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.
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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 tensión 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.
(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 baja tensión que desconectará las cargas si la tensión del sistema de almacenamiento de energía cae demasiada baja para protegerlo. A menudo, la desconexión de baja tensión 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 una tensión 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.
(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.
(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 tensión.
(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 tensión, 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.
(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 la tensión cae por debajo de cierto valor o si las cargas aumentan a cierto valor.
(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
Un sistema multimodo incluye un inversor/cargador que es capaz de interactuar con la red y puede integrar muchas fuentes de energía diferentes para la carga de almacenamiento de energía, energía de respaldo y esquemas de administración de energía. Pueden cargar el sistema de almacenamiento de energía fuera de la red, pero también se pueden programar para inyectar energía a la red si el sistema de almacenamiento de energía está lleno y hay un exceso de energía que no está siendo consumido por cargas. Como estos sistemas integran PV, almacenamiento de energía y la red, son bastante complejos y pueden requerir una programación significativa según la aplicación. Las dos aplicaciones más comunes para un sistema multimodo son para sistemas de energía de respaldo y para sistemas conectados a la red en áreas que ofrecen muy poca compensación por el exceso de energía que se retroalimenta a la red o prohíben la exportación del exceso de producción. Si se ofrece muy poca compensación al usuario, entonces el inversor generalmente se configura en una "configuración de autoconsumo", que prioriza el consumo local de la energía generada por la fuente FV antes de exportarla. Si la exportación a la red está prohibida, entonces el inversor se puede configurar en una configuración de "venta cero" que garantizará que no se inyecta energía a la red.
Un aspecto clave de un sistema multimodo conectado a la red es que las cargas deben aislarse en tableros/cuadros de distribución separados: el panel de carga crítica y el panel de carga no crítica. Durante un corte de luz, el inversor multimodo seguirá suministrando electricidad al panel de carga crítica para garantizar el funcionamiento de estas cargas, mientras que cualquier carga en el panel de distribución normal perderá energía. La razón para dividir las cargas en estas dos categorías es que la salida del inversor y la energía almacenada en el sistema de almacenamiento de energía son limitadas, por lo tanto, las cargas deben limitarse en consecuencia.
(1) Fuente FV (2) Controlador de carga (3) Almacenamiento de energía (4) Inversor multimodo (5) Distribución de CA para cargas criticas (6) Distribución de CA para cargas non-criticas (7) Medidor 8. Conexión a la red
