Un sistema solar fotovoltaico (PV) conectado a la red.

La mayoría de los sistemas fotovoltaicos son sistemas de red que funcionan junto con la electricidad proporcionada por la empresa de servicios públicos. Un sistema solar conectado a la red tiene un inversor especial que puede recibir energía de la red o enviar energía de CA de grado de red a la red pública cuando hay un exceso de energía del sistema solar.

Sistema solar fotovoltaico conectado a la red

Además, la empresa de servicios públicos puede generar electricidad a partir de granjas solares y enviar electricidad directamente a la red.

Sistemas fotovoltaicos residenciales y de pequeña escala conectados a la red

Los sistemas fotovoltaicos conectados a la red se pueden configurar con o sin respaldo de batería. El sistema fotovoltaico conectado a la red más simple no utiliza respaldo de batería, pero proporciona una forma de complementar parte del suministro de energía. Los componentes principales de este sistema son los módulos fotovoltaicos y el inversor.

Sistema fotovoltaico residencial conectado a la red (Fuente: Wikipedia)

Los módulos se pueden encadenar con el inversor si no se exceden los límites de voltaje, o se puede usar una caja de conexiones separada para combinar las salidas de diferentes módulos en paralelo.

El inversor debe ser de un tipo especial que pueda conectarse directamente al disyuntor de CA, por lo que debe convertir la corriente continua de los módulos fotovoltaicos en una corriente alterna que sea compatible con la red y responda a la red. paso del servicio de onda sinusoidal.

También debe poder desconectar el sistema fotovoltaico (mediante un interruptor de transferencia automática) cuando falla la red, por lo que debe ser un inversor aprobado que cumpla con UL 1741. Un interruptor de transferencia es un interruptor automático que permite transferir cargas entre fuentes de alimentación de CA. sin interrupción. la corriente.

La figura 1 muestra un diagrama básico de un sistema fotovoltaico conectado a la red con módulos fotovoltaicos en serie.

En comparación con un sistema con respaldo de batería, un sistema sin batería como este es más económico, más fácil de instalar y casi libre de mantenimiento. Tiene la ventaja de que no necesita aportar toda la energía que requiere la vivienda o negocio; puede compensar cualquier fracción de la potencia y tiene la utilidad de compensar la diferencia.

Si la red es confiable, como lo es en la mayoría de las áreas urbanas, un sistema sin batería brinda el mejor rendimiento por dólar gastado..

Para muchos edificios de oficinas comerciales, almacenes y edificios industriales, un sistema sin batería tiene sentido. Este tipo de edificios suelen estar ocupados durante las horas de luz, que corresponden a las horas en las que se dispone del recurso solar.

Los módulos generalmente se pueden instalar en el techo del edificio o en una estructura de estacionamiento, de modo que no se sacrifique el suelo para la red. El sistema se puede configurar para vender cualquier exceso de energía a la empresa de servicios públicos, aliviando cualquier preocupación sobre la capacidad de fin de semana o vacaciones no utilizada.

Figura 1 Sistema fotovoltaico solar sin batería conectado a la red

Norma UL 1741

Underwriters Laboratories® (UL) es una organización independiente de certificación de seguridad de productos que redacta estándares de seguridad y prueba el cumplimiento de los productos.

El estándar UL 1741 enumera los requisitos para inversores, convertidores, controladores de carga y equipos de sistemas de interconexión para sistemas interactivos de energía (conectados a la red) y fuera de la red.

Otros estándares de la UE están escritos para módulos fotovoltaicos y cajas de conexiones, cableado, conectores, baterías y sistemas de montaje. Por ejemplo, UL 1703 especifica estándares para sistemas fotovoltaicos de hasta 1000 V.

Las empresas que reciben la certificación UL pueden mostrar la marca UL en los productos.

Sistema fotovoltaico residencial y de red pequeña con respaldo de batería

Los sistemas fotovoltaicos conectados a la red con respaldo de batería pueden continuar suministrando energía cuando falla la red. El sistema puede cambiar sin problemas a energía de respaldo en caso de un corte de energía. Al mismo tiempo, desconecta el sistema de la red para que no envíe energía cuando la red está caída.

Ahorre cargas

Un sistema pequeño con capacidad de respaldo de batería completa es mucho más costoso que un sistema sin batería.

Una forma de reducir costos es dividir el sistema en cargas de reserva y no reserva, lo que reducirá la cantidad de baterías requeridas, ahorrando costos iniciales y reduciendo los requisitos de espacio y mantenimiento.

Esta opción requiere volver a cablear el panel de servicio y colocar cargas sin respaldo en un panel dedicado separado de los de respaldo. Básicamente, esta opción eso es el equivalente a tener dos sistemas, pero volver a cablear un panel puede ser más económico que un sistema de respaldo completo.

En el diagrama de bloques de la Figura 2 se muestra un sistema con cargas de respaldo y sin cargas de respaldo. Los paneles se muestran yendo a una caja combinadora, pero otra opción es una disposición en cadena para conectar los módulos.

Una caja de conexiones es una caja de conexiones eléctricas para combinar las salidas de varios paneles solares en una sola salida de CC.

Figura 2 Un sistema de batería de respaldo simplificado para parte de la carga de CA

Cuando el sistema está en modo interactivo con la red, el inversor extrae energía de las fuentes y la envía a las cargas de respaldo. Las cargas principales se alimentan directamente de la red.

Si hay más energía de los módulos fotovoltaicos que la que requieren las cargas de respaldo, el exceso se alimenta a la red a través de un interruptor de transferencia interno, dejando un crédito para el propietario (medición neta).

Cuando la red está inactiva o fuera de las especificaciones, el interruptor de transferencia se abre y el inversor solo impulsa las cargas de respaldo. Las cargas principales sólo dependen de la red, por lo que estarán apagadas hasta que se restablezca la alimentación.

Tamaño del inversor fotovoltaico

El tamaño del UPS y la batería de respaldo necesarios para un sistema con respaldo parcial requiere un análisis de las cargas que se colocarán en el sistema de respaldo.

Para estimar la potencia requerida para las cargas de emergencia, la potencia de cada carga se puede resumir en una hoja de cálculo. Los motores requieren más potencia cuando arrancan que cuando funcionan, por lo que el sistema debe dimensionarse de acuerdo con la potencia de arranque. A partir de los resultados de este análisis, se puede seleccionar el inversor, incluidas varias opciones. Una opción es utilizar inversores que se puedan apilar.

El término pilas Se refiere a la conexión de dos inversores para proporcionar salidas de fase dividida de 120/240 V. Otra opción disponible en algunos inversores es proporcionar una entrada de generador de motor de respaldo.

Banco de baterías para sistema fotovoltaico

El banco de baterías se dimensiona según el número de días independencia obligatorio. La cantidad puede basarse en patrones históricos de tiempo que la red está inactiva.

Por lo general, un sistema respaldado por red solo se cicla cuando la red está inactiva, por lo que las consideraciones de tamaño son diferentes de un sistema sin red, que se ejecuta a diario.

Una profundidad de descarga del 80 % es adecuada para un sistema que no se cicla con frecuencia, y la cantidad de días de duración de la batería se basa en el rendimiento del sistema. red aparte de las condiciones meteorológicas.

El ciclo poco frecuente significa que las baterías selladas pueden ser una buena opción para un sistema de respaldo, ya que requieren menos mantenimiento que los tipos inundados.

La desventaja de las baterías selladas es que son más caras y tienen una expectativa de vida más corta que las de tipo inundado..

yo para los sistemas respaldados por batería, es útil un medidor de batería que pueda informar el estado de carga. Estos medidores muestran el voltaje, la corriente y el porcentaje de carga completa.

Otra opción es un medidor de energía que monitorea el rendimiento del sistema y alerta al usuario sobre las condiciones de falla.

Los estudios han demostrado que los sistemas de monitoreo fomentan la conservación de energía y que una información más detallada conduce a una mayor conservación.

Pequeños sistemas fotovoltaicos con microinversores

Los sistemas mostrados anteriormente envían corriente continua a un inversor central y la convierten en corriente alterna en ese punto. Otra opción popular es usar un microinversor en cada módulo.

Un microinversor es un convertidor CC-CA de tamaño mediano para trabajar con un solo módulo solar. Por lo tanto, puede proporcionar el máximo seguimiento del punto de potencia al módulo y una mayor eficiencia, especialmente en situaciones como un único módulo sombreado con salida reducida. Un sistema básico se muestra en la Figura 3.

Cada inversor produce energía de CA compatible con la red que se sincroniza con los otros microinversores del sistema. Los microinversores se instalan en paralelo entre sí para formar un circuito derivado.

Los circuitos derivados a menudo se ensamblan a nivel de subpanel. El resultado es un sistema más modular; si un módulo o microinversor falla, el resto del sistema sigue funcionando (a potencia reducida) porque los otros microinversores están conectados en paralelo y el código abierto no afecta el funcionamiento de los demás.

El módulo o microinversor defectuoso se puede reparar sin desconectar el resto del sistema; sin embargo, puede ser necesario retirar el módulo defectuoso para realizar el servicio.

Algunos módulos tienen un microinversor y circuitos incorporados para optimizar la salida.

Los microinversores integrados no tienen acceso al circuito de CC del módulo fotovoltaico, pero eliminan el cableado de CC, los conectores, las cajas de conexiones, etc. Esto simplifica la instalación, haciendo que todo el sistema sea eficiente y rentable. También elimina los circuitos de CC de alto voltaje (hasta 600 V), por lo que el sistema de microinversores es más seguro que los sistemas de alto voltaje con un inversor central.

imagen 3 Sistema microinversor básico. La alimentación de CC de cada módulo se convierte en alimentación de CA donde se conecta a otros microinversores en el sistema.

Sistemas fotovoltaicos comerciales e institucionales

Los sistemas solares fotovoltaicos comerciales e institucionales pueden ofrecer economías de escala y, a menudo, tienen la ventaja de una demanda de electricidad relativamente menor durante la noche.

La mayoría de estos sistemas están diseñados para reducir la demanda de electricidad de un usuario más grande, como una empresa, escuela o planta de fabricación, por lo que el sistema está diseñado para ser un sistema fotovoltaico conectado a la red.

Algunos sistemas están diseñados como sistemas fuera de la red para aplicaciones remotas, como un sistema fotovoltaico instalado para un santuario marino en las Islas Farallones.

Anteriormente, el santuario marino había importado diésel para hacer funcionar los generadores de electricidad. Además de complementar la energía eléctrica, otra solicitud para los establecimientos comerciales e institucionales es proporcionar una estación de combustible solar para uso de sus empleados o del público.

Los paneles solares están ubicados sobre el área de estacionamiento y brindan a los vehículos eléctricos una combinación perfecta entre la capacidad disponible y la necesidad (de recargar vehículos eléctricos). La figura 4 muestra una estación de combustible solar.

Muchas comunidades y entidades gubernamentales están instalando estas estaciones en estacionamientos públicos para fomentar el uso de vehículos eléctricos y reducir las emisiones.

Figura 4 Estación de recarga de energía solar. Los módulos solares de esta estación de servicio se utilizan para cargar vehículos eléctricos.

Sistemas fotovoltaicos conectados a la red eléctrica

En algunas áreas, las empresas de servicios públicos han construido grandes paneles fotovoltaicos diseñados para suministrar electricidad a la red. hay servicios publicos suficiente diferentes consideraciones para la implementación de sistemas solares fotovoltaicos, ya que proporcionan energía en lugar de consumirla.

Cuando una empresa de servicios públicos considera agregar energía solar, primero se analiza y modela el sistema para determinar los efectos, el equilibrio de carga, la carga del equipo y los problemas de calidad de la energía.

Se evalúa el costo total, como cualquier nuevo sistema de transmisión y distribución requerido, y el impacto en las instalaciones existentes, como la reducción de los costos de combustible.

En algunos casos, puede ser más económico desarrollar sistemas de distribución utilizando paneles solares más pequeños desplegados en líneas eléctricas separadas para manejar la carga adicional y reducir los costos de capital.

Los sistemas de distribución también pueden reducir los costos de línea debido a la potencia disipada en las líneas de transmisión.

Preguntas de revisión

1. ¿Cuál es la necesidad de inversores fotovoltaicos conectados a la red?
2. ¿Cuáles son dos razones por las que un sistema fotovoltaico no está conectado a una red de respaldo?
3. ¿En qué se diferencia el tamaño del banco de baterías en un sistema fotovoltaico conectado a la red del tamaño del banco de baterías en un sistema sin red?
4. ¿Por qué es útil el monitoreo continuo del sistema para un sistema fotovoltaico conectado a la red?
5. ¿Qué factores de costo deben considerar las empresas de servicios públicos para agregar recursos de energía solar fotovoltaica que un propietario no necesita considerar?

Respuestas:

1. Los inversores fotovoltaicos conectados a la red deben sincronizar su salida con la red eléctrica y poder desconectar el sistema solar si falla la red.
2. (1) Un sistema diseñado para complementar el suministro de red no requiere respaldo y no se reemplaza en ningún momento, lo que simplifica la instalación. (2) La batería de respaldo es costosa, ocupa espacio y requiere un mantenimiento regular.
3. En un sistema fotovoltaico conectado a la red, la batería solo necesita reemplazar la red durante las interrupciones, por lo que la probabilidad y la duración de las interrupciones es el factor principal para determinar el tamaño de la batería. En un sistema independiente, el factor principal para determinar el tamaño de la batería es el clima en el sitio y la probabilidad de largos períodos de nubes o lluvia que impidan que el sistema funcione de la mejor manera.
4. El monitoreo del sistema puede proporcionar datos básicos de rendimiento del sistema y ayudar a identificar problemas del sistema.
5. Algunos factores que las empresas de servicios públicos deben tener en cuenta son el equilibrio de carga; equipo de carga; problemas de calidad de la energía; costo total, incluido cualquier nuevo sistema de transmisión y distribución; así como muchos otros factores.