Sistemas PV Power Box

Los sistemas solares fotovoltaicos autónomos o SHS (Solar Home Systems), han sido utilizados desde principios de los años 80 en modelos de electrificación rural, en países en vías de desarrollo. Estos sistemas han tenido la siguiente evolución:

Generación 1: Los primeros sistemas solares fotovoltaicos autónomos que se instalaron para fines de electrificación rural incorporaban: Paneles Solares, reguladores de estado sólido, baterías automotrices y luminarias tipo tubo fluorescente con balasto de 12Vdc. Su aplicación cambió la vida de algunos pobladores de zonas remotas, por primera vez no tenían que depender de velas y candiles para iluminar sus noches. Pero ésta tecnología todavía tenía mucho por desarrollar, las baterías automotrices no eran las indicadas, y los reguladores de estado sólido no permitían entregar a la batería la cantidad de energía que requería y cuando la requería, dos situaciones que provocaron daños de baterías prematuramente, reemplazo antes del año de uso.

Generación 2: Los siguiente sistemas solares fotovoltaicos autónomos que se empezaron a instalar empezaron a utilizar equipos especialmente diseñados para este tipo de usos, ahora los SHS incorporaban: Paneles solares fotovoltaicos, reguladores de carga con tecnología PMW (modulación de pulso), baterías de ciclo profundo (fabricadas específicamente para sistemas solares fotovoltaicos autónomos), luminarias fluorescentes compactas en 12Vdc, y ahora se incorporaba el inversor de corriente que permitía a los usuarios conectar en equipos en corriente alterna.

Definitivamente los sistemas solares fotovoltaicos autónomos con la incorporación de éstas tecnologías, permitieron que las baterías pasen de durar máximo un año hasta entre 5 y 10 años dependiendo de la autonomía con la que se calcularon. Este avance en la capacidad del sistema solar fotovoltaico autónomo hizo que muchos gobiernos lancen en las décadas de los 90 y 2000, programas para electrificación rural masivos con uso de sistemas solares fotovoltaicos autónomos. Presentándose el nuevo gran problema, la sostenibilidad de estos proyectos. Los primeros proyectos masivos se entregaron en calidad de regalo a las poblaciones de zonas rurales que no tenían acceso a la red eléctrica, pero no se incorporó un proyecto de sostenibilidad que prevea el recambio de la batería, luminarias, una vez que cumplan su expectativa de vida útil, o se dañen por el mal uso del usuario.

Posteriormente a mediados de la primera década del siglo XXI, los proyectos de electrificación rural incorporaban proyectos de organización social que permitía a los usuarios cobrar por los servicios de mantenimiento y una porción para el recambio, pero en su mayoría estos proyectos han tenido muchos problemas, ya que las grandes distancias en que se encuentran y la complejidad de las instalación de sistemas solares fotovoltaicos autónomos hacían que la gente de las comunidades no estén en la capacidad de hacer cambios de baterías u otros equipos.

Generación 3: Los sistemas solares fotovoltaicos autónomos de primera y segunda generación que utilizan baterías de plomo ácido presentan los siguientes problemas:

• Son muy pesados lo que encarece el transporte, tanto en la etapa de provisión inicial como en la de recambio.
• La batería de tecnología plomo ácido es muy frágil, y para poder alcanzar la vida útil esperada requiere de condiciones ideales como:
  • El usuario no la puede descargar más de un 20% diario de su capacidad nominal.
  • La temperatura alta, que sobrepasa los 25ºC afecta drásticamente su vida útil.
• La tecnología de baterías de plomo ácido son prácticamente fijas, por lo que el usuario no las puede sacar desde donde están instaladas hasta un laboratorio para determinar las causas del daño.
• Cuando se hace el recambio de baterías de plomo ácido, el usuario normalmente no está capacitado para realizar esta tarea, y puede causar daños muy serios como inversión de polaridad, puentes mal puestos, no usar calibres de cables adecuados. Multiples factores que hacen que la batería se dañe inmediata o prematuramente y por ende el sistema solar fotovoltaico autónomo no funcione.
• El precio del plomo a nivel mundial tiene una escalada permanente.

La empresa Alemana Phocos, ha desarrollado en su división de investigación y desarrollo en la ciudad de ULM conjuntamente con la Universidad de la misma ciudad, una solución total con la incorporación de tecnologías de baterías de Litio Fosfato (LiFePO4), tomando en cuenta todos los problemas que actualmente tienen los sistemas solares fotovoltaicos autónomos o SHS.

Las batería tecnología Litio Fosfato (LiFePO4), que incorpora su propio sistema de regulación y monitoreo, se llama POWER BOX, es una solución que permite con paneles solares pequeños llevar energía suficiente para iluminaria y cargar equipos básicos en las zonas remotas que no tienen acceso al tendido eléctrico, a un costo 5 veces menor que el SHS tradicional, a la décima parte del peso, y sin requerir personal especializado en la instalación inicial o reemplazos.

Estos mini sistemas solares fotovoltaicos autónomo que incorporan tecnología de Litio Fosfato (LiFePO4) POWER BOX, buscan reemplazar a los sistemas tradicionales fotovoltaicos autónomo pequeños o SHS (Solar Home System), que utilizan baterías de ciclo profundo de tecnología plomo ácido, reduciendo su tamaño, peso y costo, sin bajar la calidad de sus prestaciones finales.

• Las baterías de Litio Fosfato (LiFePO4) que incorpora el POWER BOX, necesitan un sistema de monitoreo individual para cada celda, este sistema de monitoreo se llama BMS (Batteries Management Systems), y viene ya incorporado, de esta manera se garantiza una vida útil de la batería de tecnología Litio Fosfato (LiFePO4), de por lo menos 5 años, sin importar las condiciones de uso. Las baterías de Litio Fosfato (LiFePO4) necesitan tener un balance en la carga ya que son muy sensibles.
• Los mini sistemas solares fotovoltaicos autónomos POWER BOX vienen diseñados para que el panel se conecta directamente al Power Box (batería Litio Fosfato (LiFePO4), y desde el POWER BOX se conectan directamente los consumos en corriente continua como luminarias LED de 3 y 5W, computadoras portátiles, cargar celulares y hasta un inversor pequeño. El tipo de conexión no da lugar a fallos.
• Las baterías de ciclo profundo de tecnología plomo ácido tienen una expectativa de vida útil de máximo 1000 ciclos a un 50% de descarga, mientras que las baterías de tecnología Litio Fosfato (LiFePO4) llegan hasta 4000 ciclos en un 80% de descarga.
• Una batería de tecnología Litio Fosfato (LiFePO4), de capacidad de 4ah que pesa menos de 1Kg, es equivalente en energía entregada diariamente, a una batería de 65Ah@10 horas de tecnología plomo ácido que puede pesar 25kG.
• Las baterías de tecnología plomo ácido se las debe descargar diariamente un 20% de su capacidad nominal, las baterías de tecnología Litio Fosfato (LiFePO4) se las puede descargar hasta un 80% de su capacidad.
• El mini sistema solar fotovoltaico autónomo que incorpora un panel de 10Wp y un Power Box de 4Ah (batería Litio Fosfato (LiFePO4) + control) puede entregar hasta 50Wh/día.
• El mini sistema solar fotovoltaico autónomo que incorpora un panel de 30Wp y un Power Box de 7Ah (batería Litio Fosfato (LiFePO4) + control) puede entregar hasta 90Wh/día.
• Las baterías de tecnología Litio Fosfato (LiFePO4), presentan una capacidad entre 3 a 4 veces mayor que las baterías de plomo ácido de la mejor calidad en el mercado.
• Las baterías de tecnología Litio Fosfato (LiFePO4), son entre 3 a 4 veces más livianas que las baterías de plomo ácido tradicionales de la misma capacidad en AH. Pero hasta 10 veces menos que su equivalente en cantidad de energía entregada.
• Las baterías de tecnología Litio Fosfato (LiFePO4), son muy seguras para su uso y permiten ser transportadas por vía aérea sin requerir permisos especiales.

Los dos modelos de mini sistemas solares fotovoltaicos que utilizan la batería de tecnología Litio Fosfato (LiFePO4) POWER BOX, son muy ligeros para transportar, y no requieren de un gran conocimiento ni experiencia para su instalación, ya que incorporan conectores universales en cada uno de sus componentes. Son mini sistemas solares fotovoltaicos autónomos tipo plug and play.

El bajo costo, bajo peso y mayor expectativa de vida útil de los mini sistemas solares fotovoltaicos autónomo con baterías de tecnología Litio Fosfato (LiFePO4) POWER BOX, sumados a su mayor resistencia al abuso por parte de los usuarios, transforman a estos sistemas solares fotovoltaicos en el presente de le electrificación rural, ya que hacen viable totalmente planes masivos de electrificación, ya no requieren de complejos esquemas de sostenibilidad, ya que los usuarios ahora una vez que su POWER BOX cumpla su vida útil, fácilmente lo desconectan y pueden ir hasta la población más cercana para comprar uno nuevo y regresar a su casa y conectar el nuevo POWER BOX sin posibilidad de error o mala conexión.