Esquemas y formas de conectar paneles solares: cómo realizar correctamente la instalación de un panel solar
Una fuente de energía alternativa basada en paneles solares es una excelente opción para establecer un suministro energético independiente. Proporcionará una alta eficiencia energética no solo en los días calurosos, sino también en tiempo nublado. Sería agradable tener un dispositivo así en su hogar, ¿no es cierto?
Para esto, solo es necesario seleccionar adecuadamente los componentes técnicos y realizar la instalación. Cualquiera puede hacerlo conociendo los esquemas y métodos de conexión de paneles solares. Le explicaremos cómo se construye un sistema productivo que convierte la “energía verde” en electricidad necesaria para alimentar equipos domésticos.
Además, usted aprenderá cómo elegir el lugar para instalar los paneles solares y cómo combinarlos con la red eléctrica fija. Los consejos útiles y las recomendaciones importantes brindarán una ayuda efectiva a los aficionados al bricolaje. Para facilitar la comprensión, se incluyen fotos temáticas, diagramas y videos.
Contenido del artículo:
Estructura de un panel solar
Al planificar realizar la conexión de paneles solares por sí mismo, es necesario tener una idea de los elementos que componen el sistema.
Los paneles solares consisten en un conjunto de baterías de células fotovoltaicas, cuyo propósito principal es convertir la energía solar en eléctrica. La intensidad de la corriente del sistema depende de la intensidad de la luz: cuanto más brillante es la radiación, mayor es la corriente generada.
Los principales elementos estructurales del sistema son:
- Panel solar – convierte la luz solar en energía eléctrica.
- Acumulador – fuente química de corriente que almacena la energía eléctrica generada.
- Controlador de carga – supervisa el voltaje de los acumuladores.
- Inversor, que convierte la tensión eléctrica continua de la batería de acumuladores en alterna de 220V, necesaria para el funcionamiento del sistema de iluminación y los electrodomésticos.
- Fusibles, instalados entre todos los elementos del sistema y que protegen el sistema contra cortocircuitos.
- Kit de conectores estándar MC4.
Además de la función principal del controlador – supervisar el voltaje de los acumuladores, el dispositivo desconecta ciertos elementos según sea necesario. Si la lectura en los bornes del acumulador durante el día alcanza los 14 voltios, lo que indica una sobrecarga, el controlador interrumpe la carga.
Durante el período nocturno, cuando la lectura de voltaje de los acumuladores alcanza un nivel extremadamente bajo de 11 voltios, el controlador detiene el funcionamiento de la central eléctrica.
¿Dónde es mejor instalar los paneles?
Lo primero que hay que hacer antes de instalar y conectar un panel solar es decidir la ubicación del equipo.
Los paneles solares se pueden colocar prácticamente en cualquier punto bien iluminado:
- en el tejado de una casa de campo;
- en el balcón de un edificio de apartamentos;
- en el terreno adyacente a la casa.
Lo principal es proporcionar las condiciones necesarias para obtener la máxima generación de electricidad. Una de ellas es la orientación y el ángulo de inclinación respecto a la horizontal. Así, la superficie absorbente de luz del equipo debe estar orientada hacia el sur.
Idealmente, los rayos solares deben incidir sobre ella a 90°. Para lograr este efecto, es necesario seleccionar el ángulo de inclinación óptimo según las condiciones climáticas de la región. Para cada región este valor es propio.
Por ejemplo, en la región de Moscú, el ángulo de inclinación de la superficie de las placas solares para los meses de verano es de 15-20°, y en los meses de invierno cambia a 60-70°.
Al colocar las placas solares en el terreno adyacente a la casa, es mejor elevar los paneles al menos medio metro sobre la superficie del suelo, en caso de que caiga una gran cantidad de nieve. Esta solución también es correcta en el sentido de que proporciona suficiente distancia para la circulación del aire.
Vale la pena recordar que incluso una pequeña sombra afecta negativamente la generación de electricidad del equipo. Los paneles deben colocarse solo en lugares que no estén sujetos ni siquiera a la más mínima sombra.
Existen varias formas de fijación de los paneles:
- mediante el uso de sujetadores de presión;
- mediante una conexión atornillada a través de orificios pasantes ubicados en la parte inferior del marco.
La estructura de soporte debe estar fabricada con materiales resistentes a la corrosión. Independientemente del método de instalación, no se pueden realizar cambios ni perforar agujeros adicionales en la estructura de los paneles por cuenta propia.
La tarea del propietario es mantener los paneles limpios. La acumulación de polvo, nieve y excrementos de aves en la superficie reduce la cantidad de electricidad producida por el sistema en al menos un 10%.
Opciones de conexión de paneles solares
Las baterías solares constan de varios paneles individuales. Para aumentar los parámetros de salida del sistema, como potencia, voltaje y corriente, los elementos se conectan entre sí aplicando las leyes de la física.
La conexión de varios paneles entre sí se puede realizar utilizando uno de los tres esquemas de montaje de baterías solares:
- paralela;
- en serie;
- mixta.
El esquema paralelo implica la conexión de terminales del mismo nombre entre sí, donde los elementos tienen dos nodos comunes de convergencia de conductores y sus derivaciones.
El valor de la corriente máxima posible a la salida con un esquema en paralelo es directamente proporcional a la cantidad de elementos conectados. Los principios de cálculo de la cantidad se presentan en el artículo que recomendamos.
El esquema en serie implica la conexión de polos opuestos: el 'positivo' del primer panel al 'negativo' del segundo. El 'positivo' restante sin usar del segundo panel y el 'negativo' de la primera batería se conectan al controlador ubicado más adelante en el esquema.
Este tipo de conexión crea las condiciones para el flujo de corriente eléctrica, donde queda un único camino para la transmisión del portador de energía desde la fuente al consumidor.
El esquema serie-paralelo o mixto se utiliza con mayor frecuencia cuando es necesario conectar varios grupos de baterías. Mediante la aplicación de este esquema, se puede aumentar tanto el voltaje como la corriente a la salida.
Esta opción también es ventajosa en el sentido de que, en caso de falla de uno de los elementos estructurales del sistema, los otros circuitos de conexión continúan funcionando. Esto aumenta significativamente la confiabilidad de todo el sistema.
El principio de montaje del esquema combinado se basa en que los dispositivos dentro de cada grupo se conectan en paralelo. Y la conexión de todos los grupos en un solo circuito se realiza en serie.
Combinando diferentes tipos de conexiones, no será difícil ensamblar una batería con los parámetros necesarios. Lo principal es que el número de elementos conectados debe ser tal que el voltaje de trabajo aplicado a los acumuladores, teniendo en cuenta su caída en el circuito de carga, supere el voltaje de los propios acumuladores, y la corriente de carga de la batería al mismo tiempo asegure el valor necesario de la corriente de carga.
Diagrama de montaje del sistema de energía solar
La conexión de los paneles solares se realiza mediante el uso de cables de conexión incorporados con una sección de 4 mm2. Para este fin, lo más adecuado son los cables de cobre unipolar, cuyo revestimiento aislante es resistente a la radiación ultravioleta.
En caso de utilizar un cable cuyo aislamiento no sea resistente a los rayos UV, se recomienda realizar su instalación exterior en un tubo corrugado.
Independientemente del esquema seleccionado, antes de conectar los paneles solares es necesario verificar la corrección de la instalación eléctrica.
Al conectar los paneles, no se recomienda exceder los requisitos técnicos de corriente admisible y voltaje máximo de otros dispositivos. Es importante cumplir con los requisitos técnicos indicados por el fabricante del controlador de carga y del inversor.
El esquema estándar de montaje de la central solar más simple es el siguiente.
Para evitar dañar el controlador, al conectar los elementos del sistema es importante respetar el orden.
Los trabajos de montaje se realizan en varias etapas:
- La batería se conecta al controlador utilizando los conectores correspondientes y sin olvidar respetar la polaridad.
- Al controlador, a través de los conectores y respetando la misma polaridad, se conecta la batería solar.
- A los conectores del controlador se conecta una carga de 12 V.
- Si es necesario convertir el voltaje eléctrico de 12 a 220 V, se incluye un inversor en el circuito. Se conecta solo a la batería y nunca directamente al controlador.
- Al terminal libre del inversor se conectan los aparatos eléctricos diseñados para un voltaje de 220 V.
Una vez realizada la conexión, se debe verificar la polaridad y medir el voltaje de circuito abierto de los paneles. Si el valor difiere del valor nominal, la conexión se ha realizado incorrectamente.
En la etapa final, es necesario poner a tierra la batería solar. Para minimizar la probabilidad de un cortocircuito, se instalan fusibles en los puntos de conexión entre la batería, el inversor y el controlador.
La energía de las centrales solares encontrará aplicación en la alimentación de electrodomésticos de baja potencia y en la carga de baterías de dispositivos móviles:
A quienes deseen construir una batería solar por sí mismos les ayudará la información presentada en el siguiente artículo.
Conexión de elementos con diferentes orientaciones
Al aplicar un esquema de montaje en serie de paneles solares, para no reducir la eficiencia de funcionamiento de los dispositivos, todos los paneles del circuito común deben colocarse en el mismo ángulo y en el mismo plano.
Si los paneles se colocan en diferentes planos, esto puede llevar a que el panel más cercano o más iluminado funcione con mayor potencia que los que están un poco más lejos.
Esto significa que el panel cercano generará electricidad, parte de la cual se destinará a calentar los paneles lejanos. Y la razón radica en que la corriente fluye por el camino de menor resistencia. Para minimizar las pérdidas, es mejor utilizar un controlador independiente para cada panel.
Se puede resolver el problema también instalando diodos de bloqueo. Se colocan en el interior entre las placas. Gracias a esto, al entregar la máxima potencia, las placas no se sobrecalientan.
También es de gran importancia la caída de tensión en las conexiones y en los propios cables de la parte de baja tensión del sistema.
Como ejemplo, en un tramo de cable de un metro de sección 4 mm2 con una corriente de 80 A (tensión 12 V), los valores caen un 3,19%, lo que supone 30,6 W. Al usar conexiones retorcidas, la caída de tensión puede variar entre 0,1 y 0,3 V.
Combinación de energía solar con la red eléctrica
Al planear usar electricidad solar en paralelo con una red centralizada estacionaria establecida, el esquema de conexión se hace algo diferente. La razón principal de esta decisión es que el consumidor privado no tiene la posibilidad de «verter» el excedente de energía.
Y esto puede provocar fluctuaciones de tensión de hasta un segundo de duración.
Según el esquema anterior, la tensión del campo solar se dirige primero hacia la batería, y desde allí se transmite a la carga.
Al diseñar esta opción de instalación, se deben considerar dos tipos de carga:
- no respaldada – luz en la casa, electrodomésticos, etc.;
- respaldada – iluminación de emergencia, refrigerador, caldera eléctrica.
Tenga en cuenta: cuanto mayor sea la capacidad de la batería, más tiempo funcionarán los dispositivos eléctricos respaldados en modo autónomo.
Al elegir este método de generación de energía a la red, esté preparado para tener que tramitar un permiso en las redes eléctricas locales.
A pesar de que los inversores para paneles solares generan un voltaje cuya calidad a veces es superior a la de la red centralizada, las redes eléctricas locales no permiten que el contador eléctrico gire en sentido inverso.
Por esta razón, según el esquema, los inversores solares dejan de funcionar en el momento en que desaparece la tensión en la red. Y la carga respaldada comienza a alimentarse desde la batería.
Conclusiones y video útil sobre el tema
Los autores del video que se proporciona a continuación comparten su experiencia personal y analizan los matices de la instalación de paneles solares.
Video #1. Ejemplo de montaje e instalación de un sistema de fábrica:
Video #2. Cómo instalar correctamente los paneles:
No hay nada complicado en el proceso de conectar varios paneles con otros elementos del sistema. Pero para un artesano principiante, el proceso puede resultar difícil. Por lo tanto, si no se tiene experiencia en cálculos ni habilidades de instalación, es recomendable acudir a un especialista que posea los conocimientos necesarios.
¿Quiere contar cómo montó su propia central solar para una casa de campo o una casa rural? ¿Quizás conoce detalles del proceso no descritos en el artículo? Por favor, escriba comentarios en el bloque a continuación, haga preguntas, comparta su opinión y fotos sobre el tema del artículo.
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Estoy pensando en cambiar mi casa de la electricidad a paneles solares. Ya he instalado farolas solares en todo el terreno. Por supuesto, la instalación de paneles solares se la confiaré solo a un profesional, porque objetivamente sin experiencia no podré hacerlo todo con precisión. Dígame, si planeo convertir solo una parte de los electrodomésticos a energía solar y dejar otra parte con alimentación eléctrica, ¿es posible?
Oleg, su pregunta tiene respuesta en la sección “Combinación de energía solar y red estacionaria”. Precisamente la combinación permite aprovechar al máximo la energía de los paneles solares y usar electrodomésticos en cualquier momento, independientemente de las condiciones climáticas.
Solo no olvide las siguientes desventajas:
– La sombra sobre un monolito bloquea el funcionamiento de los demás conectados a él;
– Vida útil de las baterías de hasta 10 años;
– En días soleados no solo se produce la máxima generación de energía, sino también el calentamiento de los propios paneles (especialmente cuando no hay viento). Y el aumento de temperatura del panel en cada grado reduce el rendimiento en promedio un 0,5%;
– La acumulación de polvo en la superficie reduce el rendimiento del panel;
– Con el tiempo, el rendimiento del panel disminuye hasta un 0,8% anual (activamente en los primeros 2 años – hasta un 2%).
Teniendo hoy paneles con un rendimiento de hasta el 20% (máximo para los nuevos), la perspectiva de su uso es discutible en la mayoría de los casos, incluso en ausencia de redes eléctricas, un simple generador diésel sería una compra más útil.
Dígame cómo conectar paneles solares y un controlador MPPT de 12-24 V, 20 A. Los paneles tienen un voltaje de 32-40 V, 280 W. ¿Cómo debo conectar dos paneles – en serie o en paralelo?
En su caso, es mejor usar un esquema de conexión serie-paralelo, como se menciona en el artículo, léalo con más atención. Precisamente este esquema de conexión permite obtener en la salida un voltaje tal que sea posible el funcionamiento normal de los electrodomésticos.
Como ejemplo, puedo mostrar un esquema de conexión con un controlador de 80 A, pero para su caso también será relevante.
Al instalar todos los elementos, tenga cuidado, en particular siga todas las instrucciones. Por ejemplo, el inversor se conecta solo a la batería, no directamente al controlador, para evitar dañar el inversor. Después de montar el circuito, verifique la polaridad y mida la tensión en vacío, que debe coincidir con la especificada. Si difiere, el circuito está mal ensamblado.
La conexión en serie suma el voltaje. En cambio, la conexión en paralelo – suma el amperaje.
¡Vaya: el precio del panel desde 2000 €. ¿Y si se rompe? ¡Con 2000 € me alcanza para pagar la electricidad normal hasta el fin de mis días!
Sí, el precio no es bajo, pero en cuanto a que el panel solar se rompa, no debe preocuparse. No me extenderé explicando cómo y por qué los paneles solares actuales no temen los impactos mecánicos (golpes, caídas, flexiones). Solo diré que en su fabricación se utilizan tecnologías y procesos químicos especiales.
Si no lo cree, aquí tiene una prueba de choque “a la rusa”, como se dice https://www.youtube.com/watch?v=iBbdW7pxBTg Se ve que no hay ningún montaje de video – cualquier persona puede comprobar la resistencia del panel solar.
En cuanto al precio, cuantos más días soleados haya al año en las latitudes donde se planee la instalación de paneles solares, menor será su período de recuperación. Obviamente, adquirir estos paneles para los residentes de regiones del norte no es económicamente viable.