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Artículo Científico
Análisis de radiación solar y validación experimental en un
sistema fotovoltaico aislado.
Analysis of Solar Radiation and Experimental Validation in an Isolated
Photovoltaic System.
Vela-Carrasco, Alexis Xavier1; Salazar-Achig, Edgar Roberto2.
1 Facultad de Ciencias de la Ingeniería y Aplicadas, Universidad Técnica de
Cotopaxi; Ecuador, Latacunga; https://orcid.org/0009-0000-8743-0297;
alexis.vela2@utc.edu.ec
2 Facultad de Ciencias de la Ingeniería y Aplicadas, Universidad Técnica de
Cotopaxi; Ecuador, Latacunga; https://orcid.org/0000-0003-4770-1181;
edgar.salazar7619@utc.edu.ec
1 Autor Correspondencia
https://doi.org/10.63618/omd/isj/v4/n3/361
Resumen: En zonas rurales de la sierra ecuatoriana, los sistemas fotovoltaicos aislados
representan una elección eficaz para el suministro eléctrico. Sin embargo, la variabilidad
de la radiación solar afecta claramente el comportamiento de carga y descarga de las
baterías, complicando la estabilidad y confiabilidad del sistema. Este estudio analiza
experimentalmente el impacto de la irradiancia solar en el desempeño del sistema
fotovoltaico aislado, la cual está compuesto por un panel solar de 565 W, controlador de
carga y descarga para el banco de batería que están conectadas en paralelo. Para la
adquisición de datos se utilizó un piranómetro portátil APOGEE para medir con precisión
la irradiancia solar y un multímetro industrial FLUKE 289 para poder registrar voltaje y
corriente durante los ciclos de carga y descarga. Los resultados demostraron que las
variaciones de la radiación solar influyen en la corriente de carga y en la estabilidad de
descarga del sistema. Incluso en condiciones de baja irradiancia, el sistema se mantuvo
estable con los valores de corrientes de carga entre 6,5 A y 8,5 A, mientras que durante la
descarga más que todo en la noche, presentó una corriente promedio de 8,63 A. La
validación experimental ratifica la importancia de la irradiancia solar en la optimización y
confiabilidad de sistemas fotovoltaicos aislados.
Palabras clave: radiación solar; sistema fotovoltaico aislado; baterías; irradiancia solar;
carga y descarga; validación experimental; energía renovable.
Abstract: In rural areas of the Ecuadorian highlands, off-grid photovoltaic systems
represent an effective option for electricity supply. However, the variability of solar radiation
clearly affects the charging and discharging behaviour of the batteries, which compromises
the stability and reliability of the system. This study experimentally analyses the impact of
solar irradiance on the performance of the off-grid photovoltaic system, comprising a 565
W solar panel and a charge and discharge controller for the battery bank, connected in
parallel. For data acquisition, a portable APOGEE pyranometer was used to accurately
measure solar irradiance, and a FLUKE 289 industrial multimeter was used to record
voltage and current during the charge and discharge cycles. The results demonstrated that
variations in solar radiation influence the system’s charging current and discharge stability.
Even under low irradiance conditions, the system remained stable with charging currents
between 6.5 A and 8.5 A, whilst during discharge, particularly at night, it exhibited an
average current of 8.63 A. The experimental validation confirms the importance of solar
irradiance in the optimisation and reliability of off-grid photovoltaic systems.
Keywords: solar radiation; isolated photovoltaic system; batteries; solar irradiance;
charging and discharging; experimental validation; renewable energy.
Cita: Vela-Carrasco, A. X., &
Salazar-Achig, E. R. (2026).
Análisis de radiación solar y
validación experimental en un
sistema fotovoltaico
aislado. Innova Science
Journal, 4(3), 490-
500. https://doi.org/10.63618/omd
/isj/v4/n3/361
Recibido: 27/01/2026
Aceptado: 18/06/2026
Publicado: 31/07/2026
Copyright: © 2026 por los
autores. Este artículo es un
artículo de acceso abierto
distribuido bajo los términos y
condiciones de la Licencia
Creative Commons, Atribución-
NoComercial 4.0 Internacional. (CC
BY-NC).
(https://creativecommons.org/lice
nses/by-nc/4.0/)
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Artículo Científico
1. Introducción
En zonas rurales y localidades un poco aisladas, donde la extensión de la red eléctrica
es técnica o económicamente inviable, los sistemas fotovoltaicos (FV) aislados se han
afianzado como una clave alternativa para garantizar el acceso a la energía. Estos
sistemas permiten sustituir o reducir el uso de generadores a diésel, asociados a altos
costos operativos y elevadas emisiones (Palacios-López et al., 2025), pero su
desempeño depende fuertemente de la disponibilidad del recurso solar y de una
adecuada gestión del almacenamiento en las baterías (Cho & Valenzuela, 2020;
González et al., 2020). Guerrero-Calero et al. (2023) señalan que la implementación de
energías limpias tiene desafíos tecnológicos, lo que requieren estrategias integrales
para lograr una transición energética sostenible.
La radiación solar presenta variaciones a diario, según las estaciones del año
principalmente a nubosidad y condiciones atmosféricas locales. Estas fluctuaciones se
traducen en cambios significativos en la potencia del sistema fotovoltaico y en los
regímenes de carga y descarga de las baterías, afectando el estado de carga, la
profundidad de descarga afectando la vida útil y confiabilidad del sistema (Al-Bashir et
al., 2020; Kumba et al., 2024; McCormick & Suehrcke, 2018; Tejero-Gómez & Bayod-
Rújula, 2024).
En sistemas aislados, donde la batería es el único respaldo, comprender esta relación
radiación – batería es primordial para su dimensionamiento y que su operación sea
adecuada para el sistema (Cho & Valenzuela, 2020; González et al., 2020). A su vez, el
cambio climático está variando los patrones de irradiancia, nubosidad, lo que impacta la
producción fotovoltaica y su variabilidad a distintas escalas (Bamisile et al., 2025; Bozsik
et al., 2024; Chen et al., 2024; Osman et al., 2023).
En las proyecciones recientes se muestran algunos cambios en la generación media y
en la frecuencia de días de baja potencia en el sistema fotovoltaico, principalmente en
ciertos rangos, lo que aumenta la incertidumbre sobre la disponibilidad futura de energía
solar (Bozsik et al., 2024; Chen et al., 2024; Osman et al., 2023). Estas directrices
pueden agravar los desafíos de diseño y operación de sistemas fotovoltaicos aislados,
al requerir mayores márgenes de seguridad en el almacenamiento debido a la
intermitencia (Bamisile et al., 2025; Chen et al., 2024).
En este contexto, se identifica como el principal problema la falta de estudios
experimentales detallados que puedan analizar cómo actúa la variabilidad real de la
radiación solar que se refleja en los perfiles de carga y descarga de las baterías en
sistemas fotovoltaicos aislados, considerando las condiciones ambientales (Jurasz et
al., 2020; Kumba et al., 2024; McCormick & Suehrcke, 2018; Tejero-Gómez & Bayod-
Rújula, 2024). Aunque existen trabajos que modelan el efecto de la irradiancia sobre la
potencia en los sistemas fotovoltaicos ‑ batería, muchos se basan en simulaciones o en
resoluciones temporales que no capturan adecuadamente las fluctuaciones de corto
plazo que afectan las corrientes de batería (Al-Bashir et al., 2020; Cho & Valenzuela,
2020; González et al., 2020; McCormick & Suehrcke, 2018).
Por ello, el principal objetivo del actual estudio es analizar la radiación solar y su impacto
en la carga y descarga de baterías para el sistema fotovoltaico aislado, mediante una
validación experimental basada en mediciones de campo. Particularmente, se busca:
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Artículo Científico
determinar el recurso solar en el sitio de estudio, incluyendo su variabilidad de corto
plazo; registrar el comportamiento dinámico de la batería (estado de carga, corrientes)
en condiciones reales de operación; y establecer relaciones entre la variabilidad de la
radiación solar y los patrones de carga/descarga (Jurasz et al., 2020; Kumba et al., 2024;
McCormick & Suehrcke, 2018; Tejero-Gómez & Bayod-Rújula, 2024).
La justificación de este trabajo se apoya en varios aspectos. Desde el punto de vista
técnico, los resultados permiten el mejoramiento en criterios de dimensionamiento y
operación de bancos de baterías en sistemas fotovoltaicos aislados, reduciendo
sobredimensionamientos y aumentando la confiabilidad energética (Jurasz et al., 2020;
Kumba et al., 2024; McCormick & Suehrcke, 2018; Tejero-Gómez & Bayod-Rújula,
2024).
En términos económicos y ambientales, un diseño más concreto del almacenamiento
contribuye a disminuir los costos de reemplazo de baterías y maximizar el
aprovechamiento de la energía solar aprovechable, reduciendo la necesidad de
generación que contamine el medio ambiente (Jathar et al., 2023; Jurasz et al., 2020;
Osman et al., 2023). En conclusión, la validación experimental en condiciones reales
aporta evidencia real valiosa para complementar los modelos y estudios previos,
brindando lineamientos aplicables a contextos similares donde los sistemas
fotovoltaicos aislados son fundamentales para la seguridad energética local (Cho &
Valenzuela, 2020; Kumba et al., 2024; McCormick & Suehrcke, 2018; Al-Bashir et al.,
2020).
Los sistemas fotovoltaicos aislados (off-grid) son una alternativa eficaz para el
suministro eléctrico en zonas sin acceso a la red convencional. Su funcionamiento se
basa en la conversión de energía solar en electricidad mediante el efecto fotovoltaico,
integrando componentes como generador fotovoltaico, regulador de carga, inversor y
banco de baterías.
El desempeño del sistema depende de la correcta interacción entre estos componentes,
especialmente del controlador de carga, que regula el flujo energético para evitar
sobrecargas o descargas profundas (González et al., 2020). En sistemas aislados, el
almacenamiento energético es crítico, ya que garantiza el suministro continuo en
ausencia de radiación solar (Cho & Valenzuela, 2020).
La generación de energía en sistemas fotovoltaicos depende directamente de la
irradiancia solar, la cual presenta variaciones debido a factores climáticos como
nubosidad, temperatura, altitud y condiciones atmosféricas.
Estudios han demostrado que la variabilidad de la radiación solar impacta
significativamente la estabilidad del sistema, afectando la potencia generada y los ciclos
de carga y descarga de las baterías (McCormick & Suehrcke, 2018). Además, en
regiones tropicales y andinas, esta variabilidad es más pronunciada, lo que dificulta la
predicción y gestión energética (Al-Bashir et al., 2020).
El almacenamiento energético es un elemento clave en sistemas aislados. Las
tecnologías más utilizadas incluyen baterías de plomo-ácido, ion-litio, níquel-cadmio y
baterías de flujo.
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Las baterías de ion-litio presentan ventajas como mayor densidad energética, eficiencia
y vida útil, mientras que las de plomo-ácido continúan siendo utilizadas por su bajo costo
(Kumba et al., 2024). Sin embargo, la selección de la tecnología depende del perfil de
carga, condiciones ambientales y disponibilidad de recursos. Investigaciones
comparativas indican que las baterías de ion-litio ofrecen mejor desempeño bajo
condiciones variables de radiación, aunque su costo inicial es mayor (Tejero-Gómez &
Bayod-Rújula, 2024).
Investigaciones recientes han analizado el impacto de condiciones climáticas extremas
en sistemas fotovoltaicos. Eventos como baja irradiancia prolongada, alta nubosidad o
temperaturas extremas afectan tanto la generación como el almacenamiento energético.
2. Materiales y Métodos
La presente investigación se define como de tipo cuantitativo y explicativo, con un diseño
experimental de campo. Es experimental porque se manipulan y controlan las
condiciones de medición para observar el comportamiento del sistema de
almacenamiento, y es de campo porque los datos se recolectan directamente de un
sistema fotovoltaico que opera en condiciones climáticas reales. Asimismo, posee un
alcance correlacional, ya que busca establecer el grado de relación entre la variabilidad
de la irradiancia solar y la dinámica de transferencia de energía en las baterías. El
sistema fotovoltaico utilizado para el estudio del análisis experimental se muestra en la
Figura 1
Figura 1.
Diagrama del sistema fotovoltaico aislado de la red.
Nota: Elaborado por los autores
Para poder realizar las mediciones de la irradiación solar se necesita principalmente de
un piranómetro portátil marca APOGEE (Ver Figura 2), que sirve para registrar la
irradiancia solar en tiempo real, permite la obtención de datos tanto manual como
automáticamente donde está instalado el sistema fotovoltaico, el dispositivo cuenta con
una memoria de almacenamiento de 99 datos y en su pantalla principal se muestra la
radiación en W/m2.
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Figura 2.
Piranómetro Portátil Apogee
Nota: Tomado de MP-200: Pyranometer Separate Sensor with Handheld Meter, por Apogee
Instruments, Inc. (2026).
A continuación, se procede analizar la carga y descarga de las baterías en el sistema
fotovoltaico, de igual manera se necesita un instrumento de medición de corriente y
voltaje por lo cual se utilizó el multímetro industrial FLUKE 289 que se observa en la
Figura 3, para determinar los parámetros eléctricos que pueden afectar la vida útil de
las baterías, al momento de su funcionamiento para un monitoreo continuo durante un
periodo de tiempo para observar el comportamiento del banco de baterías en un día
típico, por lo cual este instrumento de alta precisión se utiliza para la medición exacta
en un determinado lapso de tiempo, con la ayuda del programa TrendCapture (programa
que sirve para registrar, analizar y visualizar mediciones a lo largo del tiempo), puede
almacenar más de 15000 datos para diversas pruebas, en este caso para medir voltaje
y corriente en la carga y descarga de la batería.
Figura 3.
Multímetro Fluke 289.
Nota: Tomado de Fluke 289 True-RMS Industrial Logging Multimeter, por Fluke Corporation
(2026).
2.1. Pruebas experimentales sobre la carga y descarga de las baterías.
Las pruebas de carga y descarga de las baterías del sistema fotovoltaico se
desarrollaron mediante un escenario experimental (Ver Figura 4), se utilizó un panel
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solar de 565 W que cubre la demanda energética y con una inclinación de 25° del
sistema instalado que considero el mantenimiento y acumulación de polvo en el panel
solar, teniendo los datos principales se procede a determinar los parámetros de
funcionamiento que son, la Irradiancia solar del sistema, medida con el piranómetro
portátil Apogee. Para realizar el análisis y el impacto de la irradiancia solar que tendría
en las baterías, se utiliza las mediciones de corriente y voltaje con los valores reales que
se obtuvieron del multímetro industrial Fluke 289 donde se puede medir la corriente y
voltaje, y en caso de que sea necesario se utilizara pinzas amperimétricas digitales, y
mediante el programa Python, se puede comparar los valores obtenidos para el análisis
de resultados.
Figura 4.
Diagrama de flujo de la validación experimental de la carga y descarga de las baterías.
Nota: Elaborado por los autores
Para el sistema fotovoltaico se necesita determinar el número de baterías ya que se
considera el consumo de la energía en el transcurso del día, su autonomía, su
porcentaje de carga y descarga da como resultado la utilización de dos baterías
conectadas en paralelo. En la tabla 1 se puede observar las mediciones que se realizó
para determinar con cuántas baterías se necesita para el funcionamiento del sistema
fotovoltaico.
Tabla 1.
Datos del banco de baterías.
Valores requeridos del Banco de Baterías
Magnitud
Valor
Energía Diaria
1.99 KWh/día
Voltaje Sistema
12 V
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Intensidad por hora
39. 88 Ah
Intensidad por día
199. 38 Ah
Número de baterías
2
Nota: Elaborado por los autores
En esta ocasión se utilizó la batería marca UTL modelo FGL 121500, esta batería fue
seleccionada por su capacidad de almacenamiento, su estabilidad durante ciclos de
carga y descarga y es compatible con sistemas fotovoltaicos aislados utilizados en
validaciones experimentales. En la tabla 2 se presenta las especificaciones técnicas de
la batería.
Tabla 2.
Datos técnicos batería FLG 121500
Potencia
(Pmax)
Voltaje de
circuito
abierto
(Voc)
Corriente
de corto
circuito
(Isc)
Voltaje
en
potencia
máxima
(Vmp)
Corriente
en
potencia
máxima
(Imp)
Eficiencia
1000 W
110 VAC
9 A
120 VAC
9 A
85%
Nota: Elaborado por los autores
3. Resultados
3.1. Carga
El sistema solar fotovoltaico aislado evaluado demostró un comportamiento confiable,
incluso en condiciones de baja radiación solar. En este caso el día en que se realizó las
mediciones fue en un ambiente predominantemente nublado con irradiancia muy baja,
el sistema fotovoltaico mantuvo una corriente de carga estable con los valores entre 6,5
A y 8,5 A (Figura 5). Dicha corriente de carga permite una recarga continua de las
baterías donde se pudo alcanzar un promedio de 4,74 A. Los valores indican que el
sistema es capaz de extraer la potencia disponible y de manera eficiente para el
funcionamiento en la casa comunal, a pesar de registrar niveles de irradiancia muy
imperceptibles, el nivel de carga se mantuvo en una corriente de carga estable y
sostenida hacia el banco de baterías, lo que sobresale la robustez del dimensionamiento
del panel solar de 565 W.
Figura 5.
Curva Carga de baterías.
Nota: Elaborado por los autores
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3.2. Descarga
El sistema solar aislado (Figura 6) presentó una operación eficiente durante el período
de descarga nocturna, con una corriente promedio de 8,63 A. Se observó una caída
transitoria entre las 15:30 y 17:00 horas debido a una mayor demanda durante una
actividad en la casa comunal, pero la corriente se logró estabilizar rápidamente. La
corriente de descarga se mantuvo en valores elevados y sólidos, ya que la estabilidad
en la descarga demuestra que el banco de baterías fue adecuadamente dimensionado
para cubrir la demanda energética diaria estimada (1,99 kWh/día), manteniendo un
suministro confiable durante las horas sin radiación solar, aspecto fundamental para
aplicaciones aisladas en comunidades rurales.
Figura 6.
Descarga de baterías.
Nota: Elaborado por los autores
4. Discusión
A partir de los resultados experimentales de la Figura 5 se observa una respuesta clara
en el sistema ante las variaciones de radiación solar: los periodos de leve incremento
en la irradiancia solar coincidieron con una mayor inyección de corriente de carga, el
valor de la corriente promedio de carga que se registra en el ensayo experimental es de
4,74 A. Este comportamiento valida empíricamente lo planeado por McCormick y
Suehrcke (2018), quienes sostienen que la intermitencia a corto plazo de la radiación
solar dicta directamente el régimen operativo y la eficiencia en la captura energética de
los sistemas fotovoltaicos. Sin embargo, mientras que los modelos teóricos y
simulaciones previas como las de Al-Bashir etal. (2020), sugieren que las caídas
drásticas de irradiancia inducen inestabilidades severas y fallos críticos en el proceso
de carga, indicando la capacidad para extraer la máxima potencia disponible en
condiciones de baja irradiación solar. Las fluctuaciones registradas reflejan una
operación similar del sistema, ajustándose a la disponibilidad del recurso solar sin
interrupciones en el proceso de carga en las baterías.
Los resultados de la Figura 5 resaltan la adaptabilidad del sistema frente a condiciones
meteorológicas desfavorables, donde se avala la recarga continua de las baterías
inclusive en días de baja insolación. La estabilidad de la corriente de carga confirma un
adecuado dimensionamiento y configuración del sistema, que logra aprovechar
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eficientemente la radiación aprovechable para mantener el estado de carga de las
baterías. Esta adaptabilidad frente a condiciones meteorológicas desfavorables andinas
concuerda con las estrategias de gestión sugeridas por Gonzales et al. (2020),
fortificando la idea de que la correcta interacción de los componentes minimiza la
incertidumbre climática.
Se observó en la Figura 6 una operación mayormente estable con valores de corriente
entre 8 y 9 A durante la mayor parte del período analizado. Únicamente se registró una
caída transitoria en la corriente aproximadamente entre las 15:30 - 17:00, debido a que
donde se encuentra instalado el sistema fotovoltaico, es en la casa comunal de Colaya
Juridico, y al momento de realizar las mediciones estuvieron presentes en una sesión
para anunciar el funcionamiento de dicho sistema, al que se pudo analizar la transición
entre la fase final de carga y el inicio del ciclo de descarga. Este resultado respalda
directamente los criterios de optimización expuestos por Cho y Valenzuela (2020),
quienes destacan que una correcta estimación de la autonomía previene regímenes de
operación erráticos durante la ausencia del recurso solar. A continuación, la corriente
se estabilizó nuevamente en niveles altos, demostrando la capacidad del banco de
baterías para proveer energía de forma sostenida durante las horas de mayor demanda
nocturna.
Estos resultados evidencian un correcto funcionamiento del banco de baterías y una
gestión eficiente de la energía almacenada, por ello lo señalado por Kumba et al. (2024),
quienes concluyen que las baterías son sometidas a condiciones de irradiancia variable
pueden mantener un desempeño satisfactorio cuando el sistema fotovoltaico presenta
una configuración adecuada, permitiendo mantener una corriente de descarga elevada
inclusive en condiciones de ausencia de radiación solar. La alta corriente evidencia una
demanda consistente del sistema y una buena capacidad de entrega de potencia por
parte de las baterías. En contraste, Tejero-Gomez y Bayod-Rújula (2024), indican que
periodos prolongados de baja irradiancia pueden acelerar el envejecimiento de las
baterías si el almacenamiento no ha sido correctamente dimensionado. Por suerte en el
presente estudio no se ha encontrado evidencia con problemas de estabilidad, lo que
indica que el sistema implementado cuenta con una capacidad favorable para afrontar
variaciones climáticas.
5. Conclusiones
El sistema fotovoltaico aislado con validación experimental señaló un alto nivel de
confiabilidad al concordar con la disponibilidad del recurso solar. Durante días con
nubosidad e irradiancia casi imperceptible, el sistema logró mantener una corriente de
carga sostenible y continua hacia el banco de baterías, oscilando la corriente entre los
6.5 A y 8.5 A.
La configuración del sistema manifestó ser apropiada para la demanda energética
evaluada, manteniendo una corriente de descarga promedio de 8,63 A durante la noche.
Estos resultados ratifican experimentalmente la importancia de considerar las energías
renovables.
El banco de baterías exhibió un comportamiento estable durante los ciclos de carga y
descarga, conservando corrientes sostenidas inclusive en condiciones de baja
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irradiancia, manifestando un adecuado dimensionamiento y configuración del sistema
fotovoltaico aislado.
La validación experimental favorece al mejoramiento en gestión energética, en el
manejo de los sistemas fotovoltaicos aislados y optimización del almacenamiento
energético en aplicaciones de energías renovables para comunidades en zonas rurales
aisladas.
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CONFLICTO DE INTERESES
“Los autores declaran no tener ningún conflicto de intereses”.
