Guía de usuario

KIT GS-100+ SISTEMA FOTOVOLTAICO
EXPANSIBLE DE GENERACIÓN DE
ENERGÍA
MANUAL DE CONFIGURACIÓN
Rev. 130503
Kits Preconfigurados
GS-100+
Manual
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Resumen
Los Kits Solares Preconfigurados GS-100+ están diseñados para ser generadores solares
modulares y expansibles, capaces de atender diversos requerimientos de producción de
energía. Estos kits pueden ser tan sencillos como un cargador de batería o pueden
expandirse para suministrar la energía suficiente para asistir continuamente una cabaña.
Con todo lo que usted necesita y nada que no necesite, estos kits son los más rentables
de su tipo.
Grape Solar comprende que un solo tamaño no sirve para todos los casos cuando se trata
de la energía solar, y que el consumo de energía tiende a aumentar con el tiempo. Con el
Kit Solar Preconfigurado GS-100+, usted podrá cumplir sus objetivos de generación de
energía en un sistema que puede crecer de forma rentable con sus necesidades
cambiantes.
Índice
Dimensionamiento del Sistema: ..................................................................................... 4
Paso 1 - Determine su Consumo.................................................................................... 4
Paso 2 - Calcule el Número de Paneles ......................................................................... 5
Paso 3 – Dimensionamiento del Inversor ....................................................................... 6
Paso 4 – Dimensionamiento del Banco de Baterías ....................................................... 8
Conexión de Paneles en Paralelo ................................................................................... 9
Estructura de Montaje y Accesorios Adicionales........................................................ 10
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Dimensionamiento del Sistema:
Paso 1 - Determine su Consumo
Para determinar el tamaño total del sistema, usted debe calcular primero su consumo en vatioshora (Wh) por día.
Iluminación
Si usted tiene cuatro luces LED de 15 W (el vatiaje real, no el vatiaje equivalente) que piensa tener
encendidas durante 8 horas al día, debe tomar el vatiaje de cada foco, multiplicarlo por el número
de focos y multiplicar ese resultado por el número de horas de tiempo de funcionamiento por día.
4 focos x 15 W/foco x 8 horas/día = 480 Wh/día
Bombas y Motores
Si tiene pensado hacer funcionar una bomba de 1 caballo de fuerza (hp) durante 1/2 hora al día,
debe convertir primero los hp a vatios: 1hp = 745 W. Luego multiplique ese resultado por el número
de horas de tiempo de funcionamiento por día.
1 bomba x 745 W/bomba x 0,5 horas/día = 373 Wh/día
Aparatos Electrónicos Diversos
Si usted desea un sistema que abastezca de energía a su laptop durante 6 horas al día más un
horno microondas durante 10 minutos al día, deberá primero determinar el vatiaje de cada aparato.
Por lo general, esta información figura en el aparato mismo o puede acceder a ella a través de una
búsqueda en Internet. Supongamos que la laptop consume 65 W y que el microondas consume
800 W. Multiplique el vatiaje de cada aparato por su tiempo de funcionamiento y sume los dos
números.
1 laptop x 65 W/laptop x 6 horas/día = 390 Wh/día
1 microondas x 800 W/microonda x (10/60) horas/día = 134 Wh/día
390 Wh/día + 134 Wh/día = 523 Wh/día
Carga de Batería
Si tiene pensado mantener cargado un banco de baterías, sume primero la capacidad amperiohora (Ah) de todas las baterías de su sistema. Por lo general, la capacidad Ah figura en uno de los
lados de la batería. Por ejemplo, un RV con dos 80 Ah debería tener un banco de baterías de 160
Ah. Para este cálculo, es irrelevante si las baterías están conectadas en serie o en paralelo. La
mayoría de las baterías solo pueden descargar el 50% de su capacidad Ah, de modo que solo es
necesario recargar el 50% de su valor nominal total para que recuperen su carga completa. En
este caso, eso sería 160 dividido entre dos, lo que da un resultado de 80 Ah. Para convertir Ah a
vatios-hora, multiplique 80 Ah por 12 V.
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2 baterías/día x 80 Ah/batería x 0,50 x 12 V = 960 Wh/día
Vatios vs. Vatios-hora
Recuerde que los vatios son una medida de la potencia instantánea, y no se deben confundir con
los vatios-hora, que refieren al consumo real de energía. Los vatios deben multiplicarse por el
tiempo de funcionamiento estimado para determinar el consumo de energía. Una buena analogía
sería la velocidad vs. la distancia. Los vatios equivalen a la velocidad, mientras que los vatios-hora
serían la distancia. Para determinar el número de paneles necesarios, es preciso conocer la
“distancia”.
Dimensionamiento del Sistema:
Paso 2 - Calcule el Número de Paneles
En un día promedio, un solo panel de 100 W producirá unos 300 vatios-hora (Wh) de carga. Esta
cifra variará dependiendo de la temperatura, el brillo solar y el tiempo de exposición al sol. En
verano, la producción será mayor que en invierno. En los días de sol radiante, la potencia
generada será mayor que en los días nublados.
Un solo panel de 100 W tendrá una producción diaria promedio
de:
300 vatios-hora (Wh) = 0,30 kilovatio-hora (kWh) = 25 amperios-hora
(Ah)
Después de determinar su consumo en el paso uno, divida ese número entre la producción de un
solo panel:
Ejemplo de iluminación:
Cuatro LED de 15 W durante 8 horas al día
480 Wh / 300 Wh/panel = 1,6 panel = 2 paneles
Ejemplo de Bombas y Motores:
Una bomba de 1hp durante 1/2 hora al día
373 Wh / 300 Wh/panel = 1,24 panel = 2 paneles
Ejemplo de Aparatos Electrónicos Diversos:
Una laptop de 65 W durante 6 horas y un horno microondas de 800 W durante 10 minutos al día
523 Wh / 300 Wh/panel = 1,74 panel = 2 paneles
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Ejemplo de Carga de Batería:
Dos baterías de 80 Ah por día
960 Wh / 300 Wh/panel = 3,2 paneles = 4 paneles
Producción Específica de Área:
Para realizar estimaciones más precisas sobre la producción de los paneles, se puede recurrir a un
programa en línea que toma en cuenta el clima local, la latitud, el ángulo de inclinación y la
orientación del panel.
Acceda al simulador a través de esta página:
http://rredc.nrel.gov/solar/calculators/PVWATTS/version1
1. Haga clic en su Estado
2. Haga clic en la ciudad más cercana a su ubicación
3. Cambie el valor nominal CC de 4,0 a 100 (para simular un panel único de 100 W)*
4. Cambie el ángulo de inclinación a la inclinación que tenga su panel (lo ideal es que sea igual a
su latitud)
5. Confirme que su azimut sea correcto (180 grados, con orientación sur, es lo óptimo)
6. Haga clic en “Calculate” (Calcular)
Una nueva página mostrará un cuadro de “Results” (Resultados). La columna del medio “AC
energy” (energía CA) mostrará la potencia generada de su panel, detallada por cada mes en
vatios-hora*. Por ejemplo, el total de vatios-hora para un panel óptimamente inclinado para un año
de producción en Eugene es de 106.794 Wh. La producción diaria sería de 292 Wh.
*Nota: PV Watts utiliza kW y kWh. Si usted escribe 0,1kW para representar un panel de 100 W, el programa redondea el
valor ingresado hasta 4,0 kW. Para ajustar esto, sustituya mentalmente los kW por W. Ingrese sus datos en vatios (W =
1/1000 de un kW) y tenga en cuenta que su potencia generada está expresada en Wh, no en kWh, como se muestra en el
sitio web.
106.794 Wh/año / 365 días/año = 292 Wh/día
Dimensionamiento del Sistema:
Paso 3 – Dimensionamiento del Inversor
Los paneles solares generan corriente continua (CC) que se transmite a través de un controlador
de carga a un banco de baterías. Si usted tiene una aplicación que necesita corriente alterna (CA),
necesitará un inversor para extraer esa energía de la batería y convertirla en 120 V CA.
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Al seleccionar un inversor es importante conocer el vatiaje total de su carga. En el Paso 1,
determinamos el consumo vatios-hora, pero para el dimensionamiento del inversor podemos volver
a utilizar solo vatios e ignorar el factor tiempo.
El KIT GS-100+ tiene dos opciones para los inversores, un inversor ligero de onda sinusoidal
modificada de 450 W y un inversor pesado de onda sinusoidal pura de 2000 W. Debido al diseño
modular de este kit, es posible utilizar otros inversores siempre que sean compatibles con la
tensión del banco de baterías.
Ejemplo de Iluminación:
Cuatro LED de 15 W durante 8 horas al día
4 Focos x 15 W/foco = 60 W Use el inversor pequeño de 450 W
Ejemplo de Bombas y Motores:
Una bomba de 1hp durante 1/2 hora al día
1 bomba x 745 W/bomba = 745 W Use el inversor más grande de
2000 W
Ejemplo de Aparatos Electrónicos Diversos:
Una laptop de 65 W durante 6 horas y un horno microondas de 800 W durante 10 minutos al día
1 laptop x 65 W/laptop = 65 W Use el inversor de 450 W
1 microondas x 800 W/microondas = 800 W Use el inversor de 2000
W
Juntos = 65 W + 800 W = 865 W Use el inversor de 2000 W
Ejemplo de Carga de Batería:
Dos baterías de 80 Ah por día
No se necesita CA - No se necesita inversor
Onda Sinusoidal Pura vs. Onda Sinusoidal Modificada
La opción del inversor de 450 W utiliza lo que se denomina onda sinusoidal modificada. Esto
significa que la potencia de salida del inversor se parece más a un patrón de peldaños de escalera
que a la onda suave que se muestra en el diagrama anterior. La Onda Sinusoidal Modificada es
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buena para cargar aparatos pequeños, pero si tiene pensado utilizar cualquier cosa que tenga un
motor CA, necesitará el inversor de 2000 W con potencia de salida de onda sinusoidal pura.
Asimismo, algunos equipos estereofónicos y de música pueden emitir un zumbido no deseado al
encenderse con un inversor de onda sinusoidal modificada.
Dimensionamiento del Sistema:
Paso 4 – Dimensionamiento del Banco de Baterías
Los Kits Solares Preconfigurados GS-100+ no vienen con baterías, pero funcionan con la mayoría
de las baterías de ciclo profundo. Las baterías de ciclo profundo están diseñadas para cargarse y
descargarse con frecuencia, a diferencia de las baterías estándar de auto, que pueden mantener
una carga constante en cierta medida. Las baterías de ciclo profundo vienen en muchas formas,
como las baterías de plomo-ácido, las baterías AGM selladas y las baterías de ión-litio. Una batería
típica de ciclo profundo puede descargar un 50% de su capacidad amperio-hora (Ah).
Si necesita una batería para almacenar 1200 Wh de carga, primero debe convertir los 1200 Wh a
Ah dividiéndolos entre 12V (la tensión de una batería) para obtener 100 Ah. Puesto que la batería
solo puede descargarse al 50% de su capacidad, usted debe dividir los 100 Ah entre 50% para
obtener 200 Ah. Un banco de baterías de 200 Ah almacenará 1200 Wh de potencia utilizable.
1200 Wh / 12 V = 100 Ah 100 Ah / 0,50 = banco de baterías de 200
Ah
Ejemplo de Iluminación:
Cuatro LED de 15 W durante 8 horas al día, un día de reserva
480 Wh / 12 V = 40 Ah (40 Ah / 0,50) x 1 día = banco de baterías de
80 Ah
Ejemplo de Bombas y Motores:
Una bomba de 1hp durante 1/2 hora al día, tres días de reserva
373 Wh / 12 V = 31 Ah
(31 Ah / 0,50) x 3 días = banco de baterías de 187 Ah
Ejemplo de Aparatos Electrónicos Diversos:
Una laptop de 65 W durante 6 horas y un horno microondas de 800 W durante 10 minutos, una
semana de reserva
523 Wh / 12 V = 44 Ah
(44 Ah / 0,50) x 7 días = banco de baterías de 616 Ah
Conexiones de las Baterías:
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Es posible conectar entre sí múltiples baterías para aumentar la capacidad de almacenamiento
amperio-hora de su sistema. Puesto que el controlador de carga y los inversores en el KIT GS100+ están diseñados para sistemas de 12 V, es importante que se conecten múltiples baterías de
12V en paralelo, y si su sistema incorpora baterías de 6 V, estas deben conectarse de a dos en
serie.
Vida Útil de la Batería:
Las baterías tienen una duración limitada. Una batería que se descarga en un 50% cada día no
durará tanto como una batería que solo se descarga en un 20% cada día. Considere esto al
diseñar su sistema; agregar “demasiadas” baterías no afectará negativamente el rendimiento
eléctrico de su kit, sino que incrementará la vida útil de todas las baterías del sistema.
Conexión de Paneles en Paralelo
El panel GS-S-100-Fab36 viene con cables MC4 900 mm, uno para el polo positivo +
y el otro para el negativo -. Los conectores se enchufan a los cables MC4 en el caso
del Controlador de Carga o, en sistemas de paneles múltiples, se enchufan a los
conectores de derivación en T MC4. Los paneles pueden conectarse en paralelo (+ a
+ y - a -) o en serie (+ a -), pero nunca conecte más de dos paneles en serie pues ello
provocaría una tensión que es demasiado alta para el controlador de carga. A
continuación se muestra algunos diagramas con conexiones en paralelo:
En establecimientos de suministros
eléctricos bien provistos podrá encontrar
cables y conectores MC4 adicionales, o en
Amazon.com utilizando la palabra clave
“MC4”.
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Estructura de Montaje y Accesorios Adicionales
Montaje
Debido a la amplia variedad de posibles aplicaciones para el usuario, los paneles Grape Solar no
vienen de serie con estructura de montaje, sino con resistentes marcos de aluminio que tienen
orificios de montaje y pueden instalarse en diversas estructuras y materiales, como marcos de
madera o metal.
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Para una óptima producción de energía, los paneles solares deben orientarse en la dirección del
sol para maximizar la superficie que reciba la luz. Puesto que el sol es un objetivo móvil, lo mejor
es orientar el panel al sur (para quienes viven en el hemisferio norte) en un ángulo de inclinación
igual a su latitud.
Si tiene pensado instalar su panel en un RV, embarcación u otro vehículo, el Soporte Técnico de
Grape Solar puede recomendar algunos productos de calidad. Llame al Soporte Técnico de Grape
Solar al 1-877-264-1014.
Disyuntores y Fusibles
El KIT GS-100+ está diseñado para incluir solo los componentes básicos necesarios para la
operación. En sistemas fotovoltaicos de baja tensión, la probabilidad de una sobretensión de
energía que dañe su equipo es prácticamente nula; en consecuencia, no se incluye ni disyuntores
ni fusibles. Sin embargo, eso no significa que la colocación de disyuntores y fusibles de
dimensiones adecuadas dañen el rendimiento de su sistema. Puede agregarse disyuntores o
fusibles entre los paneles y el controlador de carga (10 A por cada panel), entre el controlador de
carga y el banco de baterías (30 A) y entre la batería y el inversor.
Puesta a Tierra
Los inversores y paneles tienen terminales de puesta a tierra, pero la puesta a tierra no constituye
un requisito para la operación. En nuestro laboratorio de pruebas se ha hecho funcionar los
sistemas con y sin puesta a tierra, sin diferencias en el rendimiento.
Conexión a la red
El panel GS-S-100-Fab36 cuenta con la aprobación de Underwriters Laboratory (UL) y puede
conectarse a la red de distribución de energía eléctrica. Antes de intentar conectarlo a la red,
consulte con un técnico electricista. Para mayor información sobre las conexiones a la red, llame al
Soporte Técnico de Grape Solar al 1-877-264-1014.
Preguntas Frecuentes
¿Cuántas baterías necesitaré para mis paneles?
Las baterías tienen que ver con la cantidad de almacenamiento de energía que su sistema
necesita, independientemente de cuánta capacidad de generación tenga usted. Usted puede tener
10 kW de paneles solares que carguen una batería de 36 Ah o podría tener un panel de 100 W que
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cargue 1200 Ah de baterías. El panel solo afecta la velocidad de carga de la batería. Si el banco de
baterías está totalmente cargado, el controlador de carga evitará la sobrecarga.
¿Qué inversores funcionarán con mis paneles?
En un sistema de respaldo autónomo con batería, el inversor está conectado a un banco de
baterías y los paneles transmiten la potencia al banco de baterías a través de un controlador de
carga. Puesto que el inversor no está conectado directamente a los paneles, usted puede utilizar
un inversor del tamaño que desee siempre que sea compatible con su banco de baterías y con los
aparatos que tenga pensado hacer funcionar. Usted puede tener 10 kW de paneles solares en el
mismo sistema como un inversor de 450 W o podría tener un panel de 100 W en el mismo sistema
como un inversor de 7 kW. El tamaño del inversor solo limita el tamaño de los aparatos que su
sistema puede hacer funcionar, lo que afecta la rapidez con la que se agota el banco de baterías.
El tamaño del inversor no tiene nada que ver con el número de paneles.
¿Son paneles de 12 V o 24 V?
La tensión de los paneles varía dependiendo de la temperatura y luminosidad, y de la carga. La
típica tensión de funcionamiento de estos paneles es de 18,5 V. Si el panel fuera exactamente de
12 V, no habría un diferencial suficientemente grande entre los paneles y la batería para que la
corriente fluya desde el panel hasta la batería. Si usted encuentra publicidad que ofrece paneles de
“12 V”, lo más probable es que no sean realmente paneles de 12 V. Si fueran paneles de 12 V,
usted no los querría para cargar baterías de 12 V porque no funcionarían. El controlador de carga
cambia la potencia de salida del panel de los 18,5 V a los alrededor de 13,5 V que se transmitirían
a la batería.
Si el controlador de carga está disminuyendo la tensión, ¿estoy perdiendo potencia?
La potencia equivale a la tensión multiplicada por la corriente (amperios). Cuando el controlador de
carga disminuye la tensión, aumenta la corriente, como un transformador.
Mi equipo está conectado correctamente pero casi no recibo corriente, ¿por qué?
Verifique la tensión de su banco de baterías. Si la tensión es de más de 13 V, el controlador de
carga podría estar reduciendo el flujo para evitar la sobrecarga de la batería. Esto significa que su
sistema está funcionando perfectamente. Si la tensión de la batería es baja, la batería podría estar
dañada. Si el problema persiste, póngase en contacto con soporte al cliente de Grape Solar.
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