3. Diseño del sistema
Diseñar el sistema es cuestión de tomar algunas decisiones en orden. Cada elección reduce las posibilidades de diseño y todas ellas determinan la topología y los componentes necesarios. En este capítulo se ven esas decisiones en orden: cómo se conecta la instalación a la red, ya sea monofásica o multifásica, qué inversor/cargador se adapta a las cargas, cómo de grande tiene que ser la bancada de baterías, cómo se integran los paneles solares, si se inyecta a la red el excedente solar y los requisitos de anti-isla de la conexión a la red local.
3.1. Gestión de la red
La primera decisión de diseño es cómo se conecta la instalación a la red. Se reduce a cómo se conectan las cargas y los inversores FV, y esto, a su vez, determina si se necesita un contador de red.
El principio subyacente es sencillo: el inversor/cargador solo puede medir y regular la energía que fluye a través de él.
Si todo está conectado a su salida, toda la energía intercambiada con la red pasa a través del inversor/cargador, de modo que puede medir el intercambio por sí mismo. No se necesita un contador de red.
Cuando también hay cargas o inversores FV conectados a la parte de la entrada (red), esa energía no pasa por el inversor/cargador. En este caso se necesita un contador de red. Sin él, el autoconsumo y la regulación del punto de referencia de la red funcionan en base a información incompleta y generan resultados incorrectos.
De modo que hay dos opciones.
Todas las cargas en la salida (sin contador de red) Todas las cargas e inversores FV se conectan a la AC-Out del inversor/cargador (MultiPlus o Quattro). Cuando se pierde la red, la batería puede servir de auxilio a todas las cargas. El inversor conectado a la red alimenta la microrred creada por el inversor/cargador . |
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Paralelo a la red (se necesita contador de red) También hay cargas o inversores FV conectados a la parte AC-In. Cuando se pierde la red, la batería solo puede servir de auxilio a las cargas de AC-Out. El inversor conectado a la red en AC-In no funcionará hasta que se restablezca la red. |
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Cuando se necesite un contador de red, utilice un contador de energía de Victron e instálelo según se describe en Configuración.
3.2. Monofásica o multifásica
El sistema puede configurarse e distintas configuraciones de fase, según el modelo de inversor/cargador:
Modelos 230 V: monofásica o trifásica.
Modelos 120 V: monofásica, fase dividida o trifásica.
Para información detallada sobre la configuración de cada uno de ellos, véase Regulación multifásica en el capítulo Configuración.
3.3. Selección del inversor/cargador
El tamaño necesario depende del tipo de instalación y de los aparatos que se vayan a alimentar desde el inversor/cargador.
Rango de tensión de entrada CC
Elija un modelo que se ajuste a la tensión de la batería.
Tensión y frecuencia de la entrada de CA
Elija un modelo que se ajuste a la tensión y frecuencia de la red.
Número de entradas CA
Si hay un generador como parte de la instalación, considere un inversor/cargador con dos entradas CA independientes, como el Quattro.
Corriente de entrada CA máxima
Los inversores/cargadores tienen un límite de corriente de entrada CA ajustable. Este valor define cuánta corriente extrae la unidad de AC-In, de modo que es necesario elegir un modelo cuyos límites se ajusten a la conexión a la red.
Potencia continua de salida
Esta es la potencia que el inversor puede proporcionar de forma continua. La potencia continua de salida varía con la temperatura. La demanda de potencia total de las cargas no debe exceder este valor.
Máxima corriente de carga de la batería
La máxima corriente de carga de la batería es la corriente de carga más alta que la unidad llevará a la batería. Cuando hay AC-In disponible desde la red, un generador o excedente solar procedente de un inversor conectado a la red, la batería se carga hasta esta corriente.
3.4. Capacidad de la bancada de baterías
El tamaño de la bancada de baterías resulta del equilibrio entre coste, vida útil de la batería y autonomía. También influye en cuánto beneficio se puede obtener de los precios variables de la electricidad.
Una bancada de baterías más pequeña:
es más rentable, pero la energía usada en comparación con su capacidad nominal es elevada.
se carga y se descarga a velocidades C más altas, lo que puede acortar la vida de las baterías, especialmente las de plomo.
Una bancada de baterías más grande:
combinada con un conjunto de paneles solares relativamente grande, puede almacenar el exceso de energía en días soleados, manteniendo energía disponible durante varios días consecutivos de mal tiempo.
proporciona más autonomía si falla el suministro.
permite almacenar más energía cuando los precios de la electricidad son bajos para usarla cuando los precios son altos (véase Configuración).
Dimensionamiento para el recorte de picos
Cuando el sistema se use para recortar picos, la batería y el inversor/cargador deben ser capaces de suministrar juntos la demanda por encima del límite de red mientras dure el pico. El inversor/cargador determina el tamaño de los picos que se pueden cubrir, y la batería, durante cuánto tiempo, de modo que un pico más largo o más grande necesita una bancada de baterías mayor. Tenga en cuenta que en los modos optimizados, solo está disponible para el recorte de picos la capacidad por encima del estado de carga mínimo. Se explica con más detalle en Recorte de picos.
Para el tamaño mínimo de la batería cuando se conecta un inversor FV conectado a la red en la salida CA (FV acoplada a CA), véase el documento de Victron Acoplado a CA y la regla del factor 1.0
3.5. Conexión de FV
La segunda decisión de diseño es cómo se integran los paneles solares. Hay dos formas de conectar FV al sistema: acoplada a CC o acoplada a CA, y un sistema puede usar una o las dos. La elección afecta a la eficiencia, al comportamiento del sistema durante un fallo de red y, en el caso de FV acoplada a CA, a algunas reglas de dimensionamiento.
FV acoplada a CC
En un sistema acoplado a CC, un cargador solar MPPT SmartSolar o BlueSolar conecta los paneles solares a la parte CC y carga la batería directamente. Esta es la ruta más eficiente para llegar a la batería, porque la energía llega a la batería con una sola conversión. Un cargador solar MPPT tiene una eficiencia del 99 %.
Sugerencia
El acoplamiento en corriente continua es la mejor opción cuando la mayor parte del consumo energético se produce fuera del horario diurno, por ejemplo, en una vivienda en la que se cocina, se lava la ropa y se enciende la luz por la noche, ya que la energía solar se almacena en las baterías con pérdidas mínimas para su uso posterior.
FV acoplada a CA
En un sistema acoplado a CA, se conecta un inversor FV conectado a la red a la parte CA. Su energía se usa en primer lugar para alimentar las cargas y luego para cargar la batería, y los excedentes se pueden exportar. Para llegar a la batería hacen falta dos conversiones, CC a CA en el inversor FV y luego CA a CC en el inversor/cargador, con pérdidas de hasta el 30 %.
Sugerencia
El acoplamiento a CA es por tanto la mejor opción cuando la mayor parte de la energía se consume durante el día, por ejemplo, en una oficina con aire acondicionado donde los paneles FV alimentan las cargas directamente tras una única conversión eficiente. También es adecuado para grandes conjuntos de paneles solares y para la retroalimentación de una instalación conectada a la red.
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FV acoplada a CA alimentando la parte CA-Out del MultiPlus-II con un inversor conectado a la red | FV acoplada a CC cargando la batería directamente con un SmartSolar MPPT |
Uso de ambas
Un sistema puede combinar FV acoplada a CC y acoplada a CA, por ejemplo, carga MPPT acoplada a CC en un sistema que se retroalimenta en paneles solares acoplados a CA existentes.
Sugerencia
En un sistema auxiliar que necesite funcionar durante cortes de suministro de la red prolongados, incluya siempre algo de FV acoplada a CC (un cargador solar MPPT), incluso si casi toda la FV está acoplada a CA. Un sistema solo acoplado a CA puede llegar a un bloqueo: el inversor FV conectado a la red necesita la microrred formada por el inversor/cargador para funcionar, pero si la batería está vacía, el inversor/cargador no puede formar esa microrred, de modo que tampoco puede arrancar y el sistema no puede recuperarse solo con energía solar. Un cargador solar MPPT acoplado a CC, sin embargo, carga la batería directamente desde FV, sin necesidad de CA, y rompe el bloqueo.
Conexión de FV acoplada a CA: en la entrada o en la salida
La FV acoplada a CA puede conectarse en dos sitios y la elección supone un comportamiento distinto cuando la red falla.
En la salida de CA. El inversor FV sigue funcionando durante un fallo de la red porque el inversor/cargador forma una microrred local a la que se sincroniza el inversor FV, de modo que en caso de apagón, la energía solar sigue disponible. La FV conectada aquí está sometida a la regla del factor 1.0, que se explica con más detalle a continuación.
En AC-In (parte de la red). El inversor FV se comporta como una instalación conectada a la red normal. Puesto que esta FV está en la parte de la entrada, el sistema necesita un contador de red para verla (véase Gestión de la red). Este inversor FV no funcionará durante un apagón, porque no hay ninguna red con la que se pueda sincronizar.
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Inversor conectado a la red en AC-Out del MultiPlus-II | Inversor conectado a la red en AC-In del MultiPlus-II |
La regla del factor 1.0
En el caso de los sistemas fotovoltaicos acoplados en CA conectados a la salida de CA, la potencia nominal del inversor fotovoltaico no debe superar la potencia nominal en VA del inversor/cargador. Se trata de la regla del factor 1,0, un límite de 1:1:
Un MultiPlus de 3000 VA admite una potencia de inversor fotovoltaico de hasta 3000 W.
Un Quattro de 8000 VA admite hasta 8000 W.
Dos Quattros de 8.000 VA conectados en paralelo permiten alcanzar hasta 16.000 W.
Nota
Toma la menor de las dos cifras: la potencia nominal de salida de CA del inversor fotovoltaico o la potencia Wp del parque fotovoltaico instalado. Un parque fotovoltaico sobredimensionado no aumenta el límite, ya que el inversor fotovoltaico limita la potencia que llega a la salida de CA. Un parque fotovoltaico infradimensionado se convierte en el límite, ya que es el parque el que limita la potencia que puede suministrar el inversor fotovoltaico.
La razón radica en lo que ocurre en el momento de una pérdida repentina de carga. Durante un corte de red, el inversor/cargador forma la microrred en la que funciona el inversor fotovoltaico. Si una carga importante se desconecta mientras el inversor fotovoltaico está a plena potencia, ese exceso de energía no tiene adónde ir durante un breve instante, salvo a la batería, hasta que el inversor/cargador limita la potencia del inversor fotovoltaico aumentando la frecuencia de CA. El inversor/cargador debe ser capaz de absorber ese excedente. Mantener la potencia del inversor fotovoltaico igual o por debajo de la potencia nominal del inversor/cargador garantiza que pueda hacerlo. Superar ese límite conlleva el riesgo de que se produzca un pico de tensión en la batería, un pico relacionado en la salida de CA que puede dañar el inversor fotovoltaico, el inversor/cargador y las cargas conectadas, así como activaciones de los sistemas de protección.
Este límite es estricto. Se aplica a toda la FV acoplada a CA en la salida, en sistemas conectados a la red y desconectados de la red, sin excepciones, incluso en países en los que la red no suele fallar, y cuando se usa un inversor Fronius PV en AC-Out sin inyección a la red.
Sugerencia
La FV acoplada a CC mediante un cargador solar MPPT de Victron no está sujeta a la regla del factor 1.0.
Dos aspectos relacionados: el sistema fotovoltaico acoplado en CA también tiene un requisito mínimo de capacidad de batería (véase Capacidad del banco de baterías), y el ESS Assistant aplica automáticamente el desplazamiento de frecuencia que garantiza el cumplimiento de esta norma (véase Configuración). En el documento de Victron Acoplamiento en CA y la norma del factor 1,0 se ofrece toda la información al respecto.
3.6. Inyección a la red
La tercera decisión de diseño es si el sistema inyecta el exceso de energía solar de vuelta a la red. Si puede hacerlo, y si debe hacerlo, depende de la normativa local, que varía enormemente de un país a otro.
Las reglas de inyección a la red son distintas en cada país.
Por todo el mundo, la inyección a la red se contempla de formas diferentes:
Se recompensa la inyección: la energía puede venderse de vuelta a la red o usarse para reducir la factura haciendo funcionar el contador a la inversa.
La inyección se permite pero no se recompensa: la red no paga por la energía devuelta, aunque sigue siendo una contribución beneficiosa para el medio ambiente.
La inyección no se tolera, ni siquiera durante unos segundos: algunos contadores prepagados, por ejemplo, en Sudáfrica, se desconectan de la red cuando detectan inyección.
La inyección infla la factura: cuando el contador cuenta en una sola dirección, cada kWh inyectado se cuenta incorrectamente como consumo y se cobra.
Compruebe la normativa local antes de habilitar la inyección.
Con inyección a la red
FV acoplada a CC (un cargador solar MPPT): la inyección puede habilitarse o deshabilitarse mediante un ajuste del dispositivo GX. Cuando se deshabilita, se sigue usando la energía FV para alimentar las cargas CA.
Sistema fotovoltaico acoplado en CA (un inversor conectado a la red): la inyección a la red se configura con el ajuste FV acoplada a CA - inyección del excedente del dispositivo GX (véase Inyección a la red). No importa si el inversor conectado a la red está conectado por el lado de entrada o por el de salida.
Sin inyección a la red
FV acoplada a CC (un cargador solar MPPT): el mismo ajuste del dispositivo GX deshabilita la inyección, y la energía FV sigue alimentando las cargas.
FV acoplada a CA (un inversor FV conectado a la red): Con los inversores conectados a la red Fronius o ABB compatibles es posible la inyección nula o limitada.
Nota
Con otras marcas de inversor conectado a la red, el sistema no puede impedir la inyección.
3.7. Antiisla
Con antiisla se garantiza que el sistema se desconecta de la red y deja de exportar energía con la pérdida de suministro de la red, evitando que secciones aisladas de la red tengan corriente por accidente. Los ESS siempre precisan antiisla.
Atención
Esto también se aplica a los sistemas sin inyección.
En varios países, puede usarse el antiisla integrado en los productos Victron. Consulte los certificados del sitio web de Victron Energy para más información.
En caso de que no haya ningún producto homologado disponible en el país de instalación, instale un dispositivo antiisla externo.
Puede encontrar más información en: VEConfigure: códigos de red y detección de pérdida de red.
3.8. Click & Design de Victron
Click & Design es una herramienta en línea para crear un sistema de 48 V y hacer simulaciones. Estima cómo funcionaría un sistema en condiciones reales, con datos solares reales del año anterior. Una guía paso a paso cubre varias etapas.
El primer paso es ubicar el sistema y elegir un Multi RS o un MultiPlus-II con MPPT como base. Después viene la entrada CA, las cargas prioritarias y las no prioritarias, los paneles FV y las especificaciones de la batería. La herramienta simula el rendimiento del sistema hora a hora a lo largo de todo un año, mostrando cómo afectan estos parámetros al resultado general. Los diseños se guardan automáticamente y pueden volver a abrirse más tarde para ajustar los parámetros, o duplicarse para explorar y comparar diferentes escenarios.
No se trata de una herramienta de dimensionamiento que haga recomendaciones sobre componentes. Ofrece la libertad de diseñar un sistema y ver cómo funciona. Por ejemplo, si un diseño no puede cubrir las cargas, la herramienta muestra cuánta energía debe venir de la red. Se pueden modificar los parámetros de entrada para que se ajusten mejor al rendimiento o a los objetivos financieros.
Con Click & Design se puede:
crear sistemas con el Multi RS o MultiPlus-II con arquitectura MPPT dividida,
simular instalaciones de monofásica o trifásica,
gestionar cargas prioritarias y cargas no prioritarias opcionales (en sistemas con contador de red),
definir los paneles solares de forma precisa, incluida la orientación y la inclinación hasta 90°, con la gama completa de cargadores MPPT Victron, incluido MPPT RS (hasta seis cargadores MPPT),
añadir hasta seis inversores FV para FV acoplada a CA, conectados en la entrada o en la salida CA,
introducir parámetros personalizados de los paneles solares en lugar de elegir entre los de la base de datos,
permitir y simular la exportación del exceso de FV a la red,
exportar un informe PDF detallado y
guardar, editar y duplicar diseños.
Nota
Para FV acoplada a CA, Click & Design usa un modelo de inversor FV genérico para los cálculos de energía. A diferencia de los cargadores solares MPPT, la tensión FV y la corriente de entrada máximas no se comprueban, de modo que la distribución de los paneles debe adaptarse al inversor FV usado en la realidad. Aparecen advertencias cuando no se respeta la regla del factor 1.0 o la capacidad mínima de la batería.