperación. En una sin excedentes se prueba el control de exportación y su condición de fallo. En una con batería se prueban límites de carga y descarga y comunicación BMS. En una con respaldo se ensaya pérdida de red, transferencia, servicio crítico y retorno.

Pruebas por aplicación

En bombeo se registra caudal, altura, nivel dinámico del pozo, consumo y respuesta de sondas. En farolas se revisan horarios y niveles, además del balance de energía. En aisladas se comprueban arranques y desconexión de cargas no prioritarias. En seguidores se ensayan recorrido y posición de seguridad según el sistema.

Acta y formación al usuario

El acta identifica fecha, responsables, instrumentos, pruebas, resultados y observaciones. Incluye las incidencias pendientes y su resolución antes de aceptación. Las lecturas iniciales sirven como referencia para mantenimiento. El usuario recibe instrucciones de operación, parada, alarmas, contacto de servicio y documentación.

Mantener el servicio

El mantenimiento preventivo busca evitar fallos; el correctivo restablece el servicio; el basado en condición utiliza medidas y alarmas. La frecuencia se adapta al lugar, al equipo y a la criticidad. Un campo en ambiente polvoriento, una batería en recinto caliente y una instalación remota necesitan planes diferentes.

Se conservan planos finales, números de serie, ajustes, garantías e historial de intervenciones. Cada modificación actualiza el registro. El manual de buenas prácticas de operación y mantenimiento citado en las referencias organiza actividades y responsabilidades; las instrucciones específicas del equipo completan el plan. [F10]

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Inspección y limpieza

Se revisan daños de vidrio, humedad, corrosión, suciedad, cables, conectores, protecciones y estructura. Se verifica apriete mediante procedimientos y pares definidos, evitando reapretar indiscriminadamente. La limpieza se decide por pérdida estimada, seguridad de acceso y coste. Agua, herramientas y horario deben ser compatibles con el módulo y evitar choque térmico o abrasión.

Los equipos electrónicos necesitan disipación libre. Se revisan filtros y ventiladores cuando existen, sin introducir humedad o polvo en el interior. Las baterías se inspeccionan según química y construcción. En plomo abierto se utiliza el procedimiento de mantenimiento del fabricante; en litio se revisan alarmas, temperatura y estado comunicado por BMS.

Diagnóstico con medidas

Una caída de producción puede proceder de baja radiación, sombra nueva, limitación de exportación, recorte del inversor, desconexión de una cadena o avería. Se compara producción con recurso y con grupos equivalentes. Un dato bruto de kWh no permite separar todas esas causas. Conviene conservar energía, potencia, tensiones, corrientes, temperatura y códigos de alarma.

Si una batería llega vacía al amanecer, se revisa generación, demanda, ajustes y capacidad. Si una bomba gira sin dar el caudal previsto, se revisan altura, pozo, filtros, tubería y velocidad. El diagnóstico sigue la cadena energética y evita sustituir componentes solo por una sospecha.

Garantías y reposiciones

La garantía de producto y la garantía de potencia de un módulo tienen objetos distintos. La cobertura se revisa por condiciones, procedimiento y responsable. No se inventan plazos universales a partir del manual antiguo. Se registra fecha de suministro, instalación y puesta en servicio.

Un indicador necesita un límite y una referencia

Si una instalación de 5 kWp entrega 400 kWh en un mes, su rendimiento específico mensual es 80 kWh/kWp. Ese valor no demuestra avería sin conocer irradiación, orientación, disponibilidad y restricciones. Para analizarlo se compara con recurso y una referencia coherente del mismo periodo.

Un registro útil distingue fallo real, falta de comunicación y dato incompleto. Conserve fecha zona horaria unidades y estado de equipos. La pérdida de conexión a una plataforma no implica necesariamente que el inversor haya dejado de producir. Las alarmas y medidas locales permiten contrastarlo.

Comparar alternativas completas

El análisis económico reúne inversión, operación, mantenimiento, reposiciones, seguros, financiación cuando exista y valor de energía. Se estudia el horizonte y la incertidumbre. Los precios del ejemplo son hipótesis para practicar; no son tarifas vigentes ni presupuestos comerciales.

En autoconsumo se distingue energía que evita compra, excedente valorizado y energía perdida. Un kilovatio hora autoconsumido y uno exportado pueden tener valores diferentes. En una aislada el beneficio puede ser evitar extensión de red o combustible. En bombeo puede ser el coste del agua entregada y la continuidad de riego.

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Recuperación simple y valor actual

La recuperación simple divide inversión entre ahorro anual neto si este se supone constante. Es útil para una primera comparación, pero omite descuento, variación, degradación y momento de reposiciones. El valor actual neto, VAN, descuenta cada flujo: VAN = -I0 + suma de CFt / (1 + r)^t. El criterio requiere un tipo de descuento coherente con el análisis y con la naturaleza de los flujos.

Ejemplo: Autoconsumo sin batería

Inversión supuesta: 7.000 €. Producción anual: 7.000 kWh. Autoconsumo directo: 60 %, es decir 4.200 kWh. Valor de compra evitada supuesto: 0,20 €/kWh, ahorro bruto 840 €. Excedente: 2.800 kWh a 0,06 €/kWh, valor teórico 168 €. Mantenimiento supuesto: 100 €/año. Beneficio neto simplificado = 908 €/año. Recuperación simple = 7.000 / 908 = 7,71 años. La compensación real se limita según contrato y norma; el análisis detallado añade reposiciones y descuento.

¿Cuándo aporta valor la batería?

Una batería puede aportar desplazamiento de energía, potencia o continuidad. Cada servicio se valora por separado. Si se cargan 1.000 kWh de excedente y se recuperan 900 kWh en alterna, con compra evitada de 0,20 €/kWh y excedente renunciado de 0,06 €/kWh, el beneficio energético bruto sería 900 × 0,20 - 1.000 × 0,06 = 120 € al año. Ese importe se compara con inversión, degradación y reposición.

El respaldo puede tener un valor para el usuario que no aparece en esa cuenta. Se describe qué cargas protege y qué duración ofrece. No se suman beneficios incompatibles como si el mismo kWh estuviera disponible simultáneamente para varios usos.

Sensibilidad y ciclo de vida

Se comparan al menos una previsión baja, una central y una alta para producción, autoconsumo, valor de energía y coste. También se estudia avería o reposición de un equipo importante. La decisión debe seguir siendo comprensible si cambian las hipótesis.

El análisis ambiental puede incluir energía y emisiones del ciclo de vida, durabilidad, reparabilidad y residuos. No se utiliza un factor universal de emisiones evitadas sin indicar la electricidad o combustible desplazado y el periodo. Se planifica desmontaje y gestión de módulos, equipos y baterías a través de los canales aplicables.

El viento como recurso complementario

Un aerogenerador convierte energía cinética del viento en trabajo mecánico y electricidad. Puede incluir rotor, transmisión, generador, control, torre y conversión eléctrica. Algunos diseños prescinden de multiplicadora mediante accionamiento directo.

Los rotores de eje horizontal y vertical tienen comportamientos diferentes. En pequeña eólica importan recurso a la altura del rotor, turbulencia, obstáculos, ruido, permisos y acceso de mantenimiento. Una buena localización solar no asegura un buen recurso eólico. Los mapas regionales sirven como primera referencia y deben complementarse con evaluación del lugar. [F11]

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Potencia y curva del aerogenerador

La potencia disponible en el flujo de viento se expresa como Pviento = 0,5 × ρaire × A × v³. La potencia eléctrica depende además del coeficiente aerodinámico y del rendimiento de los componentes, y se obtiene preferentemente de la curva de potencia del equipo. La potencia nominal no es la producción media.

La dependencia cúbica ayuda a entender la importancia del recurso: duplicar la velocidad multiplica por ocho la potencia del flujo en la fórmula ideal. No significa que el aerogenerador entregue ocho veces su potencia en todo rango, porque existen regulación, límites y parada. Para estimar energía se combina la distribución de velocidades con la curva de potencia y las pérdidas.

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Ejemplo: Energía de un equipo de pequeña eólica

Un equipo didáctico de 2 kW con factor de capacidad supuesto de 0,15 entregaría 2 × 8.760 × 0,15 = 2.628 kWh/año. Con factor 0,05 entregaría 876 kWh/año. Ambos valores son hipótesis: la diferencia muestra por qué la potencia de catálogo no demuestra la viabilidad del lugar.

Integración con batería y fotovoltaica

Una arquitectura híbrida puede combinar recursos con perfiles distintos. Se analiza si la eólica aporta energía durante periodos de baja generación solar y si existe simultaneidad útil. Un banco común necesita reguladores compatibles, límites coordinados y protecciones específicas. Los aerogeneradores pueden requerir cargas de desvío y un sistema de frenado diseñado por el fabricante.

No se desconecta un aerogenerador como si fuera un módulo solar sin comprobar su comportamiento. La pérdida de carga puede afectar velocidad y seguridad. La torre, cimentación, puesta a tierra y protección mecánica son parte del diseño. Los equipos en cubierta requieren una evaluación rigurosa de turbulencia, vibración y estructura.

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Estimar el servicio conjunto

Se utiliza una simulación temporal de ambas fuentes y de la demanda. La suma anual de energías no basta para calcular autonomía. Dos fuentes pueden producir mucho en el mismo periodo y poco durante una secuencia crítica. El objetivo es reducir energía no suministrada o combustible con una complejidad y coste justificables.

Seleccione potencia eólica por recurso, curva, límites y dinámica; una fracción de capacidad de batería no dimensiona el aerogenerador.

De la potencia del viento a una curva de máquina

La potencia contenida en el flujo depende del cubo de la velocidad, del área barrida y de la densidad del aire. La energía anual de una máquina depende además de su curva y de la distribución de velocidades. Introducir la velocidad media en una expresión cúbica no entrega, en general, la media de potencia. Por eso se estudian histogramas y periodos con condiciones definidas.

La transmisión puede incorporar multiplicadora o ser directa. La góndola, el generador y la orientación se diseñan para la arquitectura concreta. Los dibujos de grandes máquinas del archivo ayudan a reconocer funciones, pero sus componentes no describen obligatoriamente un pequeño aerogenerador de carga a batería. El control de giro y el destino de la energía siguen siendo tareas centrales.

Los sistemas aislados, el bombeo y la conexión a red se comparan por servicio. Una batería llena no detiene el viento; la regulación necesita una respuesta prevista. La altura del rotor y el entorno afectan al recurso y la turbulencia. La cimentación se verifica por cargas, anclajes y terreno: una regla que compare simplemente el peso del hormigón con el empuje del viento no es un cálculo estructural.

Lectura técnica del archivo Solener: máquinas eólicas

Selección adaptada del manual Solener aportado. Describe el contexto técnico de su edición; las cifras de equipos, procedimientos de modelo y prescripciones históricas se interpretan con los comentarios anteriores. Se conservan las explicaciones documentales, sin presentarlas como especificaciones actuales de toda la tecnología.

Apenas un 2% de la energía solar que llega a la Tierra se convierte en energía eólica y sólo podemos aprovechar una pequeña parte de ella. Aún así, se ha calculado que el potencial eólico es unas veinte veces el actual consumo mundial de energía, lo que hace de la energía eólica una de las fuentes de energía renovable más importantes.

El viento es, fundamentalmente, una consecuencia de la radiación solar que incide sobre la Tierra, y que origina el calentamiento de las masas de aire que la circundan. Al calentar de forma desigual la superficie del planeta en función de la latitud, se provocan unas diferencias de presión que el flujo de aire tiende a igualar.

Desde hace siglos el ser humano ha aprovechado la energía eólica para diferentes usos: molinos, transporte marítimo mediante barcos de vela, serrerías,… pero es en la actualidad cuando su uso es casi exclusivo para la obtención de electricidad.

Las máquinas eólicas encargadas de este fin se llaman aerogeneradores, aeroturbinas o turbinas eólicas. En definitiva, los aerogeneradores transforman la energía mecánica del viento en energía eléctrica.

3.2 Aerogeneradores

3.2.1 Funcionamiento

Es muy simple: el viento incide sobre las aspas del aerogenerador y lo hace girar, este movimiento de rotación se transmite al generador a través de un sistema multiplicador de velocidad el generador producirá corriente eléctrica que se deriva hasta las líneas de transporte en los aerogeneradores conectados a red. Para asegurar en todo momento el suministro eléctrico en aerogeneradores de poca potencia, para instalaciones aisladas de red, es necesario disponer de acumuladores.

Es el elemento que transforma la energía del viento en energía mecánica. A su vez, el rotor se compone de tres partes fundamentales:

o Palas: las palas son los elementos más importantes, pues son las que reciben la fuerza del viento y se mueven gracias a su diseño aerodinámico. Están fabricadas con resina de poliéster y fibra de vidrio sobre una estructura resistente, y su tamaño depende de la tecnología empleada y de la velocidad del viento.

o Eje: transmite el movimiento giratorio de las palas al aerogenerador.

Multiplicadora Es un elemento conectado al rotor que multiplica la velocidad de rotación del eje para alcanzar el elevado número de revoluciones que necesitan las dinamos y los alternadores. Dentro de los multiplicadores se distinguen dos tipos: de poleas dentadas y de engranaje.

o De poleas dentadas: se utilizan para rotores de baja potencia o De engranaje: en este tipo de multiplicadoras los engranajes están protegidos en cajas blindadas para evitar su desajuste y desengrasado.

La multiplicadora se conecta con el generador mediante un eje.

En este eje se coloca el freno mecánico, entre la multiplicadora y el generador, este tipo de frenos se utiliza en caso de emergencia, solo si el otro freno, de punta de pala, fallara, también cuando el aerogenerador está siendo reparado, por seguridad.

Aunque la mayoría de los aerogeneradores tienen multiplicadora, existen algunos rotores que no lo necesitan, por lo que su sistema de frenado es diferente. En los aerogeneradores de poca potencia se frena mediante timón de cola retráctil o cortocircuito de las bobinas del rotor.

Generador La función del generador es transformar la energía mecánica en energía eléctrica. En función de la potencia del aerogenerador se utilizan dinamos (son generadores de corriente continua y se usan en aerogeneradores de pequeña potencia, que almacenan la energía eléctrica en baterías) o alternadores (generadores de corriente alterna para aerogeneradores de gran potencia).

Al girar, el generador se calienta, para refrigerarlo se utiliza un sistema de radiador por agua que circula por unas tuberías escondidas en la carcasa del generador.

La góndola es la estructura en la que se resguardan los elementos básicos de transformación de energía, es decir el eje del rotor, el multiplicador, el generador y los sistemas auxiliares.

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En la góndola también se encuentra el sistema de orientación. A fin de optimizar el aprovechamiento energético de viento, el plano de orientación del rotor debe mantenerse perpendicular a la dirección del viento, por ese motivo se incorpora algún sistema de orientación. Entre estos sistemas cabe distinguir los siguientes:

o Veletas de cola: se usan en pequeñas turbinas, formando parte del conjunto timón-veleta. La orientación del rotor se realiza de forma mecánica, al incidir el viento sobre el timón-veleta y ejerciendo sobre éste un par de fuerzas que hace que el rotor se coloque perpendicularmente a la dirección del viento.

Por motivos de seguridad, cuando el viento alcanza una velocidad muy elevada, la veleta se recoge en si misma girando el aerogenerador y poniendo las palas paralelas al viento.

o Rotor a barlovento (palas cara al viento) con orientación asistida es el sistema más utilizado en grandes aerogeneradores. Incorpora un anemómetro para medir la velocidad del viento y un sensor para la dirección conectados con un ordenador que envía las correspondientes órdenes de control a un servomotor para la orientación del plano de giro del rotor. El servomotor (eléctrico o hidraúlico), acciona, a través de un sistema de piñones, una corona dentada que a su vez hace girar el plano del rotor para colocarlo perpendicularmente a la dirección del viento.

Cuando anemómetro detecta que el viento excede los 25 m/s el aerogenerador se detiene por motivos de seguridad, es la llamada velocidad de supervivencia, donde el viento es tan fuerte que puede dañar irremediablemente el aerogenerador.

Debido a sus dimensiones, las pequeñas turbinas eólicas no pueden acomodar los mecanismos de transmisión y los motores de orientación que se emplean en las turbinas más grandes. Casi todas las pequeñas turbinas utilizan veletas de cola, aunque una de las pocas excepciones es la turbina de espalda al viento (sotavento) de la Proven Engineering.

Los grandes aerogeneradores necesitan un control constante en todo su desarrollo por lo que se instala en la góndola un sistema de ordenadores que en su conjunto se denomina controlador. Cada vez que debe producirse un cambio en los ajustes de la turbina, es el controlador quien se ocupa de hacerlo. El controlador vigila que todo marche correctamente en caso contrario avisa.

La torre es el elemento de sujeción y el que sitúa el rotor y los mecanismos que lo acompañan a la altura idónea.

Está construida sobre una base de hormigón armado (cimentación) y fijado a ésta con pernos. Debe ser suficientemente resistente para aguantar todo el peso y los esfuerzos del viento, la nieve, etc.

 Torres tubulares de acero: en el caso de los grandes aerogeneradores generalmente se utilizan torres tubulares de acero, fabricadas en secciones de 20-30 metros con bridas en cada uno de los extremos, y son unidas con pernos “in situ”. Las torres son tronco-cónicas, es decir con un diámetro creciente hacia la base, con el fin de aumentar su resistencia y al mismo tiempo ahorrar material. En su base está generalmente el armario eléctrico, a través del cual se actúa sobre los elementos de generación y que alberga todo el sistema de cableado que proviene de la góndola, así como el transformador que eleva la tensión. En el interior o exterior tiene escalas para acceder a la parte superior. A nivel del suelo se encuentra una puerta para el acceso al interior.

Torres de celosía: son fabricadas utilizando perfiles de acero soldados. La ventaja básica de las torres de celosía es su costo, puesto que para su fabricación se requiere sólo la mitad de material que en una torre tubular. La principal desventaja de este tipo de torres es su apariencia visual. En cualquier caso, por razones estéticas, las torres de celosía han desaparecido prácticamente en los grandes aerogeneradores modernos.

Son muy comunes en la India, aunque se encuentran en otros países como Alemania y Torres de mástil tensado: muchos de los aerogeneradores pequeños están construidos con delgadas torres de mástil sostenidas por cables tensores. La ventaja es el ahorro de peso, y por lo tanto, de costo. Las desventajas son el difícil acceso a las zonas alrededor de la torre, lo que las hace menos apropiadas para zonas agrícolas. Las torres tubulares son las que ofrecen una vista más agradable, pero son las más costosas y, a menos que estén articuladas para arriarlas, son también las que ofrecen más dificultades a la hora de efectuar el mantenimiento de la turbina. Las torres con tensores son las menos costosas.

3.2.3 Tipos de aerogeneradores

- De eje horizontal Aerogeneradores de gran potencia (más de 100 kW): suelen tener tres aspas de perfil aerodinámico.

Necesitan vientos de más de 9 m/s. Tiene uso industrial, disponiéndose en parque o centrales.

Para una buena explotación de un aerogenerador de gran potencia se realiza un estudio muy detallado del lugar donde se pretende realizar el parque eólico, estos estudios del viento pueden durar todo un año, se debe tener en cuenta que son grandes inversiones y que por lo tanto la explotación del parque debe asegurar que se reciben vientos de más de 35 km/h el 85 % anual.

Instalación Una vez decidido donde se instalarán los aerogeneradores de gran potencia comienza el proceso de instalación.

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Cimentación. Se realiza un agujero lo suficientemente grande (dependerá de la altura) para soportar los fuertes vientos que recibe el aerogenerador, cuanto mayor sea la altura los momentos de fuerza que recibe la parte superior del aerogenerador serán mayores.

La cimentación se realiza con hormigón armado con un enrejado de hierro para mantenerlo en su sitio.

Alrededor de la cimentación se coloca un conductor desnudo de cobre de protección, la puesta a tierra. En el caso de que le caiga un rayo al aerogenerador bajaría por los conductores que se instalan en la torre para tal efecto y toda la energía se volcaría a tierra.

Una vez compactado el hormigón e instalada la puesta a tierra, la parte inferior de la torre se cuela dentro del hormigón, una vez colocada se puede poner el resto de la torre encima.

Se transporta la torre, la góndola y el rotor hasta el lugar para comenzar su instalación.

Cuando la primera fase está instalada se añade la segunda y se atornilla y suelda una con otra. Las soldaduras se comprueban que estén perfectas mediante ultrasonidos.

Para colocar la góndola encima de la torre los operarios deben sujetarla con cuerdas y moverla para encajarla correctamente, al igual que las palas.

Por último se sitúa el rotor en su lugar y acaba la operación, que puede llevar días por la precisión necesaria.

Una vez acabada su instalación exterior empieza la interior conectando todos los elementos necesarios para su correcto funcionamiento que puede ser de unos 25 años.

Aerogeneradores de baja potencia (0 a 100 kW): pueden tener hasta veinticuatro aspas, se utilizan en el medio rural y como complemento para viviendas.

Acostumbrados a las grandes turbinas eólicas, es fácil olvidar el papel tan importante que desempeñan los aerogeneradores pequeños. La potencia de estas máquinas oscila desde apenas unos kilovatios hasta el centenar, y resultan tremendamente útiles en casas aisladas, granjas, campings, sistemas de comunicación y otras para el autoconsumo, pero son pocos los equipos conectados a red. Estas instalaciones consisten en pequeños aerogeneradores, también llamados aerogeneradores de baja potencia y aunque en su mayoría y a nivel doméstico son instalaciones de no más de 10 kW, su capacidad de producción se considera como máximo La instalación más común de este tipo de aerogeneradores es como complemento de una instalación fotovoltaica conectándolo en paralelo con la misma.

Su cometido es principalmente tener las baterías de la instalación siempre cargadas por lo que es un apoyo a la instalación fotovoltaica, por ese motivo la intensidad que genere no puede ser mayor de la máxima que entre en las baterías, esta intensidad es controlada por un regulador específico para el aerogenerador y conectado a las baterías para cortocircuitar el aerogenerador cuando las baterías estén cargadas y que no trabaje en vacío, al cortocircuitarlo se parará.

Al cortocircuitar el rotor (inducido) se producen fuertes corrientes que establecen campos muy intensos debido a la ley de Lenz en reacción contra el campo estatórico continuo. Por tanto, la energía cinética del rotor y su carga conectada se consume en generar la corriente y tensión rotórica, llevando el rotor rápidamente al reposo.

- De eje vertical o VAWT (Vertical Axis Wind Turbine) En este tipo el eje de rotación es perpendicular a la dirección del viento, existen dos diseños básicos.

Tipo Savonius. Se compone de dos semicilindros de igual diámetro situados paralelamente al eje vertical de giro, en el diseño original estaban separados una pequeña distancia el uno del otro. La fuerza que el viento ejerce en las caras de los cilindros (cóncava y convexa) es distinta, por lo que las hace girar alrededor del eje. Su campo de aplicación está en la producción autónoma de electricidad o el bombeo de agua.

Tipo Darrieus. Están formados por dos o tres palas de forma ovalada de perfil aerodinámico y tienen características parecidas a las de eje horizontal, presentando un par de arranque muy pequeño. Su potencia es pequeña y aunque su aplicación es similar a los aerogeneradores rápidos de eje horizontal, están poco implantados.

Los aerogeneradores de eje vertical debido a su simetría vertical, no necesitan sistemas de orientación para alinear el eje de la turbina con la dirección del viento, su mantenimiento es más sencillo, no es necesario incorporar ningún mecanismo de paso, menor coste de instalación.

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Las desventajas son que necesitan motor de arranque, presentan menor velocidad de giro y su rendimiento es menor que el de las máquinas de eje horizontal a igual potencia.

3.2.4 Elección del aerogenerador aislado

Para saber que potencia necesitamos en el aerogenerador de una instalación aislada de red, debemos saber la capacidad útil de las baterías, con ese valor y el máximo que permite de intensidad de carga sabremos la intensidad máxima que obtendremos del aerogenerador.

Cu = Cn · Pd o Cu: máxima capacidad que podemos utilizar en la batería.

o Cn: capacidad nominal de la batería obtenida en el desarrollo de la instalación fotovoltaica.

o Pd: profundidad de descarga. Máxima descarga de la batería instalada. Monoblock, 60 %.

Una vez obtenida la capacidad útil se calcula la intensidad máxima de carga (Ic) que es el 10 % de ésta, en carga normal el 6 %.

Con la intensidad obtenida y la tensión de trabajo en cc, podremos saber el rango de potencia del aerogenerador.

Potencia máxima. Paero10 = Ic10 · Vn Potencia mínima. Paero6 = Ic6 · Vn a) Modelo del viento En un sistema de conversión de energía eólica es necesario modelar adecuadamente el comportamiento espacial y temporal del viento. Especialmente importante es conocer como afectarán ráfagas y cambios rápidos en rampa al comportamiento dinámico de la máquina y su repercusión en la calidad de la energía entregada a la red. También es interesante tener un modelo de las variaciones aleatorias que sufre continuamente el flujo de aire. Con estas cuatro componentes se consigue un modelo razonablemente flexible para el estudio de las perturbaciones debidas al viento.

b) Características aerodinámicas La capacidad de una turbina eólica para extraer la energía del viento depende de tres factores:

El buen comportamiento de la máquina para responder a fluctuaciones en la velocidad del viento. La potencia mecánica obtenida por una turbina eólica es:

o ρ es la densidad específica del aire (un valor típico es 1,225 Kg/m3).

o Cp es el coeficiente de eficiencia aerodinámica (es una magnitud adimensional).

o A es el área barrida por las palas de la turbina (m2).

En el caso de tener la potencia del aerogenerador y saber la velocidad del viento, podemos calcular la longitud de la pala:

A = P / ρ · Cp · ½ · Vw³ Una vez tengamos el área necesaria obtenemos el radio, que será la longitud de la pala.

Referencia: manual Solener.

Convertir datos en decisiones

El proceso comienza con una necesidad: electricidad para una vivienda, agua para riego, luz para una zona o energía compartida. Se define el servicio y se recogen datos. Después se comparan arquitecturas y se descartan las que no cumplen condiciones físicas, eléctricas o administrativas. El resultado es una solución con hipótesis trazables.

La visita y la medición tienen prioridad sobre las suposiciones. Se comprueba superficie útil, sombras, acceso, estructura, cuadros eléctricos y demanda. En bombeo se mide nivel de pozo y se calcula tubería. En eólica se evalúa recurso a la altura del rotor. Si falta un dato decisivo, se obtiene antes de cerrar la selección.

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Una matriz de decisiones

Revisión antes de comprar

Se verifica una cadena completa de compatibilidad: módulos con MPPT, MPPT con batería, batería con inversor, inversor con cargas y red cuando corresponda. Se comprueba el conjunto en condiciones extremas razonables. La documentación de un fabricante no se extrapola a un modelo diferente.

El presupuesto debe identificar alcance de estructura, protección, medida, legalización, ensayos y soporte. Una oferta con menos equipos puede tener una arquitectura válida o puede haber omitido funciones. La comparación se hace por servicio y alcance, evitando valorar solo €/Wp.

Una entrega que pueda mantenerse

La puesta en servicio crea un punto de referencia: producción, configuración, pruebas y documentación final. El usuario aprende a identificar alarmas, límites y comportamientos normales. Se programa el mantenimiento y se conserva acceso a datos, contraseñas de administración mediante un procedimiento seguro y contactos de servicio.

Del espectro a la medida

El módulo 1 del guion desarrolla la radiación como fenómeno electromagnético. Una longitud de onda corta corresponde a una frecuencia alta: c = λ × f. La energía del fotón es E = h × f. Estas relaciones explican que un semiconductor no responda igual a todas las longitudes de onda. La potencia radiante total y la respuesta eléctrica de un módulo están relacionadas, pero no son magnitudes idénticas.

El espectro solar incluye radiación ultravioleta, visible e infrarroja. El aspecto luminoso de una fuente no demuestra que reproduzca el espectro solar de referencia. Un foco halógeno puede producir calor y una distribución espectral distinta de la luz natural. Por eso una práctica iluminada con un foco sirve para comparar comportamientos bajo ese montaje, sin certificar la potencia STC de un módulo.

Las superficies absorben, reflejan y transmiten fracciones de la radiación según material, acabado y longitud de onda. La fracción absorbida puede convertirse en calor o intervenir en conversión fotovoltaica. Los tratamientos antirreflectantes y el encapsulado afectan a la entrada de luz. La ventilación afecta a la temperatura, sin aumentar directamente el número de fotones incidentes.

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Piranómetro pirheliómetro y sensor de referencia

Un piranómetro mide irradiancia sobre un plano desde el hemisferio que observa. Se utiliza para radiación global; con un sistema de sombreado apropiado puede medir componente difusa. Un pirheliómetro mide radiación directa normal y requiere apuntar al Sol. Una célula de referencia mide una respuesta fotovoltaica calibrada y se interpreta según su tecnología y condiciones. La WMO mantiene referencias y procedimientos de comparación para medidas radiométricas. [F15]

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El término solarímetro se utiliza para equipos diferentes. Antes de comparar lecturas debe identificarse principio de medida, rango espectral, calibración, incertidumbre y unidad. Un instrumento económico puede ser útil para una práctica relativa y no ser suficiente para una verificación contractual. El sensor debe observar el mismo plano del módulo cuando se evalúa recurso incidente sobre este.

Registrar una campaña de medidas

El registro incluye fecha, hora y zona horaria, localización, orientación e inclinación, instrumento, número de serie, calibración, irradiancia, temperatura y estado del cielo. Se comprueba nivelación, limpieza, sombreado y sincronización. Un error de reloj puede desplazar la comparación entre radiación y potencia y aparentar un fallo del sistema.

La temperatura de aire se mide con exposición adecuada; la de módulo se obtiene mediante un método especificado y no se intercambia con la anterior. Debe evitarse que el operador proyecte sombra sobre el sensor o el módulo durante una lectura. Las medidas sucesivas tomadas con nubes móviles pueden cambiar por el cielo, incluso si solo se pretendía variar la inclinación.

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Ejemplo: Integración de irradiancia

Se dispone de medias de 600 y 800 W/m² durante dos intervalos de 30 minutos. La irradiación del conjunto es 600 × 0,5 + 800 × 0,5 = 700 Wh/m², equivalentes a 0,7 kWh/m². Son 0,7 HSP de energía recibida en una hora de reloj. Si las lecturas fuesen valores instantáneos, esta suma requeriría justificar cómo representan cada intervalo.

Trayectoria solar y variación estacional

La declinación solar es un ángulo astronómico distinto de la declinación magnética de una brújula. La primera interviene en la posición solar; la segunda, en la orientación geográfica. La hora solar aparente tampoco coincide siempre con la hora oficial. Un programa de posición debe recibir fecha, coordenadas y referencia horaria coherentes.

Para un ejercicio simplificado en el hemisferio norte, la altura solar al mediodía solar puede estimarse como α = 90° - |φ - δ|, donde φ es latitud y δ declinación solar. Con φ = 38° y δ = -23,44°, resulta α ≈ 28,56°. No representa las alturas de todo el día: los cálculos de sombra necesitan la posición del instante elegido.

Evidencia de aprendizaje

El alumno debe entregar una curva diaria de irradiancia con unidades, una integración de energía y una comparación entre al menos dos planos de captación. Debe identificar qué cambia por geometría y qué cambia por condiciones meteorológicas. El informe distingue medidas reales de datos de ejemplo y evita corregir a STC mediante una simple regla de tres que ignore temperatura y espectro. Se relaciona con los capítulos 11, 12 y 16 y con las prácticas P1, P4 y P8 del capítulo 41.

Un ejemplo histórico de instrumentación electromagnética

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Medir velocidad dirección y variabilidad

El módulo 2 amplía la descripción del viento hasta convertirla en datos útiles para calcular energía. Se mide velocidad con anemómetro y dirección con veleta u otro sensor apropiado. La dirección meteorológica indica de dónde viene el viento: un viento del norte llega desde el norte. Se registra altura del sensor, entorno, calibración, intervalo de muestreo y porcentaje de datos válidos.

La velocidad media resume una serie, pero no conserva toda su información energética. La desviación estándar describe dispersión. Una ráfaga necesita una duración o intervalo de referencia; no puede compararse sin más con una media de diez minutos. La intensidad de turbulencia se expresa como desviación estándar de velocidad dividida por su media, para un intervalo definido. Su cálculo pierde significado práctico con medias próximas a cero.

Histograma y rosa de vientos

El histograma agrupa velocidades por intervalos y calcula frecuencia. Para estimar energía se asigna una potencia a cada intervalo a partir de la curva del equipo y se multiplica por las horas representadas. Cuanto más amplio sea el intervalo, mayor puede ser el error de representar todos sus valores mediante un solo punto.

La rosa de vientos describe direcciones mediante sectores. Una rosa de frecuencia muestra cuánto tiempo sopla desde cada sector; una rosa energética pondera el contenido de energía. El sector más frecuente no tiene por qué ser el que más energía aporta. La combinación de frecuencia, velocidad y obstáculos ayuda a seleccionar el lugar.

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Ejemplo: Energía a partir de una distribución

Un año didáctico se divide en 4.000 h con potencia media eléctrica de 0,05 kW, 3.000 h a 0,40 kW y 1.760 h a 1,20 kW. Energía bruta = 200 + 1.200 + 2.112 = 3.512 kWh. Con factor conjunto de pérdidas y disponibilidad 0,90, la entrega estimada sería 3.161 kWh. Las potencias deben proceder de una curva y unas velocidades representativas; no se sustituyen por la potencia nominal del equipo.

Por qué el promedio no basta

Considere dos horas, una a 2 m/s y otra a 8 m/s. La velocidad media es 5 m/s. La media de v³ es (8 + 512) / 2 = 260 m³/s³, mientras que el cubo de la media es 125 m³/s³. La diferencia muestra por qué introducir únicamente la velocidad media en la fórmula de potencia del viento puede dar un resultado equivocado. Además, la turbina tiene arranque, regulación y parada que requieren su curva real.

La distribución de Weibull es un modelo estadístico habitual. Su parámetro de forma y su parámetro de escala describen una distribución de velocidades, pero deben ajustarse y comprobarse. No se adopta automáticamente una distribución de Rayleigh para cualquier lugar. La frecuencia de calmas y las direcciones condicionadas por obstáculos pueden exigir un tratamiento más detallado.

Altura obstáculos y estación de referencia

La velocidad puede cambiar con la altura. Una ley potencial v2 = v1 × (z2/z1)^a es una aproximación cuyo exponente depende del entorno y de las condiciones. Con v1 = 4 m/s a 10 m y a = 0,20, a 20 m resulta aproximadamente 4,59 m/s. El número ilustra sensibilidad, no una corrección universal para duplicar altura.

Una estación cercana puede ayudar a estudiar variabilidad de largo plazo, pero puede tener exposición diferente. Se busca un periodo de solape para relacionar medidas, se examinan sectores y se documenta la incertidumbre. Un valle, una loma suave y una zona detrás de un edificio pueden tener comportamientos distintos a pocos cientos de metros. La guía de pequeña eólica resalta la evaluación del sitio y la turbulencia como aspectos relevantes. [F11]

Conversión aerodinámica

El límite de Betz, 16/27 ≈ 59,3 %, corresponde a la extracción máxima ideal de potencia de un flujo por un disco actuador bajo sus hipótesis. No es el rendimiento eléctrico de un aerogenerador. El coeficiente Cp depende de la aerodinámica y de la operación; transmisión y generador añaden pérdidas. La relación de velocidad de punta λ = ω × R / v describe la velocidad periférica frente al viento. Se distingue del ángulo de paso de la pala.

Evidencia de aprendizaje

Entregue histograma, rosa, calidad de datos y estimación de energía con curva de equipo identificada. Explique cómo cambiaría el resultado con otra altura o un obstáculo. Esta actividad complementa el capítulo 32 y las fichas originales 15 a 18 del anexo G.

Corregir la brújula

El módulo 3 empieza por el emplazamiento. La brújula indica una dirección magnética y puede perturbarse por metales, cables o equipos próximos. Para obtener orientación geográfica se utiliza la declinación magnética del lugar y fecha. NOAA ofrece una calculadora basada en modelos del campo terrestre. La corrección debe conservar su signo y no confundirse con declinación solar. [F14]

Con declinación magnética positiva hacia el este, el rumbo verdadero se obtiene como rumbo magnético más declinación, normalizando a 0–360°. Un rumbo magnético hipotético de 178° y declinación este de 2° da 180° verdadero. En la convención solar del libro equivale a azimut 0°. La declinación de 2° es una hipótesis del ejercicio, no un dato actual de Jaén.

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Dibujar y revisar la disposición

El plano de replanteo identifica dimensiones, filas, separación, obstáculos, fijaciones, recorridos y pasos de mantenimiento. Un esquema eléctrico representa conexiones; una planta representa ubicación. Las referencias de módulos y cadenas deben relacionarse entre ambos documentos. Así se identifica en el campo la cadena que aparece en una alarma.

La selección de lugar compara captación, estructura, acceso, impacto visual, protección frente a daños y mantenimiento. En un seguidor se añade el área recorrida y la distancia a obstáculos durante todo el movimiento. Se estudia también el recorrido de los cables móviles.

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Dilatación fijación y corrosión

La variación de longitud se aproxima mediante ΔL = aL × L × ΔT, con coeficiente lineal aL del material. Un perfil de aluminio de 6 m, con coeficiente supuesto 23 × 10⁻⁶ /°C y salto de 60 °C, aumenta su longitud aproximadamente 8,28 mm. El sistema de fijación debe permitir el comportamiento previsto sin forzar el marco del módulo.

El contacto entre metales distintos en presencia de un electrolito puede producir corrosión galvánica. Se seleccionan combinaciones y aislamiento adecuados, se evitan bolsas de agua y se revisan daños de tratamientos durante el montaje. Pintar una unión de forma improvisada puede impedir un contacto eléctrico requerido o no resolver el problema de corrosión.

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Bloqueo y derivación

Un diodo de derivación proporciona un camino alrededor de una subcadena en determinadas condiciones de sombreado o polarización. Un diodo de bloqueo limita corriente inversa en un camino. Sus funciones y conexiones son diferentes. No se añade un diodo de bloqueo a toda instalación por defecto: puede existir una función equivalente en la electrónica y el componente introduce caída de tensión y disipación.

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El ensayo con polímetro en modo diodo se realiza sobre una muestra aislada y adecuada. La lectura depende del dispositivo y del instrumento. No demuestra la capacidad de soportar corriente o temperatura de servicio. Abrir una caja de conexiones de un módulo comercial puede afectar estanqueidad y garantía; para aprender se utilizan muestras o bancos previstos para enseñanza.

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Ensayo eléctrico coherente

Se inspecciona integridad del módulo y se identifican sus valores de ficha. Las lecturas se asocian a irradiancia y temperatura. Voc permite verificar tensión y polaridad, pero no demuestra potencia. Para potencia se mide un punto bajo carga, o una curva mediante instrumentación adecuada. Isc requiere equipo y procedimiento que puedan soportar la corriente y abrir el circuito con seguridad.

En una práctica de baja potencia se comparan módulos idénticos conectados en serie y en paralelo. Se cambian conexiones con el circuito en la condición de seguridad prevista. En un campo real no se reproduce la práctica usando puntas de polímetro y conectores como interruptores. Se verifican límites de la entrada y protecciones antes de conectar.

Evidencia de aprendizaje

Entregue una planta, un unifilar, una corrección de rumbo, una justificación de fijación y un registro de medidas. Anote modelo, serie, instrumentos y condiciones. Compare resultados esperados y observados sin exigir que coincidan exactamente con STC. Los fundamentos se encuentran en los capítulos 12 a 15 y 20; las prácticas P2, P3, P5 y P7 permiten ejercitarlos.

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Fabricación, corte láser y verificación del montaje

El corte por láser de la lámina 69 convierte una geometría definida en piezas de fabricación. La precisión útil se comprueba en la pieza obtenida: dimensiones, taladros, bordes y forma. El plano conserva referencias para que corte, plegado, soldadura y montaje compartan la misma intención de diseño.

La estructura termina funcionando como conjunto. Una pieza bien cortada no garantiza por sí sola alineación ni resistencia de las uniones. La inspección registra apoyo, geometría, calidad de unión y protección frente al ambiente. Después verifica que la posición de grapas y fijaciones responde a las instrucciones del módulo y soporte elegidos.

Antes de energizar, el montaje produce documentación legible: identificación de cadenas, esquema, protecciones, recorridos y resultados de las comprobaciones preparadas. La fotografía ayuda a comunicar el estado; la medida permite aceptar o rechazar una condición concreta. Las dos evidencias se complementan sin intercambiar sus funciones.

Emplazamiento mecánico y energético

El módulo 4 conecta la caracterización del viento con una torre construible y mantenible. Debe existir espacio para rotor, tensores cuando los haya, acceso y operación de montaje. Se estudian obstáculos, vibraciones transmitidas, ruido, personas y propiedades próximas. Una regla de altura basada solo en el tamaño del obstáculo no demuestra que el flujo sea adecuado.

Las torres pueden ser tubulares o de celosía, autoportantes o atirantadas, y algunas admiten abatimiento. Cada combinación cambia esfuerzos, ocupación, mantenimiento y procedimiento de elevación. La preferencia por una torre no reemplaza el diseño del conjunto rotor torre cimentación terreno.

Masa fuerza y momento

Una masa en kg no es una fuerza en N. El peso se obtiene como masa × gravedad. Una fuerza horizontal aplicada a una altura genera un momento M = F × h. Para comprobar vuelco se comparan acciones y resistencias con sus brazos y coeficientes correspondientes. No basta con que el peso numérico sea mayor que una fuerza horizontal.

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Ejemplo: Comprender el vuelco

Una fuerza horizontal hipotética de 1 kN actúa a 10 m y produce 10 kN·m. Un peso de 20 kN con brazo de 0,4 m aporta 8 kN·m en una comprobación elemental respecto al borde considerado. Aunque 20 kN sea mayor que 1 kN, el momento estabilizador de este ejemplo es menor. No constituye un dimensionado: faltan terreno, anclajes, combinaciones, coeficientes y otras acciones.

El cálculo real comprueba también deslizamiento, capacidad del terreno, asentamientos, tracción de anclajes, resistencia de acero y hormigón, fatiga y estados de servicio. Las referencias CTE de acciones y cimientos resultan pertinentes para elementos en su ámbito; una torre de aerogenerador debe verificarse con su marco específico y las acciones del fabricante, sin aplicar automáticamente reglas de edificio. [F13]

Cargas aerodinámicas y errores de los apuntes

La presión dinámica ideal q = 0,5 × ρaire × v² no basta por sí sola para obtener la carga del rotor. Intervienen coeficientes aerodinámicos, regulación, velocidad de giro y situaciones de operación o parada. Las cargas de cálculo se obtienen del diseño y documentación del conjunto. No se adopta como velocidad extrema universal 100 km/h.

Los apuntes aportados contienen una densidad de aire de 0,125 kg/m³, una comparación directa entre fuerzas verticales y horizontales y una dimensión de cimentación escrita en centímetros que parece incompatible con su contexto. Esos valores no se utilizan para construir. La densidad aproximada de 1,225 kg/m³ que se emplea en ejemplos generales debe ajustarse cuando presión, temperatura o altitud importan. La cimentación se especifica con unidades claras y se verifica técnicamente.

Fatiga resonancia y regulación

Las cargas repetidas pueden causar fatiga. La respuesta dinámica de torre y rotor puede amplificar vibraciones cerca de frecuencias propias. Se consideran equilibrado, uniones, rigidez, velocidades de giro y modos de funcionamiento. La corrección no consiste simplemente en añadir masa sin analizar el conjunto.

La regulación puede actuar por cambio de paso, pérdida aerodinámica, desorientación o mecanismos propios de cada diseño. Se verifica velocidad límite, frenado y respuesta frente a pérdida de carga. La conexión a batería o carga de desvío debe corresponder al controlador eólico. Una turbina no se ensaya libremente con un taladro salvo procedimiento y banco expresamente autorizados.

Planificar montaje y elevación

Antes de elevar se revisan transporte, palas, identificaciones, uniones, engrase cuando exista, orientación, control y cableado. El plan fija medios de izado, masas, puntos de elevación, espacio, condiciones meteorológicas, comunicación y responsables. El procedimiento de la torre determina tensado y verificación de verticalidad. No se improvisa tracción con un vehículo a partir de una descripción genérica.

Después se comprueba conexión eléctrica, tierra, frenado, medidas y servicio. La vigilancia inicial identifica ruidos, vibración y calentamientos. La evidencia de aprendizaje es un plano de implantación y un plan de montaje justificable, junto con interpretación de cargas y curvas. Se relaciona con el capítulo 32 y las fichas 15 a 31 del anexo G.

Diseñar el lugar y el soporte

El módulo 5 amplía el cálculo energético del capítulo 17 hacia el montaje del almacenamiento. Se considera masa, resistencia de suelo y bancada, manipulación, accesibilidad, temperatura, ventilación, ambiente y rutas de cable. Los soportes evitan esfuerzos sobre bornes y permiten inspeccionar o sustituir unidades. Se identifican química y construcción antes de definir el recinto.

En plomo abierto, la posible generación de hidrógeno exige evaluar ventilación y fuentes de ignición. Una distancia genérica de un metro a equipos que producen chispas no garantiza por sí sola una concentración segura. No se utiliza humo o una llama para comprobar ventilación en una sala de baterías. Se verifica caudal y funcionamiento mediante el procedimiento adecuado al proyecto.

En baterías de litio se siguen instrucciones de ubicación, temperatura, distancias y protección del sistema concreto. Sus riesgos no se describen copiando las exigencias de electrolito de una batería de plomo. La documentación identifica condición de emergencia, aislamiento y contacto de servicio.

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Leer un esquema de control

El cuadro reúne funciones de corte, protección, medida, regulación y distribución. La representación debe distinguir circuitos de potencia y señales. Un sensor de temperatura o una comunicación BMS no tiene la misma función que un conductor de salida al inversor. Se numeran bornes y cables para que el esquema pueda seguirse durante una intervención.

Un rectificador convierte alterna en continua; un convertidor CC/CC adapta tensiones de continua; un inversor genera alterna a partir de continua. Los condensadores pueden conservar energía después del corte, y las bobinas producen fenómenos transitorios al cambiar corriente. La espera y descarga se realizan según procedimiento del fabricante, sin suponer que abrir un interruptor elimina instantáneamente toda energía.

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Bornes barras y terminales

Se seleccionan terminales compatibles con material, sección, corriente y tipo de conductor. El crimpado exige útil y matriz adecuados; la apariencia exterior no demuestra resistencia eléctrica ni mecánica. El apriete se realiza con par prescrito. Las barras se dimensionan por corriente y esfuerzos electrodinámicos, y se protegen frente a contactos accidentales.

Una unión con resistencia pequeña puede disipar mucho con corriente alta. Si R = 0,005 Ω e I = 100 A, P = I² × R = 50 W concentrados en la conexión. Este ejemplo explica por qué una batería puede mostrar tensión normal en reposo y fallar al alimentar cargas. Se buscan caídas bajo carga, temperatura y signos de degradación.

Densidad y estado de carga

La medida de densidad corresponde a baterías de plomo abiertas que permitan ese mantenimiento. Se consulta referencia del electrolito, temperatura y estado de reposo. Un número universal de densidad no se utiliza para todas las baterías. La lectura no se aplica a AGM, gel o litio ni reemplaza la evaluación de capacidad.

La tensión en reposo puede orientar sobre SOC bajo condiciones definidas, pero la tensión bajo carga cambia con corriente y resistencia. La tensión total del banco puede ocultar una unidad descompensada. En sistemas con BMS se revisan valores de celdas y alarmas dentro de los permisos de diagnóstico del equipo.

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Ensayar sin degradar

El ensayo de capacidad utiliza carga controlada, medida de corriente y tiempo, temperatura y umbral de terminación autorizados. No se practica una descarga profunda más allá del límite para demostrar que la batería funciona. La carga posterior y el registro forman parte del ensayo.

Ejemplo: Energía en un ensayo controlado

Durante un ensayo autorizado, una batería mantiene una potencia media de salida de 300 W durante 5 h hasta su umbral definido. Entrega 1,5 kWh en esas condiciones. Si la potencia cambia se integra la medida por intervalos. El resultado no puede compararse con la capacidad nominal sin revisar temperatura, régimen y ventana de descarga del ensayo.

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Alarmas y secuencia de puesta en servicio

Los ajustes incluyen tensiones, corrientes, temperaturas, avisos y respuestas. Se ensayan señales con simulación o bancos autorizados; no se crean fallos destructivos. El orden de conexión depende de la arquitectura y del fabricante. Se documentan requisitos de precarga, comunicación y comprobación de polaridad antes de habilitar potencia.

La evidencia de aprendizaje es un esquema identificado, una ficha de ajustes, una inspección de bornes y un registro de ensayo. Se vincula a los capítulos 17 a 19, 21 y 29 y a las fichas 32 a 45 del anexo G.

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Del cuadro al receptor

El módulo 6 desarrolla el reparto interior de energía. El trazado compara longitud, accesibilidad, protección mecánica, entorno, cruces, impacto y mantenimiento. Los circuitos se identifican en planta y en unifilar. Se localizan cajas de derivación y puntos finales; una caja que queda oculta e inaccesible puede dificultar revisión y reparación.

Se distingue distribución en continua y alterna y se identifican tensión y fuentes. Los mecanismos, bases, conectores y protecciones deben corresponder al circuito. No se utiliza una toma que induzca a conectar un receptor de alterna a una línea de continua por semejanza física. La polaridad y el conductor de protección se documentan según el sistema.

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Corrientes por tramo

En una red en árbol, cada tramo común transporta la suma de las cargas aguas abajo bajo el escenario de simultaneidad definido. Para la caída hasta un receptor se suman las caídas de todos los tramos de su camino. Calcular cada ramal con solo su carga y olvidar el tramo común infravalora la pérdida.

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Ejemplo: Dos receptores de continua

Se supone una fuente de 24 V, cargas de 2 y 3 A y resistividad de 0,0225 Ω·mm²/m. El tramo común tiene 10 m de ida y 4 mm²; transporta 5 A. Su caída es 2 × 0,0225 × 10 × 5 / 4 = 0,5625 V. El ramal A tiene 5 m y 2,5 mm²: caída 0,18 V. El ramal B tiene 8 m y 2,5 mm²: caída 0,432 V. Totales: A pierde 0,7425 V, 3,09 %; B pierde 0,9945 V, 4,14 %. Son cálculos resistivos a corriente supuesta; se verifica además la intensidad admisible y el comportamiento del receptor.

Las cargas de potencia aproximadamente constante pueden aumentar corriente cuando baja la tensión. Si ese efecto es relevante, se revisa la solución iterativamente. Para motores se comprueba arranque y tensión mínima. El escenario de carga máxima puede ser distinto del de operación diaria media.

Tubos bandejas y cables vistos

La canalización se elige por ocupación, temperatura, resistencia mecánica, exposición y facilidad de tendido. Las curvas respetan radios y esfuerzos de tracción. Las fijaciones evitan desplazamiento y daño del aislamiento. Los pasos entre recintos se realizan con soluciones compatibles con agua, fuego y características constructivas cuando corresponde.

La sección del conductor y el diámetro del tubo resuelven problemas diferentes. Un tubo no se escoge solo porque el cable pueda introducirse una vez: se revisan número de conductores, ocupación y reglas aplicables. Las cajas y prensaestopas conservan el grado de protección previsto y permiten conexiones sin tensiones mecánicas.

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Secciones históricas y selección actual

Las hojas originales 49 y 50 prescriben dos secciones mínimas genéricas para iluminación y tomas. No se trasladan a todo circuito actual. La selección depende de tensión, tipo de instalación, protección, longitud, caída y reglas aplicables. En una vivienda convencional de alterna se revisa la ITC-BT-25; una distribución aislada de baja tensión continua requiere su comprobación específica. [F5]

El conductor de protección no se omite porque una hoja represente solo dos conductores. Debe resolverse conforme al receptor y al sistema. La verificación incluye coordinación con la protección, continuidad e identificación. Se conserva un cuadro de circuitos que permita reconocer corriente de diseño y dispositivo asociado.

Preparar conexiones y medir

Se pela sin cortar hilos, se utiliza terminal compatible y se aprieta según especificación. Los empalmes se realizan en condiciones y alojamientos adecuados. No se mide resistencia o continuidad en un circuito energizado. Para medir corriente se elige conexión e instrumento apropiados y se evita poner una entrada de amperímetro en paralelo con la fuente.

La evidencia de aprendizaje es una planta, un cálculo por tramos y una comprobación de tensión en el receptor más desfavorable. La práctica P6 desarrolla la caída de tensión mediante una fuente limitada; las fichas 46 a 59 amplían replanteo y conexiones.

El séptimo módulo del guion

El documento formativo aportado incluye operación y mantenimiento como módulo 7, aunque los nuevos apuntes temáticos individuales llegan al módulo 6. Su contenido se desarrolla con los capítulos 29 y 30 y con este cierre práctico. El objetivo es comprobar el sistema completo, documentar y explicar su uso.

La operación se define por modos: generación, carga, descarga, limitación, respaldo, parada y fallo. Cada modo tiene fuentes activas y límites. El operador conoce las indicaciones normales y distingue un aviso de una parada que requiere servicio. Las instrucciones deben corresponder al equipo instalado y a la configuración final.

Utilizar el símil hidráulico con precisión

Una diferencia de presión puede ayudar a explicar tensión; un caudal, corriente; un depósito, almacenamiento. El símil permite entender por qué una fuente con energía disponible puede tener una capacidad limitada de entrega instantánea. También permite explicar pérdidas en conductores mediante una resistencia al paso.

La comparación tiene límites. Una batería transforma energía químicamente y su tensión no indica directamente un nivel como el de un depósito. Un conductor no se vacía al abrir un interruptor, y la seguridad eléctrica no se deduce del símil. Después de utilizarlo se vuelve a las magnitudes reales y a las instrucciones del sistema.

Probar protecciones y controles

Los ensayos se preparan con procedimientos, instrumentos y simuladores autorizados. Un dispositivo de prueba, una señal simulada o una función del fabricante permiten comprobar actuación sin provocar un cortocircuito real en una batería. Un ensayo de diferencial utiliza el método e instrumento apropiados; una comprobación de BMS respeta sus límites y las instrucciones del sistema.

El resultado registra consigna, estímulo, lectura, actuación y recuperación. Se identifica quién puede rearmar y bajo qué condición. Una protección que dispara repetidamente no se puentea para mantener servicio. Debe identificarse y corregirse la causa antes de retornar a operación normal.

Entregar una documentación utilizable

La entrega reúne plano final, unifilar, equipos, ajustes, ensayos, garantías, programa de mantenimiento y manual breve para el usuario. Este manual explica qué hacer ante alarma, corte de red o baja batería y cómo contactar con servicio. Distingue operaciones de usuario y trabajos reservados a personal competente.

Se realiza una demostración donde el usuario interpreta indicaciones y describe las acciones previstas. Puede comprobar horarios y datos de consumo sin acceder a partes activas. La explicación de un sistema aislado incluye que el almacenamiento no crea energía y que una demanda persistente superior a generación termina agotándolo.

Evaluar por evidencias

La evaluación combina comprensión, cálculo, montaje documentado y prueba de servicio. Una respuesta numérica correcta con unidades equivocadas exige revisión. Una instalación que funciona con una protección omitida no se considera aceptable. Un ensayo sin registro no demuestra condiciones reproducibles.

Proyecto final

El alumno elige vivienda aislada, bombeo, alumbrado o autoconsumo, y desarrolla las fichas del anexo C. Debe justificar demanda, recurso, equipos, estructura, protección y economía. Si añade eólica, incorpora histograma, rosa y torre. Si añade respaldo, incorpora modos y conmutación. Termina con un plan de recepción y una explicación de uso de una página. El anexo G ayuda a seleccionar actividades del guion para comprobar cada competencia.

Preparación y registro común

Las ocho hojas Hojaprácticas aportadas se desarrollan aquí como actividades de enseñanza. Se mantienen sus objetivos y se actualiza el método para separar los bancos de baja potencia de las instalaciones reales. Cada práctica registra alumno, fecha, equipo, esquema, instrumentos, condiciones, predicción, medidas, diferencia y conclusión. No se inventan lecturas: si no hay banco disponible se resuelve como ejercicio con datos declarados.

Las conexiones se modifican con el banco en la condición segura definida por el instructor. Las fuentes limitan energía y corriente. Los ensayos de Isc, circuitos de batería y trabajo mecánico necesitan medios y procedimientos adecuados. La potencia del foco de una hoja antigua no describe su irradiancia sobre el módulo; tampoco permite certificar STC.

P1 Identificar tecnologías y medir un pequeño módulo

Origen: Hojaprácticas1.pdf. Compare muestras de tecnologías mediante etiqueta y ficha; no se utiliza solo el color. La pieza denominada célula de 6 V en la hoja puede ser un pequeño módulo compuesto de varias células: se identifica su construcción antes de describirla.

Material: muestra didáctica protegida, ficha, instrumento adecuado y fuente de iluminación controlada. Registre dimensiones, tecnología declarada y condiciones. Mida Voc por el procedimiento del banco y un punto U-I bajo una carga conocida. Calcule P = U × I. Si el instructor dispone de un procedimiento válido para Isc, añada la lectura y distinga esa corriente de la entregada bajo carga. La soldadura se practica solo en muestras preparadas, sin alterar encapsulados comerciales.

Evidencia: una tabla de características y una conclusión que explique por qué Voc e Isc no son simultáneamente un punto de potencia. Criterio: identificación coherente y unidades correctas. Relación: capítulos 13, 14 y 34.

P2 Comparar serie paralelo y conexión mixta

Origen: Hojaprácticas2.pdf. Use unidades didácticas iguales y condiciones de luz lo más uniformes posible. Dibuje las tres configuraciones y prediga tensiones y corrientes. Compruebe límites del banco, la carga y el instrumento antes de conectar. Mida un punto bajo carga en cada configuración y explique cualquier diferencia con la predicción.

Ejemplo de predicción: dos unidades que en el punto considerado entregan 6 V y 0,2 A sumarían idealmente 12 V y 0,2 A en serie, o 6 V y 0,4 A en paralelo. Son valores supuestos para razonar; la carga real determina el punto de operación.

Evidencia: esquemas y tabla predicción medida condición. Criterio: suma de tensiones en serie y corrientes en paralelo interpretada sin mezclar puntos de funcionamiento. Relación: capítulo 15.

P3 Distinguir bloqueo y derivación

Origen: Hojaprácticas3.pdf. Identifique ánodo y cátodo en una muestra aislada y compruebe respuesta en modo diodo según instrumento. Dibuje una función de bloqueo en el camino de alimentación y una derivación alrededor de una subcadena. Explique qué corriente puede circular en cada caso.

Con un banco previsto para sombreado, compare puntos bajo carga con y sin actuación de derivación. No provoque un punto caliente mantenido para demostrar el fenómeno. Registre la caída del diodo y calcule disipación aproximada P = Vf × I con datos del banco. La conexión no se extrapola a un módulo comercial sin instrucciones.

Evidencia: dos esquemas y una explicación de funciones. Criterio: no confundir la limitación de retorno con la derivación de una parte sombreada. Relación: capítulos 13, 15 y 36.

P4 Comparar inclinaciones

Origen: Hojaprácticas4.pdf. Obtenga una previsión de energía para el lugar y registre versión y datos del estudio. Después compare un módulo didáctico en varios ángulos, anotando hora, irradiancia en el plano y temperatura. El soporte debe ser estable y admitir el cambio sin riesgo.

Para comparar potencia, utilice carga y medida apropiadas o un trazador autorizado. Voc por sí sola no indica qué posición produce más energía. Si se toman lecturas sucesivas bajo nubes, explique la limitación de comparabilidad. La inclinación de mayor potencia en un instante no tiene por qué ser la de mayor energía anual.

Evidencia: tabla angular y gráfico con condiciones. Criterio: distinguir optimización instantánea, anual y adaptada a demanda. Relación: capítulos 11, 12 y 34.

P5 Interconectar y revisar una caja didáctica

Origen: Hojaprácticas5.pdf. Prepare un esquema de serie y otro de paralelo con pequeños módulos. Identifique caja, bornes, paso de cable y funciones de protección necesarias para el banco. Calcule límites de tensión y corriente y justifique sección. Compruebe polaridad antes de habilitar energía.

La mezcla de módulos distintos se analiza primero mediante fichas y curvas. Si el banco permite ensayarla, registre qué limita la corriente o la tensión. No se deduce que un fusible sea obligatorio en toda caja: se estudian corrientes inversas, número de ramas y máximos permitidos.

Evidencia: esquema, hoja de compatibilidad e inspección. Criterio: una configuración válida y conexiones sin esfuerzos ni confusión de polaridad. Relación: capítulos 15, 21 y 36.

P6 Medir caída de tensión

Origen: Hojaprácticas6.pdf. La hoja compara dos secciones alimentadas desde batería. Esta versión utiliza una fuente de continua con limitación de corriente y cables cuya intensidad admisible está verificada. Se evita emplear un cable muy fino como elemento calefactor o conectar un banco de batería sin protección.

Prediga ΔU con longitud de ida, corriente, sección y resistividad adoptada. Mida tensión en fuente y receptor bajo la misma carga, además de corriente. Compare dos cables y calcule pérdida I × ΔU. Registre temperatura y descarte conexiones defectuosas antes de atribuir toda la caída al cable. Los rollos y el agrupamiento pueden cambiar la disipación.

Evidencia: cálculo, esquema y tabla de medidas. Criterio: explicar la influencia de sección, longitud y corriente. Relación: capítulos 21 y 39.

P7 Revisar soportes y fijaciones

Origen: Hojaprácticas7.pdf. Compare soporte fijo, coplanar y seguidor mediante muestras y planos. Identifique materiales, puntos de fijación, zonas de grapa, trayecto de cargas, corrosión, dilatación y estanqueidad. La elección del anclaje se justifica con soporte resistente y documentación, no con un adhesivo genérico.

Prepare una secuencia de montaje sobre maqueta y una lista de inspección. Identifique qué datos faltan para construir a escala real. Si existe un seguidor, marque envolvente de movimiento y recorridos de cable, respetando el procedimiento del equipo.

Evidencia: croquis y lista razonada de comprobaciones. Criterio: distinguir una demostración de montaje de una verificación estructural. Relación: capítulos 20, 28 y 36.

P8 Calcular y comprobar sombras

Origen: Hojaprácticas8.pdf. Levante altura, distancia y dirección de un obstáculo y elija fecha e instante. Obtenga posición solar con una referencia horaria explícita. Calcule una sección simplificada y dibuje su alcance, indicando los límites de la aproximación. Compare con observación cuando sea posible.

Ejemplo didáctico: una diferencia de altura de 2 m y altura solar de 25° producen una sombra de sección de 2 / tan 25° ≈ 4,29 m. La orientación determina qué módulo alcanza. Compare desplazar el módulo y elevarlo, incluyendo estructura y mantenimiento. Añada crecimiento de vegetación o cambio futuro del entorno.

Evidencia: plano de obstáculo, cálculo y propuesta. Criterio: no confundir longitud de sombra con pérdida eléctrica porcentual. Relación: capítulos 12 y 34.

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Leer una fotografía de laboratorio

En la imagen se distinguen varios bancos con módulos y paneles de instrumentación. Compare su disposición y localice superficies que podrían recibir sombras de equipos próximos. La iluminación interior no equivale a un ensayo bajo condiciones STC; una fotografía no informa por sí sola de irradiancia, temperatura ni conexiones internas.

Como actividad, elija un banco y prepare una lista de datos que faltan antes de utilizarlo: esquema, identificación de módulos, límites de fuentes, instrumentos, protecciones y procedimiento. Dibuje un croquis de sus zonas visibles sin atribuir a cada aparato una función que no pueda confirmarse. Después contraste el croquis con la documentación del laboratorio. La evidencia es una identificación justificada, distinta de un ensayo eléctrico.

La energía de un fotón

La luz puede describirse mediante fotones, cuya energía aumenta al disminuir la longitud de onda: E = h × c / λ. En un semiconductor existe una separación energética entre estados de valencia y conducción, denominada banda prohibida o bandgap. Un fotón con energía suficiente puede generar un par electrón-hueco. Eso no significa que toda la energía de la luz se convierta en electricidad.

Los fotones de energía inferior al umbral no generan esos pares por el mecanismo sencillo considerado. Parte del exceso de energía de otros fotones se convierte en calor. Además existen reflexión, recombinación y pérdidas eléctricas. Estas limitaciones ayudan a entender por qué una célula de una sola unión no transforma toda la radiación incidente en electricidad. El capítulo 3 del manual de Luque y Hegedus aportado desarrolla la física con un tratamiento matemático más extenso. [O11]

Separar y recoger cargas

La estructura de la célula favorece la separación y recogida de cargas. El dopado modifica las propiedades del semiconductor y la unión establece condiciones eléctricas internas. Los contactos permiten que la corriente circule por una carga exterior. La recombinación ocurre cuando electrones y huecos dejan de contribuir a esa corriente; puede suceder en el volumen, superficies e interfaces.

La pasivación reduce determinados mecanismos de recombinación. La texturización y los recubrimientos antirreflectantes mejoran la entrada de luz. Los contactos deben recoger corriente sin introducir demasiada resistencia ni sombrear en exceso. Cada mejora afronta una pérdida concreta y puede tener compromisos de fabricación, fiabilidad o coste.

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Leer una curva sin confundir sus puntos

La curva I-V reúne pares de corriente y tensión bajo condiciones definidas. En circuito abierto, I = 0 y la tensión es Voc; en cortocircuito, U es aproximadamente cero e I es Isc. En ambos extremos la potencia eléctrica útil U × I es aproximadamente cero. La potencia máxima aparece en un punto intermedio, con Vmpp e Impp.

El factor de forma FF = Pmax / (Voc × Isc) describe la relación entre la potencia máxima y el rectángulo formado por ambos extremos. No es el rendimiento de conversión luminosa. La eficiencia η = Pmax / (G × A) compara la potencia eléctrica con la radiación incidente sobre el área de referencia. Debe definirse si A corresponde a célula, área activa o módulo completo.

Ejemplo: Factor de forma y eficiencia

Un módulo didáctico presenta Voc = 40 V, Isc = 10 A y Pmax = 300 W. FF = 300 / 400 = 0,75. Si ocupa 1,6 m² y se ensaya con G = 1.000 W/m², su eficiencia respecto a esa superficie es 300 / 1.600 = 18,75 %. Son dos indicadores diferentes obtenidos del mismo módulo.

Un circuito equivalente orienta el diagnóstico

Un modelo habitual combina una fuente de corriente dependiente de la luz, un diodo y resistencias parásitas. La resistencia serie representa pérdidas en trayectos de corriente y contactos. Una resistencia de derivación representa caminos de fuga. Es un modelo: sus parámetros se ajustan a medidas y no son necesariamente resistencias físicas aisladas que puedan localizarse directamente.

Una curva alterada puede indicar pérdidas resistivas, sombras, diferencias entre elementos u otras causas. Para comparar curvas se revisan irradiancia, temperatura y procedimiento. La inspección visual por sí sola no demuestra integridad eléctrica; la termografía y otras técnicas aportan información cuando se realizan en condiciones y con interpretación adecuadas.

Temperatura e irradiancia

En módulos de silicio, la corriente suele aumentar con irradiancia y la tensión varía de forma distinta. Al subir temperatura de célula suele bajar tensión y potencia máxima. Los coeficientes de ficha permiten una primera corrección cerca de condiciones de referencia; su aplicación debe conservar signo y unidades. La temperatura de célula no equivale automáticamente a temperatura ambiente.

Ejemplo: Una corrección de potencia

Se supone Pstc = 450 W y coeficiente de potencia γ = -0,0035 por °C. A 800 W/m² y 55 °C de célula, una aproximación lineal da P ≈ 450 × 0,8 × [1 - 0,0035 × 30] = 322,2 W. No incluye todas las pérdidas ni sustituye un modelo validado. Multiplicar 450 W por las horas de luz ignoraría ambas correcciones.

Compruebe lo aprendido

¿Voc × Isc es potencia de funcionamiento? No: combina dos puntos diferentes. ¿FF y eficiencia son iguales? No: tienen denominadores diferentes. ¿Un módulo caliente necesita mayor tensión máxima de diseño? En silicio suele ser el frío lo que eleva Voc; se verifican coeficientes y condiciones del producto.

Material arquitectura y construcción

Monocristalino describe un material, mientras que TOPCon, heterounión y contactos posteriores describen arquitecturas o soluciones de célula. Bifacial describe la capacidad de aprovechar radiación por ambas caras. Vidrio-vidrio describe una construcción de módulo. Esas categorías pueden combinarse: no son alternativas del mismo nivel.

TOPCon emplea contactos pasivados; HJT utiliza una heterounión de materiales y contactos compatibles con esa estructura; los contactos posteriores desplazan contactos hacia la parte trasera de la célula. El informe fotovoltaico de Fraunhofer ISE refleja la importancia de tecnologías de silicio tipo n y de TOPCon y heterounión en la evolución industrial. La comparación comercial necesita documentación de productos concretos. [F27]

Las películas delgadas forman otra familia de tecnologías, con materiales y estructuras propios. Las células tándem combinan absorción en distintas bandas para aprovechar mejor el espectro. Un récord de eficiencia de laboratorio no describe automáticamente un módulo comercial disponible, duradero y adecuado para una cubierta. El manual de Luque explica familias y principios; sus datos de mercado de 2011 se leen como históricos. [O11]

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Potencia por unidad de superficie

Cuando la cubierta es limitada, interesa cuánta potencia puede instalarse dentro de una distribución viable. No basta comparar W por módulo: un módulo más potente puede ser también más grande. Calcule W/m² y compruebe dimensiones, pasillos, zonas de fijación y superficie realmente utilizable. Un módulo grande puede resultar difícil de manipular o encajar aunque tenga buena eficiencia.

Ejemplo: Comparar módulos sin confundir tamaño

El módulo A declara 450 W y ocupa 2,00 m²: 225 W/m². El módulo B declara 540 W y ocupa 2,60 m²: 207,7 W/m². En un área hipotética de 20 m² completamente aprovechable, A permitiría 4,50 kWp y B aproximadamente 4,15 kWp antes de discretizar el número de unidades. La distribución real puede cambiar el resultado.

Bifacialidad y ganancia de instalación

La bifacialidad es una relación de respuesta posterior y frontal bajo condiciones de ensayo definidas. La ganancia bifacial de una instalación compara producción con una referencia equivalente. Depende de radiación posterior, albedo, altura, separación, sombras y geometría. Una cubierta opaca próxima puede limitar mucho el aporte posterior; una superficie más reflectante tampoco garantiza una ganancia fija. [F28]

Ejemplo: Una aproximación con dos caras

Se supone irradiancia frontal de 800 W/m², posterior efectiva de 80 W/m² y respuesta relativa posterior de 0,70. Una aproximación utiliza Geq = 800 + 0,70 × 80 = 856 W/m². El aumento relativo ideal sería 7 %. No considera distribución desigual, temperatura, desajuste ni recortes: no es una promesa de ganancia anual.

Partir células y gestionar sombras

Dividir células y modificar su interconexión puede reducir corrientes en ciertos trayectos y cambiar el comportamiento con sombras. El resultado depende del circuito del módulo y de la dirección del sombreado. El número de células visibles no permite deducir por sí solo tensión nominal, número de subcadenas o diodos. Para analizarlo se utiliza la ficha y el esquema del fabricante.

Los optimizadores y microinversores pueden ofrecer funciones útiles en determinados diseños, pero añaden equipos, interfaces y condiciones de mantenimiento. No hacen desaparecer toda pérdida por sombras ni resuelven un emplazamiento inadecuado. La comparación considera producción recuperable, compatibilidad, accesibilidad y coste de ciclo de vida.

Garantías y evidencia

Distinga garantía de producto y garantía de potencia. Una garantía de potencia describe condiciones de una cobertura contractual; no pronostica exactamente la producción del sistema ni incluye automáticamente mano de obra y transporte. Revise texto, entidad responsable, procedimiento, exclusiones y accesibilidad al servicio.

Prepare una tabla de decisión con potencia, superficie, temperatura, tolerancias, cargas mecánicas, zonas de montaje, conectores, comportamiento ambiental, ensayos declarados y garantías. Evite mezclar cifras obtenidas en condiciones diferentes. Una ficha incompleta es un dato que falta en el estudio, no una invitación a inventar un valor.

Compruebe lo aprendido

¿Un módulo de más W tiene necesariamente mayor eficiencia? No: falta superficie. ¿Bifacialidad del 70 % significa 70 % más de producción? No. ¿Una garantía de potencia asegura electricidad suficiente para la demanda? No: también importan recurso, instalación, operación y perfil de consumo.

Los datos deben responder a una pregunta

Para estudiar una cubierta conectada a red suele interesar la producción mensual y anual, junto con la distribución horaria para autoconsumo. Para un sistema aislado interesa especialmente la falta de recurso durante periodos críticos. Para solar térmica hace falta relacionar radiación con temperatura y demanda de calor. Un único total anual no responde a todas esas preguntas.

La irradiación horizontal no equivale a la recibida por un captador inclinado. La posición solar, componentes directa y difusa, reflexión y horizonte determinan la transformación entre planos. Los datos satelitales, estaciones y reanálisis tienen resolución e incertidumbre propias. Debe anotarse la fuente y el periodo, no solamente copiar un resultado a una hoja.

Preparar una consulta PVGIS

PVGIS ofrece datos solares y estimaciones fotovoltaicas. El manual del JRC identifica la versión 5.3 como versión predeterminada de la interfaz descrita y explica entradas como localización, orientación, inclinación, potencia y pérdidas. Las interfaces y bases se comprueban al realizar la consulta; en la ficha del proyecto se guarda la versión utilizada. [F29]

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El manual propone 14 % como valor inicial de pérdidas de usuario para sistemas conectados a red; no es un rendimiento universal ni debe multiplicarse de nuevo por otro factor que contenga las mismas pérdidas. Tampoco se traslada automáticamente a un sistema aislado con batería. Hay que identificar qué calcula el modelo y qué representa cada entrada. [F29]

Comparar alternativas con un límite común

Para comparar orientación o inclinación mantenga iguales localización, base, potencia, montaje y tratamiento de pérdidas. Si cambia dos variables a la vez, no atribuya toda la diferencia a una de ellas. Después valore coincidencia con demanda, superficie y sombras. Una solución de menor energía anual puede aumentar uso directo o producción en una estación de interés.

Ejemplo: Producción mensual de una instalación didáctica

Se supone una instalación de 4,0 kWp con resultados mensuales, en kWh: 320, 360, 480, 560, 620, 650, 680, 630, 520, 430, 330 y 290. Total: 5.870 kWh/año. Rendimiento específico: 5.870 / 4 = 1.467,5 kWh/kWp. Estas cifras son una serie inventada para practicar; no se presentan como descarga de PVGIS ni como predicción para Jaén.

Si la demanda fuese constante en 400 kWh/mes, en diciembre faltaría energía en el balance mensual y en julio habría excedente. Incluso los meses con saldo positivo podrían importar por la noche. El capítulo 45 incorpora coincidencia temporal.

Variación e incertidumbre

Una media plurianual suaviza años distintos. Un año meteorológico típico sirve como entrada representativa para ciertos modelos, pero no reproduce necesariamente una secuencia extrema real. La simulación de un sistema aislado debe conservar suficiente detalle para estudiar déficit y recuperación de almacenamiento. Un promedio mensual no permite saber si hubo cinco días seguidos muy malos.

Distinga incertidumbre del recurso, modelo, sombras, temperatura, equipos, disponibilidad y demanda. Puede utilizar escenarios de pérdidas o producción, siempre explicando su construcción. No debe llamar P90 a una reducción arbitraria del 10 %: ese indicador requiere una distribución de probabilidades y un método definido.

Revisar con datos de operación

Una vez construida la instalación, compare producción con recurso y disponibilidad en el mismo periodo. Si solo se compara un mes lluvioso con una media histórica, puede confundirse meteorología con avería. Revise alarmas, recortes, medidas y sombras. El rendimiento específico facilita comparación por potencia, pero no elimina diferencias de orientación y ambiente.

La entrega del estudio incluye parámetros, archivos de resultados, supuestos y fecha. El objetivo es que otra persona pueda reproducir la consulta y explicar las diferencias con una nueva versión. Una captura de pantalla sin entradas ni periodo ofrece poca trazabilidad.

Compruebe lo aprendido

¿Una estimación anual es una garantía contractual de producción? No. ¿El horizonte representa automáticamente chimeneas próximas y sombras entre filas? Debe comprobarse qué incluye y cómo se modelan. ¿Puede aplicarse una pérdida global dos veces? No: hay que definir límites y evitar doble contabilización.

Un día visto por bloques

La siguiente tabla utiliza energías en bloques horarios, medidas hipotéticamente en un mismo bus eléctrico de alterna. Dentro de cada bloque se supone coincidencia suficiente para efectuar el balance agregado. En una simulación real se utilizan intervalos más cortos cuando esa aproximación oculta cruces de generación y demanda. Los datos son didácticos.

Sin batería, tanto tasa de autoconsumo como autosuficiencia son 10 / 18 = 55,6 %. Que la generación iguale a la demanda diaria no elimina importación ni excedentes. Ambos flujos son compatibles porque ocurren en momentos diferentes.

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Añadir almacenamiento sin perder el balance

Se supone una batería vacía al inicio, capacidad utilizable suficiente para el ciclo calculado, potencia de carga y descarga compatible, eficiencia de carga 0,95 y eficiencia de descarga hasta el bus 0,90. Se decide cubrir los 5 kWh de déficit posteriores al bloque de carga solar: 1 kWh en 16–20 y 4 kWh en 20–24. El déficit de 3 kWh anterior a la carga sigue llegando de la red.

Ejemplo: Ajustar el ciclo a la demanda real

Para entregar exactamente 5,00 kWh, la batería debe recibir 5 / (0,95 × 0,90) = 5,848 kWh. Almacena 5,556 kWh y los descarga completamente dentro de la ventana utilizable del ejemplo. Las pérdidas suman 0,848 kWh. Queda excedente de 8 - 5,848 = 2,152 kWh e importación de 3 kWh en los bloques anteriores a la carga solar.

Balance de generación: 18 = 10 de uso directo + 5 entregados desde batería + 2,152 exportados + 0,848 de pérdidas. Balance de demanda: 18 = 10 directos + 5 desde batería + 3 importados. No puede utilizarse al amanecer energía que todavía no se ha cargado ese día si el estado inicial se supone vacío.

Indicadores que dicen cosas diferentes

La autosuficiencia útil del segundo caso es (10 + 5) / 18 = 83,3 %. La proporción de generación no exportada es (18 - 2,152) / 18 = 88,0 %. Esta última incluye las pérdidas de almacenamiento y no debe presentarse como porcentaje de generación entregada útilmente a cargas. Si una aplicación denomina autoconsumo a otro límite, hay que explicarlo.

La energía cargada no equivale a energía descargada ni a energía que evita importación. El balance debe incorporar variación del estado de carga entre inicio y final. Si un día termina con más reserva que al inicio, parte de la generación sigue almacenada; si termina con menos, parte del suministro procede de energía anterior.

Energía suficiente y potencia insuficiente

Los bloques no comprueban por sí mismos potencia de batería, inversor ni conexión. Una carga de 4 kWh podría repartirse en cuatro horas a 1 kW o concentrarse en media hora a 8 kW. Ambas consumen la misma energía y exigen equipos distintos. Los picos y arranques se estudian con resolución y datos adecuados.

También se decide la reserva para apagones. Mantener reserva reduce la energía disponible para ahorro ordinario. Una batería grande puede seguir teniendo poca utilización si faltan excedentes para cargarla. La decisión se contrasta con un año de perfiles y con degradación, mantenimiento y costes, no solamente con un día favorable.

Compensación y valor económico

El valor de evitar una importación puede ser diferente del valor de exportar un excedente. El ahorro debe utilizar el contrato y el régimen aplicables. La compensación simplificada tiene condiciones y límites; una oferta comercial de almacenamiento virtual necesita analizarse como contrato, sin confundirla con una batería física ni con una garantía de respaldo. [F7]

Compruebe lo aprendido

¿18 kWh de generación y 18 kWh de demanda aseguran consumo sin red? No. ¿La batería evita los 8 kWh de importación de este día? Con los límites y estado inicial utilizados evita 5. ¿Qué explica la diferencia entre 88,0 % y 83,3 %? Los límites de los indicadores y las pérdidas del ciclo.

Definir demanda temperatura y límite

Se plantea una vivienda didáctica con demanda de 160 litros diarios de agua caliente a 45 °C y agua fría de entrada a 15 °C. Se toma masa de 160 kg y calor específico de 4,18 kJ/(kg·K). Demanda útil diaria = 160 × 4,18 × 30 / 3.600 = 5,57 kWh térmicos. Para el ejercicio se mantienen estas condiciones todo el año, aunque una previsión real utiliza ocupación y temperaturas variables.

Se añaden hipotéticamente 0,80 kWh/día de pérdidas de almacenamiento y distribución. La demanda en el límite de aporte al sistema es 6,37 kWh/día. Multiplicando por 365 resultan 2.325 kWh/año. Estas pérdidas no son un valor típico impuesto: deberán obtenerse de componentes, recorridos, horarios y condiciones reales.

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Una primera superficie de captación

Se supone un objetivo de fracción solar anual del 60 % en ese límite y una entrega solar útil anual de 500 kWh por m² de superficie de referencia del captador. Aporte objetivo = 0,60 × 2.325 = 1.395 kWh/año. Superficie de partida = 1.395 / 500 = 2,79 m². El rendimiento específico asumido ya incorpora el comportamiento del conjunto en ese límite; no se multiplica otra vez por un rendimiento de captador.

La superficie obtenida no es una decisión de compra. Falta elegir un producto, discretizar unidades y simular estacionalidad, pérdidas, control, depósito y periodos de ausencia. Tampoco certifica cumplimiento reglamentario: el criterio de contribución renovable se aplica con sus definiciones, ámbito y metodología. [F9]

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Leer la curva de un captador

Una expresión simplificada de eficiencia es η = η0 - a1 × (Tm - Ta) / G - a2 × (Tm - Ta)² / G. Tm es temperatura media del fluido, Ta ambiente y G irradiancia. Los coeficientes y superficie de referencia proceden del ensayo y ficha del captador. Compararlos sin la misma referencia puede inducir error. El manual térmico aportado y Kalogirou explican la relación entre pérdidas y temperatura. [O12] [O13]

Ejemplo: Eficiencia en un punto de trabajo

Se suponen η0 = 0,75, a1 = 3,5 W/(m²·K), a2 = 0,015 W/(m²·K²), Tm - Ta = 30 K y G = 800 W/m². η = 0,75 - 3,5 × 30 / 800 - 0,015 × 900 / 800 = 0,602. Un captador de 3 m² entregaría aproximadamente 800 × 3 × 0,602 = 1.445 W térmicos en ese punto.

Con la misma diferencia de temperatura y G = 400 W/m², η sería aproximadamente 0,454. La potencia útil sería 545 W. El rendimiento anual no se obtiene tomando una de estas cifras y multiplicándola por todas las horas.

Depósito y energía almacenada

Se ensaya en el cálculo un depósito de 200 litros. Si su contenido pasa uniformemente de 35 a 60 °C, la variación de energía sensible sería 200 × 4,18 × 25 / 3.600 = 5,81 kWh. En un depósito real hay estratificación, pérdidas y temperaturas de salida limitadas. La energía almacenada no equivale automáticamente a agua disponible a una temperatura concreta.

Ejemplo: Mezcla ideal de agua

Si hay 100 litros a 60 °C y se mezclan con agua fría a 15 °C para obtener 45 °C, el volumen total ideal es 100 × (60 - 15) / (45 - 15) = 150 litros. Se añadirían 50 litros fríos. El cálculo ignora pérdidas, estratificación y cambios de densidad; ayuda a distinguir litros de energía.

Circuito primario y control

El caudal se selecciona según captadores y esquema. Deben verificarse pérdidas de carga de tubos, accesorios e intercambiador, curva de bomba, régimen de circulación y compatibilidad del fluido. El vaso de expansión se calcula con volumen, temperaturas, presiones y estados previsibles, incluida la condición de estagnación cuando corresponda. Su tamaño no se obtiene únicamente del volumen del depósito sanitario.

El control diferencial compara temperaturas y actúa cuando existe una ganancia útil compatible con los límites del sistema. Las consignas y protecciones deben corresponder a componentes y servicio. Una instalación con aporte solar y apoyo necesita evitar que el apoyo reduzca innecesariamente la capacidad de recibir calor solar. No se eliminan controles sanitarios para aumentar la fracción solar.

Verano invierno e higiene

La tabla anual oculta el exceso de verano y la insuficiencia de invierno. Examine periodos sin consumo, helada y recuperación después de ausencia. Revise resistencia térmica del aislamiento exterior y compatibilidad de componentes con temperaturas extremas. La expansión y las descargas de seguridad se conducen conforme al proyecto.

En las instalaciones a las que sea aplicable, la prevención de legionelosis se aborda según el RD 487/2022 y sus modificaciones, con el plan y condiciones exigibles. El RITE y CTE añaden requisitos dentro de sus ámbitos. Este predimensionado no sustituye esas comprobaciones ni prescribe una temperatura universal para todos los puntos del sistema. [F25] [F26]

Entregar un estudio trazable

La memoria incluye demanda por periodos, temperaturas, datos de radiación, orientación, captadores, superficie de referencia, depósito, esquema, apoyo, control, pérdidas y resultados mensuales. La parte hidráulica documenta caudales, diámetros, presión y seguridad. El mantenimiento cubre fluido, aislamiento, bombas, sensores, estanqueidad y funcionamiento del apoyo.

Compruebe lo aprendido

¿Puede sumar fracción solar y COP? No: representan relaciones distintas. ¿2,79 m² garantizan 60 % anual? Solo sería cierto si se cumplieran los supuestos del rendimiento específico; hace falta una evaluación del sistema. ¿Qué ocurre si se elimina el consumo durante semanas de verano? Puede cambiar radicalmente la condición térmica y debe haberse previsto.

El encargo y los datos

Se estudia una vivienda didáctica conectada a red. Necesita 3.600 kWh/año para aparatos e iluminación, 6.000 kWh térmicos de calefacción y 2.200 kWh térmicos de agua caliente. Los dos servicios térmicos se consideran en el límite de entrega útil al edificio y a los puntos de consumo establecidos. La casa dispone hipotéticamente de una cubierta con zona apta para 12 módulos de 450 W. No hay datos de una vivienda real detrás de este ejemplo.

El estudio compara una mejora de demanda, una bomba de calor y generación fotovoltaica. Antes de calcular, deben levantarse distribución de cubierta, sombras, estructura, acceso, conexión, potencias de equipos y cargas térmicas. Los consumos anuales no permiten elegir la potencia de calefacción: hace falta carga de diseño en condiciones exteriores y distribución por estancias.

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Paso 1: reducir demanda

Se supone que aislamiento, sombreado y regulación reducen la demanda anual de calefacción de 6.000 a 4.500 kWh térmicos, conservando el confort definido. La disminución es 1.500 kWh térmicos. No se atribuye a una intervención concreta sin un cálculo previo. La potencia necesaria en condiciones de proyecto también puede cambiar y se vuelve a comprobar.

Los aparatos e iluminación mantienen 3.600 kWh/año en este ejercicio. Si una auditoría identificase más ahorro, se incorporaría antes de dimensionar. La demanda de agua caliente permanece en 2.200 kWh térmicos, pero se comprueban pérdidas y hábitos. Una reducción de temperatura o caudal solo cuenta como ahorro equivalente si conserva el servicio y condiciones de higiene requeridos.

Paso 2: electrificar calor con un límite claro

Se adopta rendimiento estacional supuesto de 3,0 para calefacción y 2,5 para agua caliente, ambos en el límite utilizado. Electricidad de calefacción = 4.500 / 3 = 1.500 kWh/año. Electricidad de ACS = 2.200 / 2,5 = 880 kWh/año. Demanda eléctrica total = 3.600 + 1.500 + 880 = 5.980 kWh/año.

Si esos rendimientos no incluyesen determinados auxiliares, sus consumos se sumarían aparte. Las resistencias de apoyo y las pérdidas de distribución no se ignoran: deben estar dentro del rendimiento adoptado o añadirse de forma explícita. El estudio registra esta decisión para no contarlas dos veces ni omitirlas.

Paso 3: superficie y configuración solar

Doce módulos de 450 W suman 5,40 kWp. Si cada módulo ocupase 2,10 m², la superficie neta de módulos sería 25,2 m². La cubierta necesaria añade separaciones y accesos. Se verifica montaje con el producto y soporte reales; no se ocupa una zona estructuralmente inadecuada para alcanzar el número previsto.

Para el ejercicio se supone una entrega anual de 1.450 kWh/kWp después de las pérdidas incluidas en la estimación. Producción = 5,40 × 1.450 = 7.830 kWh/año. Como es mayor que 5.980 kWh de demanda, el saldo anual es positivo en 1.850 kWh. Esto no demuestra independencia de la red.

Ejemplo: Compatibilidad de una cadena hipotética

Se suponen 12 módulos con Voc = 41 V, Vmpp = 34 V y coeficiente de Voc = -0,0028 por °C. Para temperatura mínima de célula -5 °C, Voc por módulo ≈ 41 × [1 + 0,0028 × 30] = 44,44 V. La cadena alcanza aproximadamente 533,3 V. Si una entrada admitiese 600 V máximos, quedaría margen matemático, pero todavía deben verificarse tolerancias, temperatura de diseño, arranque y normativa del equipo.

Con coeficiente de Vmpp supuesto de -0,0035 por °C y célula a 70 °C, Vmpp de cadena ≈ 12 × 34 × [1 - 0,0035 × 45] = 343,7 V. Hay que comprobar ese valor con la ventana MPPT, además de corriente, potencia y límites de cortocircuito. Las cifras no describen un producto real.

Paso 4: coincidencia sin batería

Se supone que un análisis por intervalos obtiene 3.200 kWh/año de uso directo. Entonces la importación es 5.980 - 3.200 = 2.780 kWh y la exportación 7.830 - 3.200 = 4.630 kWh. Autosuficiencia = 3.200 / 5.980 = 53,5 %. Tasa de autoconsumo directo = 3.200 / 7.830 = 40,9 %.

El ejemplo demuestra por qué no puede utilizarse la energía anual para afirmar que la bomba de calor se alimentará siempre con el Sol. La calefacción necesita un balance mensual y horario especialmente cuidadoso. Programación y almacenamiento térmico pueden mejorar coincidencia, dentro de confort, pérdidas y condiciones de instalación.

Paso 5: escenario con batería

Se supone una simulación anual que desvía 1.500 kWh de excedentes hacia batería y entrega 1.275 kWh a las cargas, con rendimiento global de ciclo 0,85. La energía almacenada al inicio y final del año es igual. Importación = 2.780 - 1.275 = 1.505 kWh; exportación = 4.630 - 1.500 = 3.130 kWh; pérdidas de ciclo = 225 kWh.

Balance de generación: 7.830 = 3.200 directos + 1.275 desde batería + 3.130 exportados + 225 pérdidas. Balance de demanda: 5.980 = 3.200 + 1.275 + 1.505. Autosuficiencia útil = 4.475 / 5.980 = 74,8 %. La simulación debe comprobar energía utilizable, potencia, reserva y secuencias: el total anual de carga no demuestra por sí solo que la batería elegida pueda realizar ese trabajo.

Paso 6: cuánto respaldo necesitamos

Se definen cargas críticas de 150 W de potencia media y autonomía deseada de 8 h. Requieren 1,20 kWh en ese límite. Si la eficiencia de descarga hasta cargas es 0,90, hacen falta al menos 1,33 kWh de reserva utilizable en la batería, más el margen que justifique el proyecto. La potencia máxima simultánea y arranques se verifican aparte.

El sistema de respaldo identifica sus circuitos, fuentes, aislamiento y funciones. Una batería destinada a autoconsumo no respalda automáticamente toda la vivienda. Mantener reserva puede reducir el uso ordinario de los 1.500 kWh cargados del escenario anterior; ambos objetivos se simulan juntos.

Paso 7: decidir y documentar

La selección final compara escenarios con coste inicial, importaciones, excedentes, mantenimiento, reposiciones y servicio durante cortes. Incluye permisos y tramitación aplicables. La entrega reúne planos finales, ajustes, resultados de verificación, instrucciones y contactos. No se publica el ejemplo como proyecto ejecutable hasta sustituir las hipótesis por datos y comprobaciones reales.

Compruebe lo aprendido

¿Qué cambia primero si mejoramos aislamiento? La demanda y carga térmica, antes de comprar generación. ¿7.830 kWh de producción eliminan la red? No: el escenario sin batería importa 2.780 kWh. ¿El respaldo se calcula solo en kWh? No: también necesita potencia, arquitectura, protecciones y funciones compatibles.

Comparar el mismo servicio

Una alternativa debe cubrir el mismo servicio, calidad y periodo que su referencia. Reducir inversión omitiendo respaldo o mantenimiento no representa una mejora equivalente. Separe coste inicial, operación, energía, reposiciones, desmantelamiento y valor final. Los precios que siguen son supuestos de cálculo; no son tarifas, presupuestos ni ofertas vigentes.

Valorar generación y almacenamiento

Para el escenario sin batería del capítulo 47 se supone precio de importación evitada de 0,22 €/kWh y valor aprovechable de exportación de 0,06 €/kWh. Beneficio energético bruto = 3.200 × 0,22 + 4.630 × 0,06 = 981,80 €/año. Se descuenta mantenimiento hipotético de 120 €/año: flujo neto inicial de 861,80 €/año. Una valoración real aplica el contrato, impuestos y límites de compensación correspondientes. [F7]

Con inversión hipotética de 7.000 €, retorno simple = 7.000 / 861,80 = 8,12 años. No incorpora degradación, financiación, inflación, reposiciones ni descuento. Es una primera razón aritmética, no una garantía de recuperación en esa fecha.

Ejemplo: El valor incremental de la batería

En el escenario del capítulo 47, la batería evita 1.275 kWh de importación y reduce exportaciones en 1.500 kWh. Beneficio incremental bruto = 1.275 × 0,22 - 1.500 × 0,06 = 190,50 €/año. Con coste incremental supuesto de 4.000 €, el retorno simple sería 21,0 años antes de mantenimiento y reposición. La utilidad de respaldo se analiza como otro servicio, sin inventar ingresos por él.

Este resultado no afirma que ninguna batería sea rentable. Explica que el diferencial de precios, utilización, pérdidas, degradación y coste son decisivos. Si se hubiese supuesto que cada kWh cargado evita un kWh importado, se habría sobreestimado el beneficio. Si la exportación no pudiera valorarse de esa manera por límites contractuales, cambiaría el coste de oportunidad de cargar.

Descontar flujos futuros

El valor actual neto es VAN = -C0 + Σ[Fn / (1 + r)^n], con inversión C0, flujo neto Fn en cada año y tasa de descuento r. Todas las variables deben ser coherentes: flujos nominales con tasa nominal o reales con tasa real. Si se añade una reposición, se registra como salida en su año.

Ejemplo: El retorno simple no cuenta toda la historia

Para inversión de 7.000 €, flujo constante supuesto de 861,80 €/año durante 15 años y tasa real de 4 %, el valor actual de los flujos es 861,80 × [1 - (1,04)^(-15)] / 0,04 ≈ 9.582 €. VAN ≈ 2.582 €. Si se añade una reposición de 1.200 € en el año 10, su valor actual es aproximadamente 811 € y VAN baja a 1.771 €. Se ignoran aquí otros cambios para aislar el método.

LCOE y valor de la energía

El coste nivelado divide costes actualizados por energía actualizada con un alcance definido. No es necesariamente el precio de venta ni el ahorro de una vivienda. Una instalación puede producir electricidad barata que se exporta a poco valor, mientras importa energía en otras horas. Para almacenamiento conviene examinar coste por energía entregada y servicios prestados, incluyendo pérdidas y reposiciones.

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Impactos a lo largo de la vida

Una evaluación de ciclo de vida incluye materias primas, fabricación, transporte, instalación, operación y final de vida. En fotovoltaica, la localización de fabricación, vida útil, producción y componentes influyen en resultados. IEA-PVPS publica metodología y fichas que explican ese alcance. No es correcto comparar un resultado completo de ciclo de vida con emisiones de operación de otra tecnología sin aclarar la diferencia. [F31] [F32]

Las emisiones por kWh se obtienen dividiendo emisiones de la vida del sistema por energía producida dentro del límite elegido. Para energía que llega mediante batería se incorporan su fabricación, pérdidas y reposiciones cuando correspondan. No se asigna el mismo valor a toda electricidad fotovoltaica sin revisar hipótesis.

Ejemplo: Un indicador ambiental hipotético

Se supone una instalación que acumula 3.000 kg CO2e de emisiones en el alcance estudiado y entrega 150.000 kWh durante su vida. Intensidad = 3.000 / 150.000 = 0,020 kg CO2e/kWh, o 20 g CO2e/kWh. Si solo entregase 100.000 kWh, resultaría 30 g. Las cifras son inventadas para practicar; no son una declaración ambiental de producto.

El tiempo de retorno energético compara energía invertida con energía neta generada bajo una metodología definida. No equivale a retorno económico ni a emisiones evitadas. En una comparación ambiental se explicita qué energía o emisiones se sustituyen y en qué periodo; no basta multiplicar toda producción por un factor sin comprobar uso y límite.

Circularidad y mantenimiento

Diseñar para una vida larga implica acceso, piezas compatibles, documentación y posibilidad de reparar. Reutilizar requiere verificar condición y adecuación; reciclar requiere canales y tratamiento autorizados. Conserve identificación de módulos, baterías y equipos, garantías y registros. Un componente prematuramente abandonado desperdicia recursos aunque su operación no consuma combustible.

Una buena decisión reconoce sensibilidad. Prepare al menos escenarios de producción, valor de energía, coste de reposición y utilización. Si una alternativa solo funciona con todos los supuestos favorables, debe quedar visible. La evidencia permite escoger con criterio y revisar la elección cuando cambian datos.

Compruebe lo aprendido

¿Retorno simple y VAN miden lo mismo? No. ¿La energía enviada a batería tiene el mismo valor que la entregada a cargas? No: hay pérdidas y costes de oportunidad. ¿Una baja emisión de operación demuestra impacto total cero? No: falta el resto de la vida del sistema.

Una caldera barata puede gastar mucho durante veinte inviernos. Una bomba de calor de mayor precio puede resultar económica, pero solo si trabaja con un buen rendimiento y una tarifa adecuada. Para comparar ambas hay que empezar por una pregunta concreta: ¿cuánto cuesta entregar el calor que necesita esta casa?

Los datos de este capítulo se refieren a España. La consulta se cerró el 17 de septiembre de 2026. Cada tabla conserva su periodo de referencia: un precio diario, una tarifa vigente y un índice trimestral responden a preguntas diferentes. Los importes quedan guardados en esta edición; los enlaces permiten consultar publicaciones posteriores.

Electricidad: el consumo y la factura

La referencia diaria se ha tomado de CostEEnergía, una publicación secundaria que presenta datos de PVPC. Se conserva como orientación y se enlaza también la consulta oficial de Red Eléctrica. No se reproduce su tabla horaria porque las horas indicadas en el resumen y en la tabla consultada no coincidían. Para programar consumos debe comprobarse la hora y el territorio en ESIOS. [P01] [P02]

La media de veinticuatro horas no es el precio medio de cualquier familia. Una vivienda que consume al anochecer puede pagar más por cada kilovatio hora que otra que concentra consumos al mediodía. El coste del consumo se obtiene sumando energía de cada intervalo por su precio. Después se añaden los conceptos de la factura que correspondan: potencia, alquiler del contador, impuestos y otros cargos. La cifra anterior se utiliza aquí como referencia del término de energía sin los impuestos de la factura; su tratamiento fiscal debe comprobarse en el suministro concreto.

En los ejemplos anteriores del libro, 0,22 €/kWh y otros importes son hipótesis de cálculo. No representan una tarifa vigente. Tampoco la compensación de excedentes equivale al precio de la electricidad comprada: debe leerse el contrato por separado.

Gas natural: tarifa de último recurso

Son los importes publicados por el BOE con efectos desde el 1 de julio de 2026, vigentes en la fecha de consulta. La posibilidad de acogerse a la TUR depende de las condiciones del suministro. El gas en el mercado libre tiene sus propios precios. [P03]

Una cuenta completa. Con 8.000 kWh al año y TUR.2, el término de energía suma 329,59 € y el fijo, 97,32 €. El subtotal es 426,91 €: 0,05336 € por kWh comprado. Todavía faltan impuestos, alquiler y cualquier concepto adicional aplicable. Utilizar solo 0,04119908 €/kWh habría ocultado una parte apreciable del gasto.

El consumo de gas se factura en kWh aunque el contador mida volumen. La conversión emplea el factor que figura en la factura. Para comparar con una caldera, el rendimiento y el poder calorífico de referencia deben ser coherentes; no se debe mezclar un rendimiento sobre PCI con un coste calculado sobre PCS sin la conversión correspondiente.

Gasolina, gasóleo y gases de automoción

Fotografía de precios de 17/09/2026, 18:51, tomada de Repostaje.es. Esta publicación calcula medias simples de estaciones a partir del feed de MITECO; no es el boletín oficial del Ministerio ni una media ponderada por litros vendidos. Los precios son de venta al público publicados por estaciones. Una estación, un descuento o una zona fiscal pueden dar un resultado diferente. [P04] [P05]

La última media mensual oficial localizada al cerrar esta edición correspondía a agosto de 2026: gasolina 95, 1,7159 €/L; gasóleo de automoción, 1,8429 €/L; GLP, 1,0756 €/L; GNC, 1,6215 €/kg; GNL, 1,5550 €/kg. Es una referencia con impuestos para su periodo y su metodología; no se presenta como precio del 17 de septiembre. [P06]

Cien kilómetros. Un turismo que consume 6 L de gasolina 95 por cada 100 km gasta 11,51 € con la referencia diaria anterior. Otro que consume 5 L de gasóleo A gasta 9,57 €. Un eléctrico que compra 18 kWh para recorrer la misma distancia gastaría 3,28 € usando 0,1824 €/kWh, antes de los impuestos y conceptos excluidos de esa referencia eléctrica. No son costes totales homogéneos: faltan las condiciones de recarga, los impuestos eléctricos, mantenimiento, seguros, adquisición y depreciación. Si los 18 kWh se midieran en la batería en lugar del contador habría que añadir las pérdidas de recarga.

El gasóleo A es combustible de automoción. No debe emplearse su precio como si fuera el del gasóleo de calefacción. Para gasóleo C se necesita una cotización de entrega con fecha, localidad, volumen e impuestos. No se ha verificado aquí una media nacional reciente de ese canal y por eso no se le asigna un importe inventado.

Butano y otros GLP

La bombona regulada de 12,5 kg de butano cuesta como máximo 18,84 € desde el 15 de septiembre de 2026, según la tabla de MITECO. Es el precio de venta al público de la presentación regulada; no se aplica a todas las bombonas ni al propano envasado de precio libre. La resolución del BOE publica 1,234447 €/kg antes de impuestos. No son dos precios equivalentes: uno es el PVP y el otro la base previa a impuestos. [P07] [P08]

Para propano a granel o canalizado hay que identificar el canal y el contrato. No se sustituye esa cotización por el precio del GLP de automoción: cambian presentación, transporte y fiscalidad.

Pellet, astilla y hueso de aceituna

Datos de los índices de AVEBIOM actualizados en julio de 2026, los más recientes localizados en la consulta. Se incluyen las condiciones de su metodología: IVA homogeneizado al 21 % y transporte de referencia en granel, 200 km para pellet y hueso y 100 km para astilla. No se afirma que ese IVA sea el aplicable a cualquier compra en septiembre. [P09] [P10] [P11]

El índice del pellet utiliza 4,76 kWh/kg de contenido energético. Con una eficiencia estacional supuesta del 85 %, un coste de 0,0794 €/kWh de combustible se convierte en 0,0934 €/kWh de calor útil, antes de electricidad auxiliar, mantenimiento e inversión. La humedad, la calidad y el equipo cambian el resultado; una tonelada de astilla no entrega el mismo calor que una tonelada de pellet.

Comparar el mismo servicio

Para producir calor, una resistencia eléctrica consume aproximadamente un kWh eléctrico por cada kWh de calor en el equipo. Una bomba de calor con rendimiento estacional 3 entrega tres kWh térmicos por cada kWh eléctrico dentro del límite declarado. Con la referencia diaria de 0,1824 €/kWh, su coste variable orientativo sería 0,0608 €/kWh térmico, antes de impuestos y costes excluidos. Si el rendimiento bajase a 2, sería 0,0912 €/kWh térmico.

En una caldera de gas con rendimiento estacional supuesto de 0,90 sobre la misma base energética que el suministro, TUR.2 daría 0,0458 €/kWh térmico solo de término variable, antes de fijo e impuestos. Esta cuenta no permite declarar un ganador frente al pellet: las bases fiscales y los periodos de sus precios son distintos. Sirve para comprender la conversión de energía comprada a servicio.

Una comparación de proyectos debe cubrir un año de demanda y precios, con el mismo tratamiento de impuestos, mantenimiento y financiación. Añada inversión y reposiciones; pruebe temperaturas y tarifas desfavorables. Para el ahorro por autoconsumo se usa el coste marginal evitado por cada intervalo, no se atribuye a toda la energía solar un precio minorista uniforme.

Dónde mirar al revisar este capítulo

El precio del surtidor se comprueba en el Geoportal y en la estación. El PVPC se consulta en ESIOS y se contrasta con la factura. Las tarifas reguladas de gas y butano se verifican en el BOE y MITECO. Para biomasa se conserva el trimestre del índice de AVEBIOM y se solicita una oferta de suministro local. Anote siempre unidad, impuestos, lugar y fecha junto a cada cifra.

Referencias de precios

[P01] CostEEnergía. Precio PVPC publicado para el 17 de septiembre de 2026. Fuente secundaria; se utiliza la media y el intervalo diarios, no sus etiquetas horarias.

https://www.costeenergia.es/

[P02] Red Eléctrica. ESIOS: consulta oficial del PVPC. Enlace para comprobar fecha, territorio y detalle horario; el dato diario de esta edición procede de [P01].

https://www.esios.ree.es/es/pvpc

[P03] BOE. Resolución de 25 de junio de 2026: tarifa de último recurso de gas natural desde el 1 de julio de 2026.

https://www.boe.es/buscar/doc.php?id=BOE-A-2026-14233

[P04] Repostaje.es. Medias de carburantes calculadas a partir de precios de estaciones; publicación consultada del 17/09/2026, 18:51. Fuente secundaria.

https://repostaje.es/precios-miteco

[P05] MITECO. Geoportal de gasolineras. Consulta oficial por estación; enlace para contrastar el precio local, no origen de un cálculo propio de medias en esta edición.

https://geoportalgasolineras.es/

[P06] MITECO. Informe mensual de precios de carburantes, agosto de 2026, páginas 38 y 39 del PDF. Referencia mensual oficial.

https://www.miteco.gob.es/content/dam/miteco/es/energia/files-1/petroleo/Informes/InformesMensuales/DatosBibliotecaConsumer/2026/Agosto%202026.pdf

[P07] MITECO. Gases licuados del petróleo envasados: tabla de PVP de bombona regulada de 12,5 kg.

https://www.miteco.gob.es/es/energia/hidrocarburos-nuevos-combustibles/glp/precios/gases-licuados-del-petroleo-envasados.html

[P08] BOE. Resolución de 8 de septiembre de 2026: precio máximo de butano comercial envasado antes de impuestos, efectos desde el 15 de septiembre.

https://www.boe.es/buscar/doc.php?id=BOE-A-2026-19115

[P09] AVEBIOM. Índice de precios del pellet de madera, 2.º trimestre de 2026; actualización julio de 2026.

https://avebiom.org/wp-content/uploads/2026/07/IPB-indice-precios-PELLET-2T2026.pdf

[P10] AVEBIOM. Índice de precios de astilla, 2.º trimestre de 2026; actualización julio de 2026.

https://avebiom.org/wp-content/uploads/2026/07/IPB-indice-precios-ASTILLA-2T2026.pdf

[P11] AVEBIOM. Índice de precios de hueso de aceituna, 2.º trimestre de 2026; actualización julio de 2026.

https://avebiom.org/wp-content/uploads/2026/07/IPB-indice-precios-HUESO-2T2026.pdf

Todas las referencias de esta sección se consultaron el 17 de septiembre de 2026. Las publicaciones que cambian diariamente pueden mostrar otros valores al abrir sus enlaces.

Relaciones fundamentales

Calor, otros recursos e indicadores

En estas expresiones, Q se utiliza a menudo para calor o caudal en textos distintos: escriba el significado y las unidades. El calor específico del agua de los ejemplos es 4,18 kJ/(kg·K). Un resultado en kJ se divide por 3.600 para obtener kWh; un resultado en J por 3.600.000.

Conversiones frecuentes

1 kW = 1.000 W. 1 kWh = 1.000 Wh = 3,6 MJ. 1 Wh = 3.600 J. 1 m³ = 1.000 litros. 1 m³/h = 0,0002778 m³/s. Una presión de 1 bar equivale aproximadamente a 10,2 m de columna de agua. Estas equivalencias permiten conservar unidades SI en fórmulas y presentar resultados en unidades prácticas.

La energía recibida por una superficie se obtiene multiplicando irradiación por superficie. La energía entregada por una batería no se obtiene sumando Ah de bancos con tensiones distintas. La potencia trifásica utiliza tensión de línea cuando aparece √3. La longitud en el cálculo de continua debe indicar si incluye ida y retorno.

Lista de comprobaciones numéricas

Tras calcular paneles se redondea a una configuración eléctrica válida, no solo al entero de potencia. Tras calcular batería se revisa el catálogo y el límite de potencia. Tras calcular cable se revisan ampacidad y cortocircuito. Tras calcular bombeo se revisan curvas y caudal del pozo. Tras calcular ahorro se revisan contrato y límites de valoración.

Ejercicio 1 Consumo y simultaneidad

Una carga de 800 W funciona 2 h y otra de 1.200 W funciona 1 h. Calcule energía diaria y potencia máxima si coinciden. Solución: E = 800 × 2 + 1.200 × 1 = 2.800 Wh. Si coinciden, la potencia activa es 2.000 W. Si no coinciden, el máximo es 1.200 W, antes de considerar arranques, factor de potencia y otras cargas.

Ejercicio 2 HSP y generación

El plano del generador recibe 4,2 kWh/m²/día. Hay 2,7 kWp y se adopta PR = 0,78. Solución: HSP = 4,2 h. E ≈ 2,7 × 4,2 × 0,78 = 8,85 kWh/día. Si el dato fuese horizontal y los módulos inclinados, faltaría obtener la irradiación del plano real.

Ejercicio 3 Capacidad útil

Un sistema de 51,2 V nominales y 200 Ah permite DoD = 0,80. La eficiencia posterior es 0,92. Solución: energía nominal aproximada = 10,24 kWh. Energía entregable bajo esas hipótesis = 10,24 × 0,80 × 0,92 = 7,54 kWh. Para una demanda de 2,5 kWh/día, autonomía aproximada = 3,01 días, antes de correcciones por envejecimiento y ambiente.

Ejercicio 4 Límite de tensión

Un módulo tiene Voc = 50 V a 25 °C y coeficiente -0,30 %/°C. La temperatura mínima de célula es -5 °C y la entrada admite 500 V. Solución: Voc frío = 50 × (1 + 0,003 × 30) = 54,5 V. Nueve módulos alcanzan 490,5 V; diez, 545 V. Nueve es el máximo matemático de estas hipótesis, pero el pequeño margen requiere comprobar tolerancia y reglas de diseño. También faltan ventana MPPT y corrientes.

Ejercicio 5 Dos ramas en paralelo

Cada cadena tiene Impp = 11 A e Isc = 11,8 A. Dos cadenas paralelas tienen aproximadamente Impp = 22 A e Isc = 23,6 A. Si la entrada admite 20 A de operación, la configuración no cumple ese límite aunque su potencia nominal parezca compatible. Se revisa si existen entradas independientes y qué restricciones comparten.

Ejercicio 6 Cable y caída

Un tramo de continua tiene 30 m de ida, corriente 15 A, sección 6 mm² y resistividad supuesta 0,0225 Ω·mm²/m. Solución: ΔU = 2 × 0,0225 × 30 × 15 / 6 = 3,375 V. Si opera a 300 V, representa 1,125 %. A 48 V representaría 7,03 %, lo que muestra la importancia de la tensión. No se ha comprobado ampacidad.

Ejercicio 7 Agua y energía

Se bombean 10 m³/día a 50 m de altura total. Eficiencia conjunta = 0,50. Solución: Eh = 1.000 × 9,81 × 10 × 50 / 3.600.000 = 1,36 kWh. Energía eléctrica = 2,73 kWh/día. Para 4 HSP y factor solar más conversión 0,80, predimensionado = 0,85 kWp. La selección final requiere curvas, umbrales y demanda por meses.

Ejercicio 8 Autoconsumo y autosuficiencia

Un mes presenta generación de 600 kWh, demanda de 500 kWh y uso directo de 300 kWh. Solución: tasa de autoconsumo = 50 %; autosuficiencia = 60 %; excedente = 300 kWh; importación = 200 kWh. El saldo mensual positivo no evita importaciones.

Ejercicio 9 Batería económica

Se almacenan 800 kWh/año de excedente y se recupera el 90 %. Compra evitada = 0,22 €/kWh; excedente renunciado = 0,07 €/kWh. Solución: beneficio bruto = 720 × 0,22 - 800 × 0,07 = 102,40 €/año. Se restan mantenimiento y costes pertinentes, y se consideran inversión y reposición. Los precios son hipótesis.

Ejercicio 10 Eólica

Un rotor tiene diámetro 4 m. Densidad del aire supuesta = 1,225 kg/m³ y velocidad = 6 m/s. Solución: A = π × 2² = 12,57 m². Potencia del flujo ≈ 0,5 × 1,225 × 12,57 × 216 = 1.663 W. No es la potencia eléctrica: faltan extracción aerodinámica, rendimientos y curva del equipo.

Ejercicio 11 Recuperación de una batería

Un banco necesita recuperar 5 kWh de energía almacenada. El excedente diario a su entrada es 1 kWh y la eficiencia de carga es 0,95. Solución: incremento almacenado = 0,95 kWh/día. Tiempo ideal = 5 / 0,95 = 5,26 días. Los consumos y la variabilidad pueden alargarlo. La capacidad del banco no corrige por sí sola la lentitud de recarga.

Ejercicio 12 Comparar consumo permanente

Dos inversores tienen consumos propios supuestos de 8 y 20 W durante 24 h. Solución: 192 y 480 Wh/día. Diferencia = 288 Wh/día, unos 105 kWh/año si se mantienen esas condiciones. En una aislada pequeña la diferencia modifica el tamaño del campo y del almacenamiento.

Ficha del emplazamiento

Ficha de cargas

Ficha de compatibilidad eléctrica

Ficha de recepción

Identifique fecha, técnico, instrumentos y revisión del plano. Registre resultados de revisión visual, polaridad, continuidad, aislamiento mediante procedimiento autorizado, medida de tierra y pruebas funcionales. Añada fotografías de la obra final, configuración de equipos y lectura inicial de energía. Cada incidencia debe tener responsable y resolución.

Ficha de mantenimiento

Registre fecha, alarma o motivo, condiciones ambientales, energía, tensiones, corrientes, SOC, temperatura y estado visual. Describa intervención, piezas sustituidas y configuración modificada. Termine con verificación de servicio y actualización documental. Conservar los datos antes y después facilita identificar fallos repetidos.

Ficha de bombeo

Registre volumen por meses, nivel estático y dinámico, ensayo de recuperación, altura del depósito, presión requerida, longitud y diámetro de tubería, accesorios y curva de pérdidas. Identifique bomba, motor, controlador, sensores y volumen útil del depósito. Añada una medición de caudal en el punto de trabajo.

Ficha económica

Separe inversión inicial, ayudas confirmadas cuando existan, mantenimiento, seguros, reposiciones y financiación. Registre producción, uso directo, almacenamiento, excedente e importación. Identifique los precios utilizados y su fecha o carácter de hipótesis. Añada escenarios bajo, central y alto y el horizonte de evaluación.

Dónde se encuentra cada materia

Tratamiento de contenidos históricos

Las tablas de irradiación, corrección por inclinación y latitudes del manual se sustituyen por un método reproducible de consulta del emplazamiento. Los cuadros de intensidades admisibles se sustituyen por el procedimiento de selección y verificación, porque una tabla sin su método de instalación y condiciones puede inducir un error. Las primas y trámites fiscales antiguos se sustituyen por la valoración económica con hipótesis y por la revisión administrativa del expediente.

El curso complementa explicaciones de curvas, regulación, baterías, tipologías y dimensionado. Sus recursos gráficos de baja resolución se sustituyen por figuras legibles y coherentes entre capítulos. No se presentan como productos actuales los fabricantes, programas de simulación o modelos incluidos en sus listas históricas.

Esta correspondencia permite volver al material original para estudiar su contexto, manteniendo en el libro un recorrido técnico continuo y una separación clara entre historia y requisitos del proyecto actual.

Identificación de las fichas originales

Las 58 fichas practicasboe aportadas contienen un propósito y espacios de trabajo. El catálogo mantiene el vínculo por nombre de archivo y añade una evidencia para desarrollar la actividad con este libro. Falta el archivo 19 en la colección; el archivo 13 lleva impreso 12. Se usa el número del archivo y no se crea una ficha ausente. Las ocho hojas de laboratorio tienen una numeración distinta, P1 a P8 en el capítulo 41.

Las tareas de montaje real, elevación, batería y ensayos eléctricos se realizan dentro de un procedimiento autorizado. Las evidencias también pueden prepararse mediante planos, maquetas o simulación cuando el alumno no dispone de una instalación. Un resultado calculado se identifica como tal.

Fichas 1 a 14 Paneles y emplazamiento

Ficha 1 Paneles

Localizando el Sur geográfico con ayuda de la brújula.

Evidencia: Croquis con norte y sur geográficos y método de orientación. Capítulos 12 14 15 20 21 y 36.

Ficha 2 Paneles

Realizando la corrección del Sur magnético con el Sur geográfico con la brújula y las tablas de declinación.

Evidencia: Rumbo magnético declinación con signo y rumbo verdadero. Capítulos 12 14 15 20 21 y 36.

Ficha 3 Paneles

Calculando la proyección de sombras de todos los obstáculos: árboles, postes, montañas, edificios, con ayuda del inclinómetro, la brújula y las tablas de Azimut y Altura solar para el lugar geográfico donde se sitúa la instalación.

Evidencia: Plano de obstáculos y sombras para instantes seleccionados. Capítulos 12 14 15 20 21 y 36.

Ficha 4 Paneles

Considerando la posible variación de los obstáculos en el tiempo: árboles de hoja caduca, crecimiento previsto, construcción de nuevos edificios.

Evidencia: Escenario actual y futuro y efecto sobre la captación. Capítulos 12 14 15 20 21 y 36.

Ficha 5 Paneles

Identificación los posibles lugares técnicamente correctos, para colocar la estructura y evaluar con el usuario las posibilidades técnicamente correctas, para escoger el lugar idóneo.

Evidencia: Comparación de ubicaciones con criterios técnicos y de servicio. Capítulos 12 14 15 20 21 y 36.

Ficha 6 Paneles

Evaluando el impacto visual que producirán los paneles, tratando de minimizar lo que técnicamente sea posible.

Evidencia: Plano o montaje visual y justificación de alternativa. Capítulos 12 14 15 20 21 y 36.

Ficha 7 Paneles

Sujetando la estructura soporte de forma firme, considerando la fuerza y dirección dominante del viento en el lugar.

Evidencia: Trayectoria de cargas y verificación del sistema de fijación. Capítulos 12 14 15 20 21 y 36.

Ficha 8 Paneles

Afianzando la estructura de los paneles, en caso de ser necesario, con vientos y tensores.

Evidencia: Plano de estabilización cuando el diseño la requiera. Capítulos 12 14 15 20 21 y 36.

Ficha 9 Paneles

Sujetar correctamente los módulos fotovoltaicos en la estructura soporte, una vez colocados en el sitio elegido.

Evidencia: Ubicación de grapas y pares prescritos por el fabricante. Capítulos 12 14 15 20 21 y 36.

Ficha 10 Paneles

Realizar el interconexionado eléctrico de los paneles en la tensión correcta de trabajo.

Evidencia: Esquema de cadenas y comprobación de tensiones extremas. Capítulos 12 14 15 20 21 y 36.

Ficha 11 Paneles

Verificar que las conexiones de los cables y terminales se realizan adecuadamente para evitar puntos de alta resistencia.

Evidencia: Inspección de terminales y registro de caída bajo carga. Capítulos 12 14 15 20 21 y 36.

Ficha 12 Paneles

Comprobando con el amperímetro y solarímetro, que la intensidad que producen se ajusta a las especificaciones del fabricante.

Evidencia: Medidas con irradiancia temperatura y límites de ensayo. Capítulos 12 14 15 20 21 y 36.

Ficha 13 Paneles

Comprobar con el voltímetro que su tensión es correcta y se adecua a la diseñada de trabajo.

Evidencia: Registro de Voc o tensión bajo carga con condición identificada. Capítulos 12 14 15 20 21 y 36.

Ficha 14 Paneles

Aislando e impermeabilizando correctamente el conexionado eléctrico, para evitar averías futuras.

Evidencia: Detalle de caja paso de cable y estanqueidad. Capítulos 12 14 15 20 21 y 36.

Fichas 15 a 31 Aerogenerador y torre

Ficha 15 Aerogenerador

Identificando la dirección de los vientos dominantes con ayuda de la brújula y el mapa de vientos de la zona.

Evidencia: Rosa de frecuencia y direcciones energéticas. Capítulos 32 35 y 37.

Ficha 16 Aerogenerador

Calcular la altura de los obstáculos que se encuentran en esa dirección y evaluando las perturbaciones que producirán.

Evidencia: Plano de alturas distancias y sectores afectados. Capítulos 32 35 y 37.

Ficha 17 Aerogenerador

Elegir un lugar sin contacto físico con estructuras que transmitan vibraciones y ruidos a los usuarios.

Evidencia: Comparación de transmisión de ruido y vibración. Capítulos 32 35 y 37.

Ficha 18 Aerogenerador

Considerar, junto al usuario, que el espacio que ocupará la torreta y vientos es el adecuado.

Evidencia: Plano de ocupación accesos y espacio de mantenimiento. Capítulos 32 35 y 37.

Ficha 20 Aerogenerador

Calcular que se dispone de espacio suficiente para elevar la torreta con comodidad y garantías de seguridad.

Evidencia: Plano de elevación con radios recorridos y exclusiones. Capítulos 32 35 y 37.

Ficha 21 Aerogenerador

Calcular la disposición de los vientos y que éstos pueden ser debidamente anclados.

Evidencia: Distribución y justificación de anclajes y tensores. Capítulos 32 35 y 37.

Ficha 22 Aerogenerador

Anclar la base de la torreta en el lugar elegido, de acuerdo a las especificaciones técnicas.

Evidencia: Plano de cimentación y anclaje conforme al proyecto. Capítulos 32 35 y 37.

Ficha 23 Aerogenerador

Considerar que la disposición de la base permite la proyección de la torreta e instalación de la máquina y su elevación.

Evidencia: Compatibilidad entre base abatimiento y procedimiento de montaje. Capítulos 32 35 y 37.

Ficha 24 Aerogenerador

Montar los tramos de la torreta en el suelo, asegurándose de su firmeza.

Evidencia: Registro de uniones y par de apriete prescrito. Capítulos 32 35 y 37.

Ficha 25 Aerogenerador

Sujetar la máquina en la punta de la torre, dejando prevista su conexión.

Evidencia: Inspección del acoplamiento torre máquina y cableado. Capítulos 32 35 y 37.

Ficha 26 Aerogenerador

Verificar generación de tensión y corriente en un banco y mediante un procedimiento autorizado por el fabricante, sin adoptar el accionamiento con taladro como ensayo universal.

Evidencia: Ensayo en banco autorizado con velocidad y medidas identificadas. Capítulos 32 35 y 37.

Ficha 27 Aerogenerador

Ensamblar las palas con el ángulo de ataque indicando en las especificaciones técnicas.

Evidencia: Inspección de montaje y ajustes previstos para las palas. Capítulos 32 35 y 37.

Ficha 28 Aerogenerador

Sujetar los vientos a la torreta, de acuerdo con las especificaciones técnicas.

Evidencia: Identificación y estado de tensores según diseño. Capítulos 32 35 y 37.

Ficha 29 Aerogenerador

Realizar el anclaje de los tensores de vientos con la triangulación correcta.

Evidencia: Esquema de anclajes y cargas conforme al sistema. Capítulos 32 35 y 37.

Ficha 30 Aerogenerador

Elevar la torreta con las máximas medidas de seguridad.

Evidencia: Plan de izado medios condiciones y responsables. Capítulos 32 35 y 37.

Ficha 31 Aerogenerador

Sujetar y tensar los vientos, de forma que la torreta quede vertical y firmemente afianzada.

Evidencia: Registro de verticalidad y tensado según fabricante. Capítulos 32 35 y 37.

Fichas 32 a 45 Batería y cuadro

Ficha 32 Batería y cuadro

Informarse por el usuario de la ubicación de los diferentes equipos de consumo de la instalación.

Evidencia: Inventario de receptores con ubicación y horarios. Capítulos 17 a 19 21 y 38.

Ficha 33 Batería y cuadro

Realizar un replanteo general de la instalación, considerando longitudes de línea y potencias a instalar.

Evidencia: Planta con longitudes potencias y cuadro. Capítulos 17 a 19 21 y 38.

Ficha 34 Batería y cuadro

Evaluar las dificultades que se encontrará para el tendido de la línea: muros a atravesar, situación de tuberías de agua, tipos de paredes.

Evidencia: Inventario de cruces soportes y pasos constructivos. Capítulos 17 a 19 21 y 38.

Ficha 35 Batería y cuadro

Comprobar que el sitio elegido para la batería cumple con lo dispuesto en el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión y la normativa vigente.

Evidencia: Evaluación del recinto para la química de batería elegida. Capítulos 17 a 19 21 y 38.

Ficha 36 Batería y cuadro

Realizar los cálculos de caídas de tensión, asegurándose de que no sobrepasan el valor admisible, de acuerdo con la normativa vigente.

Evidencia: Cálculo por tramos y comparación con el criterio aplicable. Capítulos 17 a 19 21 y 38.

Ficha 37 Batería y cuadro

Considerar la trayectoria de la línea, panelescontrol y aerogeneradorcontrol, antes de fijar un lugar definitivo para control y batería.

Evidencia: Comparación de recorridos de generación almacenamiento y consumo. Capítulos 17 a 19 21 y 38.

Ficha 38 Batería y cuadro

Comprobar que el lugar elegido permitirá realizar el mantenimiento del control y batería cómodamente.

Evidencia: Croquis de acceso inspección y reemplazo de equipos. Capítulos 17 a 19 21 y 38.

Ficha 39 Batería y cuadro

Comprobar con el usuario que la ventilación necesaria para la batería se mantendrá y no se verá afectada por ningún obstáculo: colocación de muebles.

Evidencia: Comprobación de ventilación y condición de conservación. Capítulos 17 a 19 21 y 38.

Ficha 40 Batería y cuadro

Colocar la bancada en lugar completamente horizontal y de base firme.

Evidencia: Justificación de soporte nivelación y cargas. Capítulos 17 a 19 21 y 38.

Ficha 41 Batería y cuadro

Colocar los vasos de la batería correctamente para obtener la tensión de trabajo prefijada.

Evidencia: Esquema de banco y verificación de tensión y compatibilidad. Capítulos 17 a 19 21 y 38.

Ficha 42 Batería y cuadro

Colocar los vasos correctamente para evitar puntos de alta resistencia.

Evidencia: Inspección de conexiones par y caída bajo carga. Capítulos 17 a 19 21 y 38.

Ficha 43 Batería y cuadro

Sujetar la base del control en lugar accesible para el usuario.

Evidencia: Acceso al cuadro fijación e identificación. Capítulos 17 a 19 21 y 38.

Ficha 44 Batería y cuadro

Conectar la batería al cuadro de control con la sección adecuada, de acuerdo a la normativa vigente.

Evidencia: Cálculo de cable protección y corriente máxima. Capítulos 17 a 19 21 y 38.

Ficha 45 Batería y cuadro

Comprobar con el voltímetro que los visualizadores de estado de carga de batería marcan la tensión que en ese momento tiene.

Evidencia: Comparación entre medida instrumental e indicación del sistema. Capítulos 17 a 19 21 y 38.

Fichas 46 a 59 Distribución y receptores

Ficha 46 Distribución

Consultar con el usuario la posición de los elementos de consumo, interruptores, mecanismos.

Evidencia: Planta acordada con receptores mecanismos y accesos. Capítulos 21 29 39 y 40.

Ficha 47 Distribución

Aportar las posibilidades de menor caída de tensión y seleccionar con el usuario la disposición final de los equipos.

Evidencia: Comparación de alternativas y caída hasta el receptor. Capítulos 21 29 39 y 40.

Ficha 48 Distribución

Evaluar las distintas posibilidades técnicas de línea de distribución interna, unificando secciones en tramos similares.

Evidencia: Cuadro de circuitos y justificación de secciones. Capítulos 21 29 39 y 40.

Ficha 49 Distribución

Dimensionar conductores para iluminación revisando las condiciones del circuito. La sección mínima indicada en la hoja histórica no se adopta como regla general.

Evidencia: Sección calculada para iluminación sin universalizar el valor histórico. Capítulos 21 29 39 y 40.

Ficha 50 Distribución

Dimensionar conductores para tomas de corriente revisando las condiciones del circuito. La sección mínima indicada en la hoja histórica no se adopta como regla general.

Evidencia: Sección y protección calculadas para tomas según circuito y tensión. Capítulos 21 29 39 y 40.

Ficha 51 Distribución

Situar las cajas de derivación en número necesario para el correcto conexionado de los elementos.

Evidencia: Planta de derivaciones con acceso y referencias. Capítulos 21 29 39 y 40.

Ficha 52 Distribución

Realizar la fijación de interruptores y mecanismos, teniendo en cuenta las disposiciones sobre alturas y distancias que marca la normativa vigente.

Evidencia: Plano de mecanismos con condiciones reglamentarias aplicables. Capítulos 21 29 39 y 40.

Ficha 53 Distribución

Fijar los tramos de líneas con la herramienta y útiles precisos para cada sección de conductor y los condicionamientos de la trayectoria.

Evidencia: Lista de fijaciones y canalizaciones para cada tramo. Capítulos 21 29 39 y 40.

Ficha 54 Distribución

Pelar los cables sin cortar ni marcar hilos que aumenten su resistencia en ese punto.

Evidencia: Preparación de muestra y revisión de hilos y terminal. Capítulos 21 29 39 y 40.

Ficha 55 Distribución

Realizar la conexión de cables mediante regletas o terminales que aseguren la baja resistencia en el punto de conexión.

Evidencia: Conexión compatible y ensayo mecánico autorizado. Capítulos 21 29 39 y 40.

Ficha 56 Distribución

Respetar los colores y distintivos de los conductores, para evitar inversiones de polaridad.

Evidencia: Identificación de conductores y polaridades. Capítulos 21 29 39 y 40.

Ficha 57 Distribución

Comprobar con el óhmetro el correcto funcionamiento de los mecanismos.

Evidencia: Ensayo de continuidad sin tensión y registro de mecanismo. Capítulos 21 29 39 y 40.

Ficha 58 Distribución

Proteger la salida de los convertidores, de acuerdo a la Normativa del Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión.

Evidencia: Verificación de salida del convertidor y protección. Capítulos 21 29 39 y 40.

Ficha 59 Distribución

Comprobar con el óhmetro la ausencia de cortocircuitos en la instalación.

Evidencia: Ensayo de resistencia sin tensión, con procedimiento e interpretación adecuados. Capítulos 21 29 39 y 40.

Continuación del trabajo por módulos

El módulo 7 se verifica con las pruebas del capítulo 29, el plan del capítulo 30 y el proyecto final del capítulo 40. Las fichas originales no contienen resultados de ensayos: su desarrollo exige completar el registro con datos reales o hipótesis de ejercicio. El catálogo permite elegir actividades sin confundir la existencia de una hoja con una competencia ya demostrada.

Cómo utilizar este cuaderno

Resuelva cada problema antes de leer la solución. Conserve unidades, dibuje el límite del sistema y explique qué falta para aplicar el resultado a una instalación real. Una respuesta numérica correcta con hipótesis ocultas no basta. Los datos de este anexo son didácticos y no representan productos ni emplazamientos medidos.

Problema 1 Consumo permanente

Una carga consume 18 W durante todo el día. Calcule energía diaria y anual en 365 días. Solución: 18 × 24 = 432 Wh/día; 0,432 × 365 = 157,68 kWh/año. Si se reduce a 6 W, el ahorro es 105,12 kWh/año. La potencia nominal debe contrastarse con medida real.

Problema 2 Potencia simultánea

Funcionan a la vez un aparato de 1.200 W, una bomba de 500 W y otros receptores de 300 W. Solución: 2.000 W de potencia activa total en las condiciones supuestas. Para dimensionar inversor faltan potencia aparente, arranques, duración, temperatura y límites del equipo. No se obtiene energía sin conocer tiempos.

Problema 3 Agua caliente

Caliente 120 litros de agua de 12 a 48 °C con cp = 4,18 kJ/(kg·K). Solución: 120 × 4,18 × 36 / 3.600 = 5,016 kWh térmicos. Con rendimiento global supuesto de 0,90, harían falta 5,573 kWh de entrada. Una bomba de calor se calcula con su rendimiento definido, no utilizando automáticamente ese 0,90.

Problema 4 Pérdida por una ventana

Una ventana tiene A = 4 m² y U = 2 W/(m²·K). Interior 21 °C y exterior 1 °C. Solución estacionaria: 2 × 4 × 20 = 160 W. No incluye radiación solar, infiltraciones ni marco fuera del alcance de la U utilizada. La energía anual requiere condiciones temporales.

Problema 5 Bomba de calor

Se necesitan 8.400 kWh térmicos al año. Compare rendimientos estacionales 2,8 y 3,5. Solución: 3.000 y 2.400 kWh eléctricos, respectivamente. Diferencia: 600 kWh. Ambos rendimientos deben tener igual límite de medida y servicios.

Problema 6 Hidráulica

Calcule potencia con Q = 0,04 m³/s, Hneto = 18 m y η = 0,65. Solución: 1.000 × 9,81 × 0,04 × 18 × 0,65 = 4.591 W, aproximadamente 4,59 kW. Sin una serie de caudal y disponibilidad no puede pronosticarse energía anual.

Problema 7 Biomasa

Un combustible hipotético tiene PCI = 4 kWh/kg. Se requieren 5.100 kWh útiles con rendimiento 0,75. Solución: 5.100 / (4 × 0,75) = 1.700 kg. Faltan suministro, humedad real, mantenimiento y condiciones ambientales para decidir tecnología.

Problema 8 Factor de capacidad

Una instalación de 8 kW produce 12.000 kWh en un año de 8.760 horas. Solución: 12.000 / (8 × 8.760) = 17,12 %. Horas equivalentes: 1.500. No es eficiencia de conversión y no garantiza potencia en una hora crítica.

Problema 9 Factor de forma

Un módulo presenta Voc = 45 V, Isc = 12 A y Pmax = 420 W. Solución: FF = 420 / (45 × 12) = 0,778. Si A = 2 m² y G = 1.000 W/m², eficiencia = 21 %. Voc e Isc no ocurren simultáneamente en el punto de máxima potencia.

Problema 10 Tensión en frío

Voc es 42 V a 25 °C y su coeficiente -0,25 %/°C. Temperatura mínima de célula -15 °C. Solución: Vocfrío ≈ 42 × [1 + 0,0025 × 40] = 46,2 V. Una cadena de 13 módulos alcanzaría 600,6 V y excedería una entrada de 600 V. Doce alcanzarían 554,4 V, antes de tolerancias y otras verificaciones.

Problema 11 Sombra simplificada

Un obstáculo sobresale 1,5 m y la altura solar es 25°. Solución: s = 1,5 / tan 25° ≈ 3,22 m en la sección alineada con la dirección solar. Para una planta completa faltan azimut, fechas, geometría y condiciones del terreno. No es una distancia universal entre filas.

Problema 12 Energía de batería

Un banco se describe nominalmente como 48 V y 100 Ah. Se supone fracción utilizable 0,80 y eficiencia hasta carga 0,90. Solución aproximada: energía nominal 4,8 kWh; entregable 4,8 × 0,80 × 0,90 = 3,456 kWh. La tensión y capacidad varían con condiciones; la potencia de entrega se verifica aparte.

Problema 13 Caída de tensión

Una línea de continua tiene 15 m de ida, 10 A, 6 mm² y resistividad adoptada 0,0225 Ω·mm²/m. Solución: ΔU = 2 × 0,0225 × 15 × 10 / 6 = 1,125 V. A 48 V supone 2,34 %. Faltan intensidad admisible, temperatura, agrupación, conexiones y protección para seleccionar el conductor.

Problema 14 Autoconsumo sin batería

Generación 24 kWh, demanda 20 kWh y coincidencia directa 12 kWh. Solución: excedente 12 kWh, importación 8 kWh, autoconsumo directo 50 % y autosuficiencia 60 %. El saldo positivo de 4 kWh no elimina importación.

Problema 15 Batería con pérdidas

Del excedente del problema 14 se cargan 5 kWh y se entrega a cargas el 85 %, con igual estado de carga inicial y final. Solución: entrega 4,25 kWh, pérdidas 0,75 kWh, excedente final 7 kWh e importación 3,75 kWh. Balance de generación: 24 = 12 + 4,25 + 0,75 + 7. Debe comprobarse que los perfiles permiten ese ciclo.

Problema 16 Recuperar reserva en un sistema aislado

Una instalación entrega en un día favorable 4,2 kWh en el límite de uso y consume 3 kWh. Debe recuperar 4,8 kWh de reserva en un límite equivalente, ya consideradas las pérdidas pertinentes. Solución: margen 1,2 kWh/día; recuperación ideal en 4 días iguales. Si el recurso empeora o las pérdidas no estaban incluidas, tardará más. Cubrir demanda diaria no asegura recuperación rápida.

Problema 17 Fracción solar

Demanda térmica mensual 300 kWh y aporte solar útil 180 kWh en el mismo límite. Solución: 60 %. Apoyo mínimo en el balance energético de ese límite: 120 kWh. No demuestra capacidad instantánea ni incorpora pérdidas que se hayan excluido de ambas cifras.

Problema 18 Retorno simple

Inversión 6.000 € y beneficio bruto inicial 900 €/año. Mantenimiento 100 €/año. Solución: flujo neto 800 €/año y retorno simple 7,5 años. Faltan descuento, variación, reposiciones y otros costes. Si se usa 900 en el denominador se omite mantenimiento.

Problema 19 Peso y momento

Una fuerza horizontal de 700 N actúa a 9 m del apoyo. Solución: momento 6.300 N·m. Compararlo directamente con una masa de cimentación en kg es incorrecto. Faltan brazos resistentes, cargas, terreno, anclajes, combinaciones y comprobaciones estructurales.

Problema 20 Identificar una doble pérdida

Un programa entrega 6.000 kWh después de pérdidas de inversor y cableado. La hoja vuelve a multiplicar por 0,95 para inversor y 0,98 para cable. Solución: las pérdidas se han duplicado si esos factores representan los mismos procesos. Debe conservarse el resultado en su límite o aplicarse únicamente lo que falte realmente.

Preguntas para defender un proyecto

Explique qué servicio se cubre, qué datos son medidos, qué hipótesis dominan el resultado y dónde están los límites del balance. Muestre los flujos que no se aprovechan, la variación temporal, las condiciones de mantenimiento y la respuesta ante fallos. Identifique qué comprobaciones requieren especialistas antes de ejecutar.

La autoevaluación termina cuando puede reproducir los cálculos, interpretar el resultado y señalar sus límites. Si solo recuerda una cifra de paneles o batería, vuelva al inventario de demanda, a las unidades y al esquema de flujos.