¿Cuántos paneles solares necesito?

Para este ejercicio definiremos un valor estimado de consumo de energía para una vivienda, un edificio y una fábrica, y se asumirá que todos los sistemas montados son sistemas on-grid.

Energía renovable 14 de julio de 2020
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Hace varios años conocemos los beneficios ambientales y en reducción de huella de carbono de los paneles solares fotovoltaicos, pero aún quedan muchas dudas sobre su funcionamiento y rentabilidad. Una de estas dudas es saber cuántos paneles solares necesito ya sea para una casa, un edificio de propiedad horizontal o incluso en una fabrica. Por eso hoy conoceremos cómo realizar cálculos sencillos para definir el número de paneles solares a instalar para autoconsumo.

¿Cuántos paneles solares necesito para mi casa?
En el caso de una vivienda unifamiliar es razonable establecer un consumo promedio de energía de 1.000 kWh/mes (considerando que en Estados Unidos un hogar puede consumir en promedio 3.000 kWh/mes, en España unos 900 kWh/mes y en otros países hispanohablantes, cerca de 500 kWh/mes).

Para un consumo de 1.000 kWh/mes, el cálculo que se puede aproximar es el de una relación de 1 kWp instalado por cada 8 m2. Esta relación surge del siguiente análisis:

Actualmente un panel comercial tiene una capacidad de 400 Wp. Cada panel puede ocupar 2 m2. En este sentido para generar 1 kWp (1000Wp), se requieren 2 paneles y medio. Lo que implica un área estimada de 5 m2.

Este aumento en el área se debe considerar siempre en toda instalación para pasillo del personal de mantenimiento del sistema solar fotovoltaico, que equivale a la distancia de seguridad entre el borde de la edificación (chimeneas, antenas, u otras instalaciones que puedan encontrarse en el techo) y el panel más próximo a este.

Por tal razón se suman otros 3 m2 por cada kWp instalado, de modo tal que cada kWp instalado requiere 8 m2 de espacio para su instalación.

Ahora bien, aunque el dimensionamiento de un sistema solar fotovoltaico en términos de paneles requeridos para el montaje en una casa depende de la regulación local, la mayoría de los países han desarrollado regulaciones que implican que, aún cuando no estés consumiendo la energía que genera el sistema, los excedentes de energía inyectados a la red (es decir la energía que genera el sistema menos la que estás consumiendo en el instante y que excede al consumo) sean remunerados.

Por ejemplo, en España puede estar entre 5 y 7 cts €/MWh. Sin embargo, si generas más energía de la que consumes al mes, la remuneración deja de ser a precios como el mencionado y el valor remunerado resulta desfavorable. Por esta razón, el sistema solar se debe pensar para cubrir el total del consumo de energía eléctrica al mes en el momento en el que se dimensiona el proyecto, considerando posibles consumos en el futuro próximo.

Para el caso de una vivienda que requiere 1.000 kWh/mes, primero se debe identificar la capacidad máxima por consumo que se puede instalar en techo, y luego se debe validar si el área disponible en techo es suficiente para instalar la capacidad calculada por consumo.

Por ejemplo, para calcular cuantos paneles solares necesitamos, usamos los siguientes datos y formulas:

  1. Consumo mensual: 1.000 kWh/mes
  2. Capacidad por consumo: 1.000 kWh/mes / 30,41 días/mes / 3,8 HSP/día = 8,2 kWp
  3. Área requerida para la instalación sería: 8,2 kWp * 8 m2/kW = 65,6 m2

Así, el número de paneles requerido será de:

8.200 Wp / 400 Wp/panel = 20,5 paneles, pero para asegurar el suministro total se aproxima a la unidad superior, que serían 21 paneles.

Este calculo lo puedes aplicar incluso para conocer cuantas placas solares necesitas para una casa de campo, una autocaravana o para implementar aire acondicionado o un sistema de aerotermia solar.

Ajuste
El resultado anterior implica ajustar la capacidad a 8,4 kWp y a un área requerida de 67,2 m2 al pasar de un requerimiento 20,5 paneles a uno de 21 paneles (pues 21 paneles x 400 Wp/panel = 8,400 Wp).

Después de identificar este número se deberá validar si efectivamente la casa cuenta con el área en techo o en piso mencionada. Se recomienda que esta validación sea realizada por una compañía especializada en este tipo de montajes, pues además de validar el área disponible, se deben evaluar condiciones de seguridad para su montaje.

Si el área es inferior al área requerida, la capacidad del sistema se verá limitada al área disponible para el montaje. Si es superior a la requerida, entonces se podrá realizar la instalación conforme a los resultados obtenidos.

Debes considerar:

  • El número promedio de días de un mes: 365 (días/año) / 12 (meses/año) = 30,41 días/mes.
    Las HSP (Horas Solar Pico) de la región donde se realizará la instalación del sistema solar fotovoltaico. Este número depende de la región donde se ejecute el proyecto. La hora solar pico (HSP) podríamos definirla como una unidad encargada de medir la irradiación solar y definirla como el tiempo (en horas) de una hipotética irradiancia solar constante de 1,000 W/m². En los ejercicios de este artículo se asume un valor de 3.8 HSP.

¿Cuántas placas solares necesito para un edificio?
En el caso de un edificio, que usualmente está ubicado en la ciudad y donde el área de instalación de paneles solares se reduce al área disponible en techo, no es factible instalar un sistema solar fotovoltaico que permita suministrar energía a cada vivienda o cada oficina en él.

Por esta razón, las instalaciones se realizan únicamente con el propósito de suministrar energía a las áreas comunes del edificio y beneficiar económicamente a la propiedad horizontal o a la administración del edificio. Para este caso, se asumirá un consumo promedio de 13.000 kWh/mes.

Realizando el procedimiento explicado anteriormente, los cálculos serían:

  1. Consumo mensual: 13.000 kWh/mes
  2. Capacidad por consumo: 13.000 kWh/mes / 30,41 días/mes / 3,8 HSP/día = 112,5 kWp
  3. Área requerida para la instalación de esta capacidad: 112,5 kWp x 8 m2/kW = 900 m2

Con estos datos, el número de paneles requerido será de:

112.500 Wp / 400 Wp/panel = 281,2 paneles; para asegurar el suministro total se aproxima a la unidad superior, que serían unos 282 paneles

Ajuste
El resultado anterior implica ajustar la capacidad a 112,8 kWp, y un área requerida de 902.2 m2.

El área disponible en el techo de un edificio usualmente puede rondar entre 600 m2 y 2000 m2. Si el área es de 600 m2, tendremos una limitación para el montaje del sistema, y la capacidad a instalar pasará de 112,5 kWp a 75 kWp. Este valor resulta de la siguiente operación:

Capacidad por área disponible: 600 m2 / 8 m2/kWp = 75 kWp

Cabe mencionar que usualmente el techo de un edificio es en concreto, razón por la cual no es usual que haya complicaciones con la capacidad que tiene el techo de soportar el peso de los paneles y de las personas que pretendan hacer su instalación y posterior mantenimiento.

¿Cuantos paneles solares fotovoltaicos necesita una fábrica?
En el caso de una fábrica, se asumirá el caso de una compañía que funciona de lunes a sábado, y cuyo consumo de energía se asumirá para este ejercicio en 1.000.000 kWh/mes.

Recuerda que la capacidad del sistema solar fotovoltaico resultante para un consumo como el mencionado en este ejemplo puede resultar lo suficientemente grande como para que no cuente con los mismos beneficios de remuneración de excedentes de energía que los mencionados para una vivienda unifamiliar o un edificio.

Por esta razón, el cálculo se hace solo para garantizar el suministro de energía en horas del día, y que usualmente, para facilidades del cálculo, se aproxima al 30% del consumo total.

También es importante mencionar que en un proyecto con la característica del no consumo en los días domingo, toda la energía generada por el sistema en esos días serán excedentes que se remunerarán, pero con un valor que seguramente no es representativo frente al valor del kWh que se reemplaza en horas del día y que se paga a la empresa de suministro de energía. Es por eso que es conveniente usar el factor del 30%.

Realizando el procedimiento explicado anteriormente, los cálculos serían:

  1. Consumo mensual: 1.000.000 kWh/mes
  2. Capacidad por consumo: 1.000.000 kWh/mes * 30% / 30,41 días/mes / 3,8 HSP/día = 2.596 kWp
  3. Área requerida para la instalación de esta capacidad: 2.596 kWp x 8 m2/kWp = 20.768 m2

En este caso y con la info que tenemos, el número de paneles requerido será de:

2.596.000 Wp / 400 Wp/panel = 6.490 paneles

En este caso, el área en techo y la capacidad de la estructura para soportar el peso de los paneles y el de las personas que eventualmente hagan mantenimiento del sistema se convierten en variables críticas que limitarán o habilitarán la factibilidad del proyecto, por lo que siempre vale la pena solicitar a una empresa especializada que haga una ingeniería conceptual de proyecto.

También se recomienda que el proyecto no solo cuente con el punto de vista de una sola compañía sino que se llame al menos a 3 empresas para comparar sus puntos de vista, y tomar una decisión basada en el conocimiento que los proveedores puedan aportar al equipo que vaya a decidir la adquisición.

Fuente: Ecosiglos (.com)

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