Evaluación del consumo y dimensionamiento del sistema solar fotovoltaico

1) Levantamiento de datos de consumo: qué buscar y por qué

El dimensionamiento de un sistema fotovoltaico (FV) parte de una idea simple: la energía que quieres cubrir (kWh) debe “calzar” con la energía que el sistema puede producir en tu ubicación, descontando pérdidas reales. Para lograrlo, primero se levantan datos de consumo desde dos fuentes: (1) facturas eléctricas (histórico) y (2) mediciones en sitio (perfil horario y potencias reales).

1.1 Datos desde facturas eléctricas (mínimo 12 meses)

Las facturas permiten estimar estacionalidad (verano/invierno), detectar meses pico y validar si el consumo es estable o variable. Reúne idealmente 12 facturas (mínimo 6) y extrae:

• Consumo mensual (kWh): energía total del periodo.
• Días facturados: para convertir a kWh/día.
• Potencia contratada / demanda máxima (según el país/tarifa): útil para entender límites y posibles penalizaciones.
• Tarifa y periodos horarios (si aplica): punta/valle, cargos por demanda, etc.
• Observaciones: cambios de tarifa, ampliaciones, incorporación de equipos (A/A, bombas, hornos, cargador EV).

Conversión rápida: si una factura indica 900 kWh en 30 días, entonces el promedio es 900/30 = 30 kWh/día. Este valor es un punto de partida, pero no sustituye el perfil horario.

1.2 Datos desde mediciones (perfil horario y potencias reales)

Las mediciones responden preguntas que la factura no puede: ¿a qué hora se consume?, ¿cuál es la potencia simultánea?, ¿qué cargas dominan?, ¿cuánto consumo hay cuando no hay nadie? Esto es clave para definir autoconsumo y evitar sobredimensionar.

• Medición en tablero (pinza amperimétrica/analizador de redes): potencia activa (kW), energía (kWh), factor de potencia, corrientes por fase, picos.
• Medición por circuito (submedidores): HVAC, bombas, cocina, iluminación, TI, etc.
• Medición por equipo (enchufes medidores): refrigeración, servidores, equipos de oficina, etc.

Recomendación práctica: registra al menos 7 días (ideal 14–30) con resolución de 5–15 minutos. Si hay estacionalidad fuerte (climatización), mide en el periodo representativo o complementa con datos del BMS/termostatos.

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2) Identificación de cargas críticas y hábitos de uso

2.1 Cargas críticas

Una carga crítica es aquella que se desea mantener operativa ante cortes o variaciones (si el proyecto contempla respaldo) o que es prioritaria para el negocio/hogar. Aunque este capítulo se centra en FV conectado a red, identificar cargas críticas ayuda a:

• Priorizar consumos diurnos para maximizar autoconsumo.
• Detectar consumos “imprescindibles” que no se pueden desplazar.
• Preparar el proyecto si luego se añade almacenamiento.

Ejemplos típicos: refrigeración, bombas de agua, sistemas de seguridad, TI/routers, iluminación mínima, equipos médicos, servidores, caja/TPV.

2.2 Hábitos de uso y desplazamiento de carga

El autoconsumo depende de cuánto consumo ocurre mientras el FV produce (horas solares). Levanta hábitos con entrevista y verificación:

• Horarios de ocupación: casa (mañana/tarde), comercio (9–18), industria (turnos).
• Equipos con flexibilidad: lavadoras, bombas, calentadores, carga de EV, riego.
• Consumo base (standby): equipos siempre encendidos; suele ser el “mínimo” que el FV puede cubrir casi todos los días.

Regla útil: si el consumo base diurno es alto y estable, puedes dimensionar más potencia FV sin exportar demasiado. Si el consumo es mayormente nocturno, el FV cubrirá menos sin almacenamiento y el objetivo debe ajustarse.

3) Método para estimar la energía objetivo (diaria/mensual)

3.1 Definir el objetivo de cobertura

Antes de convertir kWh a kWp, define qué parte del consumo quieres cubrir y bajo qué criterio:

• Cobertura anual (%): porcentaje de la energía anual consumida que se desea generar con FV.
• Autoconsumo (%): porcentaje de la energía FV que se consumirá instantáneamente (sin exportar).
• Limitación por normativa/contrato: tope de potencia, tope de inyección, esquema de compensación.

En sistemas conectados a red, es común separar dos metas: energía FV anual (kWh/año) y autoconsumo (kWh/año consumidos en sitio). Un sistema puede generar mucho, pero si el perfil no acompaña, exportará más.

3.2 Cálculo base desde facturas

Con 12 meses, calcula:

• Energía anual: suma de kWh.
• Promedio diario anual: E_anual/365.
• Mes pico y mes valle: para entender variación.

Ejemplo: si el consumo anual es 10.950 kWh, entonces el promedio diario anual es 10.950/365 ≈ 30 kWh/día.

3.3 Ajustes por cambios futuros y eficiencia

Antes de dimensionar, ajusta la energía objetivo considerando:

• Crecimiento: nuevos equipos, ampliación, aumento de ocupación.
• Electrificación: cocina eléctrica, bomba de calor, EV.
• Medidas de eficiencia: LED, mejoras HVAC, control de horarios.

Define un margen de crecimiento (por ejemplo 10–30%) o planifica un diseño escalable (espacio en cubierta, inversor sobredimensionado o preparado para ampliación).

4) De energía (kWh) a potencia FV requerida (kWp)

4.1 Conceptos clave: irradiación, HSP y PR

Para traducir energía objetivo a potencia FV, se usa una aproximación práctica:

• HSP (Horas Sol Pico): equivalente diario de irradiación a 1.000 W/m². Se expresa en kWh/m²/día y se interpreta como “horas” a potencia pico.
• PR (Performance Ratio): factor global (0–1) que agrupa pérdidas del sistema (temperatura, suciedad, sombras, cableado, inversor, desajustes, degradación inicial si se incluye, etc.).

Relación básica:

E_diaria_objetivo (kWh/día) ≈ P_FV (kWp) × HSP (h/día) × PR

Despejando potencia:

P_FV (kWp) ≈ E_diaria_objetivo / (HSP × PR)

4.2 Estimación del PR a partir de pérdidas

Una forma didáctica es construir el PR multiplicando factores de pérdida (o restando porcentajes de manera aproximada). Ejemplo de pérdidas típicas (orientativas; deben validarse por sitio):

• Temperatura: 4–10% (más en climas cálidos y cubiertas poco ventiladas).
• Suciedad: 2–8% (depende de polvo, lluvia, inclinación, mantenimiento).
• Sombras: 0–20% (muy variable; si hay sombras parciales recurrentes, requiere análisis específico).
• Cableado DC/AC: 1–3%.
• Inversor: 2–4%.
• Desajustes/mismatch: 1–2%.

Ejemplo de PR: si estimas pérdidas totales cercanas a 18%, entonces PR ≈ 0,82. En proyectos bien ejecutados sin sombras relevantes, un PR típico puede estar alrededor de 0,80–0,88.

4.3 Ejemplo completo de dimensionamiento energético

Datos: consumo promedio 30 kWh/día. Se desea cubrir 70% de la energía anual con FV. HSP promedio del sitio: 5,0 h/día. PR estimado: 0,82.

• Energía diaria objetivo: 30 × 0,70 = 21 kWh/día
• Potencia FV requerida: P ≈ 21 / (5,0 × 0,82) = 21 / 4,10 ≈ 5,12 kWp

Interpretación: un sistema cercano a 5,1 kWp debería generar, en promedio anual, la energía objetivo. Luego se valida contra meses críticos (baja irradiación) y contra el perfil horario para estimar autoconsumo vs exportación.

4.4 Validación mensual (para estacionalidad)

Si dispones de HSP mensual o producción específica mensual (kWh/kWp), valida con una tabla por mes:

• Mes con menor irradiación: comprueba si la producción cae y si el objetivo de cobertura sigue siendo razonable.
• Mes con mayor irradiación: revisa si habrá exceso de exportación (si existe limitación de inyección o baja compensación).

Una aproximación rápida es usar producción específica del sitio: kWh/kWp/mes. Entonces:

E_FV_mes ≈ P_FV (kWp) × Prod_específica_mes (kWh/kWp/mes)

5) Criterios para definir autoconsumo, cobertura y margen de crecimiento

5.1 Autoconsumo vs cobertura: cómo decidir

Dos proyectos con la misma potencia FV pueden tener resultados económicos distintos según el perfil horario y la compensación por excedentes. Criterios prácticos:

• Si la compensación por excedentes es baja: prioriza autoconsumo (dimensiona más cerca del consumo diurno/base).
• Si la compensación es alta o hay neteo favorable: puedes buscar mayor cobertura anual.
• Si hay límite de inyección: dimensiona para no superar el límite en horas pico (o considera control de exportación).

Indicador rápido: compara la potencia FV estimada con la potencia mínima diurna del sitio. Si P_FV supera con frecuencia el consumo diurno, aumentará la exportación.

5.2 Margen de crecimiento y escalabilidad

Define explícitamente un margen:

• Margen energético: aumentar el objetivo de kWh (por ejemplo +15%).
• Margen físico: reservar espacio en cubierta y canalizaciones.
• Margen eléctrico: prever capacidad en tablero, protecciones y canalizaciones.

Ejemplo: si el cálculo da 5,1 kWp y se prevé crecimiento del 20%, potencia objetivo: 5,1 × 1,20 ≈ 6,1 kWp, siempre validando límites de red, espacio y perfil horario.

6) Guía práctica paso a paso (procedimiento de campo y gabinete)

Paso 1: Recolección documental

• Solicita 12 facturas (o reporte del comercializador).
• Registra tarifa, periodos horarios, potencia contratada/demanda.
• Identifica cambios recientes (equipos nuevos, ampliación).

Paso 2: Entrevista de hábitos y cargas

• Horarios de ocupación y operación.
• Listado de equipos principales (potencia nominal, horas de uso).
• Cargas críticas y cargas desplazables.

Paso 3: Medición del perfil horario

• Instala analizador o submedición por circuitos.
• Registra 7–30 días con intervalos de 5–15 min.
• Obtén: consumo base, picos, consumo diurno vs nocturno.

Paso 4: Definición de objetivo

• Define cobertura anual deseada (%).
• Define objetivo de autoconsumo (si aplica) y restricciones de exportación.
• Define margen de crecimiento.

Paso 5: Estimación de HSP/producción específica del sitio

• Usa el valor de irradiación/HSP del punto del proyecto (promedio anual y, si es posible, mensual).
• Selecciona un PR inicial según condiciones (sombras, suciedad, temperatura).

Paso 6: Cálculo de potencia FV (kWp) y validación

• Calcula P_FV ≈ E_objetivo / (HSP × PR).
• Valida contra meses de baja irradiación.
• Contrasta con perfil horario para estimar autoconsumo y excedentes.

7) Tablas y checklists para capturar datos (cliente y sitio)

7.1 Tabla de facturas (histórico)

7.2 Checklist de medición y perfil horario

• ¿Se midió potencia activa (kW) y energía (kWh)?
• Intervalo de registro: ☐ 5 min ☐ 10 min ☐ 15 min
• Duración: ☐ 7 días ☐ 14 días ☐ 30 días
• ¿Se identificó consumo base (mínimo nocturno y diurno)? ☐ Sí ☐ No
• ¿Se registraron picos y su causa (equipo/proceso)? ☐ Sí ☐ No
• ¿Hay diferencias por día de semana? ☐ Sí ☐ No
• ¿Se midió por circuitos críticos (HVAC, bombas, TI)? ☐ Sí ☐ No

7.3 Inventario de cargas (para estimación por equipos)

7.4 Plantilla para pérdidas y PR

7.5 Hoja de dimensionamiento rápido