En las grandes instalaciones fotovoltaicas el principal indicador de la calidad de la instalación sigue siendo el “Performance Ratio” o “PR”, definido como la relación entre la energía que un sistema fotovoltaico vende realmente a la red, y la que vendería un hipotético sistema fotovoltaico ideal, entendido como uno cuyas células solares trabajasen siempre a la temperatura de referencia (25º C) y que estuviese totalmente libre de pérdidas.
El PR, pone en evidencia las pérdidas de conversión de los inversores, cableado, etc. Y si a algún fabricante se le ocurre falsear los datos de potencia de salida, al cabo de un cierto tiempo un analista llegará a la conclusión de que alguno miente, ya sean los módulos o los inversores. Tampoco hay que olvidar el efecto de pérdidas por temperatura o sombreado, este último mucho más presente en instalaciones de autoconsumo residencial.
Calidad en instalaciones de autoconsumo residencial con baterías
“Es el segmento de la fotovoltaica en España que más desarrollo espera en los próximos años –explica Carlos Sellas, Country Manager de Kostal Solar Electric Ibérica–. Partimos casi de cero, y es donde más renovación de empresas instaladoras va a haber. Por eso es necesario incidir más si cabe en el concepto de calidad de la instalación, porque el sector debe cuidar su reputación y tratar de implementar instalaciones que ayuden a ahorrar lo máximo de la factura del cliente. Ese es el objetivo que debe perseguir una instalación de autoconsumo y debe fijarse como indicador de calidad, más allá de tratar de maximizar solamente los kWh generados”.
La introducción de baterías en los sistemas de autoconsumo residencial y pequeño comercial permite maximizar los ahorros de la factura eléctrica ya que, sin entrar a valorar la rentabilidad, “es un hecho que si almacenamos los excedentes de producción y los usamos en horas de baja producción solar evitamos más kWh comprados a la red eléctrica”. Para Sellas, “incluso con un sistema de compensación de excedentes, es de esperar que el valor del kWh compensado sea inferior al valor del kWh ahorrado”.
Ante el crecimiento real del autoconsumo interconectado con baterías, liderado en Europa por Alemania –que va camino ya de los 100.000 sistemas nuevos anuales– y la variedad de tipologías (acoplamiento en corriente continua, alterna, baterías de alto o bajo voltaje, sistemas integrados o inversores y baterías por separado), el Instituto Tecnológico HTW de Berlín ha desarrollado un mecanismo de análisis de eficiencia global del sistema definido como SPI, siglas de “System Perfomance Indicator”. “Ese es el nuevo ‘PR’ para autoconsumo con baterías”.
El SPI queda definido como la relación entre el ahorro de costes anual de un sistema real de autoconsumo con almacenamiento, con respecto a uno teórico ideal sin pérdidas.
Para ello el HTW ha concretado un caso de referencia con un generador de 5 kWp, un consumo anual de 5.010 kWh/a y unos precios de compra de electricidad y tarifa de inyección a red acorde a la situación actual en Alemania. Las principales pérdidas de la eficiencia del sistema se dividen en pérdidas de conversión, standby, control y de gestión energética.
Pérdidas por conversión
Las primeras aparecen en el proceso de carga y descarga de batería, fundamentalmente debido a la resistencia interna de esta, además de las pérdidas en los equipos de conversión de electrónica de potencia para cada recorrido de los flujos de energía. Un ejemplo de ellos se puede apreciar en la siguiente figura de los inversores híbridos Plenticore Plus de KOSTAL.
Flujos de energía en el Plenticore Plus de KOSTAL
La nomenclatura elegida contempla 3 puntos de referencia; el lado del campo generador (PV), batería (BAT) y lado de salida alterna (AC). El camino PV2AC describe la conversión de continua a alterna y está presente en todas las topologías. El camino de carga se describe como AC2BAT o PV2BAT en función de la topología, algunas ofrecen ambas de forma complementaria, y BAT2AC o BAT2PV el camino de la descarga.
Cada camino de conversión implica pérdidas del sistema por lo que es importante entender la construcción interna de los equipos instalados, en especial aquellos que se venden integrados con la batería ya que no es tan evidente.
Consumo standby
Adicionalmente a las pérdidas por conversión encontramos pérdidas del sistema incluso cuando no hay potencia de carga ni descarga de la batería, el consumo standby proviene del sistema BMS de la batería y puede cubrirse desde la propia batería o consumiendo de la red. Se tendrán que tener en cuenta también los consumos standby de los accesorios de medición, control e inversores.
Pérdidas por control
El objetivo de la unidad de control es ajustar la potencia de carga y descarga de la batería ante los cambios que se observan en el consumo de la vivienda o edificio. Si el control no es lo suficientemente rápido implica que el sistema inyectará a la red cuando debería cargar la batería, o bien el usuario consumirá de la red cuando debería hacerlo de la batería. Un sistema lento o con medidas poco precisas supone una merma de la eficiencia global del sistema. El control puede estar integrado en los convertidores de potencia o estar externalizado en un gestor energético.
Pérdidas por gestión energética incorrecta
Gracias a una correcta gestión energética el sistema puede generar mayores ahorros anuales, por ejemplo cargando las baterías en horarios de menor precio de la electricidad o ayudando a reducir el término fijo de la factura siempre que el sistema asegure una capacidad base en horas de consumo punta. Según el HTW, cinco características son comunes en los sistemas de alta eficiencia de baterías:
Eficiencia > 95% de la electrónica de potencia a 1000W
Eficiencia > 95% de la batería
Consumo menor de 5W del standby
Error permanente de la unidad de control menor de 5W
Tiempo de ajuste de la unidad de control menor a 2 segundos
Energy Storage Inspection 2018
El instituto HTW ha publicado el Energy Storage Inspection 2018, un estudio que analiza un total de 20 sistemas diferentes, entre los cuales los fabricantes eran libres de participar con nombre o de forma anónima. Participan en el estudio sistemas de diferentes topologías, diferentes combinaciones de fabricantes de inversores con diferentes fabricantes de baterías. Para cada sistema se ha calculado el SPI resultante.
Resultados Energy Storage Inspection 2018
A la cabeza ha resultado el sistema formado por el inversor Plenticore Plus 5.5 de Kostal junto a las baterías de Litio de alto voltaje B-Box H11.5 del fabricante BYD. Se trata de un sistema que prioriza la carga desde corriente continua (PV2BAT) pero que también de forma opcional ofrece la la carga desde alterna (AC2BAT). Además resulta especialmente interesante ya que un solo equipo permite gestionar tanto la conexión de paneles como la carga y descarga de la batería.
Las baterías de BYD son baterías de alto voltaje real sin convertidores de potencia en su interior, asegurando así sus prestaciones y vida útil. Además su BCU (Battery Control Unit) incluye todas las protecciones necesarias. “Más allá de incidir en las características del sistema de Kostal, donde hay un evidente interés del que suscribe, lo que pretendo es concienciar de la necesidad de ofrecer sistemas de autoconsumo de alta calidad, esta vez desde el punto de vista inversor-cargador-batería, así como presentar el índice SPI, muy útil en la comparativa de cada vez más diversos sistemas de autoconsumo con almacenamiento”, concluye Carlos Sellas.
• Kostal presentará sus soluciones para autoconsumo en Genera (stand 3E26).
