Contadores de energía inteligentes en sistemas fotovoltaicos

Los contadores inteligentes son contadores de energía bidireccionales que, instalados en sistemas fotovoltaicos, permiten, entre otras cosas, monitorizar y controlar la exportación de energía a la red eléctrica.

Este dispositivo acaba siendo una gran incorporación al portafolio de proyectos de energía solar fotovoltaica.

Las tres aplicaciones principales de estos medidores son la gestión de la energía, la realización de la estrategia de red cero y el control del límite de potencia del sistema fotovoltaico.

Gestión energética

Con los contadores inteligentes es posible realizar una gestión energética completa de un sistema fotovoltaico conectado a la red eléctrica. Además de monitorear la producción de energía, el medidor registra en la plataforma de monitoreo los valores de consumo de energía (autoconsumo), energía exportada (energía inyectada) y energía importada (energía solicitada a la red), como se muestra en los gráficos mostrados. abajo.

El medidor inteligente debe instalarse entre las cargas locales y la red eléctrica, ya que es la única forma de medir los flujos de energía que van a la red eléctrica (o provienen de ella) y que están siendo consumidos por la carga, ya que se muestra en la ilustración de la figura siguiente. 

En la figura se puede ver que el medidor proporciona la interfaz entre el sistema y la red eléctrica. La energía exportada a la red eléctrica se registra en el contador. La energía exportada es igual a la energía producida (registrada por el inversor) menos la energía consumida por las cargas.

De forma indirecta, con el contador situado en la posición que muestra la ilustración, podemos conocer la energía consumida por las cargas. El contador registra la energía exportada a la red o importada de ella.

El inversor registra la energía producida por los módulos fotovoltaicos. La diferencia entre los dos es la energía consumida por las cargas locales. 

Si la energía producida por el sistema fotovoltaico es menor que la energía consumida por las cargas, el resultado de la energía exportada será negativo, es decir, en realidad estamos importando energía de la red eléctrica.

Toda esta información de la instalación se envía en tiempo real a la nube mediante la comunicación entre el inversor y el contador vía RS485. Y el inversor utiliza un módulo Wi-Fi o una conexión Ethernet para enviar datos a la nube.

Una de las funciones más utilizadas de esta solución es el control de las exportaciones de energía. Esto significa que podemos establecer un límite de potencia para exportar a la red. Este límite puede incluso ser nulo, lo que significa que el sistema fotovoltaico nunca exportará energía a la red eléctrica, en lo que llamamos funcionamiento de red cero.

Solución de red cero

La solución de red cero se refiere a una estrategia operativa de sistema fotovoltaico en la que la energía exportada es cero; en cualquier instante, la energía exportada a la red es cero. Esto significa que en ningún momento el sistema enviará energía sobrante a la red eléctrica.

Esta solución es muy utilizada en proyectos en los que no se permite inyectar energía sobrante a la red eléctrica y proyectos destinados al autoconsumo, en los que no se desea exportar energía a la red.

Esta estrategia puede ser posible con el uso de un medidor inteligente como el que se muestra en la figura anterior. El medidor monitorea continuamente la potencia en la conexión a la red y envía esta información al inversor, que debe configurarse para operar en modo red cero. 

Para que la energía exportada sea igual a cero, la energía producida y la energía consumida por las cargas deben ser iguales. 

No es posible controlar la energía consumida por las cargas, pero sí la energía producida por el sistema fotovoltaico. En la estrategia de control de red cero, el inversor entregará en su salida un valor de potencia siempre igual al consumo instantáneo de las cargas. 

Incluso si la potencia disponible del sistema fotovoltaico es mayor, el inversor limitará su potencia de salida para que sea igual a la potencia de las cargas.

Si la potencia disponible por el sistema solar es inferior a las necesidades de las cargas, la red eléctrica proporcionará el complemento necesario. El sistema de red cero sólo está configurado para evitar la exportación de energía a la red, pero permite la importación de energía.

Aunque se trata de una solución en la que no hay inyección de energía a la red, mucha gente acaba confundiendo el funcionamiento con red cero con un sistema fuera de la red. Sin embargo, el proyecto sigue siendo un sistema conectado a la red o conectado a la red, pero controlado para evitar la exportación de energía. Sin embargo, se permiten las importaciones de energía.

El sistema también se monitorea durante la noche, como se muestra en el siguiente gráfico. Esto significa que los valores de consumo también se leen por la noche, cuando no hay producción solar disponible.

Límite de potencia

Otra opción para proyectos fotovoltaicos es limitar la energía exportada según un valor deseado. Es posible elegir la potencia máxima de exportación del sistema. Este modo de funcionamiento es muy similar al anterior, con la excepción de que en este caso se permite la exportación de energía.

Por ejemplo, podemos definir la potencia máxima exportada en 5 kW. La potencia máxima que podrá alcanzar el inversor será entonces igual a 5 kW más la potencia requerida por las cargas locales.

Si las cargas tienen una demanda de 10 kW, el valor máximo que podrá alcanzar el inversor será de 15 kW, ya que 10 kW se destinarán a las cargas y 5 kW se exportarán a la red eléctrica.

Aunque el sistema fotovoltaico tenga una disponibilidad de 20 kW en ese momento, lo máximo que entregará el inversor a su salida será de 15 kW, ya que estaremos respetando el límite de exportación configurado. 

Esta solución es muy utilizada en proyectos que no pueden superar un determinado valor de exportación de energía al existir alguna limitación física en la red eléctrica.

Solución para plantas con más de un inversor instalado

La solución presentada anteriormente, basada en equipos del fabricante Growatt, que utiliza un contador inteligente, es compatible con un solo inversor. 

Cuando instalamos más de un inversor en el proyecto, es necesario utilizar un gestor de energía inteligente (Smart Energy Manager), disponible únicamente para sistemas trifásicos, como se muestra en la siguiente figura. Smart Energy Manager tiene la capacidad de monitorear y controlar hasta 32 inversores. 

Debido al mayor tamaño de la planta, la medición de corriente del Smart Energy Manager se realiza mediante transformadores de corriente (CT), que normalmente son suministrados por el propio fabricante del equipo. En el caso de las soluciones Growatt, por ejemplo, los CT se suministran con especificaciones adecuadas para tres tamaños de proyecto: 100 kW, 300 kW y 600 kW. 

En este tipo de instalaciones los inversores se conectan al Smart Energy Manager mediante una red de comunicación RS485. El administrador inteligente envía y recibe información de los inversores.

En esta solución no es necesario instalar un módulo de comunicación Wi-Fi o Ethernet en cada uno de los inversores, ya que los datos son enviados a la nube por el Smart Energy Manager.

Varios fabricantes proporcionan módulos de control que permiten la gestión de la energía eléctrica en grandes sistemas fotovoltaicos. En este artículo ejemplificamos la solución Smart Energy Manager de Growatt, con la que es posible monitorizar y gestionar grandes proyectos de energía solar fotovoltaica. 

Incluso si el proyecto no requiere control de exportaciones, es muy valioso contar con un administrador de energía inteligente para gestionar y monitorear la energía de todo el sistema, asegurando un mejor soporte, informes más completos y mejorando la experiencia del cliente final al monitorear toda su planta. .