Suministro eléctrico de reserva para estaciones eléctricas solares, generador para estaciones eléctricas solares

Cada vez más hogares se equipan con diversos tipos de estaciones eléctricas solares. Los módulos fotovoltaicos modernos ya son capaces de convertir en electricidad alrededor del 20% de la energía solar, lo que hace muy atractiva esta forma de generación de energía.

Suministro eléctrico de reserva de una estación solar con o sin batería

El elemento principal de una estación solar es un inverter. Hay que distinguir entre inversores conectados a la red, híbridos y aislados para sistemas autónomos.

En las estación solares, los inversores conectados a la red e híbridos deben estar sincronizados con la red externa y pueden enviar a ésta la energía sobrante.

En caso de fallo de la red, el generador de reserva no puede sustituir a la red común para los inversores conectados a la red e híbridos, ya que no puede absorber el exceso de energía. La energía dirigida desde el inversor puede dañar el generador.

Una excepción pueden ser los inversores conectados a la red que tienen una entrada separada para el generador con sensores de corriente incorporados, que garantizan la exclusión de la energía que fluye de vuelta al generador. Sin embargo, un generador de este tipo debe tener unos parámetros de voltaje aceptables para el inversor, lo que no siempre ocurre con un generador convencional.

Un generador de reserva para una estación eléctrica solar con una inversor conectado a la red debe abastecer únicamente a los consumidores que reúnan los requisitos para recibir energía de reserva, y el inversor y el almacenamiento de CA existente deben permanecer en el lado de la red externa y estar separados por un interruptor para que el generador no funcione en paralelo con el inversor o el almacenamiento de CA.

Esquema de suministro de energía de reserva utilizando una estación eléctrica solar y generadores inverter sin la función de interruptor de transferencia automática:

Cuando se utilizan generadores con la función ATSR, es posible cambiar automáticamente al suministro eléctrico de reserva de 230 V para los consumidores en caso de que se produzca un corte de suministro eléctrico externo.

Esquema de suministro de energía de reserva utilizando una estación eléctrica solar y generador inversor KS 5500iES ATSR con unidad de conmutación automática externa KS ATS 4/25 Inverter:

 

Esquema de suministro de energía de reserva utilizando paneles solares, inversor de red y generador inverter KS 8100iE ATSR con un conmutador de transferencia automática externo KS ATS 4/25 Gasoline:

En todos los casos descritos, el suministro eléctrico de reserva es de 230 V. De este modo, se puede abastecer a casi todos los consumidores de electricidad del hogar. Los consumidores trifásicos (si los hay) se conectan por separado. Los consumidores trifásicos controlados electrónicamente suelen necesitar una onda sinusoidal "pura", que un generador convencional no puede producir. Para más información sobre las fuentes de suministro eléctrico de reserva de 230 V y 400 V, consulte nuestro material informativo en la página web. Si el generador no está instalado permanentemente o se encuentra lejos del interruptor, recomendamos utilizar nuestros exclusivos generadores inverter con un módulo ATS interno capaz de monitorizar la tensión de la red eléctrica externa y arrancar cuando sea necesario. El suministro eléctrico se conmuta mediante un disyuntor externo, y el generador se conecta a su lado con prioridad.

El generador supervisa el voltaje en el enchufe, que está conectado al interruptor y protegido por un disyuntor y un disyuntor diferencial o RCBO (protección contra sobrecargas y contactos en uno). Este enchufe puede utilizarse como un enchufe externo normal sin generador conectado. Se desactiva durante un corte de electricidad de la red externa, que es una señal para arrancar el generador.

 

Esquema de suministro eléctrico de reserva para un edificio con una estación eléctrica solar con un generador inverter KS 6000iES ATS Versión 2, en el que la ENTRADA DE RED supervisa el voltaje de 230 V pero no lo transmite a la salida ( enchufe CEE 230V 32A) en modo de reserva:

En este esquema, el generador no está instalado de forma permanente, sino que está conectado a un enchufe de 230 V preinstalado para controlar el voltaje y a una clavija de alimentación CEE de 230 V y 32 A. De este modo, el generador puede desconectarse y llevarse consigo en caso necesario. La instalación fija del generador también es posible, pero requiere un local adecuado y un sistema de escape.

El generador está conectado al lado N del disyuntor, que tiene prioridad, de modo que cuando vuelve la corriente de la red, el disyuntor no cambia a la fuente de alimentación externa inmediatamente, sino sólo cuando el generador desconecta su salida. El generador KS 6000iES ATS versión 2 analiza el voltaje en su ENTRADA DE RED durante aproximadamente 1 minuto, desconecta la salida (toma CEE 230V 32A) y permite así la conmutación a la alimentación de red. De este modo se cumple la norma de que el interruptor automático no debe conmutar de la alimentación de reserva al suministro eléctrico de red inmediatamente, sino tras un retardo de 1 minuto.

El funcionamiento automático sólo es posible con el KS 6000iES versión 2 (sin conmutación de tensión de ENTRADA DE RED a salida). La función ATS debe estar activada para que el generador se ponga en marcha automáticamente si ya no hay voltaje en el enchufe al que está conectado y, por lo tanto, no hay voltaje en la ENTRADA DE RED del generador.

Los inversores híbridos de estaciones eléctricas solares con baterías de CC conmutan a energía de reserva de la batería y los paneles solares en caso de fallo de la red externa. La energía suministrada por los paneles solares y almacenada en la batería se utiliza para el suministro eléctrico.

Las estaciones eléctricas solares con inversor híbrido suelen tener baterías más pequeñas, ya que sólo están diseñadas para almacenar el exceso de energía para su uso por la noche, etc. Pero, ¿qué ocurre si la energía solar y la energía almacenada en la batería no son suficientes? En este caso, se necesita un generador.

En este caso, recomendamos cargar la batería (sólo CC) con un generador de energía de reserva para que el inversor híbrido pueda seguir suministrando electricidad al domicilio con normalidad.

La batería se carga con el alternador y el cargador o con el generador de CC. El cargador o el generador de CC deben ser adecuados para la batería en cuanto a sus parámetros.

Esquema de suministro eléctrico de reserva para una casa con una estación eléctrica solar con un inversor híbrido y una batería utilizando el generador KS 6000iES ATS Versión 2, en el que la ENTRADA DE RED supervisa el voltaje de 230 V, pero no lo transmite a la salida ( enchufe CEE 230V 32A) en modo de espera:

La unidad de control del voltaje de la batería interrumpe la salida de 230 V del inversor a la toma de corriente si el voltaje de la batería cae por debajo de un punto establecido. El generador se pone en marcha y suministra tensión de CA al cargador, que a su vez carga la batería para proporcionar energía suficiente para hacer funcionar el inversor solar.

El KS 6000iES ATS está equipado con una batería de litio que se carga cuando la ENTRADA DE RED es de 230 V o cuando el generador está en funcionamiento. Esto mantiene la batería cargada y lista para su uso. La batería de litio tiene una capacidad baja, pero tiene una corriente de arranque alta y se recarga relativamente rápido después de que el generador haya arrancado.

¡ATENCIÓN!
Este esquema sólo es posible con el KS 6000iES ATS versión 2. Dependiendo del diseño del cargador (según el factor de potencia y el tipo de consumo de corriente), la potencia de carga en este esquema puede ser de hasta 2-4 kW.

En los sistemas con gestión de la energía, el regulador MPPT a menudo sólo tiene en cuenta el proceso de carga de los paneles solares. Pregunte al fabricante de su inversor si está técnicamente permitido cargar la batería desde una fuente de alimentación de CC externa y si provoca errores en el sistema.

Una fuente de corriente continua de este tipo debe funcionar como un cargador con una característica IU y una fuente de tensión continua convencional no es adecuada. Dicho cargador o módulo de carga debe tener un denominado "punto de máxima potencia" en el que el voltaje cae si la corriente de salida alcanza un valor máximo preestablecido. La tarea del cargador no es cargar completamente la batería, sino reponer la energía de la batería y mantener el suministro eléctrico a los consumidores. La batería se carga completamente desde los paneles solares a través del regulador de carga.

El suministro eléctrico de reserva mediante la carga de la batería tiene claras ventajas para los consumidores de electricidad. Los consumidores reciben una onda sinusoidal "limpia" del inversor en funcionamiento normal sin interrupciones. La potencia máxima de salida sigue estando determinada por los parámetros del inversor y la batería. El generador sólo repone la energía del sistema y realiza la misma función que los paneles solares con un regulador de carga.

En los sistemas en los que el consumo de electricidad fluctúa (por ejemplo, en el hogar o la oficina), el generador no funcionará continuamente, sino sólo cuando se necesite energía adicional. Una vez que la batería se ha recargado a la tensión fijada en el controlador de tensión de la batería, el generador se apaga y los consumidores de electricidad se alimentan de la batería a través del inversor. De este modo se garantiza un suministro eléctrico ininterrumpido a largo plazo, lo que es muy importante en caso de apagón prolongado. El generador funciona de forma intermitente y tiene tiempo para enfriarse. El combustible también se utiliza de forma óptima, ya que el motor funciona con una carga más óptima.

Los inversores de estaciones eléctricas solares autónomas suministran energía sólo a los consumidores de electricidad conectados y no envían energía a la red externa. Estos inversores funcionan junto con baterías y suelen tener una entrada para una fuente de CA externa sólo como reserva.

Dependiendo de la configuración del inversor, esta fuente de CA externa debe ser capaz de suministrar energía suficiente para los consumidores y para cargar la batería. En este contexto, algunos inversores tienen un ajuste adicional que limita la potencia total que el inversor puede recibir de la fuente de CA externa. Esta potencia se distribuye entonces entre la batería y los consumidores de electricidad conectados a la salida del inversor.

La carga de baterías de alta capacidad a partir de una fuente de CA tiene consideraciones específicas que deben tenerse en cuenta, especialmente cuando se utiliza un generador. La potencia reactiva y los transitorios que se producen durante el proceso de carga pueden dañar a los consumidores y al generador.

La mayoría de los cargadores de CA/CC tienen un consumo de corriente por impulsos en el lado de CA y cargan la batería también por impulsos:

La tensión de CA se muestra en amarillo. En los cargadores sin corrección del factor de potencia, sólo se consumen los picos de la onda sinusoidal.

La carga de la batería a través del módulo de carga instalado en el inversor suele presentar el mismo problema. La batería se carga por impulsos:

El color amarillo de la izquierda indica el voltaje de la batería y el color amarillo de la derecha indica el voltaje de la red externa. El color verde indica la corriente de carga medida en el cable de la batería durante la carga a través del inversor.

El valor efectivo de la corriente de carga de estos módulos de carga está regulado por la anchura del impulso, lo que puede agravar el problema de la carga sinusoidal desigual:

En este caso, la batería de la estación solar se carga con 100 impulsos por segundo (a 50 Hz). En tal caso, el sistema no debe dimensionarse basándose únicamente en los valores eficaces, sino que también deben tenerse en cuenta las amplitudes instantáneas.

El consumo de corriente pulsada tiene un factor de potencia de 0,5-0,7, lo que puede dar lugar a una elevada potencia reactiva. Si se alimenta el cargador o el módulo de carga del inversor desde la red, esto se compensa con otros consumidores de electricidad de la red. La situación es diferente cuando se utiliza un generador.

El generador y los consumidores de electricidad forman un sistema cerrado, cuyos elementos se afectan mutuamente y es muy importante que encajen entre sí y el sistema se mantenga estable

El consumo de corriente pulsada significa que no se puede utilizar más de la mitad de la potencia nominal del generador y que hay que tomar medidas adicionales contra los armónicos causados por el consumo de corriente pulsada para estabilizar el circuito.

En la práctica, esto suele provocar un funcionamiento inestable del módulo de carga e incluso daños en el generador, como el sobrecalentamiento de los bobinados, la avería del regulador de voltaje o del módulo inversor.

En la mayoría de los casos, los inversores autónomos conmutan a los consumidores a una fuente de alimentación externa y la cargan con impulsos para cargar su propia batería, lo que puede distorsionar la forma de onda de tensión de un generador convencional hasta tal punto que puede afectar a los consumidores de electricidad sensibles.

Recomendamos que, en el caso de los inversores autónomos, se utilicen generadores inversores como fuente de alimentación de CA externa, ya que pueden mantener mucho mejor la forma de onda de la tensión, lo que puede ser muy importante para los consumidores de electricidad sensibles:

Esquema de suministro eléctrico de reserva para una edificio con una estación eléctrica solar con un inversor aislado de la red y una batería que utiliza el generador KS 6000iES ATS Versión 2, en el que la ENTRADA DE RED supervisa el voltaje de 230 V pero no lo transmite a la salida (toma CEE 230V 32A) en modo de espera:

¡Atención: esta solución SOLO se puede utilizar con inversores autónomos sin conexión a la red!

El generador inverter KS 6000iES ATS versión 2 arranca en cuanto la unidad de control de voltaje de la batería interrumpe el voltaje de 230V de la salida del inversor a la ENTRADA DE RED del generador y se detiene cuando vuelve.

Hay que tener en cuenta que el generador debe suministrar energía tanto a los consumidores de electricidad conectados a la salida del inversor como para cargar la batería de la estación solar.

En el caso de soluciones autónomas con un inversor autónomo sin conexión a la red, la batería de CC puede cargarse utilizando un generador + cargador, como en los sistemas con inversores híbridos. De este modo, incluso el suministro eléctrico trifásico del inversor puede funcionar en modo normal.

Esquema de conexiones del suministro eléctrico de reserva de una estación solar con un generador inverter KS 6000iES ATS Versión 2, en el que la ENTRADA DE RED supervisa el voltaje de 230 V, pero no lo transmite a la salida (toma CEE 230V 32A) en modo de espera:

 

La batería de CC también se puede cargar directamente desde un generador de CC adecuado, si esto es técnicamente factible para la estación eléctrica solar respectiva.

Ejemplo de uso del KS 48V-DC en un sistema de suministro eléctrico de batería de 48 V:

Ejemplo de uso del KS 48V-DC con un inversor híbrido y una batería de 48 V:

El generador de CC se conecta directamente a la batería de 48 V para cargarla directamente.

El KS 48V-DC puede controlar el voltaje de la batería por sí mismo en modo automático o controlarse externamente mediante contactos secos.

El generador arranca en modo AUTO cuando el voltaje de la batería es inferior a 48V, carga la batería con un voltaje de hasta 54V y una corriente de hasta 70A y se apaga cuando el voltaje alcanza 53,5-54V y la corriente de carga cae por debajo de 20A. El generador también se puede arrancar y parar manualmente o externamente mediante contactos secos libres de potencial, lo que permite una gran variedad de usos y su integración en diversos sistemas existentes. El generador no tiene batería propia y utiliza la energía de la batería, que debe cargarse, para arrancar en modo AUTO y CONTROL EXTERNO. También es posible el arranque manual mediante el arrancador manual.

Ejemplos de baterías de 48 V compatibles:

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

Dependiendo de la batería y del inversor, debe utilizarse el modo AUTO o CONTROL EXTERNO. La función del generador es servir como fuente de energía de reserva y, en caso necesario, cargar algunos kWh de energía en la batería de CC para que los consumidores de electricidad alimentados por el inversor puedan funcionar como de costumbre, incluso si hay muy poca energía procedente del sol y no hay suministro eléctrico de la red externa. Así, el generador suele funcionar durante unas 1-2 horas y luego se apaga. La casa se suministra con una batería de CC, que también puede compensar los picos de potencia cuando el generador está en marcha.

Normalmente, un edificio sólo consume unos pocos cientos de vatios de forma continua, y sólo cuando se enciende un aparato potente el consumo eléctrico aumenta en unos pocos kW, momento en el que la energía puede proceder tanto del generador como de la batería, ya que funcionan en paralelo. Así, el consumo de electricidad puede superar brevemente la potencia del generador y el suministro eléctrico del edificio puede continuar con normalidad.

El generador en modo AUTO se apaga cuando la corriente cae por debajo de 20A. El tiempo de reacción es de unos 30 segundos. Si el consumo de electricidad en la casa es constantemente superior a 1 kW, recomendamos utilizar el modo CONTROL EXTERNO o apagar el generador manualmente.

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

El generador de CC es mucho más económico y puede incluso proporcionar energía de reserva ininterrumpida durante varios días, ya que el generador funciona de forma intermitente y tiene tiempo suficiente para enfriarse.

El generador de CC realiza la misma función que el panel solar + el regulador de carga y es mucho más eficiente que la combinación de generador de CA + cargador. La corriente de carga del generador de CC no es pulsante (solo hay pulsaciones), lo que también es importante para las baterías y los controladores BMS (para baterías de litio).

El generador de CC tiene varios bobinados y control electrónico, lo que hace que la corriente de salida sea más uniforme. Este es el aspecto de la corriente de carga (verde) de una batería LiFePo4 a 40A y 70A (rms):

La ondulación del voltaje de salida del generador de CC es baja, lo que aún puede provocar la ondulación de la corriente de carga en la batería LiFePo4. A medida que aumenta la corriente de carga, aumenta la diferencia entre el voltaje propio de la batería y el voltaje del generador, lo que resulta en una disminución de la ondulación de la corriente de carga.

Un generador de CC para cargar baterías es una buena solución desde todos los puntos de vista y en algunos casos no hay alternativa mejor, si es que la hay.

Se pueden conectar varios KS 48-DC en paralelo para aumentar la potencia total de salida o para proporcionar una fuente de alimentación de larga duración.

Todos los KS 48-DC están conectados al bus de 48 V, que también se utiliza para conectar otras fuentes de CC, baterías e inversores.

En función de la potencia necesaria, es posible, por ejemplo, activar un determinado número de generadores mediante control externo, encenderlos por turnos, etc.

Si todos los generadores de CC conectados al bus de 48 V están en modo AUTO, el generador cuya electrónica de control responda primero se pondrá en marcha en primer lugar, y los demás sólo se pondrán en marcha si es necesario, por ejemplo, si la potencia del primer generador solo es insuficiente y la tensión de la batería sigue bajando, o si el primer generador tiene una avería. Se trata de una especie de autorregulación del sistema.
Esta característica es muy importante en sistemas en los que se necesitan varios kW de potencia. Basta con utilizar varios KS 48-DC para satisfacer la demanda de potencia de forma fiable. De este modo, algunos de los generadores pueden permanecer como reserva en caso de que uno de los generadores de CC activos falle (por ejemplo, se quede sin gasolina).

He aquí un ejemplo de utilización simultánea de varios KS 48-DC:

Limitaciones de responsabilidad:

Estas instrucciones son meramente orientativas con fines ilustrativos y deben adaptarse a las circunstancias y condiciones locales exactas en el momento de la instalación. La instalación en sí debe realizarse de conformidad con todas las normas y reglamentos. No nos hacemos responsables de las instalaciones incorrectas ni de sus consecuencias.