Con la instalación y uso de sistemas solares en hogares y empresas, el concepto de fuentes de energía distribuidas se ha convertido en realidad. Hay muchos factores que contribuyen al aumento significativo de la capacidad solar, entre los cuales se encuentran las ventajas fiscales federales, los incentivos para las energías renovables, los componentes solares fotovoltaicos (PV) a bajo costo, el aumento directo y esperado de los costos energéticos, así como el creciente deseo de independencia energética.

　　● Los sistemas interconectados a la red eléctrica, es decir, aquellos sistemas de almacenamiento de energía conectados que suelen existir en forma de baterías, permiten a los usuarios disfrutar tanto de los beneficios de la independencia fuera de la red como de los beneficios de estar conectados a ella.

　　Estos sistemas interconectados son especialmente útiles en situaciones en las que la red eléctrica falla por diversas razones, cuando hay escasez de energía o problemas en la red, o cuando se utiliza energía almacenada generada por fuentes renovables para compensar los altos costos de la energía de la red. La preocupación por la estabilidad e incluso la disponibilidad de la red eléctrica es mayor que nunca, incluso en los países desarrollados. Debido a desastres repentinos como tormentas históricas y tsunamis, que pueden cambiar la vida humana, cada vez son más frecuentes las interrupciones en el suministro de energía, lo que genera preocupación mundial sobre si el suministro eléctrico podrá satisfacer la creciente demanda global.

　　En algunas regiones, se han integrado grandes cantidades de energías renovables en la red eléctrica, y esta “demanda adicional en horas pico” puede afectar la estabilidad de la red, que depende de fuentes de energía más tradicionales con menor flexibilidad o “dinamismo”. Cuando no hay luz solar ni viento, las placas fotovoltaicas y las turbinas dejan de funcionar, y la falta de energía en horas pico genera una mayor demanda en una red con menor capacidad para adaptarse.

　　Por estas y otras razones, los beneficios del almacenamiento de energía renovable son evidentes debido a sus ventajas inherentes. El almacenamiento permite compensar el consumo en horas pico, proporcionar independencia fuera de la red en casos de interrupciones o emergencias, y contribuir a mejorar la estabilidad de la red, asegurando así que la energía renovable mantenga su papel importante y positivo en la estructura energética. Por eso, los sistemas de almacenamiento son los que más crecen entre los productos solares, y también es por ello que las encuestas del sector indican que, en los próximos dos años, los inversores de carga para baterías superarán en importancia a los inversores en serie conectados a la red (Revista alemana de energía fotovoltaica Photon International 2012).

　　Hasta ahora, la configuración más común de los sistemas de generación fotovoltaica consiste en añadir un inversor conectado a la red (GT) a los arrays de placas fotovoltaicas. Este inversor convierte la corriente continua en corriente alterna y luego transmite la energía a la red a través del panel de servicio del edificio (ver Figura 1). La red funciona como una batería, y la energía renovable de la red se utiliza para el consumo colectivo, lo que a su vez reduce el uso de otras fuentes de energía. La idea de utilizar la red como una batería es realmente genial; mientras exista, los inversores conectados a la red deben cumplir con los requisitos de seguridad UL1741 para garantizar el suministro eléctrico. Si la energía de la red no es suficiente para mantener en funcionamiento al inversor conectado a la red, la energía fotovoltaica disponible solo podrá quedarse inutilizada en el techo, lo que significa que los hogares o empresas que utilizan energía solar podrían quedar sin electricidad durante las interrupciones.

　　Los sistemas de inversores de batería (BB) pueden funcionar sin necesidad de la red eléctrica y se utilizan principalmente en hogares, empresas e instalaciones industriales que usan sistemas fuera de la red, como torres de transmisión móviles. La tecnología inteligente de inversores “red/híbridos” combina la tecnología de baterías fuera de la red, permitiendo cargar las baterías con energía renovable continua proveniente de fuentes como la energía solar, eólica o hidroeléctrica, y vender la energía excedente a la red, al igual que ocurre con los dispositivos que utilizan la red como batería (ver Figura 2).

　　Para aquellos usuarios que aún no han instalado sistemas solares pero desean contar con una fuente de energía de respaldo, los inversores/híbridos/cargadores con función de batería de respaldo son la mejor opción. Si el sistema de energía renovable solar puede seguir suministrando energía durante las interrupciones hasta que la red vuelva a funcionar, entonces se puede vender la energía solar de vuelta a la red.

　　Cuando la red eléctrica falla y deja de funcionar durante días o incluso semanas, uno solo puede mirar el techo lleno de placas fotovoltaicas y lamentarse una y otra vez por no haber comprado desde el principio un inversor/híbrido/cargador. Los usuarios que compran sistemas conectados a la red tal vez tampoco sean conscientes de las consecuencias de no tener energía solar en el techo en el momento de la compra, aunque quizás piensen que algo así nunca les ocurrirá. Además, al principio pueden no querer invertir dinero adicional en inversores/híbridos/cargadores inteligentes conectados a la red y baterías.

　　Los usuarios que ya cuentan con inversores conectados a la red y otros inversores dependientes de la red pueden utilizar el método de acoplamiento en CA para conectarse a un sistema de inversor con batería de respaldo. Debido a la carga crítica del edificio, este método de acoplamiento suele requerir la adición de un centro de carga, formado por interruptores y conexiones eléctricas. De esta manera, el inversor conectado a la red y el inversor de batería pueden “acoplarse” en un punto determinado, sumando su energía a la carga. En condiciones normales de suministro de la red, la energía fluye desde los arrays fotovoltaicos a través del inversor conectado a la red hasta el panel de carga crítica, mientras que la energía excedente pasa por el panel de carga hasta el inversor de batería y finalmente llega a la red (ver Figura 3).

　　Cuando la red eléctrica se interrumpe, el inversor de batería activa un interruptor interno que abre la conexión con la red. Esto evita que el inversor suministre energía a otros hogares en la red y también corta la corriente, protegiendo a los trabajadores de sufrir electrocuciones. El inversor de batería también suministra energía al inversor conectado a la red, manteniéndolo conectado a la red y convirtiendo la corriente continua en corriente alterna para la carga crítica (ver Figura 4).

　　Figura 4: Ruta de la corriente cuando la red eléctrica se interrumpe. Después de que el sol se pone y la energía fotovoltaica deja de fluir a través del inversor conectado a la red hacia la carga, la energía almacenada en las baterías comienza a suministrarse al panel de carga crítica hasta la mañana siguiente (ver Figura 5).

　　Cuando el sol sale nuevamente al día siguiente, el sistema vuelve al flujo de energía mostrado en la Figura 3, y la energía excedente se utiliza para cargar las baterías. Si no hay energía suficiente, es necesario realizar una operación manual de descarga de carga, desconectando los dispositivos conectados al panel de carga crítica (renunciando a las cargas menos importantes y dando prioridad a las más esenciales como la iluminación y el aire acondicionado), hasta que las baterías estén completamente cargadas. Si todas las cargas críticas son absolutamente necesarias y no es posible realizar la descarga de carga, se puede agregar un generador al sistema de respaldo, lo que permitirá cargar las baterías y satisfacer las necesidades de las cargas críticas.

　　Algunos podrían preguntar: “¿Por qué no usar simplemente un generador en lugar del inversor de batería?”. Esta podría ser una opción viable, pero antes de hacerlo hay que considerar varios aspectos importantes:

　　1. Durante el período en que el edificio necesita energía, el generador debe permanecer en funcionamiento, posiblemente entre 12 y 18 horas al día. Además del ruido, muchos generadores de bajo costo requieren mantenimiento frecuente y son ineficientes a bajas potencias.

　　2. Por ejemplo, si el generador del sistema de respaldo con baterías funciona solo unas horas al día, una mayor eficiencia significa que se necesita llenar el tanque de combustible una vez al día o una vez a la semana. Cada vez que ocurren condiciones climáticas extremas u otros eventos imprevistos, siempre vemos en las fotos y videos de noticias largas colas de personas frente a las gasolineras, y aun así no siempre hay un suministro estable de gasolina. Debido a la falta de energía suficiente en la red, muchas gasolineras no pueden extraer gasolina de sus tanques.

　　3. Al agregar la función de suministro de energía de un generador al sistema de inversor de batería, las baterías prolongan significativamente el tiempo de funcionamiento del generador, ya que este no necesita funcionar las 24 horas del día, lo que permite que el mismo combustible dure más tiempo.

　　Como ocurre con todas las soluciones, los detalles son clave. El acoplamiento en CA que combina un inversor conectado a la red y un inversor de batería no es diferente, y es especialmente adecuado para aquellos usuarios que desean una solución única para todos los casos. Una solución “única” suele incluir uno o más dispositivos de distribución de carga, que pueden utilizar relés de apagado u otros métodos para desconectar el inversor conectado a la red y evitar una carga excesiva en las baterías del inversor de batería. Esto requiere una gran cantidad de diseño previo para asegurar que todos los dispositivos del sistema puedan manejar cualquier situación posible.

　　Algunos fabricantes de inversores de batería “alteran” o cambian la frecuencia con la que envían energía al inversor conectado a la red, llevándola fuera del rango de frecuencia de funcionamiento (59.5Hz~60.5Hz), con la esperanza de simplificar el proceso de acoplamiento en CA. De esta manera, cuando las baterías están completamente cargadas, se puede apagar la energía sin necesidad de usar relés de apagado, lo que ahorra costos. Sin embargo, en muchos casos, si hay fluctuaciones de frecuencia, no se puede usar un generador, ya que la frecuencia del generador no es muy estable, lo que impide que el inversor conectado a la red se sincronice con él. Incluso si se logra la sincronización, en condiciones de baja carga o sin carga existe el riesgo de retroalimentación, lo que podría dañar el generador.

　　Cabe señalar también que las soluciones de acoplamiento en CA “únicas” realmente requieren dispositivos de distribución de carga para transferir la energía excedente del sistema (una potencia fotovoltaica demasiado alta o una capacidad de almacenamiento de baterías insuficiente pueden generar niveles de carga peligrosos para las baterías). Aunque se puede utilizar esta energía para hervir agua o operar bombas, en la vida real a menudo no hay tal necesidad. Además, si los dispositivos de distribución de carga ya no pueden absorber más energía, sigue siendo necesario apagar el inversor conectado a la red. Además de la complejidad operativa, el costo de implementar estos dispositivos de distribución de carga también es elevado, ya que se requiere instalar muchos dispositivos invasivos. Por lo tanto, para aquellos usuarios que desean simplificar el sistema de acoplamiento en CA y reducir costos, esta solución no es la mejor opción. Todos los costos relacionados con el control y los dispositivos de conexión, así como los inversores/cargadores costosos, suelen llevar a los usuarios a utilizar baterías y accesorios de menor calidad para ahorrar en almacenamiento de energía, lo que a su vez reduce el rendimiento general y la utilidad del sistema.

　　Otra opción sencilla es definir de manera aproximada las especificaciones básicas y las instrucciones de operación de un inversor de batería simple, un conjunto de baterías y un relé remoto, para luego incorporar estos dispositivos al sistema de inversor conectado a la red existente. De esta manera, cuando la red no puede suministrar energía, la energía fotovoltaica disponible en el edificio puede enviarse a las cargas críticas.

　　A continuación, se discutirán las avanzadas soluciones electromecánicas de la empresa OutBack; si es necesario, se puede optar por un control automático de generadores. A diferencia de la mayoría de las soluciones basadas en fluctuaciones de frecuencia, O