Los sistemas de almacenamiento de energía fotovoltaica, comúnmente conocidos como sistemas de almacenamiento FV, abarcan aplicaciones que involucran módulos fotovoltaicos y equipos relacionados, como baterías de almacenamiento de energía. Según la necesidad de conexión a la red para la venta de energía, los sistemas de almacenamiento FV se pueden dividir en sistemas FV aislados de la red y sistemas FV híbridos (conectados a la red/aislados de la red). En este artículo, nos centramos en algunas consideraciones de diseño para sistemas FV aislados de la red.
**Componentes de los sistemas fotovoltaicos fuera de la red:**
Los sistemas fotovoltaicos aislados suelen constar de módulos fotovoltaicos, inversores aislados (incluidos cargadores/inversores fotovoltaicos), baterías de almacenamiento de energía (plomo-ácido/gel/plomo-carbono/iones de litio/fosfato de hierro y litio, etc.), estructuras de montaje fotovoltaico, cables y cajas de distribución. Cada componente desempeña un papel crucial en el funcionamiento del sistema fotovoltaico aislado.
La principal diferencia entre los sistemas aislados y conectados a la red reside en sus objetivos operativos. Mientras que los sistemas conectados a la red priorizan la rentabilidad de la inversión, los sistemas aislados priorizan la satisfacción de las necesidades básicas de suministro eléctrico. Por consiguiente, la selección de sus componentes se centra en diferentes aspectos.
**Consideraciones sobre los componentes:**
**Módulos fotovoltaicos:**
Inicialmente, los módulos fotovoltaicos se utilizaban principalmente en sistemas aislados de la red y en sistemas fotovoltaicos de pequeña escala. Sin embargo, con la adopción generalizada de aplicaciones fotovoltaicas conectadas a la red y los avances anuales en la tecnología de módulos, la eficiencia de los módulos fotovoltaicos ha mejorado considerablemente. Algunas centrales eléctricas de gran escala conectadas a la red, en particular, requieren módulos más eficientes para maximizar el retorno de la inversión. Por otro lado, los sistemas aislados de la red suelen tener mayor espacio disponible y requisitos de eficiencia menos estrictos, lo que hace que los módulos convencionales sean la consideración principal durante el diseño del sistema.
**Inversores fuera de la red:**
1. **Consideración de las cargas de CA:**Las cargas generalmente se dividen en tres categorías: cargas resistivas (p. ej., iluminación, calefactores), cargas inductivas (p. ej., aires acondicionados, motores) y cargas capacitivas (p. ej., fuentes de alimentación de ordenadores). Cabe destacar que la corriente de arranque que requieren las cargas inductivas suele ser de tres a cinco veces la corriente nominal. Los inversores aislados con una capacidad de sobrecarga a corto plazo del 150 % al 200 % pueden no ser suficientes para cargas inductivas, lo que requiere consideraciones especiales para la capacidad del inversor (los inversores aislados conectados a cargas inductivas deben tener una capacidad de diseño del sistema de al menos el doble de la carga inductiva). Por ejemplo, en proyectos donde los inversores aislados controlan aires acondicionados 2P (2*750 W), se recomiendan inversores con una potencia nominal de 3 kVA o superior para un funcionamiento normal.
2. **Consideración del lado de CC:**Los inversores aislados suelen incorporar cargadores fotovoltaicos, disponibles en dos tipos: MPPT y PWM. Con los avances tecnológicos, los cargadores PWM se están sustituyendo gradualmente por cargadores MPPT.
3. **Otras consideraciones:**Además de los dos métodos de selección anteriores, existen numerosas fórmulas de cálculo disponibles en el mercado. Sin embargo, el enfoque general es el siguiente: 1) Determinar la potencia nominal del inversor aislado según el tamaño y el tipo de cargas; 2) Determinar el valor en kWh del paquete de baterías de almacenamiento de energía según el tiempo de descarga requerido por las cargas; 3) Determinar la potencia del cargador según las condiciones de luz solar local y los requisitos de tiempo de carga (por ejemplo, la carga completa se requiere en un día promedio).
**Baterías de almacenamiento de energía:**
1. **Baterías de plomo-ácido/gel:**Los sistemas de almacenamiento de energía suelen optar por baterías de plomo-ácido selladas y sin mantenimiento para reducir el mantenimiento posterior a la instalación. Con 150 años de desarrollo, las baterías de plomo-ácido ofrecen importantes ventajas en estabilidad, seguridad y rentabilidad. No solo son el tipo de batería más utilizado en aplicaciones de almacenamiento de energía, sino también la opción preferida para sistemas fotovoltaicos aislados de la red eléctrica.
2. **Baterías de plomo-carbono:**La tecnología de plomo-carbono, una evolución de las baterías de plomo-ácido tradicionales, consiste en añadir carbón activado al electrodo negativo de las baterías de plomo-ácido, lo que prolonga significativamente su vida útil. Sin embargo, al ser una tecnología más reciente en comparación con las baterías de plomo-ácido, las baterías de plomo-carbono tienen un coste ligeramente superior.
3. **Baterías de iones de litio/fosfato de hierro y litio:**En comparación con los tipos de baterías mencionados, las baterías de iones de litio ofrecen mayor densidad de potencia, más ciclos de carga y descarga, y una mayor profundidad de descarga. Sin embargo, debido a la necesidad de tecnología adicional de gestión de baterías (BMS), el coste del sistema de las baterías de iones de litio/fosfato de hierro y litio suele ser de dos a tres veces superior al de las baterías de plomo-ácido. Además, su estabilidad térmica es ligeramente inferior a la de las baterías de plomo-ácido/plomo-carbono. Por consiguiente, su aplicación en sistemas fotovoltaicos aislados es relativamente baja. No obstante, gracias a los avances tecnológicos, la cuota de mercado de las baterías de iones de litio/fosfato de hierro y litio está aumentando gradualmente, lo que indica una nueva tendencia en su aplicación.
**Conclusión:**
En resumen, hemos presentado una breve introducción a las aplicaciones básicas de los sistemas de almacenamiento de energía fotovoltaica, en particular los sistemas fotovoltaicos aislados de la red, y hemos ofrecido algunas recomendaciones para la selección de equipos básicos. Esta información sirve de referencia para los profesionales del sector fotovoltaico.
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Hora de publicación: 30 de enero de 2024
