¿Cómo funciona un sistema fotovoltaico híbrido?
Se ha demostrado que los sistemas de energía híbridos reducen significativamente el costo total del ciclo de vida de los suministros de energía independientes en muchas situaciones fuera de la red, al tiempo que proporcionan un suministro confiable de electricidad utilizando una combinación de fuentes de energía. Se han instalado numerosos sistemas híbridos en todo el mundo y la creciente industria de las energías renovables ha desarrollado sistemas confiables y competitivos en costos utilizando una variedad de tecnologías.
Por qué utilizar un sistema fotovoltaico híbrido
En los últimos años, los costos de almacenamiento de baterías y sistemas fotovoltaicos han disminuido drásticamente, lo que los convierte en una fuente de energía conveniente para quienes desean desconectarse del proveedor de electricidad y para quienes viven en áreas remotas. Usar solo un sistema fotovoltaico y depender únicamente de la radiación solar (incluso si hay mucha y es gratuita) no es una apuesta segura para un consumidor, ya que la producción fotovoltaica puede ser inconsistente.
Es por eso que algunos propietarios de viviendas o negocios recurren a sistemas fotovoltaicos híbridos, como fotovoltaico-eólico o fotovoltaico-diésel. Para una generación de energía tan compleja, se requiere un sistema de gestión de energía que ayude a aumentar la reducción del consumo de combustible según la configuración. Pero antes de hablar de estas ventajas, profundicemos y veamos qué es y cómo funciona un sistema fotovoltaico híbrido.
¿Qué es un sistema híbrido fotovoltaico-diésel?
Los sistemas solares híbridos son sistemas de energía que combinan la energía solar de un sistema fotovoltaico con otra fuente de energía. Uno de los sistemas híbridos más comunes es el sistema híbrido fotovoltaico-diésel, que combina generadores fotovoltaicos y diésel, también conocidos como grupos electrógenos diésel.
Los generadores diésel se utilizan para cerrar constantemente la brecha entre la carga y la energía generada por el sistema fotovoltaico. Las baterías de almacenamiento se pueden utilizar para mejorar el rendimiento general del sistema y garantizar que la cantidad de energía satisfaga la demanda. También se puede incluir un sistema de gestión de energía para optimizar el sistema, ya que la capacidad de los grupos electrógenos diésel es limitada y la producción de energía solar es inconsistente.
¿Cómo funciona un sistema híbrido diésel-fotovoltaico?
Dependiendo del consumidor y su situación, la energía principal puede ser la red eléctrica, el sistema fotovoltaico o el grupo electrógeno diésel. Cuando está conectado a la red, hablamos de un sistema en red y cuando está aislado, este es un sistema aislado.
De cualquier manera, esas fuentes de energía se utilizan para complementarse entre sí. Ya sea que el objetivo sea llenar el vacío creado por un fallo de la red o reducir el gasto de combustible, el sistema fotovoltaico puede proporcionar energía adicional. Las baterías también se pueden utilizar para almacenar el exceso de energía para su uso posterior. Un sistema de gestión de energía puede garantizar el ahorro de combustible y el funcionamiento óptimo de todo el sistema.
Sistemas híbridos fotovoltaico – eólico – batería – diésel
Los recursos de energía solar y eólica son alternativas entre sí que tendrán el potencial real de satisfacer el dilema de la carga hasta cierto punto. Sin embargo, estas soluciones, investigadas de forma independiente, no son del todo fiables en ningún momento debido a su efecto de naturaleza inestable.
En este contexto, los sistemas híbridos autónomos de energía fotovoltaica y eólica se han convertido en una alternativa económicamente más viable para satisfacer las demandas energéticas de numerosos consumidores aislados en todo el mundo. El sistema híbrido Fotovoltaico-Eólico-Batería-Diésel se considera la solución más óptima en términos de costes y emisiones entre las distintas combinaciones de sistemas híbridos.
De hecho, en general, la variación de la energía solar y eólica no se corresponde con la distribución temporal de la demanda. Por lo tanto, el sistema de generación de energía impone la asociación de estructuras de almacenamiento en bancos de baterías para superar/mitigar el desajuste de distribución temporal entre carga y generación de energía renovable (solar fotovoltaica y eólica).
Una desventaja común de los sistemas eólicos y solares es su naturaleza impredecible y su dependencia del tiempo y los cambios climáticos. Ambos (si se usan de forma independiente) tendrían que ser diseñados excesivamente para hacerlos completamente confiables, lo que resultaría en un costo total aún mayor. Pero un generador diésel aún puede resultar útil en esos raros días del año en los que es necesario.
De hecho, cuando la luz solar es baja y la velocidad del viento se reduce, el funcionamiento y la eficiencia del sistema híbrido eólico fotovoltaico se ven afectados y ni el sistema híbrido ni las baterías satisfacen el requisito de carga. Todo este problema se puede solucionar utilizando un generador diésel en un sistema híbrido fotovoltaico-eólico.
Una fusión de la energía solar y eólica en un sistema de generación híbrido puede suavizar sus fluctuaciones individuales, aumentar la producción general de energía y reducir significativamente las necesidades de almacenamiento de energía. Está demostrado que gracias a esta disposición se puede reducir drásticamente el gasto total en el sistema renovable autónomo.
Por lo tanto, para mejorar el rendimiento de la combinación fotovoltaica autónoma individual o de la combinación eólica, se requiere una unidad de respaldo de batería y un grupo electrógeno diésel, lo que aumenta el coste del sistema híbrido para un funcionamiento correcto y una mayor fiabilidad. Por supuesto, se debe realizar el dimensionamiento adecuado de cualquier sistema híbrido.
Criterios generales de dimensionamiento del generador diésel y batería.
La aplicación del generador diésel depende del tipo y naturaleza de la demanda de carga. Existen dos condiciones esenciales para el cálculo de la capacidad nominal del generador a instalar:
- La primera condición, si el generador diésel está conectado directamente a la carga: la capacidad nominal del generador debe ser al menos igual a la carga máxima.
- Segunda condición, si el generador diésel se utiliza como cargador de batería, la corriente producida por el generador no debe exceder CAh / 5 A, donde CAh es la capacidad en amperios-hora de la batería.
En el sistema híbrido, se utiliza un generador para mantener la confiabilidad y los requisitos de carga. Para lograr el menor costo del sistema, el generador debe operar entre el 70 y el 90% de su carga total. El generador satisface la demanda de carga y recarga la batería si la carga máxima no está disponible.
La batería, por supuesto, se utiliza para almacenar el exceso de energía generada, regular el voltaje del sistema y alimentar la carga en caso de que la producción de energía del sistema híbrido sea insuficiente. El tamaño de la batería del sistema híbrido depende de la profundidad máxima de descarga, la temperatura y la duración de la batería. De manera más general, los dos criterios principales para el diseño de cualquier sistema híbrido son la confiabilidad y el costo del sistema.