Un sistema de almacenamiento fotovoltaico (PV) residencial consta principalmente de módulos fotovoltaicos, baterías de almacenamiento de energía, inversores de almacenamiento, dispositivos de medición y sistemas de gestión de monitoreo. Su objetivo es lograr la autosuficiencia energética, reducir los costos de energía, disminuir las emisiones de carbono y mejorar la confiabilidad energética. La configuración de un sistema de almacenamiento fotovoltaico residencial es un proceso integral que requiere una cuidadosa consideración de varios factores para garantizar un funcionamiento eficiente y estable.
I. Descripción general de los sistemas de almacenamiento fotovoltaico residenciales
Antes de iniciar la configuración del sistema, es esencial medir la resistencia de aislamiento de CC entre el terminal de entrada del conjunto fotovoltaico y tierra. Si la resistencia es inferior a U…/30 mA (U… representa la tensión de salida máxima del conjunto fotovoltaico), se deben tomar medidas adicionales de conexión a tierra o aislamiento.
Las funciones principales de los sistemas de almacenamiento fotovoltaico residenciales incluyen:
- Autoconsumo: Utilizar energía solar para satisfacer la demanda energética del hogar.
- Recortar picos y llenar valles: Equilibrar el uso de energía en diferentes momentos para ahorrar costos de energía.
- Energía de respaldo: Proporcionar energía confiable durante cortes.
- Suministro de energía de emergencia: Soporte de cargas críticas durante fallas de red.
El proceso de configuración incluye analizar las necesidades energéticas de los usuarios, diseñar sistemas fotovoltaicos y de almacenamiento, seleccionar componentes, preparar planes de instalación y delinear medidas de operación y mantenimiento.
II. Análisis y planificación de la demanda
Análisis de la demanda de energía
Es fundamental realizar un análisis detallado de la demanda de energía, que incluya:
- Perfil de carga: Identificar los requisitos de energía de varios electrodomésticos.
- Consumo diario: Determinación del consumo medio de electricidad durante el día y la noche.
- Precio de la electricidad: Comprender las estructuras tarifarias para optimizar el sistema y ahorrar costos.
Estudio de caso
| Tabla 1 Estadísticas de carga total | |||
| equipo | Fuerza | Cantidad | Potencia total (kW) |
| aire acondicionado inversor | 1.3 | 3 | 3,9kW |
| lavadora | 1.1 | 1 | 1,1kW |
| Refrigerador | 0,6 | 1 | 0,6kW |
| TV | 0,2 | 1 | 0,2kW |
| Calentador de agua | 1.0 | 1 | 1,0kW |
| Capucha aleatoria | 0,2 | 1 | 0,2kW |
| Otra electricidad | 1.2 | 1 | 1,2kW |
| Total | 8,2kW | ||
| Tabla 2 Estadísticas de cargas importantes (suministro eléctrico fuera de la red) | |||
| equipo | Fuerza | Cantidad | Potencia total (kW) |
| aire acondicionado inversor | 1.3 | 1 | 1,3kW |
| Refrigerador | 0,6 | 1 | 0,6kW |
| Calentador de agua | 1.0 | 1 | 1,0kW |
| Capucha aleatoria | 0,2 | 1 | 0,2kW |
| Electricidad de iluminación, etc. | 0,5 | 1 | 0,5kW |
| Total | 3,6kW | ||
- Perfil de usuario:
- Carga total conectada: 8,2 kW
- Carga crítica: 3,6 kW
- Consumo de energía diurno: 10 kWh
- Consumo energético nocturno: 20 kWh
- Plano del sistema:
- Instalar un sistema híbrido de almacenamiento fotovoltaico con generación fotovoltaica diurna que satisfaga las demandas de carga y almacene el exceso de energía en baterías para uso nocturno. La red actúa como fuente de energía complementaria cuando la energía fotovoltaica y el almacenamiento son insuficientes.
-
III. Configuración del sistema y selección de componentes
1. Diseño del sistema fotovoltaico
- Tamaño del sistema: Según la carga de 8,2 kW del usuario y el consumo diario de 30 kWh, se recomienda un conjunto fotovoltaico de 12 kW. Este conjunto puede generar aproximadamente 36 kWh por día para satisfacer la demanda.
- Módulos fotovoltaicos: Utiliza 21 módulos monocristalinos de 580Wp, logrando una capacidad instalada de 12,18 kWp. Asegure una disposición óptima para una exposición máxima a la luz solar.
Potencia máxima Pmáx [W] 575 580 585 590 595 600 Tensión óptima de funcionamiento Vmp [V] 43,73 43,88 44.02 44.17 44.31 44,45 Corriente de funcionamiento óptima Imp [A] 13.15 13.22 13.29 13.36 13.43 13.50 Tensión de circuito abierto Voc [V] 52,30 52,50 52,70 52,90 53.10 53.30 Corriente de cortocircuito Isc [A] 13,89 13,95 14.01 14.07 14.13 14.19 Eficiencia del módulo [%] 22.3 22,5 22.7 22.8 23.0 23.2 Tolerancia de potencia de salida 0~+3% Coeficiente de temperatura de potencia máxima[Pmax] -0,29%/℃ Coeficiente de temperatura de la tensión en circuito abierto [Voc] -0,25%/℃ Coeficiente de temperatura de la corriente de cortocircuito [Isc] 0,045%/℃ Condiciones de prueba estándar (STC): Intensidad de luz 1000 W/m², temperatura de la batería 25 ℃, calidad del aire 1,5 2. Sistema de almacenamiento de energía
- Capacidad de la batería: Configure un sistema de batería de fosfato de hierro y litio (LiFePO4) de 25,6 kWh. Esta capacidad garantiza suficiente respaldo para cargas críticas (3,6 kW) durante aproximadamente 7 horas durante los cortes.
- Módulos de batería: Emplee diseños modulares y apilables con gabinetes con clasificación IP65 para instalaciones interiores/exteriores. Cada módulo tiene una capacidad de 2,56 kWh, formando el sistema completo 10 módulos.
3. Selección del inversor
- Inversor híbrido: Utilice un inversor híbrido de 10 kW con capacidades integradas de gestión de almacenamiento y fotovoltaica. Las características clave incluyen:
- Entrada fotovoltaica máxima: 15 kW
- Potencia: 10 kW para funcionamiento conectado a la red y fuera de la red
- Protección: Clasificación IP65 con tiempo de conmutación de red fuera de red <10 ms
4. Selección de cables fotovoltaicos
Los cables fotovoltaicos conectan los módulos solares al inversor o caja combinadora. Deben soportar altas temperaturas, exposición a los rayos UV y condiciones exteriores.
- EN 50618 H1Z2Z2-K:
- De un solo núcleo, clasificado para 1,5 kV CC, con excelente resistencia a los rayos UV y a la intemperie.
- TÜV PV1-F:
- Flexible, retardante de llama, con un amplio rango de temperatura (-40°C a +90°C).
- Cable fotovoltaico UL 4703:
- Con doble aislamiento, ideal para sistemas montados en tejados y en el suelo.
- Cable solar flotante AD8:
- Sumergible e impermeable, apto para ambientes húmedos o acuáticos.
- Cable solar con núcleo de aluminio:
- Ligero y rentable, utilizado en instalaciones a gran escala.
5. Selección de cables de almacenamiento de energía
Los cables de almacenamiento conectan las baterías a los inversores. Deben manejar altas corrientes, proporcionar estabilidad térmica y mantener la integridad eléctrica.
- Cables UL10269 y UL11627:
- Aislamiento de pared delgada, ignífugo y compacto.
- Cables con aislamiento XLPE:
- Alto voltaje (hasta 1500V DC) y resistencia térmica.
- Cables CC de alto voltaje:
- Diseñado para interconectar módulos de baterías y buses de alta tensión.
Especificaciones de cables recomendadas
Tipo de cable Modelo recomendado Solicitud Cable fotovoltaico EN 50618 H1Z2Z2-K Conexión de módulos fotovoltaicos al inversor. Cable fotovoltaico Cable fotovoltaico UL 4703 Instalaciones en cubierta que requieran un alto aislamiento. Cable de almacenamiento de energía UL 10269, UL 11627 Conexiones de batería compactas. Cable de almacenamiento blindado Cable de batería blindado EMI Reducción de interferencias en sistemas sensibles. Cable de alto voltaje Cable aislado XLPE Conexiones de alta corriente en sistemas de baterías. Cable fotovoltaico flotante Cable solar flotante AD8 Ambientes propensos al agua o húmedos.
IV. Integración del sistema
Integre módulos fotovoltaicos, almacenamiento de energía e inversores en un sistema completo:
- Sistema fotovoltaico: Diseñar la disposición del módulo y garantizar la seguridad estructural con sistemas de montaje adecuados.
- Almacenamiento de energía: Instale baterías modulares con integración adecuada de BMS (Sistema de gestión de baterías) para monitoreo en tiempo real.
- Inversor híbrido: conecte conjuntos fotovoltaicos y baterías al inversor para una gestión energética perfecta.
V. Instalación y Mantenimiento
Instalación:
- Evaluación del sitio: Inspeccione los tejados o las áreas del suelo para comprobar la compatibilidad estructural y la exposición a la luz solar.
- Instalación de equipos: Monte de forma segura módulos fotovoltaicos, baterías e inversores.
- Pruebas del sistema: Verifique las conexiones eléctricas y realice pruebas funcionales.
Mantenimiento:
- Inspecciones de rutina: Compruebe si los cables, módulos e inversores están desgastados o dañados.
- Limpieza: Limpie periódicamente los módulos fotovoltaicos para mantener la eficiencia.
- Monitoreo remoto: Utilice herramientas de software para realizar un seguimiento del rendimiento del sistema y optimizar la configuración.
VI. Conclusión
Un sistema de almacenamiento fotovoltaico residencial bien diseñado ofrece ahorros de energía, beneficios ambientales y confiabilidad energética. La cuidadosa selección de componentes como módulos fotovoltaicos, baterías de almacenamiento de energía, inversores y cables garantiza la eficiencia y la longevidad del sistema. Siguiendo una planificación adecuada,
protocolos de instalación y mantenimiento, los propietarios pueden maximizar los beneficios de su inversión.
Hora de publicación: 24 de diciembre de 2024