Paneles solares en barcos de recreo

El elemento principal de un sistema para convertir la energía solar en energía eléctrica es la célula fotoeléctrica, también llamada célula solar o célula fotovoltaica. La luz incide en la superficie superior de la célula, y “empuja” los electrones del material con el que se ha fabricado hacia una capa inferior. Conectando las dos capas, se crea un circuito de “regreso a casa” para dichos electrones.

La energía solar es limpia e infinita. Lo hay que hacer es convertirla en electricidad.

Tipos cristalinos

Las células solares más eficientes, basadas en el silicio,  son las de tipo monocristalino, donde cada célula se corta con un fino espesor a partir de una barra de silicio. Existen también las células de tipo policristalino, que combinan diferentes cortes pequeños de silicio. El tipo policristalino es menos eficiente que el monocristalino en condiciones ideales de iluminación, pero es mejor cuando el sol alcanza ángulos más bajos sobre el panel. Es el tipo más usado, aunque no tolera sombras o días nublados.

1Thin film

Se trata de un tipo de silicio amorfo (no cristalino) que se usa en calculadoras y que tienen un rendimiento inferior a la mitad del rendimiento de un panel basado en células de tipo cristalino. Aunque permiten su aplicación en paneles flexibles y son más económicas de fabricar.

Número de células

Hay disponibles paneles de 36, 33 ó 30 células. Los paneles con una cantidad superior de células necesitan sistemas de regulación porque alcanzan un voltaje excesivo, pero como veremos, esa es su mayor ventaja.

Rendimiento y dimensiones

Las células fotovoltaicas cristalinas proporcionan un voltaje en circuito abierto de 0,5 voltios aproximadamente, independientemente del tamaño que tengan.

La corriente eléctrica que producen es de unos 0,25 amperios (250 miliamperios) por cada pulgada cuadrada de célula. Las células de un panel se conectan en serie hasta obtener el voltaje deseado, pero al igual que las baterías conectadas en serie, ese conexionado no aumenta su capacidad de generar corriente. Por ejemplo, un panel con 36 células de  cinco pulgadas produciría unos 18 voltios capaces de producir una intensidad de corriente de 5 amperios, lo que significa una potencia de unos 90 watios (la potencia es el resultado del voltaje por la intensidad de la corriente)

2Fases del día

La potencia específica del panel sólo está disponible cuando la luz solar incide plenamente y sin ángulo sobre el panel, el resto del día el panel genera menos corriente. Para aproximar el rendimiento de un panel instalado horizontalmente en un barco, no se debe esperar más que lo que equivale al máximo rendimiento durante cuatro horas; es decir, que un panel con una salida de 5 amperios aportará aproximadamente 20 amperios / hora en un día soleado. Cuando se elige un panel solar hay que tener en cuenta que se necesitan al menos 14,4 voltios en el momento de máxima insolación, cuando alcanzará su máxima temperatura.

Temperatura

En las células solares por cada aumento de 6º C, el rendimiento disminuye aproximadamente un 3%. Si un panel solar alcanza temperaturas superiores a los 50º C, provoca una reducción del voltaje de un 15%

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Auto regulación

Los paneles auto-regulados son los que tienen menos células (30 ó 33) y producen un voltaje que se puede aplicar directamente para cargar baterías de 12 voltios. Pero la caída de tensión por el aumento de temperatura los vuelve ineficaces comparados con los de 36 células. En nuestros mares tropicales, conviene paneles con 36 células.

Un pequeño panel solar puede mantener las baterías cargadas multiplicando por cuatro su vida útil y se evita el riesgo de fuga de corriente, que puede producir corrosión en metales del barco.

La potencia de salida de un panel para mantenimiento de las baterías puede ser de un 0,3% de la capacidad nominal de la totalidad de baterías instaladas a bordo. Por ejemplo, para un banco de baterías de 220 amperios/hora conviene un panel que tenga una salida aproximada de 0,66 amperios, lo que se puede esperar de un panel de unos 10 watios (la intensidad de la corriente es el resultado de dividir la potencia en watios por el voltaje de salida del panel, 10 W / 16 V = 0,625 amperios).

Así se aplica la fórmula:

Capacidad de baterías expresada en amperios/hora x 0,3% = Corriente de salida x voltaje del panel = Potencia del panel.

Para suministrar una recarga de un consumo de 80 amperios/hora de consumo diario (con un 20% de pérdidas por ineficacia de las baterías y el conjunto del sistema eléctrico), haría falta media docena de paneles solares. Por lo tanto, utilizar paneles solares como principal fuente de energía eléctrica implica ser estricto en el ahorro de consumo eléctrico.

En navegaciones de altura a vela o en embarcaciones que no arrancan el motor con frecuencia, la ausencia de suministro de energía para carga de las baterías puede ser problemática para los sistemas eléctricos. Además, para un óptimo rendimiento, éstas deberían estar completamente cargadas la mayor parte del tiempo.

Orientación de los paneles solares

En puerto, los paneles solares podrían orientarse siguiendo la posición del sol para conseguir el máximo rendimiento a todas horas del día. Navegando, la mejor opción es orientar horizontalmente el panel. Una estrecha sombra puede repercutir en una disminución del voltaje de salida. La solución siempre reside en ubicar las placas solares en los lugares donde tenemos garantizada una insolación sin sombras, especialmente en las horas centrales del día. En todo caso los paneles deben tener una adecuada combinación.5Calibre del cableado

En relación con la corriente pico que puede proporcionar un panel solar, es conveniente sobredimensionar el cableado utilizado. Al igual que las baterías, pueden combinarse múltiples paneles para aumentar la corriente proporcionada.

4Diodos

Un diodo instalado en la salida + del panel permite la circulación de corriente hacia las baterías, y previene que durante la noche haya un flujo de corriente en sentido inverso que podría dañar el panel.

Un diodo a la salida de cada panel en instalaciones combinadas proporciona un aislamiento eléctrico entre ellos. Atención: Los diodos causan una pequeña pérdida de voltaje, otra razón para usar paneles de 36 células.

6Fusible

Cualquier cable conectado directamente al positivo de una batería debe incorporar un fusible cercano a esta, porque un cortocircuito en el cable representa un peligro de incendio.

Regulador

Si la salida del panel solar sobrepasa en un 1% la capacidad de la batería se necesita un regulador para prevenir sobrecargas. Algunos reguladores detectan corrientes inversas, lo que permitiría quitar los diodos de bloqueo.

Interruptor bypass

Un interruptor que temporalmente anule la función del regulador, permitirá someter periódicamente a las baterías de descarga profunda a un proceso de ecualización (aplicación temporal de un voltaje de 16 V con poca intensidad de corriente)

Interacción entre reguladores

Con las baterías conectadas a los paneles solares se puede dar que el regulador del alternador del motor detecte un voltaje considerable en el circuito de carga y bloquee el alternador considerando que las baterías están plenamente cargadas. Esto se puede solventar intercalando un interruptor en la salida + del panel (vea en la figura anterior junto al diodo de bloqueo), o utilizando un relé que cortará la corriente del panel cuando la llave de contacto del motor se encuentra conectada.

Cuidados

Un cortocircuito se evita cubriendo el panel durante su manipulación con un material totalmente opaco. Para comprobar su funcionamiento es necesario realizar mediciones de voltaje con el panel desconectado y seguidamente con el panel conectado al circuito de carga. 7

La corrosión en las cajas de conexiones, se minimiza rellenándolas con silicona

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