Una de las alternativas para aumentar la cobertura de energía eléctrica en las Zonas No Interconectadas (ZNI), mejorar la calidad, confiabilidad y continuidad del suministro, y reducir el costo de la implementación con sistemas basados en energías renovables, es la de aprovechar el parque de generación disponible y configurar sistemas híbridos para aprovechar la generación con más de una fuente de energía.
El objetivo del artículo es precisar a qué se refiere cada una de estas opciones y cuáles serían las condiciones a tener en cuenta antes de la implementación, y no definir la tecnología a aplicar teniendo en cuenta solamente lo que puede hacer uno u otro fabricante.
¿Qué se entiende por AC-Coupling y DC-Coupling?
Aunque el artículo hace referencia solamente a energía solar fotovoltaica, es un concepto que se aplica con cualquier fuente de generación, sea convencional o renovable.
El punto en donde re realiza la conexión de los módulos fotovoltaicos en el sistema de generación solar, es el que define si se es AC-Coupling o DC-Coupling. Todo sistema fotovoltaico, que suministre energía en Corriente Alterna (AC), y tenga asociadas baterías en su funcionamiento (ya sea para respaldo o aislado – fuera de la red), es una combinación de dos partes, lados o sistemas eléctricos principales: a) Circuito o Sistema AC y b) Circuito o Sistema DC. Evidentemente, pueden existir consumos en DC, que estarán ubicados en el lado DC del sistema (Figura 1)
Acoplamiento AC
En el acoplamiento AC, el punto de conexión del arreglo solar se realiza en el circuito AC del sistema. En este caso la generación de energía solar es controlada e inyectada en AC al barraje principal de las cargas (mini-red), por medio de un Inversor de Conexión a Red.
En este caso el flujo de energía y su aprovechamiento en el sistema se realiza de la siguiente forma:
(a) Si la energía generada por el sistema solar es igual a la energía demandada por las cargas (consumos) la energía solar será consumida de manera inmediata por las cargas (consumos). La energía generada por los módulos fotovoltaicos (DC) es transformada por el Inversor de Conexión a Red en condiciones de voltaje y frecuencia acordes con la red (AC) y alimenta las cargas (consumos) directamente. Por lo tanto, a la energía generada por el arreglo solar, para poder suministrar energía a los consumos, se le realiza una (1) etapa de conversión DC – AC (Figura 2)
(b) Si la energía generada por el sistema solar es mayor a la energía demandada por las cargas (consumos) la energía solar será consumida de manera inmediata por las cargas (consumos) y el excedente será almacenado en el banco de baterías. En este caso la energía consumida de manera inmediata pasa por una (1) etapa de conversión DC-AC. Caso diferente en el que la energía excedente es almacenada en baterías, ya que la energía debe ser convertida tres (3) veces antes de llegar a suministrarse a las cargas DC-AC, AC-DC y DC-AC. (Figura 3)
(c) Si la energía generada por el sistema solar es menor (incluso nula; durante la noche) a la energía demandada por las cargas (consumos); la energía solar será consumida de manera inmediata por las cargas (consumos) y el faltante será aportado por el banco de baterías, hasta que se alcance el nivel máximo establecido para su descarga, caso en que el faltante empezará a ser aportado por el generador (o la red), y el inversor/cargador operará en modo cargador para recarga de las baterías. (Figuras 4 y 5)
Se puede presentar el caso en el que el consumo este completamente satisfecho, las baterías completamente cargadas y se sigan teniendo condiciones de radiación que permiten una mayor generación solar. Para el caso en que el sistema se encuentre conectado a una red en el SIN o a una Red de Distribución Local (RDL), estos excedentes se podrían vender a la red. Sin embargo, si la venta de excedentes no es posible, el sistema está configurado para aplicación exclusiva de autoconsumo o es un sistema aislado (minired con generador), es importante tener en cuenta que los inversores de conexión a red a implementar en el sistema deben permitir el control lineal de potencia por modificación de frecuencia (“Frequency Shift Power Control” – FSPC). Otra alternativa para el uso de estos excedentes es la activación de cargas para aprovecharlos, como pueden ser sistemas de bombeo o equipos de calentamiento de agua que responden a la modificación de frecuencia para su funcionamiento, entre otros.
Los Inversores/Cargadores de la gama Xtender de Studer, en caso de presentarse esta situación, de consumo satisfecho y no haya más capacidad de almacenamiento en baterías, incrementan gradualmente la frecuencia de la mini-red, haciendo que el Inversor de Conexión a Red (compatible con el FSPC) reduzca su potencia de salida, de acuerdo a la variación de la frecuencia, manteniendo el balance necesario entre producción, consumo (autoconsumo) y almacenamiento. (Figura 6)
Acoplamiento DC
El el acoplamiento DC, el punto de conexión del arreglo solar se realiza en el circuito DC del sistema. En este caso la generación de energía solar es controlada e inyectada en DC directamente al banco de baterías (barraje DC), por medio de un Regulador de Carga Solar.
De igual manera los flujos de energía son más sencillos en el acoplamiento DC y pueden ser:
(a) Toda la energía generada por el arreglo solar pasa directamente a la batería, en una conversión DC-DC, y desde la batería a las cargas en una conversión DC-AC. (Figura 7)
(b) En caso de ausencia de energía solar, la batería sigue entregando suministro a las cargas, hasta que se alcance el nivel de descarga establecido como mínimo en el banco de baterías (Figura 8). Una vez se alcanza el nivel de descarga máximo en la batería, el Xtender permite entrada de la red, o enciende automática el generador, para permitir suministro a las cargas y recuperar la batería desde la red o generador. (Figura 9)
