La energía renovable se está volviendo cada vez más popular entre los países para adoptarla e incluirla en la red eléctrica nacional. También es cada vez más una opción para comunidades pequeñas y para individuos. La capacidad de generar su propia energía y vivir sin depender de la red eléctrica pública es una opción viable para muchos.
Sistemas de energía híbridos Puede integrar y capturar diversas formas de energía natural, incluidas la solar, la eólica y la hídrica, así como conectarse a generadores independientes y a la red eléctrica pública. Este artículo explica cómo funcionan estos sistemas y qué opciones están disponibles.
Índice del contenido
El crecimiento del mercado de los sistemas de energía híbridos.
Una introducción a los sistemas de energía híbridos.
Componentes de un sistema de energía híbrido.
Cómo seleccionar el tamaño correcto del sistema de energía híbrido
Reflexiones finales
El crecimiento del mercado de los sistemas de energía híbridos.
Los sistemas de energía híbridos se están volviendo cada vez más populares en todo el mundo, para hogares que ven flexibilidad y ahorro de costos al utilizar energía renovable para minimizar la dependencia de una red pública cada vez más costosa.
En muchos países, existe apoyo gubernamental y beneficios fiscales para los hogares que utilizan sistemas de energía renovable, y algunos países recomprarán el excedente de energía a los usuarios cuando esté disponible.
El mercado mundial de sistemas de energía híbridos estaba US$ 2 mil millones en 2022, y se prevé que crezca a un ritmo muy positivo 10.4% tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR), de De 2.4 millones de dólares en 2023 a alrededor de 4 millones de dólares en 2028.. Las regiones de Europa y Asia Pacífico están mostrando el mayor crecimiento, como se muestra en la cuadro anterior.
Una introducción a los sistemas de energía híbridos.
La energía puede generarse a partir de muchas fuentes naturales y existe la tecnología para capturar e integrar esa energía a nivel nacional. Sin embargo, todas estas tecnologías ahora están disponibles a pequeña escala y pueden usarse en granjas, pequeñas comunidades e incluso en hogares individuales.
La mayoría de la gente está familiarizada con los paneles solares instalados en los hogares para ayudar a generar energía para el hogar. Quienes viven en granjas también pueden estar familiarizados con el uso de turbinas eólicas para obtener energía. Y algunos pueden utilizar fuentes de agua corriente cercanas para generar energía. Todos estos son medios muy bien establecidos de utilizar fuentes de energía naturales para complementar o satisfacer las necesidades completas de energía eléctrica del hogar.
Los hogares que sólo utilizan energía de la red pública se denominan "conectados a la red" o "conectados a la red", mientras que los hogares que generan por sí mismos toda su energía necesaria y no utilizan la red pública se denominan "fuera de la red". . Las personas que viven en zonas aisladas suelen vivir completamente fuera de la red, ya sea por necesidad o por elección propia.
Los sistemas de energía híbridos, como el sistema de 5 a 10 Kw que se muestra arriba, pueden integrar la electricidad generada a partir de múltiples fuentes naturales. Si es necesario, pueden combinarse con otras fuentes de energía, como la red pública y generadores de combustible autónomos. Los sistemas pueden cambiar entre diferentes modos de red dependiendo de las fuentes de energía disponibles.
Los sistemas de energía híbridos pueden utilizar uno o más medios para capturar energía, siendo las opciones generalmente paneles solares fotovoltaicos (PV) y turbinas eólicas de pequeña escala, pero también pueden incluir miniturbinas hidroeléctricas.
Para cada fuente, la energía se captura, ya sea como corriente continua (DC) o como corriente alterna (AC). Se regula y almacena como CC en un banco o conjunto de baterías. Luego, esta corriente CC se pone a disposición del hogar como corriente CC o convirtiéndola a CA mediante un inversor, desde el cual los electrodomésticos pueden utilizarla según sea necesario.
Componentes de un sistema de energía híbrido.
La mayoría disponible comercialmente sistemas de energía híbridos incluyen soluciones solares y eólicas. Por lo general, no incluyen otras soluciones, como generadores, soluciones hidroeléctricas u otras formas de suministro de energía, como la biomasa. Los sistemas que solo incluyen paneles solares fotovoltaicos y no tienen opciones de turbinas eólicas generalmente se anuncian como sistemas "solares" híbridos.
Los paneles solares vienen en una variedad de tamaños y potencias diferentes, desde alrededor de 100 vatios hasta más de 700 vatios por panel. Es habitual construir una serie de paneles a lo largo de un techo, a lo largo de un espacio plano o en un ángulo orientado hacia el sol.
Las turbinas eólicas vienen en dos versiones principales, de tipo horizontal (de hélice) y de tipo vertical (batidor de huevos). Hay paquetes de sistemas de energía híbridos disponibles con ambos tipos de turbina.
Algunos proveedores fijan el precio de sus paquetes a partir de un precio inicial y un precio final que depende de la cantidad de paneles solares, turbinas eólicas y la potencia del controlador y el inversor.
El controlador de potencia y el inversor.
En el "corazón" del sistema de energía híbrido se encuentran el controlador y el inversor.
El papel principal de la inversor de potencia híbrido consiste en convertir corriente continua (CC) en corriente alterna (CA). La red eléctrica pública utiliza CA, ya que es la corriente más eficiente para la transmisión a distancia. El suministro eléctrico doméstico también es CA, al igual que la mayoría de los electrodomésticos.
Sin embargo, los paneles solares fotovoltaicos generan CC inestable, mientras que las turbinas eólicas y hidráulicas generan energía CA inestable. Las baterías de almacenamiento utilizan CC como la forma más eficiente de mantener la corriente. Por lo tanto, el sistema debe poder estabilizar cualquier energía que se reciba y convertirla en corriente continua para su almacenamiento. Ese es el trabajo del controlador de potencia híbrido.
La estabilización y conversión de energía se pueden gestionar con un controlador independiente, como en el diagrama anterior de un proveedor fuera de la red. sistema híbrido de energía eólica y solar, que muestra un controlador híbrido eólico/solar alimentando la batería. La energía almacenada en la batería se convierte luego en CA mediante el inversor que alimenta los electrodomésticos.
Sin embargo, algunos inversores modernos funcionan como controlador e inversor y también pueden proporcionar funciones de gestión avanzadas, como informes de datos informáticos y en la nube.
En el diagrama anterior de un sistema de energía híbrido, todo el suministro se conecta directamente al inversor, incluso el de fuentes renovables (energía verde), la red pública y el generador doméstico. El inversor de potencia híbrido regula la corriente de todas las diferentes fuentes, la almacena y accede a ella cuando es necesario para el suministro doméstico.
Los inversores inteligentes modernos proporcionan una gestión flexible de la energía para:
- controlar la carga de energía renovable,
- almacenar la energía en una batería,
- monitorear e informar sobre los niveles de carga de la batería,
- cambiar el uso entre la red de servicios públicos y las baterías,
- convierte la corriente CC almacenada en corriente CA,
- suministrar electricidad a aplicaciones domésticas,
- suministrar cualquier excedente de energía a la red de servicios públicos
- proporcionar datos en tiempo real a la nube y a las computadoras locales.
Los inversores de onda sinusoidal pura producen una corriente alterna altamente estabilizada que coincide con la corriente de la red pública. Esto es necesario para proporcionar energía limpia y confiable de alta calidad a los electrodomésticos, muchos de los cuales contienen componentes electrónicos sensibles.
Conjuntos de baterías de iones de litio
Cualquiera que sea la energía capturada, debe almacenarse para utilizarla cuando sea necesario. Esto se hace con una serie o banco de baterías de iones de litio. El almacenamiento en baterías se presenta de muchas formas, desde baterías muy básicas "unidas" con cables hasta gabinetes modernos y limpios que no desentonarán en el hogar y que también permiten el monitoreo remoto.
La cantidad de almacenamiento de batería necesaria dependerá de los requisitos de consumo de energía doméstico del usuario y de hasta qué punto el usuario quiera permanecer independiente de la red local. Cuanta más energía se almacene, más electricidad estará disponible para uso fuera de la red.
Este conjunto de baterías e inversores apilados Tiene una apariencia de gabinete limpio que lo hace adecuado para el interior del hogar. Es apilable y configurable en múltiples capas de baterías de 5 Kw y se presenta como un sistema todo en uno junto con un inversor y una capa de controlador. Con cuatro capas de batería, puede suministrar 20 kilovatios de energía por hora al hogar. Los niveles de rendimiento y batería se pueden monitorear a través de las pantallas LED, así como en línea a través de la nube y la computadora. El precio comienza en alrededor de 749 dólares y dependerá de la cantidad de capas de batería solicitadas.
Cómo seleccionar el sistema de energía híbrido adecuado
Opciones de captura de energía renovable
Al seleccionar un sistema de energía híbrido, la primera decisión debe ser qué tipos de energía renovable se pretende instalar, y la mayoría de los sistemas completos incluyen la eólica y la solar, y si el sistema será híbrido o no conectado a la red.
Hay muchos sistemas disponibles que ofrecen opciones de turbinas eólicas y paneles solares. Verifique la potencia nominal (en kilovatios) que el sistema está especificado para producir, tanto para los componentes eólicos como para los paneles solares.
Si también se requiere energía hidroeléctrica o un generador local, entonces el comprador debe verificar si hay problemas de conectividad con el proveedor. Si el sistema se va a conectar a la red de servicios públicos, el comprador debe tener claro si la energía provendrá principalmente de energía renovable o principalmente de la red pública, y cómo el sistema alternará entre ambas.
Capacidad del inversor
La decisión sobre un inversor está determinada por la cantidad de energía que utilizará la casa en un momento dado.
El comprador debe calcular la demanda máxima de energía simultánea esperada y cuánta energía es probable que se necesite por hora. Por ejemplo, ¿cuántos electrodomésticos diferentes se utilizarán al mismo tiempo y cuáles serían?
Cocinar es un ejemplo de alta exigencia, ya que la mayoría de los electrodomésticos de cocina se utilizan al mismo tiempo y pueden consumir más de 3 Kw individualmente. El inversor debe tener suficiente capacidad de Kw por hora (Kwh) para satisfacer las necesidades más extremas, o el inversor puede sobrecargarse.
Controlador, almacenamiento de energía y conjuntos de baterías.
La decisión sobre la capacidad del controlador y de la batería está determinada por la cantidad de energía que se va a recolectar y almacenar. El comprador debe calcular cuánto almacenamiento de batería se necesitará diariamente y estimar dónde (y cuándo) se generará esa energía.
Por ejemplo, si se utilizan turbinas eólicas, ¿cuál es la cantidad probable de energía generada durante el día en un día ventoso promedio? ¿Qué cantidad de luz solar podrán capturar los paneles solares fotovoltaicos y durante qué horas de luz? Si se va a utilizar la red de servicios públicos, ¿será en horas específicas, como fuera de las horas pico?
La elección del controlador debe ser adecuada para las diferentes fuentes de energía, y la capacidad de la batería debe ser adecuada para todas las necesidades probables durante el día, teniendo en cuenta cuándo es probable que se cargue la batería.
Asistencia de proveedores
Su proveedor debería poder ayudarle con los cálculos y puede ofrecerle una hoja de cálculo para ayudarle a estimar las necesidades diarias, incluidos los picos de captura de energía y los picos de uso de energía.
Es habitual planificar el uso en Kilovatios, en función del uso diario y concurrente calculado. Sus facturas mensuales de servicios públicos, divididas en una cantidad diaria, pueden proporcionar el uso promedio general y, por lo tanto, el almacenamiento total requerido.
Sin embargo, también debes buscar los picos de uso. Las horas de comida son un pico común y varios electrodomésticos de uso común tienen una alta demanda de energía. Los hornos, microondas, hervidores eléctricos, freidoras y tostadoras son ejemplos que pueden consumir entre 1 y 4 kW, por lo que, cuando se suman todos, se obtiene la probable reducción de energía simultánea. Recuerde también que se pueden utilizar otros aparatos al mismo tiempo. Calefacción del hogar, calentamiento de agua, amplificadores de potencia, tv y wifi del hogar y carga de coches eléctricos. Todos estos también están usando energía.
Excedente de energía y retroalimentación de la red
Si el modelo de costos pretende generar un excedente de suministro que pueda retroalimentarse a la red de servicios públicos, entonces la estimación debe incluir ese excedente, ya que eso puede requerir turbinas eólicas o paneles solares adicionales.
Al instalar un sistema de energía híbrido, es importante tener en cuenta que existe un gran costo inicial antes de poder lograr ahorros. Las turbinas y los paneles fotovoltaicos, el controlador y el inversor, y el conjunto de baterías pueden ser costosos, además de los costos de instalación y una cantidad adicional para el mantenimiento periódico.
El retorno de la inversión puede tardar años, en lugar de meses, por lo que el sistema previsto no sólo debe ajustarse al presupuesto, sino también considerar los costos continuos.
Reflexiones finales
La disponibilidad de sistemas de energía híbridos a pequeña escala permite al mercado residencial hacer el mejor uso de diferentes fuentes de energía renovables, combinadas con la red de servicios públicos. Los sistemas típicos vienen con turbinas eólicas verticales u horizontales que son adecuadas para uso doméstico. Estos sistemas también vienen con paneles solares fotovoltaicos que pueden ubicarse convenientemente en el techo.
Existe una amplia variedad de sistemas de energía híbridos disponibles, que incluyen los componentes principales de controladores de energía híbridos, inversores, conjuntos de baterías de almacenamiento y software de monitoreo inteligente. El comprador deberá tener claras las necesidades de energía, cuánta energía debe generarse y cuánta debe utilizar la casa en un momento dado.
Los sistemas de energía híbridos requieren una inversión inicial en el equipo y la instalación, y el comprador debe ser consciente de que es probable que el retorno de la inversión se distribuya a lo largo de un largo período. El proveedor debería poder ayudar con los cálculos para determinar el tamaño correcto del sistema, y se puede encontrar una variedad de opciones en la sala de exposición en línea en Chovm.com.
