En el contexto de la transición energética actual, los sistemas de almacenamiento de energía fotovoltaica se están convirtiendo en un componente vital del desarrollo energético sostenible gracias a sus ventajas únicas. La combinación de energía solar y almacenamiento constituye el vínculo fundamental para lograr un uso eficiente de la energía.

Hoy, Sailsolar te ayudará a explorar un concepto crucial entre dos arquitecturas de acoplamiento en sistemas de energía solar: el acoplamiento de CC y el acoplamiento de CA en sistemas de almacenamiento de energía solar.La clave para comprender estas dos arquitecturas reside en identificar dónde converge la energía procedente de los paneles fotovoltaicos y la de la batería de almacenamiento.

Acoplamiento de CC: El circuito fotovoltaico y el de la batería de almacenamiento convergen en el lado de corriente continua.

Acoplamiento de CA: El circuito fotovoltaico y el de la batería de almacenamiento convergerán en el lado de corriente alterna.

1. Arquitectura de acoplamiento de CC

En la arquitectura de acoplamiento de CC, la energía de CC procedente del conjunto fotovoltaico se estabiliza mediante el convertidor CC-CC dentro de un inversor híbrido (inversor solar-almacenamiento) y se alimenta directamente a la batería.

Cuando se necesita energía, esta puede obtenerse tanto del conjunto fotovoltaico como de la batería. En ambos casos, la corriente continua (CC) se convierte en corriente alterna (CA) mediante el módulo CC-CA integrado en un inversor híbrido antes de suministrarse a las cargas.

Punto clave: La energía permanece completamente en forma de corriente continua (CC) al cargar la batería desde el conjunto fotovoltaico, evitando cualquier conversión CC-CA-CC que genere pérdidas.

2. Arquitectura de acoplamiento de CA

En la arquitectura acoplada a CA, los sistemas fotovoltaicos y de almacenamiento de energía funcionan de forma relativamente independiente. La energía de CC generada por el conjunto fotovoltaico se convierte primero en CA mediante un inversor fotovoltaico, que luego suministra energía directamente a la red eléctrica o a las cargas locales.

Si la energía de CA generada por el inversor solar necesita almacenarse, debe ser procesada por un PCS (Sistema de Conversión de Energía), que la convierte de nuevo a CC para cargar la batería. Durante la descarga, el PCS vuelve a convertir la energía de CC de la batería a CA para alimentar las cargas.

Punto clave: La carga de la batería desde el conjunto fotovoltaico requiere un proceso de conversión de CC → CA → CC, y la alimentación de las cargas añade una conversión adicional de CC → CA.

3. Comparación de ambas arquitecturas

(1) Trayectoria del flujo de energía y pasos de conversión

Acoplamiento de CC: La energía de CC generada por los módulos fotovoltaicos puede cargar la batería directamente (CC-CC), sin pasar por la conversión CC-CA-CC, lo que resulta en menores pérdidas de energía.

Acoplamiento de CA: El almacenamiento de energía fotovoltaica requiere una conversión en dos etapas (CC-CA-CC). Al utilizarse, la energía pasa por un total de tres etapas de conversión, lo que genera pérdidas de energía relativamente mayores.

(2) Equipos y costos del sistema

Acoplamiento CC: Utiliza un inversor híbrido integrado (o inversor solar-almacenamiento) que combina el seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) fotovoltaico, la conversión bidireccional y la gestión de la batería. Esto reduce la cantidad de componentes y el cableado de interconexión necesarios, disminuyendo la inversión inicial. Menos componentes también implican menores costos de instalación y mantenimiento.

Acoplamiento de CA: Requiere inversores solares independientes y un inversor de batería (PCS), junto con un cuadro de distribución de CA correspondiente. La mayor cantidad de componentes incrementa los costos de cableado y requiere más espacio para la instalación.

(3) Relación CC/CA (Relación de carga del inversor)

Suponiendo una capacidad del transformador de fábrica de 2,5 MVA, la potencia de salida total del inversor suele estar limitada al 80 % de esa capacidad (aproximadamente 2 MW) para un funcionamiento seguro.

Acoplamiento CC: Puede soportar un sistema fotovoltaico de 4 MWp. Si el sistema fotovoltaico genera 4 MW de potencia, 2 MW pueden fluir directamente a la batería para su carga a través del bus CC (un proceso CC-CC).

Los 2 MW restantes son convertidos por el convertidor PCS dentro del inversor híbrido y se generan como 2 MW de potencia de CA. La energía verde almacenada puede utilizarse durante las horas pico de la tarde, maximizando así el aprovechamiento de la generación solar para satisfacer la mayor demanda corporativa de energía renovable.

Acoplamiento de CA: La generación fotovoltaica está limitada principalmente por la capacidad del inversor fotovoltaico. Con una relación CC/CA de 1,3, se podría instalar un sistema fotovoltaico de 2,6 MWp. Si este genera 2,3 MW CC, el inversor fotovoltaico de 2 MW CA limitaría la salida, lo que provocaría que el sistema redujera la generación fotovoltaica y, en consecuencia, se desperdiciara energía solar.

(4) Compatibilidad y escalabilidad del sistema

Acoplamiento CC: Ofrece una alta integración entre los sistemas fotovoltaicos y de almacenamiento. Sin embargo, presenta poca compatibilidad para la modernización de sistemas fotovoltaicos existentes, requiriendo a menudo el reemplazo del inversor original. La expansión del sistema también está limitada por la potencia máxima de entrada/salida del inversor híbrido y las especificaciones del puerto de la batería.

Acoplamiento de CA: Facilita la modernización de sistemas fotovoltaicos existentes, ya que permite añadir almacenamiento mediante la conexión en paralelo de un inversor de batería y las baterías en el lado de CA. Permite una selección flexible de equipos de diferentes marcas y ofrece una mayor escalabilidad.

4. Cómo seleccionar una solución de acoplamiento CA/CC

(1) Acoplamiento de CC: Escenarios como la construcción de nuevos sistemas de almacenamiento solar, la búsqueda de una mayor eficiencia de conversión y relación CC/CA, y donde el espacio de instalación es algo limitado.

(2) Acoplamiento de CA: Escenarios como agregar almacenamiento de energía a sistemas fotovoltaicos existentes, requerir compatibilidad con equipos de múltiples marcas e integración híbrida de múltiples fuentes de energía.

Cada método tiene sus ventajas y desventajas, y no existe una única opción óptima para todos los escenarios. La selección práctica debe basarse en una evaluación exhaustiva de las condiciones y requisitos específicos del proyecto. A medida que ambas tecnologías continúan avanzando, prometen ofrecer una gama cada vez más amplia de soluciones, lo que permitirá a los usuarios tomar la decisión óptima para su futuro energético particular.