Cómo diseñar sistemas de almacenamiento de energía solar y fuera de la red?

Los sistemas de almacenamiento de energía solar conectados a la red eléctrica se utilizan ampliamente en fábricas, instalaciones comerciales y otros lugares con grandes diferencias de precio entre horas punta y valle o frecuentes cortes de energía. El sistema se compone de conjuntos fotovoltaicos compuestos por paneles solares, cajas de conexión, inversores híbridos, baterías solares, cargas, redes eléctricas, etc. El conjunto fotovoltaico convierte la energía solar en energía eléctrica bajo la luz solar, alimenta la carga a través de un inversor híbrido y carga la batería simultáneamente. El exceso de electricidad también se puede inyectar a la red eléctrica. En caso de corte de luz, la carga se alimenta de la red eléctrica. Cuando la red eléctrica se queda sin suministro, la batería alimenta la carga a través del inversor híbrido.

I. Componentes Principales del Sistema 

1.1 Paneles solares 

Es el componente principal del sistema de suministro de energía solar y también su componente más valioso. Su función es convertir la energía radiante del sol en energía eléctrica de corriente continua. 

1.2 Inversor híbrido 

Sus funciones principales se dividen en dos partes: el controlador solar MPPT y el convertidor bidireccional CC/CA. Su función es regular y controlar la energía eléctrica generada por los paneles solares, cargar la batería y proporcionar protección contra sobrecargas y sobredescargas. Al mismo tiempo, la corriente continua de los componentes y la batería se convierte en corriente alterna para su uso en cargas de CA. Cuando sea necesario, la red eléctrica también puede cargar la batería. 

1.3 Baterías solares: Su función principal es almacenar energía para garantizar el suministro eléctrico de la carga cuando se produce un corte de la red eléctrica. 

2. Componentes Principales 

2.1 Paneles solares 

Los paneles solares son dispositivos de generación de energía solar que convierten directamente la energía solar en energía eléctrica de corriente continua. Según las diferentes necesidades de potencia y voltaje de los usuarios, se pueden fabricar paneles solares para uso individual o conectar varios en serie (para satisfacer las necesidades de voltaje) y en paralelo (para satisfacer las necesidades de corriente) para formar un sistema de suministro de energía que proporcione mayor potencia eléctrica. La generación de energía de las células solares aumenta proporcionalmente con la intensidad de la luz solar. Disminuye ligeramente a medida que aumenta la temperatura superficial del componente. Al variar la temperatura, también varían la corriente, el voltaje y la potencia de los componentes de la batería. Al diseñar los componentes en serie, se debe considerar el coeficiente de temperatura negativo del voltaje.

2.2 Inversores Híbridos 

Inversor solar híbrido trifásico integrado con tecnología de control digital de última generación y salida de onda sinusoidal pura. El controlador solar y el inversor están integrados, lo que facilita su uso. Es ideal para zonas con escasez de energía y redes eléctricas inestables, ofreciendo una solución económica de suministro de energía. El producto ofrece las siguientes ventajas: 

(1) Inversor híbrido de control: Controlador solar e inversor integrados, conexión sencilla y fácil de usar; 

(2) Alta eficiencia, superior al 95%, que maximiza el aprovechamiento de la energía solar. 

(3) Alta fiabilidad: El inversor adopta un diseño de frecuencia industrial, tiene una gran capacidad de sobrecarga y es adecuado para cargas de impacto como aires acondicionados. 

(4) Funciones de protección integral: La protección contra sobrecarga y sobredescarga de la batería y las funciones avanzadas de gestión de la batería prolongan su vida útil. La protección contra sobrecarga, cortocircuito y otras funciones garantizan el funcionamiento seguro y fiable de equipos y cargas. 

(5) La pantalla LCD de cristal líquido ofrece una visualización intuitiva: monitoriza múltiples parámetros de funcionamiento, como la tensión/corriente de entrada fotovoltaica, la tensión/corriente de salida de CA y la capacidad de la batería. 

(6) El sistema de almacenamiento de energía es compatible con baterías de plomo-ácido y de litio, lo que ofrece a los usuarios múltiples opciones. 

(7) Diversos métodos de carga, como la carga fotovoltaica, la carga de la red (generador) y la carga híbrida, así como múltiples métodos de suministro de energía, incluyendo la alimentación por batería y la red eléctrica. 

(8) Admite varios inversores funcionando en paralelo, lo que facilita la expansión de la potencia.

Esquema y tabla de parámetros del inversor híbrido

2.3 Baterías Solares 

Las baterías solares y sus dispositivos relacionados son indispensables en los sistemas de generación solar. Se utilizan principalmente para almacenar la electricidad generada por la energía solar y proporcionar energía continua a las cargas durante la noche, cuando la luz solar es insuficiente o en situaciones de emergencia. Las tecnologías comunes de baterías solares incluyen baterías de plomo-ácido, baterías alcalinas, supercondensadores y baterías de litio, cada una con diferentes rangos de aplicación. Actualmente, las más utilizadas son las baterías de iones de litio, especialmente las baterías de fosfato de hierro y litio (LFP), que ofrecen un excelente rendimiento en sistemas solares gracias a su alta seguridad, larga vida útil y excelente rendimiento cíclico. Desde la llegada de la tecnología de baterías de litio en la década de 1980, se han desarrollado diversos tipos, como las de litio ternario, fosfato de hierro y litio, titanato de litio, etc. En esta solución, elegimos el armario de baterías de iones de litio Brovolt de 215 kWh.

3. Diseño de la solución

Solar: monocristalino de 550 W, 100 unidades (20 en serie y 1 en paralelo), potencia total: 55 kW.

Inversor híbrido: 48 kW de potencia.

Armario de baterías de iones de litio: 215 kWh.