¿Cómo calcular el panel solar y la batería para Starlink?
Prefacio
Starlink se utiliza cada vez más para conexiones a Internet en zonas rurales. Su capacidad para conectarse en cualquier lugar facilita enormemente la cobertura de la red en zonas rurales. Sin embargo, otro desafío clave en la implementación de Starlink en zonas rurales es el suministro de energía. En muchas áreas, no hay red eléctrica para el suministro de energía. En este caso, la energía solar se convierte en una opción inevitable. Este artículo presentará cómo calcular el panel solar y la batería para Starlink en función del consumo de energía de diferentes modelos de Starlink.
Índice del Contenido
1. Diferencias entre los modelos Starlink
Para saber cómo calcular el panel solar y la batería de Starlink, primero debemos averiguar el modelo de producto del terminal Starlink que estás utilizando para obtener sus parámetros de consumo de energía. Puedes averiguar el consumo de energía de cada modelo de Starlink en el siguiente enlace:
Se recomienda utilizar el valor máximo del promedio al momento del cálculo, es decir:
Starlink estándar activado: 75 W
Estándar Starlink: 100 W
Starlink Enterprise: 100 W
Starlink Mini: 40 W
Starlink de alto rendimiento: 150 W
Starlink Flat Alto rendimiento: 150 W
Al realizar el cálculo, puedes ajustarlo al final según la escena y el ancho de banda utilizado.
2. Cálculo de la capacidad de la batería
2.1 Supuesto del modelo Starlink
En los cálculos posteriores, utilizaremos como estándar el Starlink Standard Actuated, es decir, El consumo de energía es de 75W.
2.1 Definir el tiempo de ejecución del sistema (tiempo de autonomía del sistema)
El tiempo de funcionamiento del sistema o tiempo de autonomía del sistema se refiere al tiempo de funcionamiento del sistema solar Starlink con sus propias baterías cuando no hay aporte de energía solar. Este parámetro se determina generalmente teniendo en cuenta el presupuesto del cliente y las condiciones climáticas locales. Se puede suponer que si en una región llueve a menudo y los días lluviosos son muy largos, el tiempo de funcionamiento del sistema debe definirse como más largo. Por el contrario, se define como más corto.
Cuanto mayor sea el tiempo de funcionamiento del sistema, mejor será la disponibilidad de todo el sistema, pero esto aumentará considerablemente la inversión en baterías. Por lo tanto, es necesario planificar de manera uniforme en función del presupuesto del cliente, la importancia del sitio de implementación de Starlink y las condiciones climáticas locales.
En nuestro ejemplo, definimos el El tiempo de ejecución del sistema es de 48 horas.
2.2 Calcular la potencia (en kWh) necesaria para el funcionamiento del sistema
Ya sabemos en el capítulo anterior que el consumo de energía de Starlink = 75 W, el tiempo de funcionamiento del sistema = 48 horas, por lo que la fórmula para calcular la energía necesaria para el tiempo de funcionamiento del sistema es la siguiente:
Energía necesaria para el tiempo de funcionamiento del sistema (Wh) = Consumo de energía de Starlink (vatios) * Tiempo de funcionamiento del sistema (horas)
= 75Watts * 48 horas
= 3600 Wh (vatios-hora)
3600 Wh son 3.6 kWh. Este resultado del cálculo se utilizará para calcular la capacidad de la batería en el siguiente paso. Si no tienes claro el concepto de kWh, puedes ir a la sección Entender kWh en el siguiente artículo para comprobarlo:
2.4 Comprenda el voltaje de la batería y Ah (amperios-hora)
Antes de explicar el cálculo de la capacidad de la batería, es necesario comprender un concepto, que es el voltaje de la batería del controlador solar o inversor solar. Los diferentes modelos y marcas de controladores solares o inversores solares tienen diferentes voltajes de batería, por lo que primero debe aclarar el voltaje de batería que necesita. Tomemos como ejemplo un controlador solar de Morning Star:
El voltaje de la batería de este controlador solar es de 12 V o 24 V. Puede elegir la batería según sus necesidades.
La ventaja de utilizar un voltaje de 12 V es que puedes comprar la batería de plomo-ácido más común en el mercado. Su voltaje es de 12 V y el precio será relativamente económico.
Si se utiliza un voltaje de 24 V, la corriente de todo el sistema será la mitad, lo que es bueno para reducir el calor del sistema. Pero si aún utiliza una batería de plomo-ácido, debe conectar dos baterías en serie para alcanzar un voltaje de 24 V. Por supuesto, también puede comprar una batería de litio de 24 V.
En el cálculo posterior definimos el Voltaje de la batería 12V.
Tenga en cuenta que hemos calculado previamente cuánta energía se necesita para 48 horas de funcionamiento del sistema y el resultado es 3600 Wh. Ahora, el cálculo de la capacidad de la batería se puede entender como el tamaño de la batería que se necesita para estos 3600 Wh de energía. Tenga en cuenta que la capacidad de una batería general está determinada por Amperios-hora Voltaje de la bateríaA continuación se muestran dos ejemplos:
Según la imagen anterior, leemos el voltaje de la batería o el voltaje nominal como 12 V y sus amperios-hora de batería son 100 Ah. Luego, al sustituirlo en la fórmula, podemos obtener el siguiente cálculo:
Capacidad de la batería (en Wh) = Voltaje de la batería * Amperios-hora de la batería
= 12 V*100 Ah
= 1200Wh
Capacidad de la batería (en kWh)= Capacidad de la batería (en Wh) / 1000
= 1200 Wh/1000
=1.2 kWh
Según la imagen anterior, leemos el voltaje de la batería o el voltaje nominal como 48 V y sus amperios-hora de batería son 100 Ah. Luego, al sustituirlo en la fórmula, podemos obtener el siguiente cálculo:
Capacidad de la batería (en Wh) = Voltaje de la batería * Amperios-hora de la batería
= 48 V*100 Ah
= 4800Wh
Capacidad de la batería (en kWh)= Capacidad de la batería (en Wh) / 1000
= 4800 Wh/1000
=4.8 kWh
Para obtener explicaciones detalladas de estos contenidos, también puede consultar los siguientes artículos para obtener más detalles:
2.5 Calcular la capacidad de la batería
En base a lo explicado en el apartado anterior, el modelo de terminal Starlink que hemos seleccionado es Starlink Standard Actuated, con un consumo de energía de 75W. La autonomía del sistema configurada es de 48 horas, la energía necesaria para la autonomía del sistema es de 3600Wh y el voltaje de la batería es de 12V. Esta información se resume en la siguiente tabla:
Consumo de energía de Starlink | Tiempo de ejecución del sistema | Energía necesaria para el funcionamiento del sistema | Voltaje de la batería |
75W | 48 horas | 3600Wh | 12V |
Con esta información podemos empezar a calcular el tamaño de batería que necesitamos. La fórmula y el proceso de cálculo son los siguientes:
Capacidad de la batería (Ah) = Energía necesaria para el sistema Tiempo de funcionamiento (Wh)/Voltaje de la batería
= 3600 Wh/12 V
= 300 Ah
Tenga en cuenta que los controladores solares generalmente tienen protección para la carga y descarga de la batería. Al descargar, solo descargarán el 80 % de la capacidad de la batería (porque esto puede maximizar la vida útil de la batería). Esto significa que si realmente necesitamos 300 Ah, es mejor aumentarlo en un 20 % al configurarlo.
Capacidad de la batería Considere el margen (Ah) = Capacidad de la batería (Ah)*120%
= 300 Ah*120 %
= 360 Ah
Completamos los resultados de nuestros cálculos en nuestra tabla:
Consumo de energía de Starlink | Tiempo de ejecución del sistema | Energía necesaria para el funcionamiento del sistema | Voltaje de la batería | Capacidad de la batería (Ah) | Capacidad de la batería Considere el margen (Ah) |
75W | 48 horas | 3600Wh | 12V | 300Ah | 360Ah |
3.Topología del sistema solar Starlink
3.1 Comprensión de la topología del sistema
Antes de calcular la capacidad del panel solar, debemos comprender que todo el sistema solar tiene dos partes cuando está funcionando:
(1) El panel solar proporciona energía a Starlink. En realidad, esta parte es la que proporciona energía al Starlink durante el día y la que proporciona energía a la batería durante la noche. Suponemos que Starlink depende de los paneles solares durante 12 horas durante el día y de las baterías durante 12 horas durante la noche.
(2) Cuando la batería está agotada porque no hay luz solar durante 48 horas, el panel solar carga la batería.
Cuando no hay sol, la batería se descarga para proporcionar energía a Starlink, que es el tiempo de ejecución del sistema mencionado en la sección anterior.
No es muy fácil comprender cuándo se combinan estas tareas, por lo que las calcularemos por separado en los pasos siguientes para facilitar su comprensión.
Primero dividimos el cálculo en dos partes. La primera parte calcula la alimentación de energía del panel solar a Starlink. La segunda parte calcula la batería de carga del panel solar. Finalmente, combinamos la capacidad del panel solar requerida por las dos partes para obtener la respuesta final.
4. Calcular la capacidad del panel solar para Starlink
4.1 Calcular la potencia de Starlink necesaria por día (en vatios-hora)
En primer lugar, como se muestra en la figura anterior, calculamos la capacidad de paneles solares que requiere Starlink. Anteriormente, hemos descubierto que el consumo de energía del modelo Starlink asumido es de 75 W. Tenga en cuenta que asumimos aproximadamente que Starlink depende de paneles solares durante 12 horas durante el día y de baterías durante las otras 12 horas durante la noche.
Así podemos calcular la cantidad total de energía consumida por Starlink durante 12 horas al día:
Energía Starlink necesaria durante el día (Wh) = Energía Starlink Consumo (vatios)*Tiempo (horas)
= 75 W*12 horas
= 900Wh
4.2 Encuentre la ubicación de su sitio Potencial solar
El potencial solar en las distintas regiones del mundo es completamente diferente. Puedes comprobarlo en el siguiente sitio web:
https://globalsolaratlas.info/
Suponiendo que nuestro sitio está en la Ciudad de Panamá, puede utilizar este sitio web como se muestra a continuación:
Tenga en cuenta que, después de salir de la ubicación del sitio, el potencial solar se muestra de manera predeterminada como recurso por año. Seleccione por día, como se muestra a continuación:
Luego necesitamos el parámetro de irradiación horizontal global, que encontramos que es 4.751kWh/m2 por día.
4.3 Radiación solar estándar
La radiación solar media anual que llega a la parte superior de la atmósfera terrestre es de aproximadamente 1361 W/m2. Los rayos del Sol se atenúan a medida que pasan a través de la atmósfera, por lo que la irradiancia superficial normal máxima es de aproximadamente 1000 W/m2 a nivel del mar en un día despejado.
Este parámetro fue definido en ISO-9845 1: 2022
Utilizaremos este parámetro en cálculos posteriores, pero no es recomendable estudiarlo en profundidad, ya que es de poca ayuda para todo nuestro cálculo. Solo necesitamos utilizar Radiación solar estándar = 1000W/m2
4.4 Calcular la capacidad del panel solar para Starlink
Consumo de energía de Starlink | Energía Starlink necesaria durante el día (12 horas) | Irradiación horizontal del sitio | Se necesita capacidad de paneles solares para Starlink |
75W | 900 Wh = 0.9 kWh por día | 4.751kWh/m2 por día |
Lo anterior es la información que hemos calculado o recopilado hasta ahora.
Primero, con el siguiente cálculo podremos saber el área del panel solar que necesitamos (metros cuadrados)
Área del panel solar necesaria para Starlink = Potencia de Starlink necesaria durante el día/Irradiación horizontal del sitio (kWh/m2)
= 0.9 kWh/4.751 kWh/m2
= 0.189m2
Entonces sabemos la capacidad de paneles solares necesaria para Starlink:
Capacidad de paneles solares necesaria para Starlink = Área de la Panel solar necesario para Starlink (m2)*Radiación solar estándar (W/m2)
= 0.189 m2*1000 W/m2
= 189W
Entonces, la capacidad del panel solar necesaria para Starlink es de 189 W y completamos la tabla final.
Consumo de energía de Starlink | Energía Starlink necesaria durante el día (12 horas) | Irradiación horizontal del sitio | Se necesita capacidad de paneles solares para Starlink |
75W | 900 Wh = 0.9 kWh por día | 4.751kWh/m2 por día | 189W |
5. Calcular la capacidad del panel solar para la batería
5.1 Definir el tiempo necesario para cargar completamente la batería
Como se muestra en la figura anterior, en este paso calculamos la capacidad del panel solar que requiere la batería. Necesitamos definir un parámetro muy importante, el tiempo para cargar completamente la batería. Si bien un tiempo corto ayuda a la disponibilidad y confiabilidad del sistema, hará que el panel solar sea demasiado grande. Esto causará problemas tanto en la instalación como en el costo. Si el tiempo se define demasiado largo, la disponibilidad del sistema se reducirá significativamente y es probable que el sistema se corte durante los días de lluvia continua. Esto debe considerarse de manera integral de acuerdo con la situación del proyecto.
En este caso definimos el tiempo de carga completa de la batería como dos días.
5.2 Calcular la capacidad del panel solar para la batería
Entonces, la capacidad del panel solar necesaria para Starlink es de 189 W y completamos la tabla final.
Consumo de energía de Starlink | Tiempo de ejecución del sistema | Energía necesaria para el funcionamiento del sistema | Voltaje de la batería | Capacidad de la batería (Ah) | Capacidad de la batería Considere el margen (Ah) | Es hora de cargar completamente la batería | Irradiación horizontal del sitio | Capacidad del panel solar para la batería |
75W | 48 horas | 3600Wh | 12V | 300Ah | 360Ah | 2 Días | 4.751kWh/m2 por día | ?? |
Lo anterior es la información que hemos calculado o recopilado hasta ahora.
Primero, con el siguiente cálculo podremos saber el área del panel solar que necesitamos (metros cuadrados)
Área del panel solar necesaria para la batería = energía necesaria para el funcionamiento del sistema/(irradiación horizontal del sitio (kWh/m2)*días)
= 3.6 kWh/(4.751 kWh/m2*2)
= 0.378m2
¿Por qué la irradiación horizontal del sitio es múltiple de 2? Porque tenemos 2 días para cargar la batería
Capacidad del panel solar necesaria para la batería= Área de la Panel solar necesario para la batería (m2)*Radiación solar estándar (W/m2)
= 0.378 m2*1000 W/m2
= 378W
Entonces, la capacidad del panel solar necesaria para la batería es 378 W y completamos la tabla final.
Consumo de energía de Starlink | Tiempo de ejecución del sistema | Energía necesaria para el funcionamiento del sistema | Voltaje de la batería | Capacidad de la batería (Ah) | Capacidad de la batería Considere el margen (Ah) | Es hora de cargar completamente la batería | Irradiación horizontal del sitio | Capacidad del panel solar para la batería |
75W | 48 horas | 3600Wh | 12V | 300Ah | 360Ah | 2 Días | 4.751kWh/m2 por día | 378W |
6. Agregue la capacidad del panel solar de Starlink y la batería
Consumo de energía de Starlink | Energía Starlink necesaria durante el día (12 horas) | Irradiación horizontal del sitio | Se necesita capacidad de paneles solares para Starlink |
75W | 900 Wh = 0.9 kWh por día | 4.751kWh/m2 por día | 189W |
Consumo de energía de Starlink | Tiempo de ejecución del sistema | Energía necesaria para el funcionamiento del sistema | Voltaje de la batería | Capacidad de la batería (Ah) | Capacidad de la batería Considere el margen (Ah) | Es hora de cargar completamente la batería | Irradiación horizontal del sitio | Capacidad del panel solar para la batería |
75W | 48 horas | 3600Wh | 12V | 300Ah | 360Ah | 2 Días | 4.751kWh/m2 por día | 378W |
Del cálculo anterior, podemos obtener la capacidad de paneles solares necesaria para Starlink = 189 W y la capacidad de paneles solares para la batería = 378 W. Los sumamos para obtener la respuesta final:
Capacidad total del panel solar = Capacidad de panel solar necesaria para Starlink (W) + Capacidad del panel solar para batería (W)
= 189 W + 378 W
= 567 W
7. Consideraciones sobre pérdida de línea y margen
Tenga en cuenta que la energía generada por el panel solar se pierde durante el proceso de transmisión de la línea. Generalmente, consideramos una pérdida del 20 %, por lo que debemos agregar un 20 % al cálculo del paso anterior:
SCapacidad total del panel solar Considere el margen de pérdida de línea = Capacidad total del panel solar * 120%
= 567 W * 120 %
= 680W
8. Resumen
Capacidad de la batería (Ah) | Capacidad de la batería Considere el margen (Ah) | Voltaje de la batería | Capacidad del panel solar | Capacidad de paneles solares: considere el margen |
300Ah | 360Ah | 12V | 567W | 680.4W |
La figura anterior muestra los resultados finales de nuestros cálculos. A continuación, se ofrece una explicación de todo el proceso de cálculo:
En primer lugar, debemos calcular la capacidad de batería que necesita el sistema. Para ello, es necesario definir cuántas horas de funcionamiento tiene el sistema y, a continuación, calcular cuántos Wh se necesitan:
Energía necesaria para el funcionamiento del sistema = Consumo de energía de Starlink (vatios) * Tiempo de funcionamiento del sistema (horas)
Luego convierta la capacidad de la batería en Ah en función de la capacidad de la batería en Wh y el voltaje de la batería.
Capacidad de la batería (Ah) = Energía necesaria para el sistema Tiempo de funcionamiento (Wh)/Voltaje de la batería
Es necesario tener en cuenta que el sistema solar no descargará la batería al 100%, por lo que hay que añadir un margen del 20%:
Capacidad de la batería Considere el margen (Ah) = Capacidad de la batería (Ah)*120%
Comencemos a calcular la capacidad del panel solar dividiéndola en dos partes: una es la capacidad del panel solar necesaria para que Starlink funcione durante el día y la otra es la capacidad del panel solar necesaria para cargar la batería:
Calcule cuánta energía usa Starlink durante el día, suponiendo que el día dura 12 horas
Energía Starlink necesaria durante el día (Wh) = Energía Starlink Consumo (vatios)*Tiempo (horas)
La radiación solar estándar es un parámetro estándar definido por la norma ISO 9845:
Radiación solar estándar = 1000W/m2
Calcula el área del panel solar necesaria para Starlink:
Área del panel solar necesaria para Starlink = Potencia de Starlink necesaria durante el día/Irradiación horizontal del sitio (kWh/m2)
Calcular la capacidad del panel solar requerido por Starlink:
Capacidad de paneles solares necesaria para Starlink = Área de la Panel solar necesario para Starlink (m2)*Radiación solar estándar (W/m2)
Comencemos a calcular la capacidad del panel solar necesaria para la batería. Tenga en cuenta que primero debemos suponer cuánto tiempo lleva cargar completamente la batería. La fórmula utiliza días. Primero calcule el área del panel solar:
Área del panel solar necesaria para la batería = Energía necesaria para el tiempo de funcionamiento del sistema/(irradiación horizontal del sitio (kWh/m2)*Días)
Luego calcule la capacidad del panel solar necesaria para la batería en función del área del panel solar para la batería y la radiación solar estándar:
Capacidad del panel solar necesaria para la batería= Área de la Panel solar necesario para la batería (m2)*Radiación solar estándar (W/m2)
Por último, suma las capacidades del panel solar calculadas por Starlink y la batería:
Capacidad total del panel solar = Capacidad de panel solar necesaria para Starlink (W) + Capacidad del panel solar para batería (W)
Es necesario considerar la pérdida de línea del panel solar y aumentar el margen en un 20%:
SCapacidad total del panel solar Considere el margen de pérdida de línea = Capacidad total del panel solar * 120%
9. Conclusión
Tenga en cuenta que el proceso de cálculo anterior se ha simplificado en gran medida para facilitar su comprensión. El objetivo es ayudarlo a comprender mejor cómo calcular el panel solar y la batería para Starlink. Sin embargo, en realidad, el escenario de implementación de Starlink está lejos de ser tan simple. La carga no es solo Starlink en sí, y existen algunas circunstancias especiales en diferentes regiones que se deben considerar, como el clima, las características de la carga, la temperatura y otros factores. Para una comprensión más profunda, se recomienda consultar con el personal de ventas de Edgeware para que podamos diseñar según su escenario.
