Relación panel solar/acumulador: tamaño fotovoltaico y baterías correctas

Lo que realmente significa la relación entre panel solar y acumulador

En la mayoría de los sistemas pequeños fuera de la red y de respaldo, la “relación entre panel solar y acumulador” se refiere a la relación entre: (1) Potencia del conjunto fotovoltaico (vatios) y (2) capacidad del banco de baterías , normalmente en Ah a un voltaje del sistema (12 V/24 V/48 V). La relación es importante porque establece la tasa de recarga realista y la frecuencia con la que el acumulador alcanza la carga completa.

Dos formas de expresar la proporción (use la que sea más clara)

• W por Ah a un voltaje de sistema determinado (común para vehículos recreativos de 12 V/24 V y cabinas pequeñas).
• Tasa de carga (tasa C) : corriente de carga dividida por los Ah de la batería (más “correcto en ingeniería eléctrica”).

Puente rápido entre ellos (aproximado): la corriente de carga fotovoltaica en un banco de 12 V es aproximadamente vatios fotovoltaicos ÷ 14 V (voltaje de carga). Ejemplo: 280W de fotovoltaica en un banco de 12V es aproximadamente 20A (280 ÷ 14 ≈ 20). en un 200Ah acumulador, que es un 0.10C tasa de carga (20 ÷ 200 = 0,10).

Proporciones recomendadas por química de la batería y caso de uso

La relación "correcta" entre panel solar y acumulador consiste principalmente en evitar dos modos de falla: muy poco PV (subcarga crónica) y demasiado fotovoltaico (coste innecesario o límites de controlador). La química cambia la sensibilidad a la carga insuficiente y la rapidez con la que el acumulador puede aceptar energía.

Notas que previenen malas decisiones de tallas: Los acumuladores de plomo prefieren alcanzar la carga completa (incluido el tiempo de absorción). Si la energía fotovoltaica tiene un tamaño insuficiente, a menudo vive en un estado de carga parcial, lo que acelera la sulfatación y la pérdida de capacidad. LiFePO4 generalmente es más tolerante a la carga parcial, pero es posible que aún desee una proporción más alta para recuperarse rápidamente después de un uso intensivo.

Un método paso a paso que hace que la proporción "caiga" correctamente

Una proporción por sí sola puede inducir a error si no se relaciona con el uso diario de energía y la luz solar. Utilice este flujo de trabajo para dimensionar la capacidad fotovoltaica y del acumulador de manera lógica, luego confirme que la proporción se encuentre en un rango saludable.

Paso 1: Estimar la energía diaria (Wh/día)

Sume cargas: vatios × horas por día. Ejemplo: un frigorífico de 60 W de media para un tiempo de funcionamiento equivalente a 10 horas es de 600 Wh/día. Si tiene un inversor, incluya un factor de eficiencia del sistema realista más adelante (el valor general típico puede ser 0,70–0,85 dependiendo del cableado, el controlador, el inversor y la temperatura).

Paso 2: Dimensionar el acumulador para autonomía (kWh)

Elija la autonomía (días) y la profundidad de descarga permitida (DoD). Energía utilizable de la batería (Wh) ≈ Wh diarios × días de autonomía. Energía nominal total de la batería (Wh) ≈ Wh utilizable ÷ DoD. Planificación típica del Departamento de Defensa: Plomo-ácido 0,50 , LiFePO4 0,80 (conservador, mejora la longevidad).

Paso 3: Dimensionar el PV a partir de las horas de sol (y las pérdidas)

Vatios fotovoltaicos ≈ Wh diarios ÷ (horas pico de sol × eficiencia del sistema). Ejemplo: si el uso diario es de 1.000 Wh, las horas pico de sol son 4 y la eficiencia es 0,75, PV ≈ 1.000 ÷ (4 × 0,75) ≈ 333W . Redondee al siguiente tamaño de matriz práctico (por ejemplo, 400 W).

Paso 4: Convierta la relación entre panel solar y acumulador y verifique su integridad

Batería Ah ≈ batería nominal Wh ÷ voltaje del sistema. Entonces relación = vatios fotovoltaicos ÷ batería Ah. Si la relación está por debajo del rango recomendado para su química, aumente el PV (o reduzca el tamaño del acumulador) hasta que el sistema pueda alcanzar la carga completa de manera confiable.

Práctica tabla de dimensionamiento: tamaños habituales de acumuladores en vatios fotovoltaicos

La siguiente tabla convierte la guía de proporciones en números listos para usar. Elija la fila que coincida con su banco y química. Para los bancos de 24 V, la misma clasificación de Ah representa el doble de energía en comparación con los de 12 V, por lo que las necesidades fotovoltaicas suelen ser mayores para lograr un tiempo de recarga similar.

Si la luz del sol es inconsistente (invierno, sombra, niebla costera), incline hacia arriba dentro del rango. Si su acumulador es de plomo-ácido y regularmente deja de cargar antes de tiempo, vuelva a inclinarse hacia arriba; el PV adicional le ayuda a completar la absorción cuando las condiciones lo permiten.

Ejemplos resueltos con números reales

Los siguientes ejemplos muestran cómo la relación entre panel solar y acumulador cambia con los objetivos (autonomía versus velocidad de recarga) y la química.

Ejemplo A: Cabina 1.000Wh/día, autonomía 2 días, plomo-ácido

1. Energía diaria: 1.000Wh/día .
2. Energía utilizable durante 2 días: 1.000 × 2 = 2.000 Wh .
3. Energía nominal del acumulador (50% DoD): 2.000 ÷ 0,50 = 4.000 Wh .
4. A 12V, batería Ah ≈ 4.000 ÷ 12 ≈ 333Ah (redondeado a 300–400 Ah).
5. PV durante 4 horas de sol pico, eficiencia de 0,75: 1000 ÷ (4 × 0,75) ≈ 333W (redondee a 400–600 W para la salud del plomo-ácido).

Verificación de relación (usando banco de 400 Ah y fotovoltaico de 600 W): 600 ÷ 400 = 1,5 W/Ah . Este es el extremo inferior de la guía de ciclo diario para plomo-ácido; Funcionará mejor con buen sol y una gestión cuidadosa de la carga. Si los días nublados son comunes, pasar a 800–1000W mejora materialmente la recuperación.

Ejemplo B: RV con LiFePO4 de 12 V y 200 Ah, que desea una recuperación rápida

1. Banco de baterías: 12V 200Ah (energía nominal ≈ 2.400Wh).
2. Utilizable al 80% DoD ≈ 1.920Wh .
3. Elija PV a 3,5 W/Ah para una recuperación rápida: 200 × 3,5 = 700W .

Con ~700W y 4 horas pico de sol con una eficiencia de 0,75, la cosecha de energía diaria puede ser de aproximadamente 700 × 4 × 0,75 ≈ 2.100Wh/día . Eso es suficiente para reemplazar un día intenso de uso y aún así completar, que es exactamente lo que significa "recuperación rápida" en la práctica.

Restricciones comunes que pueden anular la relación

Incluso si la relación entre panel solar y acumulador es “perfecta”, los límites del hardware pueden obligarlo a ajustar el tamaño fotovoltaico, el voltaje del sistema o la selección del controlador de carga.

Límite de corriente del controlador de carga (el cuello de botella más común)

La corriente de salida del controlador debe soportar la corriente de carga máxima. Aproximadamente: corriente de carga máxima ≈ vatios fotovoltaicos ÷ voltaje de carga de la batería. Ejemplo: 1.000W en un banco de 12V puede implicar ~1,000 ÷ 14 ≈ 71A . Si tiene un controlador de 60 A, necesitará un controlador más grande, varios controladores o un voltaje de sistema más alto.

El tamaño del inversor no establece el tamaño fotovoltaico, pero sí establece la tensión del acumulador

Un inversor grande puede extraer altas corrientes de un acumulador pequeño, provocando caídas de voltaje y reducción de la capacidad utilizable. Si sus cargas máximas son altas (microondas, hervidor, herramientas), es posible que necesite más capacidad de batería, mayor voltaje del sistema (24 V/48 V) o ambos. Luego se debe revisar el conjunto fotovoltaico para que la proporción se mantenga saludable para la recarga.

Clima y horas de sol estacionales (su proporción debe sobrevivir al peor mes)

Una proporción que funciona en verano puede fallar en invierno si las horas pico de sol disminuyen significativamente. Si necesita confiabilidad durante todo el año, mida el PV de la temporada de menor sol y trate los rangos de relación como mínimos, no como promedios.

Señales de que su proporción es incorrecta y cómo corregirla

La mejor verificación son los datos operativos: tendencias del estado de carga, tiempo hasta que se llena y con qué frecuencia el acumulador alcanza la absorción/flotación (o el comportamiento de carga completa equivalente al litio).

Muy poco PV para el acumulador

• El plomo-ácido rara vez alcanza la carga completa; El voltaje se sitúa por debajo de los objetivos de absorción.
• Se ve una caída de varios días en el estado de carga incluso con luz solar "normal".
• El generador (o la energía de la costa) se convierte en una muleta frecuente.

Solución: aumente los vatios fotovoltaicos, reduzca las cargas diarias o reduzca el tamaño del acumulador para que la relación vuelva al rango. Para el plomo-ácido, dé prioridad a alcanzar la carga completa con regularidad; eso a menudo significa pasar de ~1,0 W/Ah hacia 2,0–3,0 W/Ah (base de 12 V).

Demasiado PV para el controlador o el cableado (o el presupuesto)

• El controlador de carga recorta la salida a su corriente nominal durante largos períodos.
• No se puede manejar la corriente de forma segura con los tamaños de cables y fusibles existentes.

Solución: cambie a un voltaje de sistema más alto (24 V/48 V), use un controlador más grande o divida la matriz en varios controladores. "Demasiado fotovoltaico" suele ser un problema de tamaño del hardware más que un problema eléctrico del acumulador en sí.