Tipos de sistemas FV

El proyecto solar de código abierto se centra en sistemas fotovoltaicos autónomos, sin embargo, es importante distinguir los diferentes tipos de sistemas y la terminología asociada, ya que ayudará al diseñar un sistema y seleccionar el equipo.

Sistemas conectados a la red

Los sistemas fotovoltaicos instalados que tienen una conexión a la red se llaman sistemas conectados a la red. Los inversores que vienen con este tipo de sistemas se llaman "inversores interactivos", ya que son capaces de interactuar con la red haciendo coincidir su voltaje y frecuencia. Se apagan automáticamente si pierden su conexión a la red para garantizar la seguridad de cualquier trabajador eléctrico que pueda estar trabajando para corregir el problema. Por lo tanto, estos sistemas no proporcionan energía de respaldo en caso de un corte de luz. Estos sistemas no pueden almacenar energía, por lo tanto, dado que el sistema produce energía, debe consumirse en las instalaciones o ser inyectado a la red, a través de un medidor, para ser utilizada por otros clientes. La mayoría de los sistemas fotovoltaicos instalados a nivel mundial son de este tipo.

Un ejemplo de un sistema conectado a la red con un inversor interactivo:
(1) Fuente FV (2) Inversor interactivo (3) Cuadro/tablero de distribución(4) Medidor (5) Conexión a la red

Sistema autónomo

Los sistemas fotovoltaicos instalados en áreas que carecen de conexión a la red se denominan sistemas autónomos, pero también se denominan comúnmente sistemas basados en baterías o fuera de la red. Estos sistemas adoptan muchas formas diferentes, pero casi siempre incorporan algún tipo de almacenamiento, generalmente un banco de baterías, y una o más fuentes de carga. Además de la energía solar fotovoltaica, estos sistemas también pueden incorporar un generador, eólico o hidráulico. Los sistemas autónomos pueden utilizar corriente alterna y corriente continua como fuentes de carga y pueden suministrar corriente alterna y continua para cargas. Los diferentes tipos de sistemas independientes utilizados para proyectos a pequeña escala se describen a continuación. Se excluyen los diseños más complejos utilizados para microrredes o sistemas muy grandes, como los que utilizan fuentes de carga acoplada en corriente alterna (CA). Para comprender cómo fluye la energía entre los componentes claves, consulte Flujo de energía entre los componentes.

Cualquier conexión a un sistema de almacenamiento de energía debe realizarse a través de un interruptor de bajo voltaje que desconectará las cargas si el voltaje del sistema de almacenamiento de energía cae demasiado bajo para protegerlo. A menudo, la desconexión de bajo voltaje está integrada en el controlador de carga o el inversor.

Sistema de FV directo

El más simple de todos los sistemas fotovoltaicos. Una fuente fotovoltaica que funciona a un voltaje nominal, generalmente un módulo nominal de 12V, se puede conectar directamente a una carga de CC simple como un ventilador que es capaz de funcionar en una amplia gama de voltajes. Si la fuente fotovoltaica no produce suficiente energía o simplemente es de noche, la carga no funcionará porque no hay forma de almacenamiento de energía.

Ejemplo de un sistema FV directo:
(1) Fuente FV (2) Carga de CC directa

Sistema solo de (CC)

Un sistema común en áreas fuera de la red menos desarrolladas, la mayoría de sistema de menos de 100W son de este tipo. Una opción económica para proporcionar iluminación y energía a pequeños electrodomésticos. Usar solo corriente continua tiene la ventaja de evitar pérdidas de energía debido a las ineficiencias creadas por un inversor (los inversores suelen tener una eficiencia de entre el 80% y el 90% en practica) y la energía que se requiere para alimentar un inversor cuando está en espera. La desventaja de no tener un inversor es que la mayoría de los aparatos están diseñados para su uso con corriente alterna, por lo que el mercado de aparatos de CC disponible suele ser mucho más pequeño.

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Ejemplo de un sistema autónomo sin inversor:
(1) Fuente FV (2) Controlador de carga (3) Almacenamiento de energía (4) Distribución de CC (En practica, es normalmente una solución mucho mas sencillo que esto).

Con un inversor y iluminación de corriente continua (CC)

Un inversor se convierte en una parte esencial de cualquier sistema fotovoltaico que esté destinado a alimentar cualquier cosa más allá de pequeñas cargas de iluminación y electrodomésticos. Un inversor estándar permite el uso de aparatos de corriente alterna. Un inversor tiene pérdidas de eficiencia y pérdidas de consumo en espera, pero hace que un sistema fotovoltaico sea mucho más versátil. Aún puede ser conveniente incorporar iluminación y electrodomésticos de CC, ya que son más eficientes y no requieren que el inversor funcione para funcionar. El inversor solo puede funcionar de forma intermitente en un sistema con este diseño. La corriente CC tiene desventajas para la iluminación y las cargas cuando tiene que recorrer distancias más largas debido a caída de voltaje.

Ejemplo de un sistema autónomo con un inversor y iluminacion/cargas de CC:
(1) Fuente FV (2) Controlador de carga(3) Distribución de CC(4) Almacenamiento de energía (5) Inversor (6) Distribución de CA

Con un inversor

Con sistemas más grandes, especialmente sistemas con tendidos de cables más largos (debido a caída de voltaje, el mejor diseño generalmente se basa principalmente en un inversor que está en funcionamiento continuo para suministrar CA a la iluminación y las cargas. Los refrigeradores de CC son a menudo una excepción ya que la mayoría de refrigeradores eficientes del mercado están diseñados para funcionar con CC y si el inversor tiene algún problema, no hay riesgo de que se echen a perder los alimentos.

Ejemplo de un sistema autónomo con un inversor:
(1) Fuente FV (2) Controlador de carga (3) Almacenamiento de energía (4) Inversor (5) Distribución de CA

Con un inversor/cargador

Un sistema con mayores necesidades de energía o un sistema que suministra cargas críticas, como en una clínica médica, a menudo incorporará un generador para garantizar que las necesidades de energía se satisfagan en todo momento. Un inversor/cargador es capaz de "rectificar" (el proceso opuesto de invertir) la corriente alterna en corriente continua para cargar el banco de baterías. El inversor/cargador se puede programar para que arranque automáticamente un generador si el voltaje cae por debajo de cierto valor o si las cargas aumentan a cierto valor.

Ejemplo de un sistema autónomo con un inversor/cargador:
(1) Fuente FV (2) Controlador de carga (3) Almacenamiento de energía (4) Inversor/cargador (5) Distribución de CA (6) Generador

Sistemas multimodos conectados a la red

An multi-mode system includes inverter/charger that is capable of interacting with the grid can integrate many different energy sources for battery charging, backup power, and energy management schemes. They can charge the battery bank off of the grid, but can also be programmed to feed energy back into the grid if the battery bank is full and there is excess energy that is not being consumed by loads. As these systems integrate PV, storage and the grid, they are rather complex and can require significant programming depending on the application. The two most common applications for a multi-mode system are for back-up power systems and for grid-tied systems in areas that offer very little compensation for excess energy feed back into the grid or prohibit the exportation of excess production. If very little compensation is offered to the user, then the inverter is typically set in an auto-consumption configuration, which prioritizes the local consumption of the energy generated by the PV array before any is exported. If exporting to the grid is prohibited, then the inverter can be configured into a zero sell configuration that will ensure that no energy is fed back into the grid.

A key aspect of a grid-tied multi-mode system is that loads must be isolated into separate panels: the critical load panel and the non-critical load panel. The multimode inverter will continue to supply electricity to the critical load panel to ensure the functioning of these loads, while any loads in the normal distribution panel will lose power. The reason for dividing loads into these two categories is that the output of the inverter and the energy stored in the battery bank is limited, therefore the loads must be limited accordingly.

Example of a multi-mode system:
(1) PV source (2) Charge controller (3) Energy storage (4) Multi-mode inverter (5) AC power distribution for critical loads (6) AC power distribution for non-critical loads (7) Meter 8. Grid connection