¿AC o DC? Topologías de sistemas para instalaciones solares
Introducción: ¿Cómo se conecta la batería?
En los artículos anteriores se ha tratado mucho sobre sistemas de almacenamiento de energía. Sin embargo, quedó pendiente una pregunta importante: ¿Cómo se instala óptimamente esta tecnología en la vivienda?
En la integración de almacenamientos por batería existen dos conceptos básicos:
- Sistemas acoplados en AC (corriente alterna)
- Sistemas acoplados en DC (corriente continua)
Este capítulo explica ambas topologías con sus ventajas e inconvenientes.
Instalaciones solares acopladas en AC
En los sistemas acoplados en corriente alterna (sistema AC), el inversor está conectado directamente después de los módulos solares y suministra corriente alterna directamente a la red doméstica.
Estructura
Módulos solares (DC)
↓
Inversor (DC→AC)
↓
Red doméstica (AC) ←→ Batería + Controlador de carga
↓
Red públicaPrincipio de funcionamiento
- El inversor convierte inmediatamente la corriente continua de los módulos en corriente alterna
- La batería junto con la electrónica de carga se conecta después del inversor
- La batería se alimenta con corriente alterna
- Para cargar, la AC debe convertirse de nuevo en DC
- Al descargar, la DC se convierte de nuevo en AC
El intercambio de energía entre módulos solares y batería se realiza mediante corriente alterna.
Ventajas del acoplamiento AC
El acoplamiento AC ofrece ventajas decisivas sobre todo en instalaciones existentes:
| Ventaja | Explicación |
|---|---|
| Fácil retrofit | La batería puede instalarse posteriormente |
| Independencia del fabricante | Diferentes componentes combinables |
| Colocación flexible | La batería puede estar alejada del inversor |
| Tecnología probada | Componentes establecidos |
| Escalabilidad | Ampliación sencilla posible |
Desventajas del acoplamiento AC
La flexibilidad tiene su precio – sobre todo en lo que respecta a la eficiencia:
| Desventaja | Explicación |
|---|---|
| Múltiple conversión | DC→AC→DC→AC = pérdidas |
| Menor rendimiento | Típicamente 85–90% roundtrip |
| Más componentes | Necesario inversor de batería separado |
| Mayores costes | Más hardware necesario |
| Instalación más compleja | Más cableado |
Rendimiento típico
Con acoplamiento AC se producen pérdidas en cada conversión:
- Módulos solares → Inversor: ~97%
- Inversor → Cargador de batería: ~97%
- Carga/descarga batería: ~95%
- Batería → Inversor: ~97%
Roundtrip total: ~85–90%
Instalaciones solares acopladas en DC
En los sistemas acoplados en corriente continua (sistema DC), el inversor y la batería se conectan en paralelo directamente después de los módulos solares.
Estructura
Módulos solares (DC)
↓
Convertidor DC-DC
├── Batería (DC)
└── Inversor (DC→AC)
↓
Red doméstica (AC)
↓
Red públicaPrincipio de funcionamiento
- Ambos componentes se alimentan directamente con corriente continua
- La batería puede usar la DC directamente para cargar
- La corriente continua solo se convierte en corriente alterna al final
- Menos pasos de conversión = mayor rendimiento
El intercambio de energía entre instalación solar y batería se realiza mediante corriente continua.
Ventajas del acoplamiento DC
La conexión directa mediante corriente continua aporta claras ventajas sobre todo en eficiencia:
| Ventaja | Explicación |
|---|---|
| Mayor rendimiento | Menos pérdidas de conversión |
| Menos componentes | Solo un inversor central |
| Menores costes | Más económico a largo plazo |
| Mejor eficiencia | Típicamente 92–95% roundtrip |
| Carga más rápida | Camino DC directo a la batería |
Desventajas del acoplamiento DC
La mayor eficiencia se paga con algunas limitaciones:
| Desventaja | Explicación |
|---|---|
| Dependencia del fabricante | Componentes a menudo del mismo fabricante |
| Sin retrofit fácil | El sistema debe planificarse como conjunto |
| Planificación más compleja | Cableado DC más exigente |
| Longitudes de cable limitadas | Mantener cortas las líneas DC |
| Menos flexibilidad | Más difícil de ampliar |
Rendimiento típico
Con acoplamiento DC menos pasos de conversión:
- Módulos solares → Convertidor DC-DC: ~98%
- Carga/descarga batería: ~95%
- DC → Inversor → AC: ~97%
Roundtrip total: ~92–95%
La comparación directa
Para facilitar la decisión entre acoplamiento AC y DC, enfrentamos ambos conceptos directamente:
| Criterio | Acoplamiento AC | Acoplamiento DC |
|---|---|---|
| Rendimiento | 85–90% | 92–95% |
| Retrofit | Fácil | Difícil |
| Flexibilidad | Alta | Limitada |
| Costes inicial | Más alto | Más bajo |
| Costes a largo plazo | Más alto (pérdidas) | Más bajo |
| Complejidad | Más componentes | Menos componentes |
| Elección de fabricante | Libre | A menudo limitada |
El inversor híbrido: Lo mejor de ambos mundos
Los inversores híbridos modernos disuelven la separación estricta entre AC y DC.
Concepto
En sistemas con inversor híbrido, todos los componentes confluyen en un dispositivo central:
- MPPT integrado para los módulos solares
- Convertidor DC-DC para la batería
- Inversor para la red doméstica
- Gestión energética inteligente
Ventajas del concepto híbrido
La integración de todas las funciones en un dispositivo ofrece las mejores características de ambos mundos:
| Ventaja | Explicación |
|---|---|
| Rendimiento óptimo | Elección inteligente de ruta DC o AC |
| Compacto | Un dispositivo en lugar de varios |
| Instalación sencilla | Menos cableado |
| Ajuste óptimo | Todos los componentes coordinados entre sí |
Gestión energética: El cerebro de la instalación
Independientemente de la topología, el sistema de gestión energética (EMS) es decisivo. Es como el cerebro de la instalación.
Las cuatro funciones principales
1. Gestión de cargas
El EMS reconoce:
- Demanda actual de electricidad de los consumidores
- Capacidad y potencia disponible de la instalación solar
- Decide cuándo se alimentan qué consumidores
Ejemplo: Aparatos de alto consumo como lavavajillas o punto de carga del coche eléctrico deberían funcionar durante el día, cuando la instalación solar produce excedente.
2. Inyección a red
Con almacenamiento de batería lleno y autoconsumo cubierto:
- El excedente se inyecta a la red pública
- Posible compensación por inyección
- Ecológico: Electricidad verde en la red
3. Gestión de batería
Decide cuándo la batería:
- Se carga (hay excedente)
- Se descarga (más demanda que generación)
- Se cuida (electricidad de red más barata)
Objetivo principal: Mantener siempre un buffer de energía.
4. Integración Smart-Home
Un buen EMS:
- Se integra en la red Smart-Home
- Reconoce el consumo de todos los aparatos
- Puede controlar aparatos óptimamente
- Optimiza la interacción continuamente
Ventajas de un EMS
Un buen sistema de gestión energética aporta ventajas medibles para el funcionamiento de la instalación:
| Ventaja | Explicación |
|---|---|
| Mayor autoconsumo | Usar más electricidad solar |
| Menores costes de electricidad | Menos consumo de red |
| Mayor vida útil de batería | Ciclos de carga/descarga optimizados |
| Más comodidad | Control automatizado |
| Transparencia | Todos los datos de un vistazo |
¿Qué topología para quién?
Acoplamiento AC recomendado para:
- Instalaciones existentes sin almacenamiento (retrofit)
- Máxima flexibilidad deseada
- Diferentes fabricantes ya presentes
- Batería alejada del inversor
Acoplamiento DC recomendado para:
- Nuevas instalaciones con almacenamiento desde el principio
- Máxima eficiencia importante
- Todo de un solo proveedor preferido
- Recorridos DC cortos posibles
Inversor híbrido recomendado para:
- Nuevas instalaciones de cualquier tamaño
- Instalación sencilla deseada
- Mejor eficiencia buscada
- Solución preparada para el futuro requerida
Conclusión
En resumen: La elección de la topología del sistema influye en:
- Eficiencia (diferencia del 5–10% posible)
- Flexibilidad en cambios posteriores
- Costes a corto y largo plazo
- Esfuerzo de instalación Para la mayoría de las nuevas instalaciones hoy un inversor híbrido es la mejor elección – combina las ventajas de ambos conceptos. En retrofits de instalaciones existentes, a menudo no hay alternativa al acoplamiento AC.
La serie completa "Almacenamiento de energía para instalaciones solares"
- De ancas de rana a baterías: ¿Cómo funciona un almacenamiento de energía? – Fundamentos
- Litio vs. Plomo: ¿Qué batería para la instalación solar? – Comparación de tecnologías
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- ¿AC o DC? Topologías de sistemas para instalaciones solares – Está aquí
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