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¿Pueden utilizarse paneles solares para alimentar un
sistema de seguridad? Aún incipiente, la energíasolar proporciona
casi el 10 % de la electricidad consumida en el mundo y ofrece
posibilidades de
implementación ilimitadas. Una de ellas es su aplicación para
alimentar un sistema de CCTV.
Tengo que instalar cámaras de se-guridad en un campo carente
de
tendido de red eléctrica. Por las dis-tancias es imposible
utilizar gruposelectrógenos, ya que se trata de un
potrero sin edificación. ¿Qué me acon-sejan? ¿Existe algún kit
con panelessolares? También quisiera monitorearvía internet esas
imágenes: a dos kiló-metros y medio del lugar hay
conexióninalámbrica, ¿podría poner un par deantenas y enlazar desde
la misma?Bienvenidas todas las sugerencias”. Así iniciaba José
Luis Sánchez, participantedel Foro Negocios de Seguridad, unode los
tantos mensajes de la red deprofesionales más activa del sector,
elcual motivó distintas respuestas y su-gerencias por parte de sus
colegas.
¿Es posible una instalación de estascaracterísticas? Antes de
abordar larespuesta ofrecida en la red por Se-bastián Díaz, veremos
de qué se trata,cuáles son los tipos y que aplicacionespueden darse
a un panel solar.
DEFINICIÓNUn panel solar o módulo solar es, bá-
sicamente, un dispositivo que capta laenergía de la radiación
solar para suaprovechamiento. El término “panelsolar” abarca a los
colectores, utilizados
generalmente para producir agua ca-liente doméstica mediante
energía solartérmica, y a los paneles fotovoltaicos,utilizados para
generar electricidad me-diante energía solar fotovoltaica.
Por lo general, los colectores solaresse utilizan para calentar
agua que puedeemplearse de manera doméstica (du-chas, lavar platos,
en sistemas de cale-facción por losa radiante o radiadores)y para
procesos industriales, lograndotemperaturas de agua (promedio) de50
°C en invierno y 80 °C en verano.
La segunda función es la más intere-
sante para la industria: los paneles solaresfotovoltaicos, los
cuales generan elec-tricidad a través del efecto
fotovoltaico,pariente cercano del efecto fotoeléctricoque le valió
a Albert Einstein el premio
“
Tecnología
Cámaras alimentadas con energía solar
Nobel. Este tipo de colectores se utilizan
tanto en parques solares de gran en-vergadura –de varios
megawatts– comoen instalaciones hogareñas: además desu ventaja en
el ahorro de costos deenergía, proporcionan estabilidad a
laelectricidad, evitando picos de tensiónque pueden dañar los
dispositivos co-nectados a la red.
En zonas rurales, donde no se tieneacceso a la red eléctrica,
los panelesfotovoltaicos son el sustituto ideal parael uso de
grupos electrógenos, que sefabrican de distintas potencias y
unaamplia variedad de calidades. Aunque
la instalación solar fotovoltaica resultarelativamente cara
comparada con lainversión que implican los grupos elec-trógenos,
luego es necesario alimen-tarlos diariamente de combustible, lo
cual resulta costoso e implica trasladarse
para obtenerlo.PANELES FOTOVOLTAICOSLos primeros paneles de este
tipo
aparecieron en la industria aeroespacialy se convirtieron en el
medio más con-fiable de suministrar energía eléctricaa un satélite
o a una sonda en lasórbitas interiores del Sistema Solar,gracias a
la mayor irradiación solar sinel impedimento de la atmósfera. En
elámbito terrestre, este tipo de energíase usa para alimentar
innumerablesaparatos autónomos, para abastecer
refugios o casas aisladas de la red eléc-trica y para producir
electricidad a granescala a través de redes de distribución.Entre
los años 2001 y 2012 se produjoun crecimiento exponencial de la
pro-
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Tecnología
ducción de energía fotovoltaica, du-plicándose aproximadamente
cada dosaños. Si esta tendencia continúa, podríacubrir el 10 % del
consumo energéticomundial en 2020.
Los paneles fotovoltaicos están for-mados por numerosas celdas
que con-
vierten luz en electricidad. Estas celdas(o células) dependen
del efecto foto-voltaico por el que la energía lumínicaproduce
cargas positivas y negativasen dos semiconductores próximos
dediferente tipo, lo cual crea un campoeléctrico capaz de generar
una corriente.Los materiales para celdas solares suelenser silicio
cristalino o arseniuro de galio.Los cristales de arseniuro de galio
se fa-brican especialmente para uso fotovol-taico, mientras que los
cristales de silicioestán disponibles en lingotes normali-
zados, más baratos, producidos princi-palmente para el consumo
de la industriamicroelectrónica. El silicio policristalinotiene una
menor eficacia de conversión,pero también menor costo. Las
estruc-turas para anclar los paneles solares songeneralmente de
aluminio con tornilleríade acero inoxidable, con lo que se
buscaasegurar una máxima ligereza y unamayor durabilidad en el
tiempo.
La potencia de un módulo solar semide en Wp (watt peak o
watt pico) o,más concretamente, en sus respectivosmúltiplos: kWp o
MWp. Se trata de la
potencia eléctrica generada en condi-ciones estándares para la
incidencia deluz. Por ejemplo, cuando se expone aluz solar directa,
una celda de silicio de6 centímetros de diámetro puede pro-ducir
una corriente de alrededor de 0,5A a 0,5 V (equivalente a un
promediode 90 W/m², en un campo de normal-mente 50-150 W/m²,
dependiendo delbrillo solar y la eficiencia de la celda).
APLICACIÓN EN CCTVComo establecimos al principio, la in-
quietud de un participante del ForoNegocios de Seguridad motivó
unaserie de consejos y recomendacionesde colegas, que dan como
posible lainstalación de un sistema de CCTV ali-mentado por energía
solar.
Como primera medida, para lograruna máxima eficiencia hay que
teneren cuenta ciertas cuestiones. Entre ellas:• Planos (o
coordenadas) con la distri-
bución de equipos y nodos a fin de lo-grar la mejor arquitectura
en el diseño.
• Tipo y consumo del equipamiento autilizar. “En este aspecto
conviene ser
muy cuidadosos al determinarlo: debetrabajarse para lograr el
objetivo conel menor consumo posible, ya queesto es directamente
proporcional ala infraestructura que se requerirá
luego para que opere eficientemente”,señaló Sebastián Díaz en
uno de losmensajes de este post.
•El cálculo de la potencia que se requierepara 24 horas de
operación continua(según los equipos y comunicaciónen cada punto ya
determinados) y la
cantidad de días a utilizar.• Incluir en el cálculo para cada
nodo,
además del equipo de video, el enlacepara transmitir, lo que su
suma wattsa la ecuación.
• La dimensión, según la informaciónrecabada, del resto del
equipamientonecesario para alimentar al sistema:panel (módulo
fotovoltaico), contro-lador, conversor y baterías.Hasta aquí las
generalidades. Lo que
sigue es el detalle ofrecido por Díazsobre cada uno de los
elementos a
utilizarse y las recomendaciones al mo-mento de
seleccionarlos.
CÓMO ELEGIREL INVERSOR APROPIADOPor razones comerciales, la
mayoría
de los inversores solo indican su po-tencia máxima en watts,
aunque sinindicar los watts continuos de consumoque soportan. Sin
embargo, conocerambos datos (los watts máximos y loscontinuos) es
clave para elegir el inversorapropiado según la necesidad.
Todos los aparatos eléctricos y elec-
trónicos tienen un consumo en el mo-mento de encender (consumo
máximo)y un consumo menor en funciona-miento (consumo continuo).
Por lo ge-neral, los aparatos consumen hastatres veces más al
encender y en motoresde alta (3.600 RPM), hasta seis vecesmás. Por
ejemplo, un motor eléctricoahorrador de energía que consume1.000 W
en funcionamiento, consumirá3.000 W en el momento de encender;una
TV de 200 W consumirá 600 W du-rante el encendido.
Todos los aparatos tienen indicadosu consumo y su voltaje de
funciona-miento, normalmente en la parte trasera.Algunos indican su
consumo en wattscon una W, que es lo mismo; el voltajese indica
también con una V. Otrosaparatos indican su consumo en am-peres o
A, el cual hay que convertir awatts mediante la multiplicación
deamperes por volts.
Volviendo a los ejemplos anteriores:• Si una TV indica un
consumo en 1,3 A
a 220 V, al multiplicar 1,3 x 220 obte-nemos como resultado un
consumo
de 286 W continuos y 858 W máximosal encenderla.
• Un refrigerador ahorrador de energíaque indica consumo de 3,2
A a 220 V,significa que tiene un consumo con-
tinuo de 704 W y 2.112 W de máximoen el momento de encendido.Por
esto es que, al elegir el inversor,
debe tomarse en cuenta la suma delos watts de todos los aparatos
que seconectarán a la red.
Por ejemplo, si una red eléctrica tieneconectados un
refrigerador ahorrador
de energía de 704 W continuos, unaTV de 286 W, cinco focos
ahorradoresde energía de 24 W y un ventilador de60 W, la suma de
todos los elementosresulta en un consumo total de 1.170 Wcontinuos
(que se transformarán, en elmomento del encendido, en 3.510
Wmáximos). Con esta planificación dedispositivos un inversor de
3.600 W má-ximos y 1.200 W continuos es una ex-celente
elección.
Como recomendación final: es pre-ferible comprar un inversor con
salida
regulada para proteger los aparatosconectados a la red.
CÓMO ELEGIR PANELES SOLARESLos paneles solares, para que
pro-
duzcan todos los watts nominales, de-ben recibir los rayos
solares perpendi-cularmente, lo cual ocurre de maneramuy acotada.
Por esta razón, los wattsdeben calcularse haciendo un promediode
las horas efectivas de sol: para estecaso, tomaremos un valor de 5
horas.
Primero sumaremos el consumo decada uno de nuestros aparatos
eléctri-
cos. Volvemos a un ejemplo similar aldel ítem anterior: un
refrigerador aho-rrador de energía, 704 W continuos,una TV, 286 W,
dos focos ahorradoresde energía de 24 W y un ventilador de
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60 W darán un consumo total de con-sumo total 1098 W por hora
(704 +286 + 24 + 24 + 60 = 1.098 W). Luego,debemos multiplicar
estos 1.098 Wcontinuos por el tiempo en que vayana estar en uso,
por ejemplo 24 horas aldía. Entonces, multiplicando 1.098 x
24 obtenemos que el consumo conti-nuo de watts por día será de
26.352 W.
Finalmente, estos 26.352 W de con-sumo diario debemos dividirlos
porlas horas de sol efectivas (5 horas), loque nos dará 5.275 W.
Este es el númerode watts que deberá generar por horael sistema de
paneles solares.
NdR: Utilizando el cálculo promedio derendimiento de cada célula
solar, expli-cado anteriormente, podrá tenerse unaidea aproximada
de los metros cuadrados
de paneles solares necesarios para lograr la potencia
requerida en el ejemplo.
CÓMO ELEGIRY CALCULAR LAS BATERÍASBasándonos en el consumo
estimado
del ejemplo anterior, haremos ahoraun cálculo que nos indicará
qué tipode baterías son necesarias para ali-mentar el circuito de
12 V.
Partimos de una red que cuenta conlos mismos elementos que en el
ejem-plo anterior, por lo que el un consumodiario sigue siendo de
26.352 W conti-nuos. El siguiente paso es dividir esos26.352 W de
consumo entre los 12 Vde la batería para convertirlo en amperes
(26.352 / 12 = 2.196 A). Entonces, obten-dremos como resultado
que, para sos-tener el consumo, necesitamos 2.196 Ade capacidad en
baterías.
Como consejo, es conveniente duplicarlos amperes de las baterías
para noforzarlas ni dañarlas. En este caso, 2.196x 2 = 4.392 A. Si
tenemos baterías concapacidad de entregar de 100 A porhora, debemos
conectar 10 en paralelopara tener 12 V / 1.000 A. También sepueden
configurar en 24 V, 48 V y más,según el inversor.
INSTALACIÓN EXITOSALuego de la teoría expuesta por Sebastián
Díaz, citaremos un ejemplo de instalaciónexitosa de un sistema
de CCTV alimentadoa energía solar implementada por JuanCarlos
Sanch, también posteado en elForo Negocios de Seguridad.
“Lo primero que hay que conocer esde cuánto será el consumo en
watts
de la instalación, lo cual dependerá dela cantidad de equipos
que vayan autilizarse: cámaras, radio y switches, yaque todo suma”,
explicó Sanch, quienluego dio un ejemplo concreto conequipos
instalados.
Cálculo de consumo• Cámara Hikvision DS-2CD2632F-ISNS
3 Mpx: 5,5 W de consumo (7,5 W conlos infrarrojos
encendidos).
• Switch Cisco SF-100D: 0,5 W.• Radio Microtik: 8 W.• Consumo
total: 7,5 + 0,5 + 8 = 16 W
(con previsión de sumar una cámarade tipo PTZ de 30 W).
• Se calculó un consumo de 50 W porhora (1.200 W por día).
Equipos de alimentación
Dividiendo por los 24 V de las baterías,se calculó el consumo en
50 A. Por lotanto, se debe utilizar:• Un panel de 250 W / 24 V.• Un
controlador de carga.• Un inversor 24 V a 110 V.• Dos baterías de
ciclo profundo de
100 amperios y 12 V en serie.Como resultado, la autonomía del
sis-
tema de CCTV será de dos días sin sol.
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