La energía solar Trifecta: Solar + almacenamiento + medición neta

12 DE FEBRERO DE 2018 POR BENJAMIN MOW

Massachusetts abrió recientemente una investigación

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 centró en la elegibilidad de los sistemas de almacenamiento de energía que se combinan con la medición neta, y puede convertirse en el primer estado en proporcionar una orientación integral sobre el tema . La investigación es el resultado de una petición

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presentado por Tesla, Inc. en mayo de 2017 al Departamento de Servicios Públicos de Massachusetts (DPU) en busca de un dictamen de asesoramiento sobre la elegibilidad de emparejar sistemas de almacenamiento solar con almacenamiento con las políticas actuales de medición neta. La integración del almacenamiento solar plus con la medición neta permitiría a los clientes importar y exportar electricidad de la red eléctrica (como se define en la política de medición neta del estado), así como almacenar energía en el sitio usando una batería. El emparejamiento de almacenamiento solar plus con medición neta ha recibido una atención de política mínima hasta la fecha debido a que el almacenamiento de energía ha visto, hasta hace poco, una implementación limitada.(ver Figura 1). Si bien esta pregunta de política puede parecer oscura, está empezando a aparecer en otros estados, ya que el emparejamiento del almacenamiento de energía con los sistemas de energía solar se vuelve más económico.

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 . 

Figura 1: Pronóstico de despliegue de almacenamiento anual de energía de EE. UU., 2012-2022E (MW). Adaptado de GTM Research.

La medición neta emparejada con el almacenamiento de energía puede parecer en desacuerdo entre sí, ya que la medición neta puede reducir el valor económicode almacenamiento de energía para clientes solares, particularmente en estados que ofrecen medición neta de tarifa minorista. En tal escenario, muchos clientes ven poca motivación para instalar un sistema de almacenamiento de energía en el sitio. Sin embargo, en los estados con tarifas de tiempo de uso, tarifas de demanda o tasas de compensación netas por debajo de las tarifas minoristas, los sistemas de almacenamiento de energía tienen el potencial de ahorrar dinero a los clientes, permitiendo a los propietarios de sistemas de PV distribuidos almacenar electricidad durante los tiempos de abundante energía solar. generación y retirarlo del sistema de almacenamiento cuando las tarifas eléctricas de la red son más altas.

La petición de Tesla provino de un correo electrónico que recibieron de National Grid, una empresa de servicios públicos propiedad de inversores en Massachusetts, que afirmaba que no creían que el almacenamiento de la batería fuera elegible para la medición neta. El 21 de septiembre st , 2017, la DPU publicó un fallo de asesoramiento que el sistema-más-acumulador solar presentado por Tesla califica para la medición neta, pero que la medición neta sin embargo, no se aplica en general a todas las aplicaciones-más-de almacenamiento solar, indicando que el general elegibilidad de los sistemas de almacenamiento solar plus " requiere mayor investigación . "  

En el núcleo del diálogo emergente sobre el emparejamiento solar-plus-storage con medición neta es cómo hacer que la combinación sea justa para todas las partes involucradas. Por ejemplo, según las tarifas de TOU, los propietarios de sistemas fotovoltaicos podrían cargar su batería en el sitio con electricidad de la red pública cuando las tarifas son bajas, y luego volver a venderla cuando las tarifas sean altas. Para abordar esta posibilidad, Tesla y la DPU acordaron tres criterios para la elegibilidad de medición neta solar-plus-storage:

1. la instalación de medición de la red solar debe tener una capacidad nominal de 60 kW (AC) o menos,
2. la batería se cargará solo desde la instalación de medición solar neta, y
3. el componente de almacenamiento de la batería no exportará energía a la red.

La consulta de la DPU sobre el emparejamiento del almacenamiento de energía con la medición neta está en curso, y la DPU solicita comentarios por escrito hasta febrero de 2018. Las cuestiones planteadas por Tesla ofrecen solo un ejemplo relacionado con esta cuestión más amplia.

Varios otros estados, incluidos Colorado y Rhode Island, han estado considerando políticas relacionadas con el almacenamiento solar más almacenamiento combinado con la medición neta. Como parte de un expediente mucho más grande

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 , la Comisión de Servicios Públicos de Colorado (CPUC) declaró lo siguiente:

La Compañía [Public Service Company of Colorado] permitirá que un sistema de almacenamiento de energía combinado con la medición de energía neta ("NEM") elegible en la generación renovable se opere en paralelo con la red siempre que (a) se complete una revisión de interconexión, y (b) el sistema de almacenamiento es cobrado exclusivamente por la generación in situ elegible de NEM, o (c) el cliente puede demostrar que el sistema de almacenamiento nunca exportará a la red.

Similar al problema en Massachusetts, Tesla también ha presentado una petición PDF

 con la Comisión de Servicios Públicos de Rhode Island (PUC) con respecto a la elegibilidad de emparejar el almacenamiento solar plus con la medición neta. La PUC de Rhode Island gobernó

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 el 22 de diciembre nd , 2017, que “los sistemas de generación de energía solar no superior a 25 kW AC, y vinculado con el almacenamiento de la batería, en donde la batería sólo se carga desde el sistema de generación de energía solar, y el anfitrión no es en tiempo-de- las tasas de uso, caen dentro de la definición de un sistema de medición neta elegible ".

Con el costo del almacenamiento de energía disminuyendo y muchos estados avanzan hacia la medición neta de tarifa no minorista (a menudo llamada facturación neta), se espera que continúen los desarrollos de políticas con respecto al emparejamiento de almacenamiento solar plus con medición neta.

Para obtener información sobre asistencia técnica solar, visite  https://www.nrel.gov/technical-assistance/states.html  o envíe un correo electrónico a  stat@nrel.gov .

¿Cuanto sentido tiene el almacenamiento de energía? Depende.

25 DE FEBRERO DE 2018 POR LARS LISELL

"Depende" es la respuesta favorita de un ingeniero a casi todas las preguntas. Pero "depende" es una respuesta adecuada al evaluar si la instalación de un sistema de almacenamiento de energía es una buena idea. El almacenamiento de energía puede ser confuso. La tecnología agrega valor a los sistemas eléctricos mediante la carga cuando hay exceso de energía en el sistema, almacenando la energía hasta que se requiere, y luego se descarga cuando el sistema de energía requiere energía adicional. A diferencia de los generadores tradicionales que convierten el combustible en electricidad, se usa un sistema de almacenamiento de energía para mover la energía. Algunas aplicaciones comunes para el almacenamiento de energía incluyenel uso de energía en movimiento de un período de alto consumo a un período de bajo consumo , el almacenamiento de generación renovable para ser utilizado por la noche, o el almacenamiento de energía de la red para ser utilizado durante los períodos de corte de la red. Para que un sistema de almacenamiento de energía tenga sentido desde el punto de vista económico, el valor de proporcionar este servicio a una instalación o al sistema eléctrico debe exceder el costo del sistema de almacenamiento de energía. ¿Cómo puede un consumidor determinar si un sistema de almacenamiento de energía tiene sentido para una instalación? La respuesta a menudo se encuentra en la factura de servicios públicos. [1] 

Cargos de facturas de servicios públicos

Hay casi 3.500 proveedores de electricidad en los Estados Unidos, [2] y cada uno tiene su propio conjunto de hojas de tarifas, estructuras de tarifas y vías para compensar la generación de energía que no pertenece a los servicios públicos. Para evaluar si un sistema de almacenamiento de energía es una buena opción para una instalación, se requiere una comprensión total de los cargos por servicios públicos y la forma en que se aplican. Los tipos comunes de cargos por servicios públicos se resumen a continuación:   

• Cargo por consumo: un cargo por consumo es el cargo volumétrico por la electricidad utilizada durante un período de facturación. La unidad de medida es típicamente el kilovatio-hora (kWh). Todas las clases de clientes (por ejemplo, comercial, residencial, industrial y municipal) generalmente pagan por el consumo. El almacenamiento de energía no reduce el consumo de energía. 
• Cargos a la vista-Los cargos a la vista son la tasa máxima a la que un cliente paga por el poder. La unidad de medida es típicamente el kilovatio (kW). El cargo por demanda para cada período de facturación a menudo se mide en intervalos de 15 minutos, y el valor medido más alto establece el "máximo" por el que se factura al cliente. Los clientes grandes (p. Ej., Comerciales, industriales, municipales) generalmente pagan los cargos por demanda, mientras que los clientes pequeños (p. Ej., Residencial, pequeño comercial) generalmente no pagan. Los sistemas de almacenamiento de energía pueden reducir los cargos por demanda al cargar cuando la demanda en una instalación es baja y descargarse cuando la demanda en una instalación está "en su punto máximo" o es alta. Esta práctica se llama afeitado máximo.
• Cargos por tiempo de uso (TOU): en algunos territorios de servicios públicos, hay diferentes cargos volumétricos dependiendo de cuándo se usa la energía. La unidad de medida es, por lo general, el kWh, pero la carga cambia para diferentes ventanas de tiempo durante el día, la semana y el año. El almacenamiento de energía puede reducir las cargas de TOU al cargar cuando el costo de la energía es bajo (por ejemplo, en el medio de la noche) y descargar cuando el costo de la energía es alto (por ejemplo, al final de la tarde). Como ejemplo, la Figura 1 representa una estructura de tasas con cuatro diferentes tasas de TOU. Hay una tarifa durante la noche y durante el día para el verano y el invierno. 

Figura 1: Una estructura de tasa de TOU de ejemplo, donde hay cuatro tasas diferentes según la hora del día y el año. En este caso, hay una tasa diurna y nocturna que son diferentes durante el verano y el invierno.

Todos los dispositivos de almacenamiento de energía tienen una clasificación de eficiencia para cargar y descargar. Esto es el resultado de pérdidas químicas y parasitarias dentro del dispositivo. Las clasificaciones de eficiencia de carga y descarga se combinan para calcular una "eficiencia de ida y vuelta" que se puede utilizar para cuantificar la cantidad de energía que se pierde cada vez que se cicla un dispositivo de almacenamiento de energía. Para que el almacenamiento de energía tenga sentido desde el punto de vista económico, la diferencia de costo entre la baja tasa de TOU y la alta tasa de TOU debe ser lo suficientemente grande como para superar la pérdida de eficiencia y los costos de operación. 

El siguiente ejemplo describe un cálculo simple que podría realizarse para determinar la diferencia en las tasas de TOU que se requerirían para que el cambio de TOU sea factible con una batería de Li-ion:

Eficiencia de carga de la batería: 95%

Eficiencia de descarga de la batería: 97%

Eficiencia de ida y vuelta = 95% x 97% = 92.2% 

Esto significa que la diferencia entre las tasas de TOU debe ser 7.8% o más antes de que se logre cualquier ahorro de costos usando un sistema de almacenamiento de energía. Si la ubicación considerada tiene una tarifa de utilidad de TOU de $ 0.15 / kWh, la tasa de utilidad de TOU baja debería ser menor que $ 0.138 / kWh para superar las pérdidas de eficiencia en la batería. 

Condiciones favorables

Los sistemas de almacenamiento de energía funcionan mejor donde los cargos de demanda pueden reducirse reduciendo grandes picos en la demanda eléctrica y donde las tasas de demanda eléctrica son más altas. Con base en un análisis reciente de la industria, los cargos por demanda de $ 15 / kW o más suelen generar economías favorables para los proyectos de almacenamiento de energía. La Figura 2 proporciona un ejemplo de un perfil de uso eléctrico que tiene tanto cargos por demanda como tasas de TOU. En este ejemplo, el cliente tendría la oportunidad de ahorrar en costos de servicios públicos de dos maneras; afeitando la demanda máxima y cargando / descargando los ahorros de TOU. 

Figura 2: Un ejemplo de perfil de uso eléctrico con facturación de demanda y tarifas TOU. Las altas tasas de TOU son de 7 a.m. a 8:30 p.m. La demanda "picos" a la 1 p. M.

Incluso en los casos en que el almacenamiento de energía no necesariamente resultará en ahorros en las facturas de servicios públicos, aún puede tener sentido avanzar con un sistema de almacenamiento de energía para asegurar las capacidades de energía de respaldo. Sistemas que están configurados con los controles e interruptores adecuados

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 puede "isla" de la red y mantenerse energizado durante un corte de energía. Aunque esta capacidad no reducirá las facturas de servicios públicos, tiene el potencial de ahorrar dinero de otras maneras, que incluyen:

• Minimizar o eliminar el deterioro de los alimentos durante las interrupciones de la red
• Reducir el daño al equipo que puede ocurrir durante las interrupciones
• Mantener las luces encendidas para que los ocupantes no tengan que abandonar el edificio
• Permitir que las funciones comerciales continúen
• Sistemas de comunicación energizantes
• Encender bombas de gas para alimentar vehículos de emergencia durante desastres naturales.

Dependiendo del tipo de edificio y la frecuencia de cortes de energía, proporcionar energía de respaldo podría resultar en un retorno de la inversión a través de gastos de corte evitados. 

Oportunidad

Hay muchos clientes de servicios públicos en todo el país que podrían beneficiarse de la implementación de almacenamiento de energía en sus instalaciones. Este es un mercado que todavía se encuentra en las primeras etapas de desarrollo, pero se espera que crezca sustancialmente en los próximos cinco años. De los casi 18 millones de clientes de servicios comerciales en los Estados Unidos, casi 5 millones de ellos están expuestos, o podrían estar expuestos a cargos por demanda de $ 15 / kW.

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o superior que indicaría oportunidades rentables para el almacenamiento de energía (consulte la Figura 3).

Figura 3: Representación geográfica de las tasas de demanda en los Estados Unidos

Resumen

Hay una multitud de oportunidades para ahorrar dinero mediante el uso de sistemas de almacenamiento de energía, pero es imprescindible comprender los flujos de valor, los ahorros en las utilidades, la funcionalidad, las capacidades y los costos del sistema que se incluyen en el proyecto. Al pasar el tiempo analizando la información de los servicios públicos y conocer qué capacidades beneficiarán a las instalaciones, es posible determinar si el almacenamiento de energía se adapta bien a su ubicación.    

[1] El marco de compensación de utilidades cambia continuamente a medida que se introducen nuevas tarifas tarifarias, y las corrientes de valor para el almacenamiento de energía también cambian continuamente. A medida que la tecnología y los mercados cambian, el almacenamiento de energía puede ser capaz de capturar una compensación adicional más allá de lo que se describe aquí.

[2] https://openei.org/apps/USURDB/

Puesta a tierra de instalaciones fotovoltaicas

La puesta a tierra de instalaciones con placas solares es uno de los aspectos que provoca mayor controversia debido, generalmente, a la ausencia de una reglamentación técnica específica para este tipo de proyectos. La puesta a tierra comprende tanto la puesta a tierra de los equipos (tierra de protección) como la puesta a tierra de un conductor activo (tierra del sistema). En España, la puesta a tierra de instalaciones fotovoltaicas queda libre al criterio y buen hacer del instalador, pero cuando se carece de la experiencia necesaria los errores cometidos son bastante frecuentes.

Toma de tierra de sistemas fotovoltaicos

Cuando se decida poner a tierra las partes metálicas expuestas (como protección contra tormentas, contra contactos indirectos, etc.) hay ciertos aspectos importantes que el instalador debe tener bien presentes:

• Los módulos solares fotovoltaicos disponen en el marco de un orificio (taladro) específico para su puesta a tierra (generalmente señalado mediante el símbolo de tierra ), como se puede ver en la imagen.

Como decimos, la toma de tierra se realiza por medio de esos orificios en el marco por qué, generalmente, los marcos son de aluminio anodizado, que es un tratamiento superficial que se aplica al marco de aluminio y que hace que se comporte como un aislante relativamente bueno, por lo que la conexión del conductor de protección a tierra en otro orificio no sería lo recomendable, debe hacerse pues en el que está indicado con el símbolo eléctrico de tierra.

Además de esto, para asegurar un buen contacto eléctrico, se recomienda utilizar un terminal de conexión de acero inoxidable. De todos modos, a efectos eléctricos, a pesar de lo dicho acerca del tratamiento superficial de aluminio, el marco de un panel solar se debe considerar como una parte metálica expuesta. 


• Es recomendable que el conductor de protección a tierra no se atornille directamente al marco de los paneles, sino hacerlo por medio de un terminal auxiliar, de modo que se pueda quitar un módulo (por avería, mantenimiento, etc.) sin interrumpir la conexión a tierra del resto de la instalación. 

• La simple conexión de los marcos de los módulos a una estructura anclada en el suelo no se considera como una puesta a tierra eficaz. 
Error muy habitual.
• El conductor de protección a tierra de los módulos solares es recomendable que se conecte también a un punto de la estructura.
• Los conductores de protección deben conectarse al punto de puesta a tierra de la instalación, que a su vez se conectará al electrodo principal de tierra (generalmente de tipo pica o jabalina) a través del conductor de enlace.
• Las secciones de los conductores de protección y de enlace, y las características de los electrodos de tierra (dimensiones, conexiones, etc.), cumplirán lo prescrito en los correspondientes reglamentos electrotécnicos de baja tensión RBT.
• El conductor de puesta a tierra del sistema fotovoltaico debe ser desnudo, o ir protegido bajo tubo.

Debemos tener en consideración la importancia de una buena puesta tierra en una instalación fotovoltaica con placas solares, pues en un sistema con las masas metálicas aisladas de tierra, un defecto como el contacto de un conductor activo con el marco de un módulo solar, pasa casi desapercibido. Sin embargo, se ha comprobado que un defecto de este tipo conlleva la aparición de otro similar en un breve período de tiempo. Estos dos defectos pueden suponer el cortocircuito de varios paneles en serie (a través del conductor de protección, por ejemplo) y una reducción drástica en la tensión de toda la fila. 

Por esta razón, en algunos países 
como Estados Unidos es obligatorio detectar esta situación de cortocircuito cuando la instalación fotovoltaica está situada sobre tejado, siendo el esquema de protección más empleado la puesta a tierra de las partes metálicas del campo, la puesta a tierra del negativo y la utilización de un detector de corrientes de defecto.

Puesta a tierra. Tierra del sistema

Cuando se decida poner a tierra un conductor activo de corriente continua (para utilizar dispositivos de corte y protección unipolares, para el buen funcionamiento del inversor, para la detección de defectos, etc.), también hay ciertos aspectos importantes que el instaladir debe tener en cuenta:

• El sistema debe ponerse a tierra en un único punto, llamado tierra del sistema. De no ser así, existe la posibilidad de que circule corriente por los conductores de protección, lo que provocaría que el funcionamiento de los reguladores de carga y de los inversores se volviese poco fiable. Además, estas corrientes podrían interferir en el funcionamiento de los dispositivos detectores de defectos y de protección contra sobreintensidades.

Una solución práctica y sencilla consiste en unir eléctricamente los bornes de los conductores activos (o centrales) puestos a tierra, con bornes de conductores de protección (unido al electrodo de tierra a través del conductor principal de tierra). En resumen: unir todas las tierras.

En ocasiones podemos estar realizando una puesta tierra sin saberlo, algunos casos que podemos encontrarnos son:

• Conexión de un conductor activo del campo fotovoltaico al electrodo situado cerca de éste y conexión del mismo conductor activo al electrodo principal. 

• Algunas cajas de conexiones metálicas tienen en su interior una regleta para el cableado de todos los conductores negativos. Esta regleta puede que esté unida eléctricamente a la caja, de modo que, al poner la caja a tierra (como medida de protección), también se pone a tierra el negativo. 

• Algunos inversores solares y otros aparatos tienen el conductor negativo conectado al chasis, de modo que su puesta a tierra de protección conlleva la puesta a tierra del negativo. 

• Algunos reguladores de carga tienen los dispositivos de control (transistores o relés) en la línea negativa. La puesta a tierra del negativo en sistemas que utilizan este tipo de reguladores provoca el mal funcionamiento de los mismos, además de que la línea de tierra se verá interrumpida eventualmente durante las operaciones de regulación. 


Por último recordar, que debe tenerse en cuenta que en instalaciones fotovoltaicas conectadas a red, la puesta a tierra del sistema fotovoltaico debe ser independiente de la puesta a tierra del neutro. 
 


Artículo elaborado por el departamento técnico de SunFields Europe