Por Jeremy Cook
La energía solar nos permite aprovechar la energía del sol. Para usar esta energía mientras los paneles no produzcan energía activamente, considere agregar un sistema de almacenamiento de energía (ESS, por sus siglas en inglés). Un ESS (normalmente un banco de baterías con un inversor) se carga a través de una solución acoplada a CC o CA. Tanto las configuraciones de almacenamiento de energía acopladas a CA como a las de CC tienen ventajas y desventajas, y el almacenamiento de energía ni siquiera es la mejor opción en todas las situaciones. En este artículo analizaremos cada caso solar.
Primero, considere el caso de uso solar más básico: un conjunto fotovoltaico sin batería de respaldo. En esta situación, los paneles solares producen energía de CC, que se envía a un inversor que la convierte en electricidad de CA y alimenta el panel eléctrico principal. El exceso de energía se puede vender a la red pública mediante un medidor de energía bidireccional. Sin embargo, estos sistemas se apagan cuando se corta la red, por razones de seguridad.
Una matriz solar sin batería de respaldo es comparativamente fácil de configurar. Incluye un conjunto fotovoltaico, un inversor (que interactúa con la red general) y una desconexión del sistema fotovoltaico. La desventaja de esta configuración es que la desconexión se apaga cuando se corta la red. Su sistema no se puede usar para mantener las luces y los sistemas esenciales encendidos durante un apagón.
Almacenamiento de energía acoplado a CA
La batería de respaldo le permite mantener la energía durante un corte de la red. La forma más sencilla de instalar respaldo solar en una empresa o en una casa es con un sistema acoplado a CA. En lugar de alimentar el panel de servicio principal después de la desconexión fotovoltaica, el inversor alimenta un panel de cargas de respaldo. El panel de respaldo, a su vez, alimenta un inversor multimodo, un desconectador de almacenamiento de energía y baterías para almacenar energía para su uso posterior. Finalmente, el sistema alimenta el panel de servicio principal a través de una desconexión interactiva del sistema, que corta el sistema solar o de respaldo en caso de un corte.
Durante un apagón de la red, la electricidad se envía desde el banco de almacenamiento de energía a través del inversor multimodo al panel de cargas de respaldo, que suministra energía a los dispositivos esenciales. La energía solar aún se puede usar en este caso (si brilla el sol), ya que el inversor del panel usa la energía del ESS para imitar las señales de la red y convertir la energía solar de CC en CA. Todo el equipo solar o de respaldo adicional se instala después de la desconexión del sistema interactivo, con respecto al panel de servicio principal.
Almacenamiento de energía acoplado a CC
En una configuración acoplada a CC, el conjunto fotovoltaico alimenta a un inversor multimodo y una configuración de controlador de carga a través de una desconexión fotovoltaica. El controlador de carga permite que la energía de CC pase por otra desconexión para respaldar las baterías, sin ninguna conversión de CA y las correspondientes pérdidas de eficiencia. El inversor envía energía de CA (convertida desde el sistema de almacenamiento de energía general) a un panel de carga de respaldo. El panel de respaldo también puede enviar y recibir energía desde el panel de servicio principal a través de una desconexión general.
La gran ventaja de los sistemas acoplados a CC es que las baterías se cargan de manera más eficiente mediante el panel solar que en una configuración acoplada a CA.
Almacenamiento de energía solar acoplado a CA frente a acoplado a CC
Desde el punto de vista de la eficiencia, un sistema acoplado a CC parece una mejor opción que un sistema de almacenamiento de baterías acoplado a CA. Un sistema acoplado a CA debe pasar por tres conversiones con pérdidas para producir energía solar de respaldo: PV (CC) al panel de carga de respaldo (CC a CA) al almacenamiento de energía (CA a CC) al panel de carga de respaldo (CC a CA). Los sistemas acoplados a CC solo pasan por una conversión de CC a CA: desde el sistema de almacenamiento de CC y el conjunto fotovoltaico a través de un único inversor hasta el panel de carga de respaldo de CA.
Sin embargo, varios factores pueden hacer que un sistema de CA sea más atractivo para su caso de uso. Desde una perspectiva de modernización, un ESS acoplado a CA puede considerarse una solución "atornillada", ya que el inversor interactivo existente, la desconexión fotovoltaica y el cableado asociado se pueden dejar en su lugar. Los sistemas acoplados a CC requieren cambios de cableado y equipos en la infraestructura solar existente. Dado que cualquiera de las soluciones de respaldo se debe diseñar, instalar y mantener individualmente por humanos costosos (y que pueden fallar), la simplicidad de un ESS acoplado a CA tiene valor.
Además, considere que los inversores interactivos que se usan en un escenario de conexión fotovoltaica a la red o de uso inmediato tienden a ser más eficientes que sus homólogos de inversores multimodo. También se podrían debatir los beneficios relativos de tener dos tipos de inversores en un sistema acoplado a CA frente a un único inversor multimodo en un sistema acoplado a CC. La configuración de CA de doble inversor proporciona algunas funciones si una se cae, pero esto también significa múltiples puntos de falla.
Otras opciones: ¿desacoplar la energía solar y la de respaldo?
Los diseñadores de sistemas también podrían considerar si la batería de respaldo es necesaria en algunos escenarios. Los apagones prolongados son poco comunes en EE. UU., y con la capacidad de almacenar energía en la red general, las facturas de energía después de que se pone el sol se pueden mitigar sin respaldo en el lugar. Estrictamente desde un punto de vista de costos, es posible que el almacenamiento in situ no valga la inversión de capital inicial adicional. En algunos casos, un generador de respaldo puede ser una mejor opción que un ESS, incluso con paneles instalados para uso general.
Conclusiones sobre el respaldo de energía solar
La energía solar presenta dos beneficios principales: ahorro de costos generales debido a la reducción de los cargos de los servicios públicos de energía y energía de respaldo para cuando la red falla. Como se analiza aquí, los sistemas de respaldo de baterías acoplados a CA y CC tienen beneficios relativos. Dadas las eficiencias involucradas y la relativa rareza de los apagones, los instaladores podrían considerar presentar la energía solar y la capacidad de respaldo como dos desafíos distintos que pueden (o no) resolverse mejor en conjunto.
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