Baterías tradicionales de ácido plomo, que tenemos que revisar cada cierto tiempo.

Las conservamos y montaremos un parque nuevo de Litio "por encima".

La evolución hacia el parque de Litio

El siguiente paso en la mejoría de la energía a bordo, consiste en cambiar el parque de ácido-plomo, por nuevas baterías de ión-litio, lo cual es una solución perfecta y que en precio comienza a ser bien asumible pero aún caro. Pero requiere tener presente importantes detalles adicionales como son la adaptación del alternador de carga del motor de propulsión para que pueda alimentar el nuevo parque de litio, o la modificación o sustitución del cargador de baterías para hacerlo compatible con la nueva química de baterías. Y aquí se complica la historia y debemos actuar con cautela, so pena de destruir el alternador del barco y martirizar al nuevo parque instalado en el que hablemos invertido unos buenos ahorros.

Esquema típico y muy resumido de un barco sin paneles solares

Una solución inteligente (conversores DC-DC)

Hace tiempo que existen y se llaman conversores de corriente continua a corriente continua. Es un dispositivo que toma corriente continua a un voltaje y la convierten a corriente continua pero en otro voltaje normalmente inferior, (aunque también hay conversores que suben el voltaje), con pocas pérdidas de energía por el camino… Con ellos se puede establecer un "puente" entre sistemas que trabajan a tensiones distintas y que de otra forma estarían aislados (o incluso en misma tensión pero con diferentes parámetros de carga y mantenimiento).

La solución adoptada y descrita consiste en no alterar la instalación anterior del barco. En vez de ello, montamos un nuevo parque esta vez de Litio, que trabaja a 48 voltios para optimizar la carga de los paneles solares. La energía obtenida de los paneles solares pasará a un regulador de tipo MPPT que la llevará a su vez al nuevo parque de baterías formado por baterías en formato racks de 48 voltios. Este tipo de baterías y este voltaje son ya un estándar en el mercado residencial de viviendas y por tanto es una tecnología muy probada y a buen precio. La tensión de 48 voltios permite un rendimiento alto de los paneles combinado con un regulador MPPT. La capacidad de la instalación propuesta es de 4,8 kWh, formada por dos baterías de 2,4 kWh cada una de ellas con un precio de unos 800€. Si el presupuesto lo permitiera, sería buena idea montar una o dos más adicionales, para disponer de energía almacenada incluso en semanas nubladas.

¿Hasta cuánta capacidad podemos montar? Pues tanto más, cuanto más superficie solar podamos instalar. No tiene sentido instalar mucha capacidad de baterías si luego no tenemos paneles para cargarlas. De la misma manera que no tiene sentido muchos paneles si luego no podemos almacenar la energía producida. Pero si tenemos superficie y presupuesto, cuanto más mejor, pues con mucha energía a bordo, podremos incluso llegar a tener hasta aire acondicionado “solar”, o cualquier tipo de equipos eléctricos que de otra manera no podríamos imaginar disfrutar a bordo, como son desaladora, lavadora, congeladores de gran capacidad para la aventura transatlántica….

La producción solar proviene de dos paneles conectados en serie con una tensión en vacío cercana a los 100 voltios de continua. Por tanto debemos regularla con un MPPT para ser almacenada en el nuevo rack de Litio de 48 voltios. Naturalmente debemos ser cuidadosos con la instalación pues la tensión es francamente elevada.

Una solución real y escalable

La solución que explicamos ha sido montada en un velero de 50 pies de eslora con capacidad oceánica, y por tanto con una nevera y un congelador y una distribución de 220 voltios para disponer de cargadores y hasta poder usar el secador de pelo o el aspirador de casa. Y todo ello sin alterar ni cambiar la instalación eléctrica actual del velero.

En cuanto a la producción solar se han empleado 2 paneles bifaciales de 450 watios que trabajan a 24 voltios y que ofrecen en circuito abierto casi 50 voltios. Naturalmente de célula partida para minimizar los problemas de las sombras de los backs-stays y otros elementos de la jarcia cuando el sol se empeña en no irradiarlos de la mejor manera. Recordemos que una pequeña zona de sombra sobre los paneles puede hacer decaer la producción a cerca de la mitad! Ojo con la instalación y conexionado pues debe ser cuidada de forma escrupulosa, pues los dos paneles están conectados en serie y por tanto llegaremos a tener tensión en continua de cerca de 100 voltios, lo cual es muy serio.

Los bifaciales ofrecen del orden de un 30% más de rendimiento y esto se nota especialmente en días de radiación indirecta tan comunes en el mar con reflejos de la superficie del mar hacia la parte inferior del panel que por otro lado nos gratificará con una agradable sombra bajo la popa del barco. Aunque la potencia pico de dos paneles de esta tipología (por ejemplo la marca LG modelo 390N2T) alcanza los 1.070 W y pico, la potencia típica conseguida es de unos 6.000 watios-hora en un día de sol mediterráneo de pleno mes de Julio. En un día lluvioso esta cifra desciende a unos 2.000 watios-hora de producción diaria, lo cual NO está nada mal. Contrariamente a lo que se pudiera pensar, estos 6.000 watios-hora, se reducen en latitudes tropicales a unos 5.000 watios-hora generados cada día, al disminuir las horas de sol respecto al verano mediterráneo y al ser mayor la temperatura ambiente, lo cual hace descender el rendimiento global de los paneles.

Un alternador normal no debe ser conectado 'a pelo' a un parque de Litio, pues este puede forzar al alternador a entregar tantos amperios que podrían llegar a sobrecalentarlo y quemarlo.

Pero debemos ser conservadores y admitir que para esta instalación la potencia real conseguida de media (no solo los mejores días de verano y sin una sola nube) está entre los 3 hasta los 4 kWh diarios (que está muy bien). Con esta cifra en la cabeza podemos pensar en la energía del parque de litio. Y naturalmente, a partir de estas cifras podremos extrapolar a nuestro propio barco lo que vamos a necesitar o querer instalar; Más paneles (si caben), más capacidad de parque, más autonomía en energía eléctrica y mayores consumos y confort a bordo. (o por el contrario extrapolar a la baja, si nuestro barco es más pequeños y no necesitamos tanta energía a bordo).

Como apreciamos en la figura que describe el sistema propuesto, se observa que el núcleo central que representa la instalación eléctrica inicial, permanece como siempre. En nuestro caso un parque de 4 baterías de 120 Ah.

Se han montado 2 paneles de alto rendimiento que en máximo rendimiento solar alcanzan 900 watios. (Paneles de 2x1 metros) en total 4 metros cuadrados, montados encima del arco de popa, también recientemente instalado.

La energía de los dos paneles configurados en serie, pasan a un regulador (en nuestro caso un Victron SmartSolar MPPT 150/35), que naturalmente tiene que ser de tipo MPTT (ver otros artículos que explican sus diferencias), puesto que la tensión de cerca de 100 voltios debe ser "‘adaptada" a la tensión del parque de litio elegido, en nuestro caso a 48 voltios y con baterías en formado "Rack", lo cual es interesante pues de forma muy sencilla podremos aumentar la capacidad del parque o sustituirlas, sin prácticamente ningún esfuerzo.

Además estamos hablando de materiales de gran consumo residencial y que posiblemente lo más inteligente sea adquirirlos en un gran centro de consumo de bricolaje como por ejemplo un "Bricomart" para conseguir buenos precios.

Adaptar el nuevo sistema de 48 voltios a nuestro barco de 12 voltios

La clave está en montar un inversor/cargador y el famoso conversor DC-DC Victron es un perfecto aliado, aunque existen otros fabricantes que también ofrecen muy buenas calidades. Victron, es distribuido en centros de gran consumo, pues estamos hablando de equipos totalmente orientados al "gran público" y por tanto con márgenes comerciales muy bajos y precios muy competitivos, y alejados de lo que estamos acostumbrados a sufrir en la náutica de recreo.

La toma de 220 voltios del pantalán ahora entrará al inversor/cargador de 220 voltios que permite trasladar energía del pantalán al nuevo parque de 48 voltios de ion-litio. Los 220 voltios del pantalán al estar enchufados al puerto son trasladados también a la salida de 220 del cargador inversor y por tanto estos 220 voltios en alterna dan energía al cargador que ya tenía el barco desde siempre y que cargaba nuestro parque de siempre de 12 voltios en ácido plomo.

El segundo punto fundamental de esta solución, consiste en instalar un conversor DC-DC que toma la gran energía que hemos almacenado en el nuevo parque de 48 voltios y la traslada al viejo parque de 12 voltios. En nuestro caso se ha montado un Victron modelo Orion 48/12/30 cuya descripción indica la tensión de entrada la salida y los amperios que marcan la máxima potencia convertida. Es importante dimensionar esta potencia a una media de lo que vamos a poder consumir en el parque de 12 voltios.

Consideremos instalar una conversor de unos 200 watios. No tiene porqué ser mayor, pues si el parque de 12 voltios baja más de la cuenta, podemos apoyarnos en el cargador original del barco para aportar más amperios, aunque sea a costa de una peor conversión de energía al pasar ésta desde el parque de baterías de 48 voltios hacia el inverter de Victron, que alimentará los 220 voltios en alterna para el cargador original del barco que recargará en casos necesarios el parque de 12 voltios a un ritmo de unos 80 amperios.

Baterias LiFePO3

La energía que tenemos almacenada en el nuevo y potente parque de 48 voltios, formado por dos racks Pylonteck modelo US2000C 2,4KWH 48 V, cuando estamos fondeados o navegando, alimenta el recién instalado cargador/inversor y por tanto tendremos 220 voltios a bordo, que pueden ser utilizados para el consumo directo, como por ejemplo un secadores de pelo, el horno microondas, cargadores de cámaras de fotos,…. En nuestro caso se ha instalado un Victron modelo Multiplus II.

Posibles mejoras

Si navegamos por el norte de Europa con el cielo encapotado, no habrá energía solar durante semanas y por tanto el parque de 48 voltios nunca cargará pues sólo se alimenta de los paneles solares. Afortunadamente el motor del barco seguirá cargando el viejo parque de 12 voltios a través del alternador del motor, y nos encontraremos en la situación que hasta ahora ya tenemos en nuestro barco. Es decir el parque gordo de 48 voltios NO carga con el alternador del motor (aunque para esto podríamos diseñar otro sistema, si queremos complicar algo la instalación).

Otra posible segunda mejora consiste en mejorar el rendimiento del conversor DC-DC haciéndole un ByPass con un segundo cargador MPPT que se alimente también de los paneles solares y un discriminador de carga que conmute entre los dos cargadores dependiendo del estado de carga de los dos parques de baterías.

Parque de Ion-Litio

Como hemos comentado, se han utilizado dos racks de Ion-Litio, para sumar una capacidad de 4,8 kWh de energía máxima almacenada en tecnología LitioFerroFosfato liFePO4 (ver otros artículos de Fondear sobre las diferentes tecnologías de Ion-Litio y la seguridad y características de estas baterías) que son más seguras frente a riesgos de incendio, muy poco contaminantes, y muy resistentes a muchísimos ciclos profundos de consumo, que es justo lo que necesitamos a bordo de nuestro barco.

La instalación en formato rack es sencilla y fácilmente escalable, pues por ejemplo con el sistema propuesto podemos ir sumando racks hasta alcanzar un número de 40 unidades de 2,4 kwh, lo cual es una barbaridad (por ejemplo la batería de un Tesla Model 3 con la que podemos recorrer 600 kilómetros es de 78 kWh).

Cada batería apilable en formato rack, tiene una energía almacenada de 2,4 kWh y un peso de 24 kilos, con unas dimensiones de 44x41x 9 cm. Por comparar; una batería de 12 voltios y 100 Ah en ácido plomo, almacena 1,2 kWh, de los cuales verdaderamente SOLO debemos utilizar una tercera parte, so pena de destruir la batería en muy pocos ciclos de carga y descarga. Es decir, una batería en rack de 2,4 kWh en química LiFePo3, es como si lleváramos unas 5 ó 6 baterías en ácido-plomo, dependiendo de que éstas sean de Gel o de AGM.

La idea interesante del esquema propuesto es que con independencia de la instalación actual que tenga el barco, decidimos crear una "capa" eléctrica por encima y a 48 voltios totalmente independiente de la instalación actual del velero, y que la tensión del parque actual del barco NO nos condiciona a la definición de la nueva instalación. Y esto es así por varios motivos, el primero de los cuales es el rendimiento de la producción solar instalada. Para que los paneles solares produzcan incluso en condiciones de semi-sombra. Al aislar los dos sistemas prescindimos modificar el cargador actual de 12 voltios y modificar posibles separadores de carga o alternadores o equipos Stirlings preexistentes. Y al utilizar equipos "residenciales" accedemos a precios muy competitivos.

Hemos montado una capa nueva, totalmente independiente, como si nuestro barco fuera una finca de casa rural y energía solar sin conexión a la red eléctrica, y hemos utilizado un conversor DC-DC como puente entre lo nuevo y lo anterior (en nuestro caso un Victron Orion 48/12/30), el cual ha sido "ayudado" mediante la instalación de un cargador/inversor inteligente, que es capaz en modo "inverter" de producir una potencia de 3.000 watios en 220 voltios cuando estamos navegando o fondeados.