En muchas regiones de África o zonas con suministro eléctrico inestable, los sistemas de generación solar aislados ofrecen a los usuarios soluciones energéticas limpias, estables y fiables. Este sistema consta de paneles solares, baterías solares, inversores solares y cuadros de distribución. Genera electricidad mediante energía solar durante el día y carga la batería simultáneamente. Por la noche o durante cortes de electricidad, se alimenta de las baterías solares y no depende de la red eléctrica nacional. El sistema se caracteriza por su alimentación independiente, funcionamiento silencioso, cero consumo de combustible y cero emisiones, lo que lo hace especialmente adecuado para su uso en entornos como aldeas, granjas, escuelas, clínicas y bombas de agua. Es fácil de instalar y tiene bajos costes de mantenimiento. Incluso en zonas donde no hay electricistas profesionales, se puede implementar rápidamente, ayudando a los usuarios a lograr la autosuficiencia energética y a mejorar la calidad de vida y la eficiencia productiva.
A continuación, se presenta el plan de diseño detallado del sistema de generación solar aislado de 5 kW, elaborado por Brovolt Tech Company Limited para el cliente, que abarca la selección de paneles solares, baterías solares, configuración del sistema y diseño de la instalación. Es adecuado para familias, áreas remotas o situaciones de emergencia.
Cálculo de la demanda del cliente:
| Artículo | Fuerza | Tiempo | Energía |
| Refrigerador | 200W | 24h | 4.8kWh |
| Acondicionador de aire | 1500W | 3h | 4.5kWh |
| Iluminación+TV | 3kWh | ||
| Total | 12.3kWh | ||
Refrigerador de 200 W: 24 x 200 W = 4,8 kWh/día.
Aire acondicionado de 1500 W: 3 x 1,5 kW = 4,5 kWh/día.
Iluminación + TV: 3 kWh/día.
Demanda total: 12,3 kWh/día.
El cliente solicita suministro eléctrico durante tres días en caso de lluvia. Necesita almacenar 45 kWh (considerando la profundidad de descarga, con baterías de litio calculadas al 95 %, se requiere una capacidad total de 48 kWh).
La potencia máxima es de aproximadamente 2000 W, calculada en función de la potencia de los electrodomésticos del cliente. La mayoría de los electrodomésticos del cliente son cargas inductivas. La carga inductiva tendrá una corriente de impacto de 2 a 3 veces la corriente de arranque.
2. Selección y configuración de los módulos fotovoltaicos
2.1 Paneles solares
- Tipo: Silicio monocristalino (eficiencia ≥24 %, buen rendimiento en condiciones de poca luz).
Potencia total: 5 kW (actualmente sobreconfigurada a 6 kW para soportar días de lluvia y pérdidas).
- Cantidad: 12 unidades de 500 W cada una (cada unidad mide aproximadamente 2,2 m × 1,1 m).
Potencia máxima (Pmáx/W): 600 W
Tensión de circuito abierto (Voc/V): 52,81 V
Corriente de cortocircuito (Isc/A): 44,66 A
Tensión de pico de potencia (Vmp/V): 13,44 V
Corriente de pico de potencia (Imp/A): 23,2 %
Cálculo de generación de energía real: 6000 W*4 h*0,85 = 20,4 kWh
- Diseño del ángulo de inclinación: Ajustar según la latitud local (por ejemplo, en zonas con una latitud sur de 30°, el ángulo de inclinación es de 30° a 35°).
Método de diseño
- Techo plano: Ahorra espacio y debe fijarse para protegerse del viento.
- Soporte de suelo: Ángulo ajustable que mejora la eficiencia de generación de energía.
2.2 Inversor aislado
- Potencia nominal: 5 kW (Seleccione un inversor de frecuencia de potencia resistente a cargas de choque, como el arranque del motor). - La potencia máxima es de 10 kW, lo que permite satisfacer la demanda de energía al iniciar la carga inductiva.
- Tipo de batería: Baterías solares de iones de litio de 48 V o baterías de plomo-ácido.
- Salida: 230 V CA ± 5 % a 50/60 Hz, onda sinusoidal pura.
- Rango de voltaje de funcionamiento MPPT: 120VDC ~ 450VDC.
- Voltaje máximo de entrada: 500 VDC.
- THDi < 3 %.
- Potencia máxima de entrada fotovoltaica: 6000 W.
- Admite carga en bypass desde la red eléctrica o un generador.
- Tiempo de conmutación < 20 ms en caso de corte de suministro.
Recomendamos las baterías para inversor solar Brovolt de 51,2 V 314 Ah. 16 kWh × 3 = 48 kWh, con un costo aproximado de 2400 USD.
- Gestión inteligente: BMS integrado que ofrece protección multinivel, incluyendo sobrecarga, sobredescarga y sobrecalentamiento, lo que mejora la fiabilidad del sistema.
- Expansión en paralelo: Admite el uso en paralelo, con 16 unidades en paralelo para una fácil expansión. Permite escalar la capacidad hasta 225 kWh.
- Compatibilidad: Compatible con la mayoría de los inversores.
- Tipo: Batería de fosfato de hierro y litio, baterías LiFePO4, baterías LFP, baterías de iones de litio.
- Características: Su vida útil puede alcanzar hasta 6000 veces, superando ampliamente la de las baterías de plomo-ácido. La garantía supera los cinco años.
Es ideal para usos prolongados y de alta frecuencia, satisfaciendo las necesidades de arranque de equipos de alta potencia, como aires acondicionados y bombas de agua. Presenta una baja tasa de autodescarga y un buen rendimiento de almacenamiento a largo plazo.
| Parámetros | |
| Modelo | BP48300 |
| Voltaje nominal | 51.2V |
| Capacidad | 314Ah |
| Energía | 16.076kWh |
| Corriente máxima de descarga | 200A |
| Voltaje de operación | 44.8V-57.6V |
| Ciclo de vida | 6000 veces |
| Diseño de vida | >10 años |
4. Soporte solar y materiales auxiliares
- Soportes solares: Fabricados en acero galvanizado en caliente (ángulo ajustable).
- Cables: Líneas de CC dedicadas para sistemas fotovoltaicos (4 mm² a 6 mm²), cables con núcleo de cobre para líneas de CA.
- Caja de distribución: Incluye interruptores automáticos de CC, SPD, fusibles, RCD y MCB.
5. Instalación de los paneles fotovoltaicos
5.1 Instalación en tejado:
- Tejado plano: Utilizar soportes inclinados, dejando 0,5 metros de canales de disipación de calor a intervalos.
- Tejado inclinado: Fijación directa; requiere tratamiento impermeabilizante.
5.2 Instalación en el suelo:
- Cimentación de hormigón + soportes ajustables, evitando sombras.
La altura desde el suelo no debe ser inferior a 0,5 metros (para evitar la acumulación de agua).
6. Disposición de las salas de equipos
- Baterías solares e inversor: Instalar en una sala independiente, seca y bien ventilada (evitar altas temperaturas y humedad). - Tendido de cables: Las líneas de CC y CA se instalan por separado para reducir las interferencias.
- Conexión a tierra para protección contra rayos:
La resistencia de la conexión a tierra de los soportes solares es ≤4 Ω.
La caja de distribución está equipada con un módulo secundario de protección contra rayos.
7. Operación, mantenimiento y gestión de fallos
7.1. Mantenimiento diario
Limpie los paneles fotovoltaicos mensualmente (aumente la frecuencia en zonas con arena y polvo).
Compruebe si los bloques de terminales están sueltos.
7.2. Mantenimiento de la batería
- Batería de litio: Supervise el estado de carga y descarga mediante el BMS.
7.3. Fallos comunes
- Sobrecarga del inversor: Reduzca el uso simultáneo de aparatos de alta potencia.
- Disminución de la eficiencia de los paneles fotovoltaicos: Compruebe si hay obstrucciones o envejecimiento.
8. Resumen del plan
Gracias a esta solución, el sistema aislado de 5 kW puede lograr un suministro eléctrico estable, con una generación diaria promedio que cubre la demanda doméstica. Además, ofrece escalabilidad y alta confiabilidad. En el diseño actual, el ángulo de inclinación y la capacidad deben optimizarse aún más en combinación con los datos de iluminación locales (se puede utilizar la base de datos SSE de la NASA).
