Instalación solar de 12 V para autocaravana, camper o cabaña: cálculo, componentes y conexiones

Cómo se compone una instalación de 12 V

Toda instalación aislada de 12 V lleva unas pocas piezas, siempre las mismas. Las placas y el alternador cargan una batería, cada uno con su propio cargador; todo lo que usas tira de la batería, directamente a 12 V o a través de un inversor; y cada cable que sale de la batería lleva su fusible.

Los componentes del ejemplo; cada sección de abajo explica cómo se dimensionó.

Se empieza por el balance de energía

Todo se dimensiona a partir de un único número: los vatios hora (Wh) que gastas en un día, es decir, la potencia de cada carga por las horas que funciona. Una nevera de compresor no está siempre en marcha, así que cuenta su consumo medio a lo largo del día, no la cifra de la etiqueta; con calor sube bastante. Un medidor de potencia de continua, o el monitor de batería que verás más abajo, te dice lo que gastan de verdad tus aparatos.

La nevera, la bomba y el móvil son los valores predefinidos de la calculadora solar aislada; cambia cada línea por los tuyos.

El portátil se carga con un cargador USB-C de 12 V y no a través del inversor: como verás en la sección del inversor, solo eso ahorra más energía de la que gastan juntas las luces y la bomba.

La calculadora solar aislada con estas seis cargas, 1,5 días de autonomía, 4 horas de sol pico y placas de 200 W: las cifras de esta guía.Abrir el ejemplo en la calculadora

Dimensionar la batería

La batería tiene que cubrir los días sin sol que quieras aguantar, usando solo la parte de su capacidad que puede dar sin estropearse. En una furgo que además carga en marcha bastan uno o dos días; una cabaña que se usa todo el año suele pedir dos o tres. Con 633 Wh al día, 1,5 días y una LiFePO4 utilizable al 80 %, la calculadora pide 1,2 kWh, es decir, 99 Ah a 12 V: una batería LiFePO4 de 100 Ah.

¿LiFePO4 o AGM?

• La LiFePO4 entrega el 80 % o más de su capacidad durante miles de ciclos y pesa mucho menos. El mismo ejemplo con una AGM, utilizable al 50 % y con un rendimiento de carga del 85 %, necesita unos 158 Ah. Nuestra comparativa LiFePO4 frente a AGM entra en detalle.
• La AGM cuesta menos al comprarla y se puede cargar bajo cero; dura mucho más si rara vez baja de media carga.
• El frío. Las celdas de litio no se deben cargar bajo cero: el manual de los reguladores de Victron advierte de que las baterías de litio pueden dañarse si se cargan por debajo de 5 °C, y su propia batería Lithium NG solo admite carga entre +5 y +50 °C. Descargarlas con frío no es problema. Si tu batería va a estar expuesta a heladas, elige una con protección contra la carga a baja temperatura o con calefacción integrada.

De la página de producto o la hoja de datos de cada fabricante. Las baterías Victron Lithium Smart y Lithium NG necesitan un BMS externo: no las compres sin él. En cualquier batería, comprueba la corriente del BMS frente a tu mayor consumo (un inversor puede pedir 100 A), las tensiones de carga y la protección contra el frío.

Para saber la carga por la tensión, usa nuestra tabla de tensión de la LiFePO4 de 12 V, pero no esperes mucho: en reposo, una LiFePO4 de 12 V marca entre unos 12,8 y 13,4 V desde el 20 hasta el 90 % de carga. Por eso merece la pena un monitor de batería.

Placas y horas de sol pico

Las horas de sol pico son la energía solar del día sobre la placa, en kWh/m², expresada en horas de sol pleno a 1000 W/m². Dependen de la estación, la latitud y la inclinación de la placa, y pesan más que cualquier otro dato. Como recuerda nuestra calculadora solar aislada, en invierno pueden bajar de 2 horas en el centro y el norte de Europa, mientras que en verano suelen llegar a 5 o 6.

• Dimensiona para el peor mes que quieras cubrir. Una furgo que se usa de mayo a septiembre se fija en el más flojo de esos meses; una cabaña que se usa todo el año, en diciembre.
• En horizontal o inclinadas. Las placas en horizontal sobre el techo de una furgo captan en invierno mucho menos que las inclinadas hacia el sol en una cabaña. En los meses fríos, una inclinación fuerte (igual a la latitud o más) además hace que la nieve resbale.
• Busca el dato de tu zona. En PVGIS abre los datos mensuales, elige el lugar y marca la irradiación horizontal para un techo plano, o la irradiación con la inclinación de tus placas para una cabaña; divide los kWh/m² de cada mes entre sus días.

Para nuestra furgo calculamos con 4 horas de sol pico: compruébalo en los meses en que viajas. La calculadora pide entonces al menos 274 W, contando un 20 % de pérdidas, el 95 % del regulador y un 25 % de margen para recargar tras los días nublados. Dos placas de 200 W dan 400 W, que en un día así captan unos 1,2 kWh y vuelven a llenar la batería unos 1,8 días después de un día y medio sin sol. Con 1,5 horas, un techo plano en invierno, las mismas cargas pedirían 800 W (míralo): más de lo que cabe en el techo de una furgo, y por eso en los vehículos también se carga desde el alternador.

Serie o paralelo, y sombras

• En serie las tensiones se suman y la corriente es la de una placa: cable más fino desde el techo y la tensión que les gusta a los reguladores MPPT. Pero la sombra en una placa hunde toda la cadena, y solo la suavizan los diodos de bypass de las placas.
• En paralelo se suman las corrientes: cada placa trabaja por su cuenta, lo que va mejor en techos donde una claraboya, una baca o un árbol dan sombra a una placa. El cable lleva el doble de corriente.
• Fusibles en paralelo. La hoja de datos de cada placa da la corriente máxima del fusible en serie: 20 A en la Renogy RSP200D, cuya corriente de cortocircuito es 11,05 A. Con dos en paralelo, una placa averiada solo puede recibir la corriente de la otra, menos de 20 A; con tres puede recibir 22,1 A, así que cada placa necesita su fusible.

De las hojas de datos de los fabricantes. En cualquier placa, comprueba Voc, Isc, el coeficiente de temperatura de la Voc y el fusible máximo en serie, y mide el techo antes de comprar.

MPPT o PWM, y cómo dimensionar el regulador

Un regulador PWM conecta la placa directamente a la batería, así que una placa pensada para unos 18 V trabaja cerca de los 13 V de la batería y pierde hasta casi una cuarta parte de su potencia. Un MPPT baja esa tensión más alta a la de la batería y conserva casi toda la potencia. El PWM vale para una placa pequeña; en una instalación como la nuestra, el MPPT se amortiza.

La corriente

La calculadora divide los 400 W de las placas entre 12 V, 33,3 A, y redondea a un regulador de 40 A. En la práctica la batería se carga a 13 V o más, así que 400 W dan como mucho unos 31 A: vale un regulador especificado al menos para esa corriente y para 400 W a 12 V. Las hojas de datos de Victron dicen que, si conectas más potencia fotovoltaica, el regulador limita la potencia de entrada, así que uno algo más pequeño solo recorta las horas de más sol.

La tensión: la comprobación en frío

La tensión en circuito abierto (Voc) de una placa sube con el frío, y es máxima en un amanecer helado, antes de que la carga la baje. Dos RSP200D en serie dan 46 V a 25 °C; con −0,28 % por °C, a −10 °C pasan a 50,5 V. El manual de Victron añade un 10 % de margen en climas fríos: 55,6 V, muy por debajo de un regulador de 75 o de 100 V. Una tercera placa en serie llegaría a 75,8 V a −10 °C (69 V a 25 °C), por encima del límite de un regulador de 75 V, y Victron aclara que los daños por tensión FV demasiado alta no los cubre la garantía. Usa la temperatura más baja que esperes: en la montaña −10 °C se queda corto.

Voc(frío) = Voc × placas en serie × (1 + coeficiente × (25 °C − temperatura mínima))
2 × 23,0 V × (1 + 0,0028 × 35) = 50,5 V

Las placas también tienen que arrancar el regulador: los MPPT de Victron arrancan cuando la tensión FV supera la de la batería en 5 V, y siguen funcionando hasta 1 V por encima. Dos placas de 12 V en serie quedan muy por encima; una sola basta con buena luz.

De las hojas de datos de los fabricantes. Para una sola placa de 200 W basta el Victron 100/20 (20 A, 290 W a 12 V); el 75/15 está especificado para 15 A y 220 W. En cualquier regulador, comprueba: corriente ≥ vatios de las placas ÷ 13 V, tensión FV máxima ≥ Voc en frío más un 10 %, un perfil LiFePO4 con tensiones ajustables y una forma de no cargar bajo cero (sonda de temperatura o enlace con el BMS de la batería).

Cables, fusibles y seccionadores

Los cables finos pierden energía en forma de calor y engañan al regulador, que mide la batería a través de ellos. Wiring Unlimited de Victron aconseja no pasar del 2,5 % de caída; nuestra calculadora de sección de cable parte del 3 % y comprueba además el cable frente a su fusible. Para los 40 A del regulador en 1,5 m indica 10 mm² (1,7 % de caída) con un fusible de entre 50 y 60 A: el de 6 mm² daría una caída aceptable, pero no aguanta un fusible de 50 A.

Del regulador a la batería: 40 A, 1,5 m, 3 % de caída.Abrir la calculadora de cable

El cable del techo lleva los 10,42 A de la cadena a 38,4 V, así que puede ser fino: para 5 m la calculadora da 2,5 mm² con un 1,9 % de caída (compruébalo). Los alargadores solares con conectores MC4 suelen ser más gruesos de todos modos; Victron recuerda que los MC4 admiten cable solar de 4 o 6 mm². Para placas portátiles que sacas fuera y conectas, los conectores Anderson Powerpole son una opción habitual.

Los fusibles junto a la batería

Cada cable positivo que sale de la batería o de la barra lleva un fusible en ese extremo, elegido según el cable, para que un cortocircuito en cualquier punto lo funda. Con litio, Victron exige además que al menos un fusible tenga un poder de corte igual o mayor que la corriente de cortocircuito de la batería: pide ese dato al fabricante de la batería.

Rangos de Wiring Unlimited de Victron, con la hoja de datos de los MEGA de Littelfuse y el portafusibles MRBF de Blue Sea Systems. Los fusibles de cuchilla, solo para ramas pequeñas, en una caja de fusibles aguas abajo.

Seccionadores

• Seccionador de las placas. El manual de Victron pide un medio para desconectar todos los conductores activos del campo fotovoltaico. Usa un interruptor o magnetotérmico especificado para continua a la Voc en frío y a la corriente de las placas, no una pieza para alterna.
• Desconectador de batería. Un interruptor en el positivo te deja trabajar con seguridad; Victron recomienda seccionar solo el positivo. Su Battery Switch está especificado para 275 A continuos hasta 60 V. Si no tienes interruptor, quita el fusible principal.
• El orden. Conecta al regulador primero la batería y después las placas: los MPPT de Victron detectan la tensión de la instalación por la batería.

Cargar desde el alternador: el cargador DC-DC

Unir las dos baterías con un relé (el separador de toda la vida) funcionaba con plomo en vehículos más antiguos. Con LiFePO4 no: la baja resistencia de la batería de litio se lleva toda la corriente que el alternador pueda dar, el tiempo que aguante, y la tensión de carga es la del vehículo, no la de la batería. Un cargador DC-DC limita la corriente y aplica el perfil de carga de la batería auxiliar.

Muchos vehículos recientes (los Euro 6, como dice el manual de Victron) llevan un alternador inteligente que varía su tensión y se apaga cuando el motor no lo necesita. Un DC-DC lo lleva bien si sabe cuándo está en marcha el motor: el Orion-Tr Smart de Victron lo detecta por la tensión (arranca a 14 V y se para a 13,1 V con el ajuste para alternadores inteligentes), y el DCC30S de Renogy usa un cable de señal de contacto. Antes de conectar nada, averigua cómo gestiona el alternador tu vehículo.

De las páginas y los manuales de los fabricantes. En cualquier DC-DC, comprueba la corriente frente a lo que puede ceder tu alternador, un perfil LiFePO4, el soporte de alternadores inteligentes y el fusible y el cable de entrada que pide el fabricante.

Su cable de entrada es el grueso: 360 W de salida al 87 % son unos 414 W de entrada, unos 33 A desde la batería del motor. En 5 m la calculadora da 16 mm² con un fusible de entre 50 y 80 A, lo mismo que la tabla de Victron (16 mm², 60 A).

Entrada del DC-DC: 33 A en 5 m.Comprobar el cable

Batería helada. Ninguno de estos cargadores DC-DC menciona en su documentación un corte por temperatura de la batería: con una batería que pueda helarse, el alternador la cargaría helada mientras conduces. Usa una batería que bloquee la carga con frío o se caliente sola (las Renogy Pro con calefacción, la SuperPack NG de Victron), o deja que un dispositivo que mida la temperatura apague el cargador: el Orion-Tr Smart tiene una entrada de encendido y apagado remoto que sirve para eso.

El inversor: onda senoidal pura, consumo en vacío y picos

El inversor convierte los 12 V en alterna como la de casa. Elígelo de onda senoidal pura, con la misma forma de onda que la red para la que están diseñados los aparatos, y dimensiónalo con dos cifras: la potencia continua de todo lo que enciendes a la vez y el pico de arranque de motores y compresores. Luego mira la tercera: el consumo en vacío.

El consumo en vacío es el que se olvida. El Phoenix 12/500 de Victron gasta 6,0 W sin carga, 144 Wh al día si se queda encendido: el triple que nuestro router. Carga el portátil a través del inversor en lugar del cargador USB-C y el día sube a 792 Wh, la batería a 124 Ah (míralo en la calculadora). En modo ECO (1,0 W, se despierta cuando aparece una carga) quedan 672 Wh y 105 Ah. Mejor todavía: todo lo que puedas a 12 V, y el inversor apagado.

De las hojas de datos de los fabricantes. En cualquier inversor, comprueba la potencia continua a tu temperatura (la de los Victron baja a 40 °C), el pico, el consumo en vacío, la tensión de salida de tu país y el cable y el fusible del lado de la batería que pide el manual.

El cable del inversor lleva la mayor corriente de la instalación: una carga de 1000 W son casi 100 A a 12 V. Sigue el manual (para el 12/500, Victron pide 6 mm² hasta 1,5 m, 10 mm² hasta 3 m y un fusible adicional junto a la batería a partir de 1,5 m) y comprueba que el BMS de la batería admite esa corriente.

El monitor de batería

La tensión en reposo de una LiFePO4 apenas se mueve entre el 20 y el 90 %, así que un voltímetro no te dice la carga. Un monitor con shunt cuenta cada amperio hora que entra y sale. El shunt va en el negativo: al borne negativo de la batería solo se conecta el shunt, y todos los demás negativos llegan a su otro lado, como en el esquema de arriba.

De las páginas de los fabricantes. Comprueba que el shunt aguanta más que tu corriente máxima y que nada se lo salta.

El ejemplo, pieza a pieza

En las calculadoras: ejemplo solar aislado, cable del regulador, cable del DC-DC, cable del techo.

Una versión económica del ejemplo podría ser una LiTime de 100 Ah, dos placas RSP200D, un EPEver Tracer4210AN y el monitor de Renogy; una de gama alta, la SuperPack NG, el SmartSolar 100/50 y el Orion-Tr Smart 12/12-30 de Victron: la SuperPack NG ya lleva BMS y monitor de batería integrados, así que el SmartShunt es opcional. La versión económica, en cambio, no tiene ningún corte de carga por frío (este modelo de LiTime no lo tiene y EPEver no indica ninguno): si la batería puede helarse, elige la LiTime con calefacción u otra batería con protección contra el frío. Mezclar marcas funciona, siempre que cada cargador esté ajustado a las tensiones de carga de la batería. Las cifras de la calculadora son el mínimo: una placa más o una batería de 150 Ah cuestan menos que quedarse sin luz.

Seguridad

• Sujeta bien la batería. En un vehículo no debe moverse ni en un accidente: usa los anclajes del fabricante o una caja con cinchas.
• Crimpa, no retuerzas. Terminales del tamaño correcto con una crimpadora adecuada, y los bornes apretados al par que indica el manual. Un terminal flojo se calienta.
• Protege los cables. Pasamuros donde atraviesan chapa, nada de aristas vivas y la entrada del techo sellada.
• El lado de 230 V. La salida de un inversor es tan peligrosa como un enchufe de casa. En un vehículo, antes de cambiar la instalación eléctrica, consulta la normativa local y tu seguro; en un edificio, que la instalación fija de alterna la haga o la revise un instalador autorizado cuando la normativa lo exija.
• Frío y calor. Nada de cargar litio bajo cero sin protección; batería y regulador ventilados y lejos del calor del motor.
• Un fusible por batería. Con varias baterías en paralelo, cada una lleva su propio fusible, para que las demás no alimenten una avería en una de ellas.
• Precarga el inversor. Sus condensadores de entrada absorben un fuerte pico de corriente al conectarlos por primera vez: con una batería de litio puede saltar un arco en el borne o dispararse el BMS. Cárgalos antes unos segundos a través de una resistencia y luego haz la conexión definitiva.
• También la AGM. Una batería AGM es estanca, pero ventílala igualmente, y nunca la cargues helada.

Errores habituales

• Calcular las placas con el sol de julio y no entender por qué en octubre la batería está vacía.
• Un regulador de 75 V con tres placas de 12 V en serie: bien a 25 °C, demasiado en una mañana de helada.
• Dejar el inversor encendido para una carga pequeña: el consumo en vacío puede superar a la carga.
• Fusibles elegidos según el aparato y no según el cable, o puestos en el extremo equivocado.
• Un relé entre la batería del vehículo y una LiFePO4 en lugar de un cargador DC-DC.
• Negativos directos a la batería, saltándose el shunt: el monitor no ve esa corriente.
• Fiarse de la tensión para saber la carga de una LiFePO4.