Paneles solares de balcón. Resultados a un año

 

Por Dimitrii Eliuseev / Agosto 16, 2021

Traducido òr L. Domenech

El uso de energía renovable es una tendencia popular en el siglo XXI. Pero, ¿cómo funciona realmente? La mejor manera de obtener una respuesta es construir un sistema de este tipo y probarlo por su cuenta. Compré dos paneles de 160 Watt y los instalé en mi balcón. Resultados y detalles que verá en este artículo.

Información general

Como sabemos, existen dos principios fundamentales para el uso de energía solar:

1. Almacene la energía en baterías.

2. Alimente la energía directamente a la red eléctrica.

El primer método es perfecto cuando necesitamos una fuente de energía autónoma que pueda funcionar sin electricidad externa, es decir, cuando no hay electricidad o se suministra de forma irregular. En este caso, la energía solar está cargando una gran variedad de baterías. Un inversor especial convierte el voltaje de la batería de CC (generalmente 24 o 48 V) en un voltaje de CA "normal" de 230/120 V. La ventaja de tener baterías es que el sistema puede funcionar completamente fuera de la red. Por desgracia, hay muchas más desventajas. Las baterías son caras y su vida útil es limitada, especialmente para las baterías de plomo-ácido. El segundo problema es la eficiencia: si la batería ya está cargada, la energía solar se desperdicia en vano. Los dispositivos más nuevos, como Tesla Powerwall, tienen baterías de litio mejores y más eficientes, pero con un precio de alrededor de $ 6500, la recuperación de la inversión de tal cosa todavía está en duda.

El segundo método, y también el más eficaz, consiste en transferir electricidad directamente de los paneles solares a la red eléctrica. En este caso, los paneles están conectados a un inversor de conexión a red especial, que no solo convierte la energía CC de los paneles a la tensión CA de la red de 230/120 V, sino que también sincroniza la fase con la red. La electricidad se consume primero dentro de la casa, el exceso va a la red de la ciudad, por lo que no solo producimos electricidad para nosotros, sino que también ayudamos a descargar ligeramente la red eléctrica pública. Si nuestro medidor puede contar tanto la "importación" como la "exportación" de energía, incluso podemos recuperar algo de dinero, pero no en todos los países todavía funciona.

En mi caso, el modo "fuera de la red" era irrelevante y no había razón para llenar el apartamento con baterías, por lo que la elección era obvia. Por cierto, el inversor conectado a la red tiene un inconveniente: por razones de seguridad, no funciona cuando no hay electricidad. Por lo tanto, incluso si su casa tiene de 3 a 4 kW de paneles solares en el techo, en el caso de un apagón se quedará sin electricidad. Pero en mi caso, los apagones son tan raros que pueden pasarse por alto. Si es necesario, se puede agregar más adelante un convertidor CC-CC separado, que puede alimentar una computadora portátil, teléfono inteligente o lámparas LED directamente desde los paneles solares. Entonces, la idea general de qué hacer es clara, comencemos.

Componentes del sistema

El diagrama de conexión es sencillo: tomamos los paneles solares, los conectamos al inversor y lo conectamos a una toma de corriente:

Lo primero que tenemos que comprar son paneles solares. En general, cuanto más grande es el panel, menor es el precio por vatio. En mi caso, la elección óptima de los paneles, disponible en Amazon, rondaba los 160W:

Los paneles más grandes, como 320 o 360W, también están disponibles, pero son bastante voluminosos y pesados, con una entrega más cara, y para el balcón, son demasiado grandes. 160 vatios resultó ser el valor óptimo. El tamaño de dicho panel es de 150x70 cm y el peso es de 12,5 kg. Compré dos paneles por 250 EUR incluida la entrega. Lo siguiente que compré fue un soporte de techo plano (obviamente no hay "soportes de balcón" disponibles en el mercado), el costo fue de 48 EUR por cada uno:

El inversor de conexión a la red que compré por 90 EUR en Amazon:

Como resultó en la práctica, este inversor tiene un ventilador, que hace un ruido bastante fuerte en la habitación. Otra opción es utilizar el llamado “microinversor”, que se monta directamente en el panel solar. El método es bastante efectivo. El problema del ruido se está eliminando, además, debido a un voltaje más alto, hay menos pérdida de resistencia en los cables. Pero por razones de seguridad, decidí no usar cables de 230V en el balcón, puede ser peligroso.

En la práctica, dos paneles de 160W encajan bien en el balcón, incluso era posible instalar un tercero, pero luego el espacio del balcón estaría ocupado por completo.

En esta foto, los paneles aún no se han girado correctamente hacia el Sol y el ángulo de inclinación tampoco es del todo correcto. Además, los cables eran demasiado delgados, luego los cambié por otros más gruesos.

Finalmente, el coste total del sistema fue de 436 euros.

Recolectando los datos

En principio, nuestro sistema está listo: basta con conectar los paneles solares al inversor, enchufarlo a una toma de corriente estándar y todo funcionará. Sin embargo, es interesante ver cuánta energía podemos obtener y tener algún registro de la energía recolectada.

La primera vez que usé un medidor de energía que puede mostrar los datos en la pantalla:

Es bueno ver los valores reales, pero este medidor no tiene ninguna función "inteligente", ni tampoco la capacidad de guardar registros. Decidí usar un enchufe inteligente. Después de comparar la funcionalidad de los diferentes modelos, seleccioné el TP-Link Kasa HS110; no solo puede medir la potencia, sino que también hay una API de Python no oficial para obtener los valores. Como beneficio adicional, el software TP-Link tiene su propia "nube", y es posible ver la generación de energía en línea desde cualquier parte del mundo:

Finalmente, desconecté el medidor de energía, la funcionalidad del enchufe inteligente fue suficiente.

Sin embargo, no hay registro de datos integrado en la aplicación TP-Link, así que decidí hacerlo yo mismo usando Raspberry Pi y una biblioteca https://github.com/python-kasa/python-kasa.

El código es simple:

Cuando el programa se está ejecutando, el registro CSV se actualizará cada minuto. Los archivos están separados por meses y los datos se ven así:

Al comienzo de cada mes, descargaba el nuevo archivo con la herramienta gratuita WinSCP, que es lo suficientemente buena para esta tarea.

Una pequeña metedura de pata

Cuando el registro de datos estuvo listo, decidí ejecutarlo de manera "ecológica": no usar un dispositivo separado como Raspberry Pi, sino comprar un buen enrutador que pueda ejecutar DD-WRT y ejecutar el registro en paralelo con compartiendo WiFi para mi hogar. Compré este poderoso enrutador:

Al final resultó que, la idea era mala por varias razones.

• El enrutador que puede ejecutar DD-WRT sin problemas es de 2 a 4 veces más caro que uno estándar. En su lugar, sería más fácil usar una Raspberry Pi y no reinventar la rueda.
• El enrutador en sí es grande y bastante cálido, y tengo la sensación de que su consumo de energía es de facto más alto que el del enrutador estándar y una Raspberry Pi en total.
• El enrutador no tiene una memoria eMMC que se pueda usar para guardar los datos. Conecté la memoria USB de 16 GB al enrutador y esperaba que 1 grabación por minuto no causara ningún problema. Resultó que estaba equivocado. Después de 5 meses de uso, la memoria USB murió, lo que provocó la pérdida de datos que recogí en noviembre.

Finalmente, volví a usar la Raspberry Pi, que funcionó bien durante la última mitad del año. En general, recopilar los datos de manera confiable dentro de un año puede ser una tarea desafiante. Una mejor solución es cargar los datos inmediatamente en la nube. Se puede hacer usando diferentes servicios, por ejemplo, Dropbox tiene una API de Python que se puede usar fácilmente de forma gratuita si la cantidad de datos es pequeña.

Resultados

Finalmente, veamos los resultados: 

Evidentemente, la mayor cantidad de energía que podemos obtener en los meses de verano. Fue bastante difícil encontrar un día perfectamente soleado o completamente nublado como ejemplo. La generación de energía durante un día soleado promedio en junio se ve así:

Para este día se generaron 0,73 kWh de electricidad. Es interesante ver que el panel solar está generando su máxima potencia solo durante un corto período del día. La razón es obvia: los paneles están iluminados por el sol en diferentes ángulos y el ángulo máximo posible ocurre solo una vez al día. En mi caso, los paneles están sombreados por la mañana, la producción de energía completa comienza solo por la tarde. Aunque a las 9 de la mañana se entregan hasta 25W a la red eléctrica, lo que en general no está nada mal. Como puede verse en el gráfico, la potencia máxima es de unos 175 W, pero también son visibles las “caídas” de potencia provocadas por las nubes. La generación termina después de las 9 pm - en verano los días son largos, en invierno, por supuesto, serán más cortos.

Cuando está nublado, la generación es obviamente mucho menor: para este día solo se generaron 0,21 kWh.

Julio fue soleado y el número de días nublados fue mínimo:

Se generaron 17 kWh en total en un mes. Por desgracia, cuando termina el verano, la insolación solar también está disminuyendo. En octubre solo se generaron 4,2 kWh para todo el mes:

Y el peor mes fue diciembre cuando el Sol "dio" solo 1,2 kWh de electricidad:

Es interesante mencionar que la diferencia en la producción de energía entre julio y diciembre fue de unas 15 veces. Veamos todos los datos en un gráfico:

En total, se generaron 110 kWh de energía a partir de dos paneles solares de 160 W, lo que equivale a unos 18,7 euros al año. Teniendo en cuenta el precio de 436 euros del hardware, el intervalo de retorno de la inversión sería de unos 23 años. Vivo en los Países Bajos, no es el lugar más soleado del mundo, las personas que viven en otras áreas pueden recalcular el valor de sus ubicaciones.

Exportando la energía a la red de la ciudad

Lo último que es importante saber es cómo podemos enviar la electricidad a la red. Es simple desde un punto de vista técnico pero puede resultar complicado desde el punto de vista legal o financiero. Técnicamente, simplemente estamos agregando una nueva fuente de energía a nuestro hogar. Esta energía será consumida primero por los dispositivos en el interior, y el exceso a través del medidor de electricidad se transferirá a la red de la ciudad.

Por desgracia, hay varios problemas que pueden complicar la exportación de energía:

• El medidor de potencia debe poder calcular por separado la energía "entrante" y "saliente". Su proveedor de electricidad también debería poder respaldar legalmente la exportación de energía, en algunos países eso puede ser un problema.
• El precio de la energía entrante y saliente puede ser diferente. Puede ser mucho más rentable consumir la energía dentro de la casa, por ejemplo, usando la lavadora a la mitad del día, en lugar de enviar la electricidad a la red de la ciudad con una tarifa mucho más baja. Pero esto puede resultar prácticamente inconveniente, por ejemplo, si no hay nadie en casa a la mitad del día.
• Instalar el panel solar en el balcón es fácil. La instalación completa de 10 a 20 paneles en el techo puede costar mucho, tal vez incluso más que el precio de los propios paneles.
• En algunos países, como Alemania, se pueden agregar impuestos adicionales, incluso si está consumiendo su propia electricidad proporcionada por sus propios paneles solares dentro de su propia casa. Simplemente porque se trata como una "fuente de beneficios" adicional. Extraño pero ...

Por lo tanto, tiene sentido preguntar primero al asesor profesional, que conoce las leyes y los precios locales, los resultados finales pueden variar.

Conclusión

Obtener energía solar en un año fue un interesante proyecto para este aficionado. Después de todo, la mejor manera de estudiar una nueva tecnología es probarla. Es posible informarse  a través de diferentes artículos, pero es mucho mejor hacer las cosas uno mismo. Nos dará mucho más conocimiento sobre cómo funciona el sistema, cómo pueden variar los diferentes parámetros. También puede incluir algún trabajo adicional como perforar la pared o hacer la protección contra el viento, recopilar estadísticas, etc. Finalmente, le brinda más experiencia y comprensión de los diferentes matices que nunca se publicarán en los libros o artículos porque son demasiado insignificantes (pero aún importantes). Desde un punto de vista financiero, el sistema de balcones no será rentable, el nivel de generación es demasiado pequeño, pero sigue siendo divertido hacerlo con fines de autoeducación.

A cualquiera que haga pruebas similares por su cuenta, le deseo experimentos exitosos y suficientes días soleados.

El artículo original se puede leer en inglés en Medium / Geek Culture