¿Cuáles son los componentes de un sistema fotovoltaico conectado a la red?

El sistema fotovoltaico conectado a la red (sistema fotovoltaico en red) es un sistema que conecta el sistema fotovoltaico solar con la red eléctrica. Como método de generación de energía renovable, que depende de las condiciones naturales, el sistema fotovoltaico conectado a la red requiere tecnología y no es familiar para la mayoría de la gente. Por lo tanto, este artículo le presentará los tipos y los componentes del sistema fotovoltaico conectado a la red, el inversor conectado a la red y otras preguntas sobre el sistema fotovoltaico conectado a la red.

Tipos de sistemas fotovoltaicos conectados a la red

Los sistemas fotovoltaicos conectados a la red incluyen los conectados a la red distribuida y los conectados a la red centralizada.

Distribuido conectado a la red

El dispositivo de generación de energía fotovoltaica distribuida es un dispositivo de generación de energía instalado en el lado del usuario por el usuario. Resuelve principalmente el problema de consumo de energía cercano del usuario, reduce la dependencia del suministro de energía de la red y, a continuación, realiza la compensación y transmisión de la diferencia de suministro de energía a través de la conexión a la red. Es decir, la electricidad emitida en días soleados también sale a la red además de su propio uso. Cuando la electricidad autogenerada (incluida la electricidad contenida en la batería) no es suficiente, se introduce electricidad de la red para uso suplementario. Algunas centrales fotovoltaicas distribuidas no tienen baterías y utilizan la red para suministrar energía cuando la energía fotovoltaica es insuficiente.

Los módulos fotovoltaicos de la fotovoltaica distribuida suelen construirse en la superficie de los edificios, lo que reduce eficazmente la huella de las centrales fotovoltaicas. La capacidad de los dispositivos de generación de energía fotovoltaica distribuida no suele ser grande (de 10 kW a 20 kW), por lo que el funcionamiento es flexible, y también puede funcionar independientemente de la red eléctrica cuando sea necesario. En la actualidad, la conexión distribuida a la red se utiliza habitualmente en sistemas de energía solar domésticos, como el sistema de almacenamiento doméstico con batería solar... Y puede leer unas instrucciones detalladas sobre cómo construir un sistema de almacenamiento de energía solar en nuestro sitio web.

Centralizado conectado a la red

El sistema fotovoltaico centralizado conectado a la red es una central fotovoltaica a gran escala construida en zonas desérticas y con recursos de energía solar relativamente estables. Tras combinar muchos módulos fotovoltaicos con inversores, se genera una corriente alterna trifásica de 380 V que se conecta a la red de transmisión de alta tensión mediante un transformador de potencia.

El sistema centralizado de generación de energía fotovoltaica conectado a la red tiene una gran escala, una producción relativamente estable y una alta eficiencia de generación de energía. Puede ajustar el pico de consumo de energía durante el día, cuando la capacidad de generación de energía fotovoltaica es fuerte. El control centralizado puede llevar a cabo fácilmente el control de la potencia reactiva, el control de la tensión y la regulación de la frecuencia de la red eléctrica. La desventaja es que pueden necesitarse líneas de transmisión de larga distancia para acceder a la red; la tecnología de combinación y gestión de convertidores múltiples aún no está madura. La tecnología de combinación y gestión de convertidores múltiples aún no está madura. La conexión centralizada a la red suele ser utilizada por grandes centrales solares de gobiernos, empresas y organizaciones.

Componentes de un sistema fotovoltaico conectado a la red

En una gran central fotovoltaica conectada a la red, el conjunto de módulos solares fotovoltaicos utiliza sus características fotoeléctricas para convertir la energía solar en energía eléctrica, que se emite en forma de corriente continua, se convierte en corriente alterna trifásica con menor tensión mediante un inversor trifásico (CC-CA) y, a continuación, se convierte en corriente alterna que cumple los requisitos de tensión de la red pública mediante un transformador elevador y se conecta a la red pública.

Paneles fotovoltaicos

Por una serie de componentes fotovoltaicos, módulos fotovoltaicos en el montaje mecánico y eléctrico de una manera determinada, y una estructura de soporte fijo compuesto de unidad de generación de energía de CC. En el diseño del sistema de generación de energía fotovoltaica, el modo de instalación de la matriz de módulos fotovoltaicos tiene una gran influencia en la cantidad total de radiación solar recibida por el sistema, lo que afecta a la capacidad de generación de energía del sistema de generación de energía fotovoltaica. Existen dos tipos de instalación de conjuntos fotovoltaicos: fija y de seguimiento.

Caja de convergencia

Dispositivo de cableado para garantizar la conexión ordenada y la función de convergencia de los módulos fotovoltaicos. El dispositivo puede asegurar que el sistema fotovoltaico es fácil de separar el circuito durante el mantenimiento y la inspección, y reducir el alcance de corte de energía cuando el sistema fotovoltaico falla.

Caja de distribución CC

La caja de distribución de CC se conecta principalmente a la salida del cable de CC de la caja de convergencia y, a continuación, se conecta al inversor conectado a la red. La caja de distribución de corriente contiene disyuntores de entrada de c.c., protectores contra fugas, diodos antirreflectantes, protectores contra rayos fotovoltaicos y otros componentes principales, que garantizan que el sistema no sufra daños por fugas, cortocircuitos, sobrecargas e impactos de rayos, y aseguran eficazmente el funcionamiento de los equipos de carga, al tiempo que facilitan la operación y el mantenimiento del cliente.

Inversor conectado a la red

Dispositivo que convierte la corriente continua en corriente alterna. Incluye control de tensión, fuente de alimentación interna, amplificación de errores, dispositivo de autoprotección, etc. Según lleven o no transformador, pueden dividirse en transformador-libre y transformador-tipo. Para los inversores sin transformador, el rendimiento máximo es de 98,5%. Para los inversores con transformador, la eficiencia máxima es de 97,1%.

Caja de distribución de CA

La caja de distribución de CA proporciona una interfaz conectada a la red para el inversor mediante la distribución de energía. Funciona mediante disyuntores. Contiene un pararrayos en el lado de la red y está equipada con una interfaz conectada a la red para el inversor del contador de generación de energía y un amperímetro de tensión de CA.

Cables CA/CC

Los cables de CC incluyen: caja de conexiones a armario de distribución de pararrayos de CC; PDC de pararrayos de CC a inversor conectado a la red. Los cables de CA incluyen: inversor conectado a la red a armario de distribución de protección contra el rayo de CA; armario de distribución de protección contra el rayo de CA a transformador de refuerzo; transformador de refuerzo a punto de acceso a la red. Viii. Los dispositivos de monitorización y comunicación realizan las funciones de control del funcionamiento de los equipos de generación de energía, avería de la central eléctrica y recopilación y mantenimiento de datos, y se coordinan con el despacho de la red eléctrica para mejorar el nivel de automatización, seguridad y fiabilidad de las centrales eléctricas, y ayudan a reducir el impacto de la generación de energía fotovoltaica en la red eléctrica. En la arquitectura del sistema de supervisión y control se adopta la estructura jerárquica distribuida.

El inversor del sistema fotovoltaico conectado a la red

El inversor conectado a la red es el componente principal y la tecnología clave del sistema de generación de energía fotovoltaica conectado a la red. Puede convertir la corriente continua de las matrices fotovoltaicas en corriente alterna.

En general, además de convertir la corriente, los inversores conectados a la red también tienen las siguientes funciones:

(1) Conmutación automática. Según las condiciones de insolación desde el amanecer hasta el anochecer, se maximiza el potencial de la potencia de salida del conjunto fotovoltaico para realizar el arranque y la parada automáticos dentro de este rango.

(2) Seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT). En condiciones de temperatura exterior e intensidad de iluminación solar diferentes, el conjunto fotovoltaico puede mantener la máxima potencia de salida en la medida de lo posible.

(3) Suprimir la entrada de corriente armónica alta en la red eléctrica y reducir el impacto en la red eléctrica.

(4) Evitar el funcionamiento de islas aisladas. Se produce un corte de corriente en la ubicación del sistema, pero la tensión de salida del inversor no cambia porque la generación de energía fotovoltaica sigue suministrando energía. En este punto, el corte de energía no se puede detectar normalmente, una vez que la llamada vuelve, puede causar un accidente, esta situación se llama la operación de la isla. Para proteger al personal del equipo de posibles lesiones, es necesario que el inversor conectado a la red disponga de esta función.

(5) Ajuste automático de la tensión. Dado que un gran número de sistemas solares fotovoltaicos están conectados a la red eléctrica, el excedente de energía eléctrica del sistema solar fotovoltaico se enviará a la red eléctrica al mismo tiempo en los días soleados, lo que aumentará la tensión de la red eléctrica y provocará la disminución de la calidad del suministro eléctrico. Para mantener normal la tensión de la red eléctrica, debe evitarse que la tensión de salida del inversor conectado a la red aumente automáticamente durante el funcionamiento. Sin embargo, en el caso de los sistemas solares fotovoltaicos de pequeña capacidad, prácticamente no se producirá ninguna subida de tensión, por lo que esta función suele omitirse.

(6) Detección de anomalías y parada del funcionamiento. Cuando la red eléctrica o el inversor del sistema presenten fallos, detecte la anomalía a tiempo y controle que el inversor deje de funcionar.

Condiciones para un sistema fotovoltaico conectado a la red

Para realizar la conexión a la red, en primer lugar, la secuencia de fases a ambos lados de la conexión a la red debe ser la misma, y la tensión, la fase y la forma de onda deben ser lo más coherentes posible, principalmente: la tensión de salida del inversor conectado a la red es igual a la tensión de la red eléctrica, y la diferencia de presión debe estar dentro de 10%; La frecuencia de salida del inversor conectado a la red es la misma que la de la red eléctrica, y la diferencia de frecuencia no es superior a 0,3Hz; La tensión de salida del inversor conectado a la red es la misma que la de la red eléctrica, y la diferencia de fase debe ser lo más coherente posible.La tensión de salida del inversor conectado a la red es la misma que la de la red eléctrica, y la diferencia de fase debe ser coherente en la medida de lo posible. Por lo tanto, a diferencia de los inversores normales, los inversores conectados a la red deben controlar la frecuencia, la tensión, la corriente, la fase, la potencia activa y reactiva, y la calidad de la potencia de CA convertida, de modo que la tensión y la frecuencia de la potencia de CA convertida coincidan con la tensión y la frecuencia de la potencia de CA de la red eléctrica.

Influencia del sistema fotovoltaico conectado a la red en la red eléctrica

Dado que la generación de energía solar fotovoltaica es una energía con baja densidad energética, poca estabilidad y escasa capacidad de regulación, la generación de energía se ve muy afectada por el clima y la región. Y la generación eléctrica conectada a la red tendrá un cierto impacto en la seguridad, la estabilidad, el funcionamiento económico y la calidad del suministro eléctrico de la red eléctrica. Aún no está claro el grado de impacto. En la actualidad, no existe un modelo matemático del sistema de generación de energía fotovoltaica para el cálculo del flujo de energía y la estabilidad de la red eléctrica. Sabemos que en la actualidad no es posible almacenar electricidad a gran escala a bajo coste, ni lo será en un futuro previsible. Esto hace que la aplicación de la generación de energía fotovoltaica esté limitada por factores físicos, pero también por restricciones geográficas. Pero con el desarrollo de la tecnología y el mercado, cuando la cantidad de electricidad en línea de la generación fotovoltaica esté en un orden de magnitud comparable con la de las centrales térmicas, las centrales hidroeléctricas, las centrales nucleares y otras centrales y se convierta en una parte no despreciable de la red eléctrica, la generación fotovoltaica de energía se situará en el modo de generación de energía existente y aportará a la red beneficios tecnológicos, económicos, políticos y medioambientales con las siguientes cuestiones:

1. Impacto de los picos y valles de carga en la red eléctrica. Dado que el sistema fotovoltaico conectado a la red no tiene capacidad de regulación de picos y frecuencias, afectará a los picos de carga tempranos y tardíos de la red eléctrica. Dado que el aumento de la capacidad de generación de energía del sistema fotovoltaico conectado a la red no puede reducir la propiedad o la redundancia de los grupos electrógenos en el sistema eléctrico, la red eléctrica debe preparar los correspondientes grupos de reserva rotativos para el sistema de generación de energía fotovoltaica con el fin de resolver el problema del ajuste de los picos temprano y tardío. El sistema de generación de energía fotovoltaica conectado a la red suministra energía a la red a costa de la disminución de las horas de utilización de la unidad. Esto, por supuesto, no es lo que desean los productores de energía.
2. Variación diurna. Diferencia horaria entre este y oeste y cambio estacional en la red eléctrica. Debido a la periodicidad de la luz solar y la carga, el aumento de la capacidad de generación fotovoltaica conectada a la red no reduce la demanda de capacidad de la red instalada.
3. Cambios en las condiciones meteorológicas. Cuando la generación de energía fotovoltaica sobre tejado conectada a la red de una ciudad alcance cierta escala, la red proporcionará suficientes unidades regionales de reserva rotatoria y capacidad de compensación de potencia reactiva para que el sistema de generación de energía fotovoltaica conectado a la red controle y ajuste la frecuencia y la tensión del sistema si se produce un cambio significativo en la geografía y la meteorología. En este caso, la seguridad y la estabilidad de la red eléctrica estarán garantizadas a costa del modo de funcionamiento económico.
4. Transmisión de energía fotovoltaica a larga distancia. Cuando la generación de energía fotovoltaica conectada a la red sea económica y técnicamente posible para transmitir energía a larga distancia, traerá nuevos problemas de estabilidad a la red eléctrica de CA debido a la ausencia de regulador de inercia rotativo y sistema de excitación. Si la generación de energía fotovoltaica conectada a la red se hace a gran escala y adopta la transmisión de energía de CA y CC de alta tensión, traerá problemas económicos y de estabilidad al sistema de CA. (Las líneas de transmisión utilizadas especialmente para la generación de energía fotovoltaica conectada a la red limitarán la utilización de la energía solar del desierto debido a su baja eficiencia. Las líneas de transmisión utilizadas para transferir energía desde los sistemas de generación de energía fotovoltaica conectados a la red, o ambos, son antieconómicas debido a los bajos índices de carga). Las centrales eléctricas de sistemas fotovoltaicos conectados a la red deben estar equipadas con un regulador automático de tensión reactiva, independientemente de la transmisión de CA o CC de alta tensión. En cuanto a la influencia en la estabilidad de la red eléctrica, no existe ningún modelo matemático (incluidos el modelo de suministro eléctrico y el modelo de carga) para la generación de energía fotovoltaica en el cálculo de la estabilidad de la red eléctrica. No está claro qué impacto tendrá la generación fotovoltaica conectada a la red en el funcionamiento seguro y estable de la red.
5. Reducción del consumo. Una de las principales ventajas de la generación de energía fotovoltaica conectada a la red es que puede sustituir al consumo de combustibles fósiles. Dado que la generación de energía fotovoltaica conectada a la red aumenta la reserva rotacional o la reserva térmica del generador de la central eléctrica, el ratio de reducción del consumo real de la generación de energía fotovoltaica conectada a la red debe deducir la energía perdida por la unidad de reserva rotacional o la unidad de reserva térmica. La reducción de eficiencia de la generación de energía del sistema FV conectado a la red debe tener en cuenta la pérdida de eficiencia causada por la reducción de horas de utilización de la unidad de la empresa de generación de energía debido a la energía suministrada por el sistema de generación de energía del sistema FV conectado a la red.
6. Protección del medio ambiente. Queda por debatir si el efecto de reducción de emisiones aportado por la generación de energía fotovoltaica debe considerar únicamente el dióxido de azufre y el dióxido de carbono emitidos por la generación de energía térmica. Porque cuando la generación de energía fotovoltaica está conectada a la red, ésta también tiene en cuenta la seguridad, la estabilidad y el funcionamiento económico de la red, y a menudo reduce la producción no sólo de las centrales térmicas. Por lo tanto, al considerar la reserva de rotación, no sólo las centrales hidroeléctricas asumen la tarea de reserva de rotación (las centrales hidroeléctricas también pierden energía hidráulica cuando asumen la tarea de reserva de rotación). Por lo tanto, al considerar la contribución a la reducción de emisiones del sistema de generación de energía fotovoltaica conectado a la red, debe multiplicarse un coeficiente inferior a uno antes del valor teórico. El efecto del ahorro energético y la reducción de emisiones no es tan optimista como la mayoría de la gente piensa.