3 Tipos de Sistemas Fotovoltaicos Solares: ¿Cuál es la Mejor Opción?

3 Tipos de Sistemas Fotovoltaicos Solares: ¿Cuál es la Mejor Opción?

Los sistemas fotovoltaicos solares (PV) son más complejos de lo que se ven. Esto no solo se debe al hecho de que necesita determinar la demanda de energía de su hogar, sino que también debe elegir los mejores sistemas de montaje, paneles fotovoltaicos adecuados, inversores, baterías y tipo de sistema.

Cuando solicite una cotización solar, su instalador le pedirá primero que elija entre los tres tipos principales: sistemas conectados a la red, fuera de la red o híbridos.

El tipo de sistema solar que usted elija afectará los componentes que se necesitarán, cómo funcionará el sistema y los costos generales de su sistema fotovoltaico. Por lo tanto, es crucial entender las ventajas y desventajas, así como las razones para elegir uno u otro tipo.

La decisión tiene en cuenta varias variables:

  1. Servicio de red eléctrica y su fiabilidad.
  2. Importancia de la carga a alimentar.
  3. políticas disponibles y esquemas de ingresos
  4. autonomía deseada
  5. saldo de los costos del sistema
  6. tamaño del sistema
  7. radiación solar
  8. tipo de carga a ser servida
  9. Otros requisitos del cliente.

Echemos un vistazo a cada tipo de sistemas fotovoltaicos disponibles y veamos cómo estas variables son importantes para cada uno de ellos.

Componentes De Sistemas Fotovoltaicos Solares Conectados A La Red.
Los sistemas conectados a la red son los sistemas fotovoltaicos más utilizados en los países industrializados.

Las configuraciones vinculadas a la red consisten en conectar el módulo fotovoltaico a la red sin respaldo de batería. Esto significa que si la rejilla se apaga, el sistema fotovoltaico también se apaga. Las razones de esta medida están relacionadas principalmente con las restricciones de seguridad y la estabilidad de voltaje del sistema.

Los componentes principales de los sistemas conectados a la red son:

  1. paneles solares
  2. sistema de montaje
  3. cableado, disyuntores
  4. sistema de puesta a tierra
  5. un inversor conectado a la red que transformará la corriente continua (CC) de los paneles en corriente alterna (CA), utilizada por la mayoría de los electrodomésticos

El propósito principal de usar un sistema conectado a la red es reducir el consumo de electricidad de la red y ahorrar costos a largo plazo .

Los sistemas conectados a la red generalmente consisten en el siguiente esquema de operación:

  1. Los paneles solares convierten la radiación solar en electricidad de corriente continua;
  2. La electricidad fluye a través del cableado de CC y entra en una caja combinadora;
  3. La caja del combinador contiene fusibles y disyuntores que protegen los módulos y las cargas contra sobretensiones o cortocircuitos;
  4. Desde la caja del combinador, un cable de mayor calibre va al inversor que contiene toda la alimentación de CC de los módulos;
  5. El inversor transforma DC en corriente AC;
  6. La corriente alterna se alimenta a las cargas de corriente alterna de la casa;
  7. El exceso de energía se alimenta a la red a través de un medidor de servicios.

Opciones De Configuración De Sistemas Conectados A La Red

En estos sistemas hay dos opciones de configuración principales para la conexión entre los paneles solares y el inversor:

1. Rejilla atada con inversor central

La configuración clásica del generador fotovoltaico tiene un inversor central. El panel solar está compuesto por n cuerdas y m paneles, que se conectan en paralelo y se envían al inversor central.

La placa de potencia nominal del inversor debe ser lo suficientemente grande como para tener en cuenta la conversión de energía de todos los paneles.

Este tipo de sistema incluye un extenso cableado de CC para realizar todas las conexiones serie-paralelo y luego enviarlas a la caja de conexiones. Esto se traduce en mayores pérdidas eléctricas.

Estas configuraciones también son sensibles al sombreado parcial , así como a las pérdidas de desajuste dentro de la instalación.

Además, si su matriz FV consta de varias cadenas con diferentes orientaciones, entonces no es adecuado tener un inversor central porque el inversor no podría encontrar la solución óptima. Punto de Potencia Máximo (MPP) para dos o más cadenas con diferentes ángulos de orientación (acimut anglos). Solo algunos inversores ofrecen la posibilidad de combinar dos orientaciones diferentes con dos entradas MPP.

2. Cuadrícula-atada con convertidores de hilo

Debido a las razones mencionadas anteriormente, se han introducido al mercado inversores más pequeños.

Estos inversores son ventajosos porque disminuyen el desajuste y las pérdidas de sombreado. Es porque cada cuerda funciona independientemente de la otra. Eso significa que si el MPP de una cadena se ve afectado (debido al sombreado o la falta de coincidencia de fabricación), otras cadenas aún funcionarán en su óptimo.

Otra ventaja de esta configuración es que la caja de conexiones se puede desechar y que las pérdidas del cableado de CC son menores porque el cableado es más corto (solo necesita la conexión en serie).

¿Cuándo Deberías Optar Por Sistemas Conectados A La Red?

Ahora, analicemos cómo las variables (mencionadas al principio de este artículo) influyen en la decisión de usar un sistema conectado a la red o no:

# 1 Fiabilidad de la red

La elección de un sistema conectado a la red está estrechamente relacionada con la confiabilidad de su red eléctrica.

Para este sistema, la red eléctrica debe ser confiable. Funciona bien especialmente en países industrializados donde el servicio de energía ha sido privatizado. En estos países, el Operador Independiente de Sistemas (ISO) cobra grandes cantidades de dinero a la empresa de energía cada vez que falla el sistema.

Por lo tanto, si vive en un país con un mercado eléctrico evolucionado como los Estados Unidos, Australia o el Reino Unido, puede asumir que su red eléctrica es confiable (esto, por supuesto, no tiene en cuenta los eventos extremos).

Por otro lado, en países donde la red eléctrica no es confiable, es recomendable considerar otro tipo de sistema fotovoltaico porque la red podría apagar continuamente su matriz fotovoltaica.

# 2 Carga de energía y autonomía

La carga de potencia y la autonomía están estrechamente relacionadas con el factor anterior.

Si necesita depender absolutamente de la carga de energía que generan sus paneles solares, entonces debería considerar una opción con la batería de respaldo (incluso en países industrializados).

En general, los sistemas conectados a la red están configurados para alimentarse directamente al panel principal de la casa y no hay forma de controlar qué dispositivos se alimentan con energía solar y cuáles se alimentan desde la red. Si desea controlar y respaldar ciertas cargas eléctricas, debe considerar otro tipo de sistema.

El tipo de carga que desea alimentar también es un factor importante a considerar. Si la carga funciona con CC, no necesita un inversor. Sin embargo, necesitará un controlador de carga y una batería de respaldo para suministrar la carga de manera estable. En este caso, es mejor considerar un sistema híbrido en lugar de un sistema únicamente conectado a la red.

Por otro lado, la autonomía representa el número de horas o días en que el sistema fotovoltaico es independiente de la red eléctrica.

En el esquema vinculado a la red, la autonomía es cero. Por lo tanto, si se desea autonomía, considere un banco de baterías de respaldo (sistema híbrido).

# 3 Ingresos y costos

Además de reducir el consumo de energía de la red (y, por lo tanto, ahorrar en sus facturas de servicios públicos), el otro objetivo principal de un sistema conectado a la red es obtener ingresos adicionales.

Estos ingresos provienen del exceso de energía inyectada de nuevo a la red. El exceso de energía se carga a la tarifa de electricidad de su red de distribución de servicios públicos a través del Plan de Medición Neta.

La medición neta significa que la compañía de servicios públicos utiliza su electricidad para alimentar a otras casas o sistemas y le pagan por ello.

También puede optar por un Valor de la Tarifa Solar (VOS) que actúa como una alternativa al esquema de medición neta. La mayor ventaja de VOS es que no valora su energía solar solo por la tarifa eléctrica, sino también por los beneficios que la energía solar agrega a la red. El VOS se arregla durante al menos 20 años en los Estados Unidos, mientras que Net Metering cambia diariamente con las tarifas de electricidad.

Los costos generales de un sistema fotovoltaico comprenden los equipos, permisos e instalación .

Si bien los costos de permisos no fluctúan mucho de un sistema a otro, los costos de equipo y la instalación ciertamente cambian.

Los sistemas conectados a la red generalmente presentan la alternativa más económica entre los sistemas fotovoltaicos porque no hay necesidad de agregar una batería de respaldo y controladores de carga para alimentar las baterías.

Esto representa una gran diferencia en costos en comparación con los sistemas fuera de la red e híbridos.

Además, los costos de instalación también son menores, ya que el tiempo de conexión al banco de baterías no se tiene en cuenta con esta configuración.

# 4 Tamaño del sistema y radiación solar

Las configuraciones atadas a la red ofrecen la posibilidad de instalar sistemas solares más potentes. Es por eso que también se utilizan para fines de utilidad.

Al agregar paneles adicionales a sistemas fuera de la red o híbridos, es posible que deba agregar una batería de respaldo más fuerte. No encontrará este problema con los sistemas conectados a la red.

Además, la disponibilidad de radiación solar también afecta la decisión sobre el mejor tipo de sistema solar para usted.

Particularmente para la conexión a la red, la relación es casi lineal. Sus paneles producirán tanta electricidad como lo permita la radiación solar. Su sistema reducirá más su consumo de energía de la red en días soleados.

Sistemas Híbridos (Conectados A La Red Con Una Batería De Respaldo)

Los sistemas híbridos aún están conectados a la red, pero incluyen una característica muy importante: de acuerdo con lo que mencionamos anteriormente, a veces es necesario alimentar de manera confiable una carga eléctrica particular y la configuración híbrida nos permite hacerlo por una cierta cantidad de Tiempo (autonomía).

Para hacerlo, es necesario agregar un banco de baterías que permita que el sistema almacene energía y la suministre de manera estable cuando sea necesario.

Por lo tanto, la principal diferencia entre los sistemas híbridos y conectados a la red reside en la disponibilidad de energía durante los apagones y la posibilidad de realizar una carga de energía específica con una autonomía particular.

En los sistemas híbridos hay dos tipos de cargas:

  • cargas criticas
  • cargas no esenciales

Las cargas críticas están representadas por dispositivos eléctricos que requieren una copia de seguridad cuando falla la red eléctrica. Estas cargas deben estar separadas de otras cargas y están conectadas a un panel secundario diferente.

Las cargas no esenciales son dispositivos eléctricos conectados al panel principal que no se guardarán durante la falla de la red.

Hay dos formas en que se instalan los sistemas híbridos: acoplado de CC y acoplado de CA.

Acoplado en corriente continua

El esquema acoplado de CC presenta la configuración más común y simple de un sistema híbrido y contiene los siguientes componentes:

  1. paneles solares
  2. controlador de carga
  3. inversor
  4. sub-panel de carga
  5. banco de baterías
  6. caja combinadora
  7. alambrado
  8. sistema de puesta a tierra y montaje

El funcionamiento del sistema varía según la hora del día y la disponibilidad de la red eléctrica. Por lo tanto, el funcionamiento del sistema se puede dividir en dos modos principales: conectado a la red y un modo de isla.

Acoplado a CA

El sistema acoplado de CA consta de los siguientes componentes:

  1. paneles solares
  2. cables
  3. panel secundario
  4. panel principal
  5. banco de baterías
  6. sistema de puesta a tierra
  7. sistema de montaje
  8. inversor conectado a la red
  9. inversor basado en batería
  10. caja combinadora

Como puede ver, la principal diferencia del módulo acoplado de CC reside en la cantidad de inversores y en la forma en que el sistema interactúa con las cargas críticas.

De la misma manera, el sistema funciona de acuerdo con la disponibilidad de la red eléctrica y la hora del día.

Pros Y Contras De Los Sistemas Solares Híbridos

El proceso de operación puede parecer similar en ambos sistemas híbridos, pero hay algunas diferencias importantes entre ellos. Sigue leyendo para conocer las ventajas y desventajas de cada uno de ellos.

Ventajas de los sistemas acoplados CC

  1. No hay pérdida de conversión para cargar las baterías;
  2. La instalación y el diseño son más fáciles ya que solo hay un inversor;
  3. El costo suele ser más bajo que el acoplado de CA;
  4. La tasa de carga solo está limitada por el controlador de carga como protección contra sobretensiones;
  5. Permite acoplar cargas de corriente continua conectadas al controlador de carga.

Desventajas de los sistemas acoplados DC

La expansión del banco de baterías o el conjunto fotovoltaico afecta al sistema fotovoltaico;
Requiere el uso de inversores con transformadores, lo que significa inversores de conversión de energía menos eficientes;
Más difícil acoplar las baterías a un sistema existente conectado a la red;
La confiabilidad del sistema es menor que en el sistema de acoplamiento de CA ya que solo hay un inversor.

Ventajas de los sistemas acoplados de CA

  1. Se puede utilizar con microinversores y optimizadores de potencia;
  2. El generador fotovoltaico y la batería de respaldo pueden modificarse sin afectarse entre sí;
  3. Es más fácil de instalar si un sistema anterior conectado a la red está conectado;
  4. Mayor fiabilidad. Si un inversor falla por alguna razón, el otro puede suministrar la carga por un período de tiempo.

Desventajas de los sistemas acoplados de CA

  1. Diseño complejo;
  2. Mayor coste debido a la presencia de dos inversores;
  3. Mayores pérdidas de conversión debido a la conversión de CC / CA en el inversor conectado a la red y la conversión de CA / CC al banco de baterías;
  4. Requiere sincronización de los dos inversores;
  5. La tasa de carga de la batería está determinada por los inversores. Si uno de ellos tiene una tasa de carga más baja, las baterías se cargarían más lentamente que con los paneles;
  6. El control sin carga también significa que la velocidad de carga de la batería podría acelerarse, lo que puede ocasionar una depreciación en la vida útil del banco de baterías.

En cualquier caso, el diseño de ambos sistemas híbridos debe suministrar la carga del subpanel y cargar el banco de baterías durante el día (suponiendo que la capacidad del banco de baterías esté vacía desde el día anterior).

¿Cuándo Elegir Sistemas Híbridos Para Su Hogar?

Ahora, analicemos cómo estos tipos de sistemas interactúan con las variables que hemos mencionado.

# 1 Fiabilidad de la red

Este es uno de los principales factores que afectan nuestra decisión para un sistema híbrido.

Si la red no es confiable, la carga crítica de su casa podría no estar disponible cuando más la necesite. En tal caso, es justificable instalar un sistema híbrido en lugar de un sistema conectado a la red.

Otra ventaja importante del sistema híbrido es que su sistema fotovoltaico actúa independientemente de la red en momentos de desastres ambientales cuando la red eléctrica se apaga durante períodos prolongados.

# 2 Carga de energía y autonomía

Con los sistemas híbridos puedes seleccionar la carga crítica.

Puede alimentar toda su casa con el sistema fotovoltaico, pero no es la mejor opción ni la más económica. Muchos aparatos no son necesarios para usar durante el apagón (secadoras y lavadoras, por ejemplo). Por lo tanto, la carga crítica debe seleccionarse de acuerdo con los estándares de eficiencia y conservación de energía.

El tipo de carga también afecta si debe optar por un sistema acoplado por CC o un sistema acoplado por CA. Si desea incluir cargas de CC en el sistema, la mejor opción es la opción de acoplamiento de CC.

La autonomía en esta configuración está determinada por la cantidad de horas durante las cuales desea ser independiente de la red. Esto está completamente relacionado con la confiabilidad de la red de distribución en su ciudad.

En la mayoría de los países, el período de autonomía de 3 a 4 horas es más que suficiente para recuperar una red de un apagón.

La autonomía influye profundamente en el número y tamaño de las baterías necesarias, prácticamente hablando, es recomendable obtener el número necesario.

Si es nuevo en un país, investigue la confiabilidad de la red eléctrica a través de parámetros como Perdido de la expectativa de carga (LOLE) en los servicios públicos locales o en los sitios web de Operadores de sistemas independientes, le darán una idea del número promedio de días cuando la cuadrícula Se apaga durante todo el año.

Si desea lograr una autonomía parcial, los sistemas híbridos son la opción correcta para usted.

# 3 Ingresos y costos

Los ingresos son los mismos que en los sistemas conectados a la red, sin embargo, los costos del sistema son diferentes.

Los bancos de baterías son una parte costosa del sistema, la selección y el dimensionamiento de las baterías influirán profundamente en los costos iniciales del sistema e incluso pueden requerir cambios durante la vida útil de los paneles.

# 4 Tamaño del sistema y radiación solar

El tamaño del sistema tiene dos componentes variables:

  • las cargas criticas
  • las cargas no esenciales

Si desea dimensionar su sistema solo para proporcionar las cargas críticas, entonces su sistema puede ser más pequeño. Sin embargo, si desea que se cubran todas sus necesidades de energía cuando falla la red, debe agregar más paneles a su sistema.

Es importante tener en cuenta la radiación solar en este caso, ya que el sistema debería poder suministrar cargas críticas y cargar las baterías en caso de falla de la red durante la noche anterior o durante el día.

Aunque, dado que el período de autonomía típico de estos diseños no es alto, la radiación solar no necesita ser extremadamente buena.

¿Cómo Funcionan Los Sistemas Aislados?

Los sistemas fuera de la red son de hecho los más caros. Solo son rentables y necesarias cuando no hay rejilla disponible o si necesita alimentar solo pequeñas cargas eléctricas (electrónica o carritos de golf, por ejemplo).

Estos sistemas están, por definición, aislados de la red y deben funcionar por su cuenta durante varios días, generalmente instalados en áreas rurales, islas o con fines de iluminación pequeña.

Los componentes del sistema son los mismos que el sistema híbrido acoplado a CC, con la excepción de que solo hay un único panel para alimentar y existe la posibilidad de agregar un generador u otra fuente de energía renovable (por motivos de confiabilidad).

La principal diferencia con el sistema híbrido es que la matriz fotovoltaica sin conexión a la red debe poder satisfacer toda la demanda de un solo panel con un 100% de autonomía (idealmente) durante todo el año.

Echemos un vistazo ahora a las consideraciones de variables para este sistema.

¿Cuándo Deberías Conseguir Sistemas Solares Fuera De La Red?

# 1 Fiabilidad de la red.

Por definición, el sistema fuera de la red supone que no hay una red disponible en el área y que el sistema debe poder funcionar solo, por lo tanto, la confiabilidad de la red es cero.

# 2 Carga de energía y autonomía.

Este es un aspecto crucial del sistema fuera de la red.

La importancia de la carga determinará la autonomía del sistema. Si la carga es alimentar una casa rural o aislada, la autonomía típica es de dos a tres días.

Esto significa que el sistema debe cargar todo el banco de baterías durante el día y el banco de baterías debe poder suministrar la carga de energía durante dos o tres días.

Algunos tipos de cargas pueden ser más importantes, por ejemplo, las torres de comunicación, la autonomía en tal caso puede durar hasta cinco días, debido a que la confiabilidad de la carga debe aumentarse ante condiciones solares adversas.

El sistema fuera de la red también le permite decidir si desea alimentar una carga de CC o una carga de CA.

# 3 Ingresos y costos

El único ingreso que puede solicitar es el Crédito fiscal federal en el que puede recibir un reembolso del 30 por ciento y se aplica a la instalación de cualquier sistema fotovoltaico residencial.

No hay otros ingresos, ya que no hay contribución a la red en sí.

Con respecto a los costos, los sistemas fuera de la red son los sistemas más caros, por lo que solo deben considerarse cuando no hay otra opción.

# 4 Tamaño del sistema y radiación solar.

El tamaño del sistema solar debe ser medido con precisión. Si hay un exceso de energía en el sistema, perderá dinero porque la energía no tiene a dónde ir. Si el sistema es de tamaño insuficiente, entonces los paneles solares no cargarán completamente las baterías antes de que se descarguen. Esto se traducirá en la pérdida de carga y la baja confiabilidad del sistema.

Esta situación no solo es indeseable, sino que también implica un tamaño terrible del diseño.

La radiación solar en este caso juega un papel crucial.

Los sistemas fuera de la red no se pueden implementar en lugares con baja radiación solar ya que la confiabilidad del sistema se vería comprometida debido a la ausencia de energía solar en el área.

Conclusión

Hemos examinado todas las topologías de sistemas disponibles en el mercado solar. La decisión para una u otra se ve afectada directamente por las variables: confiabilidad de la red, radiación solar y tamaño del sistema, ingresos y costos y la carga de energía a la alimentación.

Sin embargo, hay algunas reglas básicas que se pueden aplicar y que lo ayudarán a estimar mejor el sistema apropiado para su hogar:

  1. Si tiene acceso a la red eléctrica, la opción de sistema fuera de la red se descarta (a menos que desee instalar el sistema para alimentar una pequeña carga).
  2. Si desea realizar una copia de seguridad de un dispositivo eléctrico en particular pero aún desea recibir los ingresos de la energía solar, debe optar por un sistema híbrido.
  3. La autonomía está determinada por la confiabilidad (o ausencia) de la red eléctrica.
  4. Si no sabe cuál es la mejor configuración de sistema entre el sistema conectado a la red y el sistema híbrido, entonces solicite un presupuesto de un instalador solar para ambas consideraciones, la diferencia de precio podría ayudarlo a decidir si los costos adicionales de El sistema híbrido lo vale o no.

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