Guía completa para el diseño y la configuración de sistemas de almacenamiento fotovoltaico residenciales

Un sistema residencial de almacenamiento fotovoltaico (FV) 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 del suministro eléctrico. La configuración de un sistema residencial de almacenamiento fotovoltaico es un proceso integral que requiere una cuidadosa consideración de diversos 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 fundamental medir la resistencia de aislamiento de CC entre el terminal de entrada del campo fotovoltaico y tierra. Si la resistencia es inferior a U…/30 mA (U… representa la tensión de salida máxima del campo 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 las demandas energéticas del hogar.
• Afeitado de picos y relleno de valles:Equilibrar el uso de energía en diferentes momentos del día para ahorrar en costos energéticos.
• Energía de respaldo:Suministrando energía confiable durante cortes de energía.
• Fuente de alimentación de emergencia:Soporte de cargas críticas durante fallas de la red.

El proceso de configuración incluye el análisis de las necesidades energéticas del usuario, el diseño de sistemas fotovoltaicos y de almacenamiento, la selección de componentes, la preparación de planes de instalación y el diseño de medidas de operación y mantenimiento.

II. Análisis y planificación de la demanda

Análisis de la demanda de energía

El análisis detallado de la demanda energética es fundamental e incluye:

• Perfilado de carga:Identificar los requisitos de energía de varios electrodomésticos.
• Consumo diario:Determinar el consumo medio de electricidad durante el día y la noche.
• Precios de la electricidad:Entender las estructuras tarifarias para optimizar el sistema y ahorrar costos.

Estudio de caso

• Perfil de usuario:
  • Carga total conectada: 8,2 kW
  • Carga crítica: 3,6 kW
  • Consumo energético diurno: 10 kWh
  • Consumo energético nocturno: 20 kWh
• Plan del sistema:
  • Instalar un sistema híbrido de energía fotovoltaica y almacenamiento, con generación fotovoltaica diurna que satisfaga la demanda de carga y almacene el exceso de energía en baterías para su 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 sistemaConsiderando la carga de 8,2 kW del usuario y un consumo diario de 30 kWh, se recomienda un sistema fotovoltaico de 12 kW. Este sistema puede generar aproximadamente 36 kWh al día para satisfacer la demanda.
  • Módulos fotovoltaicosUtiliza 21 módulos monocristalinos de 580 Wp, lo que alcanza una capacidad instalada de 12,18 kWp. Garantiza una distribución óptima para maximizar la exposición solar.

  Potencia máxima Pmax [W]	575	580	585	590	595	600
  Tensión de funcionamiento óptima 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
  Voltaje 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 voltaje de 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 bateríaConfigure un sistema de baterías 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 cortes de suministro.
  • Módulos de batería: Emplee diseños modulares y apilables con carcasas con clasificación IP65 para instalaciones en interiores y exteriores. Cada módulo tiene una capacidad de 2,56 kWh; 10 módulos conforman el sistema completo.

  3. Selección del inversor

  • Inversor híbridoUtilice un inversor híbrido de 10 kW con gestión integrada de energía fotovoltaica y almacenamiento. Sus principales características incluyen:
    • Entrada máxima fotovoltaica: 15 kW
    • Salida: 10 kW tanto para funcionamiento conectado a la red como fuera de ella
    • Protección: clasificación IP65 con tiempo de conmutación de red a fuera de red <10 ms

  4. Selección de cables fotovoltaicos

  Los cables fotovoltaicos conectan los módulos solares al inversor o a la caja de conexiones. Deben soportar altas temperaturas, exposición a 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, ignífugo, con un amplio rango de temperatura (-40°C a +90°C).
  • Cable fotovoltaico UL 4703:
    • Doble aislamiento, ideal para sistemas montados en azotea 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 para almacenamiento de energía

  Los cables de almacenamiento conectan las baterías a los inversores. Deben soportar altas corrientes, proporcionar estabilidad térmica y mantener la integridad eléctrica.

  • Cables UL10269 y UL11627:
    • De pared delgada, aislante, ignífugo y compacto.
  • Cables con aislamiento XLPE:
    • Alto voltaje (hasta 1500 V DC) y resistencia térmica.
  • Cables de CC de alto voltaje:
    • Diseñado para interconectar módulos de baterías y buses de alto voltaje.

  Especificaciones de cable 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 azoteas 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 contra interferencias electromagnéticas	Reducción de interferencias en sistemas sensibles.
  Cable de alto voltaje	Cable con aislamiento XLPE	Conexiones de alta corriente en sistemas de baterías.
  Cable fotovoltaico flotante	Cable solar flotante AD8	Ambientes húmedos o propensos al agua.

IV. Integración de sistemas

Integre módulos fotovoltaicos, almacenamiento de energía e inversores en un sistema completo:

1. Sistema fotovoltaico:Diseñe la disposición del módulo y garantice la seguridad estructural con sistemas de montaje adecuados.
2. Almacenamiento de energía:Instale baterías modulares con integración BMS (sistema de gestión de batería) adecuada para monitoreo en tiempo real.
3. Inversor híbrido:Conecte los paneles fotovoltaicos y las baterías al inversor para una gestión energética perfecta.

V. Instalación y mantenimiento

Instalación:

• Evaluación del sitio:Inspeccione los techos o las áreas del suelo para verificar 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:Verificar las conexiones eléctricas y realizar pruebas funcionales.

Mantenimiento:

• Inspecciones de rutina:Inspeccione los cables, módulos e inversores para detectar desgaste o daños.
• Limpieza:Limpie periódicamente los módulos fotovoltaicos para mantener la eficiencia.
• Monitoreo remoto:Utilice herramientas de software para rastrear el rendimiento del sistema y optimizar la configuración.

VI. Conclusión

Un sistema residencial de almacenamiento fotovoltaico bien diseñado ofrece ahorro energético, beneficios ambientales y fiabilidad 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. Con una planificación adecuada,

Mediante protocolos de instalación y mantenimiento, los propietarios pueden maximizar los beneficios de su inversión.