Energía de respaldo para sistemas de energía solar

Cada vez más hogares están siendo equipados con diferentes tipos de sistemas fotovoltaicos. Los módulos fotovoltaicos modernos ya son capaces de convertir alrededor del 20% de la energía solar en electricidad, lo que hace que este tipo de generación de electricidad sea muy atractiva.

Generador de energía de respaldo para sistemas solares sin y con almacenamiento de baterías

El corazón del sistema fotovoltaico es el inversor. Existen inversores conectados a la red, híbridos y fuera de la red.

Los inversores conectados a la red y los híbridos están sincronizados con la red pública y son capaces de inyectar el exceso de energía en la red pública.

El generador de energía de respaldo para sistemas solares no puede reemplazar la red pública para inversores conectados a la red y híbridos porque no puede absorber el exceso de energía. La retroalimentación del inversor puede dañar el generador.

Una excepción pueden ser los inversores, que tienen una entrada adicional para generador, donde la retroalimentación puede ser prevenida al 100% por sensores de corriente integrados. Sin embargo, dicho generador debe tener parámetros de voltaje que sean aceptables para el inversor, lo cual no siempre ocurre con un generador de energía convencional.

En caso de un corte de energía, el generador de energía de respaldo en un sistema solar con un inversor conectado a la red debe suministrar electricidad únicamente a los consumidores que tienen derecho a energía de respaldo, manteniendo el inversor y cualquier almacenamiento de CA existente en el lado de la red eléctrica pública y desconectándolos en todos los polos con un interruptor de transferencia, de modo que el generador no funcione en paralelo con el inversor o el almacenamiento de energía de CA.

Diagrama de conexión del suministro de energía de respaldo de 230V para el sistema solar al utilizar generadores inversores sin función ATS:

También es posible un cambio automático al suministro de energía de respaldo para los consumidores de 230V al utilizar generadores con función ATS.

Diagrama de conexión del suministro de energía de respaldo de 230V para el sistema solar con el generador inversor KS 5500iES ATSR con una unidad ATS externa KS ATS 4/25 Inverter:

Diagrama de conexión del suministro de energía de respaldo de 230V para el sistema solar con el generador inversor KS 8100iE ATSR con una unidad ATS externa KS ATS 4/25 Gasoline:

El suministro de energía de respaldo en todos los casos descritos anteriormente es de 230V. De esta manera, casi todos los consumidores de electricidad en la casa pueden ser abastecidos en caso de un corte de energía. Los consumidores trifásicos (si están presentes) deben ser abastecidos por separado. Los consumidores de energía trifásica con control electrónico generalmente necesitan una onda sinusoidal "limpia", que un generador de energía convencional no puede generar. Puede encontrar más información sobre el suministro de energía de respaldo de 230V y 400V en nuestro material informativo.

Si el generador no va a ser instalado de forma permanente o se encuentra lejos del interruptor de transferencia, recomendamos utilizar nuestros generadores inversores únicos con módulo ATS interno. Sin embargo, esto requiere el uso de un interruptor de transferencia automática de prioridad externa en un lado.

El generador monitorea el voltaje en el enchufe, que está conectado antes del interruptor y protegido por un disyuntor y un RCD o por un RCBO (protección contra sobrecarga y contacto en uno). Este enchufe sin el generador conectado puede usarse como un enchufe exterior normal. Este enchufe está desenergizado durante un corte de energía y esto es crucial para el control ATS del generador. Es una señal para iniciar el generador.

Diagrama de conexión del suministro de energía de respaldo de 230V para el sistema solar con el generador inversor KS 6000iES ATS Versión 2, en el cual la ENTRADA DE RED monitorea los 230V, pero no los envía a la salida en modo de espera:

El generador en el diagrama de circuito no está instalado de forma permanente, sino conectado al enchufe preinstalado y a la entrada CEE 230V 32A según sea necesario. Esto significa que el generador también puede utilizarse en movimiento si se requiere. Una instalación fija es, por supuesto, también posible, pero se necesita una sala adecuada y un sistema de escape para ello.

El generador está conectado al lado N del interruptor de transferencia automática, que tiene conmutación prioritaria, por lo que cuando regresa la energía principal, el interruptor no cambia inmediatamente a la red eléctrica, sino solo cuando el generador apaga su salida. El generador KS 6000iES ATS versión 2 analiza el voltaje en su conexión de ENTRADA PRINCIPAL durante aproximadamente 1 minuto y solo entonces apaga la salida, permitiendo así el cambio al suministro eléctrico principal. Esto corresponde a la regulación según la cual un dispositivo de conmutación automática no debe cambiar inmediatamente a la red eléctrica pública, sino con un retraso de 1 minuto.

El funcionamiento automático solo es posible con la versión KS 6000iES versión 2 (sin cambiar de ENTRADA PRINCIPAL a la salida). La función ATS debe activarse para que el generador se inicie automáticamente si ya no hay voltaje en el enchufe y, en consecuencia, ya no hay voltaje en la ENTRADA PRINCIPAL.

Inversores híbridos con un sistema de almacenamiento DC fotovoltaico cambian a operación de energía de respaldo en caso de un corte de energía. En este proceso, se utiliza la energía suministrada por las células solares y almacenada en la unidad de almacenamiento fotovoltaico.

Los sistemas solares con un inversor híbrido suelen tener un banco de baterías con capacidades más pequeñas, ya que están destinados únicamente a almacenar el exceso de energía para su uso nocturno, etc. Pero, ¿qué hacer cuando el sol no brilla y la energía almacenada se ha agotado? Entonces necesita un generador.

En este caso, recomendamos cargar el almacenamiento de energía (solo CC) desde un generador de energía de respaldo para que el inversor híbrido pueda seguir suministrando energía a la casa como de costumbre.

El almacenamiento de energía se carga ya sea desde un generador de CA con un cargador o desde un generador de CC. El cargador o el generador de CC deben coincidir con el almacenamiento de energía fotovoltaica.

Diagrama de conexión del suministro de energía de respaldo para el sistema solar con el generador inversor KS 6000iES ATS Versión 2, en el cual la ENTRADA DE RED monitorea los 230V, pero no los envía a la salida en modo de espera.

La unidad de control de voltaje de la batería supervisa el voltaje de la batería e interrumpe los 230V al enchufe Schuko si el voltaje de la batería cae por debajo del valor establecido. El generador se enciende y suministra la tensión de CA al cargador, que a su vez carga la unidad de almacenamiento de energía para proporcionar suficiente energía al inversor.

El KS 6000iES ATS está equipado con una batería de litio que se carga siempre que haya 230V presentes en la ENTRADA PRINCIPAL o el generador esté en funcionamiento. La batería siempre está cargada y lista para su uso. La batería de litio tiene poca capacidad, pero cuenta con una alta corriente de arranque y se recarga relativamente rápido después de que se enciende el generador.

¡ATENCIÓN!
¡Un diagrama de circuito de este tipo solo es posible con el generador KS 6000iES ATS versión 2! Dependiendo del diseño del cargador (según el factor de potencia y el tipo de consumo de corriente), la capacidad de carga según dicho diagrama de circuito puede ser de hasta 2-4 kW.

En los sistemas con gestión de energía, a menudo solo se tiene en cuenta el proceso de carga del almacenamiento fotovoltaico por parte del controlador MPPT. Consulte con el fabricante de su inversor si la carga del banco de baterías desde una fuente de alimentación de CC externa es técnicamente permisible y no causa errores.

Dicha fuente de alimentación de CC debe funcionar como un módulo de carga con una característica IU, lo que hace que el uso de una fuente de voltaje de CC pura no sea posible. Este cargador o módulo de carga debe tener un "Punto de Máxima Potencia" donde el voltaje disminuye cuando la corriente de salida alcanza el valor máximo. La tarea del módulo de carga no es cargar completamente la batería, sino al menos parcialmente para que se pueda mantener el suministro de energía. La carga completa de la batería se realiza a partir de paneles solares a través del controlador de carga.

El suministro de energía de respaldo mediante la carga del almacenamiento de baterías tiene claras ventajas con respecto a los consumidores de energía a ser abastecidos. La energía se sigue suministrando con una onda sinusoidal "limpia" que genera el inversor. La potencia máxima sigue estando determinada por los parámetros del inversor y el almacenamiento de energía. El generador solo tiene que complementar con suficiente energía.

En sistemas donde el consumo de energía no es constante (por ejemplo, una casa o una oficina), el generador no funcionará de manera continua, sino solo cuando sea necesario. Una vez que la batería se ha cargado hasta el voltaje establecido en el monitor de batería, el generador se apaga y los consumidores de electricidad son alimentados por la batería a través del inversor. De esta manera, es posible un suministro de energía ininterrumpido a largo plazo, lo cual es muy importante en caso de un corte de energía prolongado. El generador funciona con pausas y también tiene tiempo para enfriarse. El combustible también se utiliza de manera óptima porque el motor no tiene que funcionar sin carga.

Los inversores fuera de la red no alimentan la red pública y solo suministran a los consumidores de electricidad conectados. Estos inversores funcionan junto con el almacenamiento de energía en corriente continua y, por lo general, tienen una conexión para una fuente de alimentación de corriente alterna externa que puede proporcionar energía cuando sea necesario.

Dependiendo de la configuración del inversor, esta fuente de CA externa también debe ser capaz de suministrar suficiente energía para cargar la batería. En este contexto, algunos inversores tienen una configuración adicional que restringe la potencia total que el inversor puede extraer de una fuente de alimentación de CA externa. Esta potencia se divide entonces entre el almacenamiento de batería de CC y los consumidores de energía a ser abastecidos.

La carga de las baterías con alta potencia desde una fuente de alimentación de CA tiene especificidades que deben considerarse, especialmente al utilizar un generador. La potencia reactiva y los procesos transitorios generados durante el proceso de carga pueden dañar el generador.

La mayoría de los cargadores AC/DC o módulos de carga tienen un consumo de corriente en forma de pulsos en el lado de CA y cargan el dispositivo de almacenamiento de batería de manera similar a pulsos:

El voltaje de CA se muestra en amarillo. En el caso de cargadores o módulos de carga sin corrección del factor de potencia, solo se consumen los máximos de la onda sinusoidal.

La carga de la batería a través del módulo de carga instalado en el inversor a menudo presenta el mismo problema. La batería se carga de manera extremadamente impulsiva:

En amarillo a la izquierda está el voltaje de la batería y a la derecha está el voltaje de la red eléctrica. En verde está la corriente de carga medida en el cable de la batería al cargar a través del inversor.

La corriente de carga de dichos módulos de carga se regula mediante el ancho de pulso, lo que puede agravar el problema de la carga desigual de la onda sinusoidal:

El almacenamiento de energía del sistema fotovoltaico se carga con 100 pulsos por segundo (a una tensión de 50Hz). En tal caso, el sistema no debe calcularse únicamente con valores RMS, sino que también se deben considerar las amplitudes instantáneas.

El consumo de corriente de pulso tiene un factor de potencia de 0.5-0.7, lo que puede llevar a un alto consumo de potencia reactiva. Si alimenta el cargador o el módulo de carga del inversor desde la red eléctrica, es compensado por otros consumidores de electricidad en la red. Es diferente cuando se utiliza un generador.

Un generador y los consumidores de electricidad forman un sistema cerrado, cuyos elementos se afectan mutuamente, y es muy importante que se ajusten entre sí y que el sistema no oscile.

El consumo de corriente en forma de pulsos significa que, en el mejor de los casos, no se puede utilizar más de la mitad de la potencia nominal del generador y se deben tomar medidas adicionales contra los armónicos causados por el consumo de corriente en forma de pulsos para estabilizar el circuito.

En la práctica, a menudo conduce a un funcionamiento inestable del módulo de carga e incluso a daños en el generador, como bobinados sobrecalentados, regulador de voltaje roto o módulo inversor dañado.

En la mayoría de los casos, los inversores fuera de la red cambian la fuente de energía externa y la cargan en pulsos para cargar su propio sistema de almacenamiento fotovoltaico, lo que puede distorsionar la forma de voltaje de un generador convencional hasta tal punto que puede afectar a los consumidores de energía sensibles.

Recomendamos utilizar generadores inversores como fuente de CA externa para el suministro de energía de respaldo desde inversores fuera de la red, ya que pueden mantener mejor su forma de voltaje, lo cual puede ser muy importante para los consumidores de electricidad sensibles.

Diagrama de conexión del suministro de energía de respaldo de 230V para el sistema solar con el Generador Inversor KS 6000iES ATS Versión 2, en el cual la ENTRADA DE RED monitorea los 230V, pero no los envía a la salida en modo de espera:

¡Esta solución debe usarse ÚNICAMENTE con inversores fuera de la red y sistemas de energía independientes!

El generador inversor KS 6000iES ATS versión 2 se enciende tan pronto como la unidad de control de voltaje de la batería interrumpe el voltaje de 230V derivado de la salida del inversor hacia la ENTRADA PRINCIPAL del generador y se detiene cuando vuelve.

Cabe señalar que el generador debe proporcionar la energía tanto para los consumidores de electricidad que se abastecerán como para cargar el dispositivo de almacenamiento de electricidad.

En el caso de soluciones fuera de la red con un inversor fuera de la red, el almacenamiento de energía (DC) puede ser cargado por un generador + cargador, al igual que en los sistemas con inversores híbridos. De esta manera, el suministro de energía trifásico del inversor puede seguir funcionando.

Diagrama de conexión del suministro de energía de respaldo para el sistema solar con el Generador Inversor KS 6000iES ATS Versión 2, en el cual la ENTRADA DE RED monitorea los 230V, pero no los envía a la salida en modo de espera:

El almacenamiento de baterías de CC también puede cargarse directamente desde un generador de CC adecuado si esto es técnicamente posible para el sistema fotovoltaico respectivo.

Ejemplo de uso del KS 48V-DC en una solución de isla de energía:

Ejemplo de uso del KS 48V-DC con un inversor híbrido con el almacenamiento de energía de 48V:

El generador de corriente continua se conecta directamente al dispositivo de almacenamiento de energía de 48V para cargarlo directamente.

El KS 48V-DC puede monitorear el voltaje de la batería por sí mismo o ser controlado externamente mediante contactos "secos".

El generador se inicia en modo AUTO cuando se alcanza el valor de voltaje inferior de 48V, carga la batería con un voltaje de hasta 54V y con una corriente de hasta 70A, y se apaga cuando el voltaje alcanza los 53.5-54V y la corriente de carga cae por debajo de 20A. El generador también puede ser iniciado y detenido manualmente o externamente mediante contactos PF, permitiendo diferentes aplicaciones e integración en sistemas existentes. El generador no tiene su propia batería y utiliza la energía de la batería para ser suministrado al iniciar en modo AUTO y CONTROL EXTERNO. También es posible el arranque manual con el arrancador de cuerda.

Ejemplos de almacenamiento de baterías de 48V DC compatibles:

1. 4 baterías AGM conectadas en serie con un rango de voltaje de aproximadamente 48-54V
2. Baterías con 14 celdas de LiIon conectadas en serie con un rango de voltaje de aproximadamente 47-56V
3. Baterías con 16 celdas LiFePo4 conectadas en serie con un rango de voltaje de aproximadamente 48-54V
4. Baterías con 15 celdas LiFePo4 conectadas en serie con un rango de voltaje de aproximadamente 45-51V (se recomienda el modo de CONTROL EXTERNO).

Dependiendo del almacenamiento de energía y del inversor, se debe utilizar el modo AUTO o CONTROL EXTERNO. La función del generador es servir como fuente de energía de reserva y, si es necesario, cargar unos pocos kWh de energía en el almacenamiento de baterías de CC para que los consumidores de energía que deben ser suministrados por el inversor permanezcan abastecidos incluso cuando hay muy poca energía del sol y sin energía de la red DSO (solución de isla de energía o fallo de la red eléctrica). Por lo tanto, el generador generalmente funciona alrededor de 1-2 horas y se apaga. La casa es alimentada por el almacenamiento de baterías de CC, que también puede compensar los picos de energía cuando el generador está en funcionamiento.

Una casa generalmente consume solo unos pocos cientos de vatios de manera continua y solo cuando se enciende un dispositivo potente el consumo de electricidad aumenta en unos pocos kW, momento en el cual la energía puede provenir tanto del generador como del almacenamiento en baterías, ya que ambos funcionan en paralelo. De esta manera, el consumo de energía puede, por un corto tiempo, exceder la capacidad del generador y el suministro eléctrico a la casa puede continuar como de costumbre.

El generador en modo AUTO se apaga cuando la corriente cae por debajo de 20A. Tiempo de respuesta de aproximadamente 30 segundos. Si el consumo de energía en la casa supera constantemente 1 kW, recomendamos utilizar el modo de CONTROL EXTERNO o apagar el generador manualmente.

Gracias a los diferentes modos de funcionamiento, el generador puede integrarse en distintos sistemas de suministro eléctrico.

Un generador de corriente continua es mucho más eficiente en el consumo de combustible y permite un suministro ininterrumpido de energía de respaldo durante varios días, ya que el generador funciona en intervalos y tiene tiempo suficiente para enfriarse.

El generador de corriente continua (DC) realiza la misma función que un panel solar más un controlador de carga y es mucho más efectivo que la combinación de "generador de corriente alterna (AC) + cargador". La corriente de carga del generador DC no es impulsiva (solo hay ondulación) y, por lo tanto, en el mismo máximo se alcanza un valor efectivo mucho más alto, lo cual es también muy importante para las baterías y los controladores BMS (para baterías de litio).

El generador de corriente continua cuenta con múltiples bobinados y control electrónico, lo que hace que la corriente de salida sea mucho más suave. Así es como se ve la corriente de carga (en verde) de una batería LiFePo4 (un caso extremo) a una corriente de 40A y 70A (valor eficaz):

El rizado de voltaje de salida del generador de corriente continua es bajo, lo que aún puede causar un rizado de corriente de carga en una batería LiFePo4. A medida que aumenta la corriente de carga, la diferencia entre el voltaje propio de la batería y el voltaje del generador aumenta, lo que puede llevar a una reducción en el rizado de la corriente de carga.

Un generador de corriente continua para cargar las baterías es una buena solución desde todos los puntos de vista y, en algunos casos, no hay mejor alternativa, si es que existe alguna.

Varios KS 48-DC pueden conectarse en paralelo para aumentar el rendimiento general o asegurar el suministro de energía durante un período de tiempo más prolongado.

Todos los KS 48-DC están conectados al bus de 48V, al cual también están conectadas otras fuentes de corriente continua, almacenamiento de energía e inversores.

Dependiendo de la potencia requerida, se puede activar un cierto número de generadores mediante control externo, funcionar de manera alternada, etc.

Si todos los generadores de corriente continua conectados al bus de 48V están en modo AUTO, solo un generador se encenderá, con la electrónica de control reaccionando un poco antes, y los demás solo se encenderán si es necesario, por ejemplo, si la potencia del primer generador no es suficiente y el voltaje de almacenamiento de la batería continúa disminuyendo, o si ha ocurrido una falla en el primer generador. De este modo, los generadores de corriente continua se apoyarán mutuamente, por así decirlo, para mantener el voltaje en el bus de 48V.
Esta propiedad es muy importante en sistemas donde se requieren varios kW de potencia. Simplemente utilice varios KS 48-DC para cubrir de manera segura la demanda de energía. De este modo, parte de los generadores pueden permanecer como reserva en caso de que uno de los generadores de corriente continua activos experimente un fallo (por ejemplo, quedarse sin gasolina).

Aquí tiene un ejemplo de cómo utilizar varios KS 48-DC a la vez:

Descargo de responsabilidad

Estas instrucciones solo pueden tomarse como una recomendación, son ilustrativas y deben adaptarse a las circunstancias y condiciones locales exactas durante la instalación. La instalación en sí debe realizarse cumpliendo con todas las normas y regulaciones. No nos hacemos responsables de las instalaciones incorrectas y sus consecuencias.