Implementación de un sistema robusto de energía solar con almacenamiento para una residencia aislada en las montañas de Colorado, EE. UU.

En la primavera de 2023, se puso en marcha con éxito un sistema de energía solar más almacenamiento de alto rendimiento para una residencia privada en las Montañas Rocosas, cerca de Aspen, Colorado. Ante los desafíos de un estilo de vida completamente aislado, las duras condiciones invernales y las necesidades críticas de energía de respaldo, el proyecto aprovechó las capacidades avanzadas de los inversores híbridos de la serie SP. Este estudio de caso detalla cómo la alta eficiencia del sistema, los múltiples seguidores MPPT y las completas funciones de protección garantizaron un suministro de energía confiable e independiente para el propietario.

• Ubicación: Una propiedad residencial remota en las Montañas Rocosas, fuera de Aspen, Colorado, EE. UU.
• Cronología:
  • Encuesta del sitio y diseño del sistema: abril de 2023
  • Instalación y puesta en marcha del equipo: mayo de 2023
• Personal clave:
  • Líder del proyecto: Sr. James Kohler
  • Técnico superior de instalación: Sra. Elena Petrova
  • Propietario: La familia Carter

La residencia de los Carter estaba completamente aislada, y dependía de un generador antiguo como respaldo principal. Buscando una solución sostenible, silenciosa y más confiable para manejar sus cargas esenciales, incluyendo calefacción, bombas de agua y refrigeración, optaron por un moderno sistema solar-batería. La gran altitud, las importantes nevadas y los grandes cambios de temperatura presentaban un entorno exigente para el equipo.

• Independencia energética: Lograr la autosuficiencia energética completa sin conexión a la red de servicios públicos.
• Clima adverso: El sistema requería componentes capaces de funcionar de forma fiable a gran altitud (más de 1.800 metros) y en un amplio rango de temperaturas de funcionamiento.
• Red poco fiable (reemplazo del generador): Eliminar la dependencia de un generador ruidoso y costoso de combustibles fósiles.
• Diseño complejo del tejado: La propiedad tenía múltiples planos con diferentes orientaciones y potencial de sombreado parcial de los pinos circundantes.
• Fiabilidad de la carga crítica: Asegurar la energía de respaldo sin interrupciones para mantener las funciones esenciales del hogar durante períodos prolongados de baja irradiación solar.

Después de una evaluación exhaustiva, el equipo de ingeniería seleccionó los inversores híbridos de la serie SP, específicamente un SP7K6L-UL y un SP10KL-UL configurados para funcionar en paralelo. Esta combinación proporcionó la capacidad de potencia y la redundancia necesarias.

Características clave del producto utilizadas:

• Alta eficiencia de conversión: La eficiencia máxima de los inversores de PV a CA del 98,0% fue fundamental para maximizar la captación de energía del espacio limitado disponible en el tejado.
• Múltiples seguidores MPPT: Cada inversor cuenta con tres seguidores de punto de máxima potencia (MPPT) independientes con un rango de voltaje operativo de 70V-540V. Esto permitió una configuración óptima de los arreglos fotovoltaicos en diferentes segmentos del tejado, mitigando las pérdidas de energía por sombreado.
• Compatibilidad de la batería: El sistema se integró con un nuevo banco de baterías de iones de litio nominales de 48 V, totalmente compatible con el amplio rango de voltaje de la batería de los inversores (40 V-64 V).
• Especificaciones ambientales robustas: La clasificación de la carcasa NEMA 3R de los inversores proporcionó protección contra la humedad y la caída de nieve. Su rango de temperatura de funcionamiento (-25 °C a 60 °C) era adecuado para los inviernos fríos y las condiciones variables.
• Energía de respaldo sin interrupciones: El tiempo de transferencia inferior a 10 ms garantizó que las cargas críticas no experimentaran interrupción durante el cambio a la energía de la batería.
• Protección integral: Las funciones de seguridad integradas, como la protección anti-isla, la protección contra polaridad inversa de CC, la interrupción de circuito por falla de arco (AFCI) y los pararrayos, fueron esenciales para la durabilidad y seguridad a largo plazo del sistema.

Configuración del sistema:

• Arreglo fotovoltaico: Un arreglo de 14 kW compuesto por paneles monocristalinos de alta eficiencia, estratégicamente divididos en seis cadenas.
• Almacenamiento de energía: Un banco de baterías de iones de litio de 25 kWh.
• Inversores: Dos unidades (SP7K6L-UL y SP10KL-UL) en paralelo, que proporcionan una salida de energía de respaldo combinada de 17,6 kW.
• Supervisión: El rendimiento del sistema se rastrea a través del módulo de comunicación inalámbrica integrado y una aplicación móvil complementaria.

La instalación se ejecutó en un enfoque por fases:

1. Preparación del sitio: Los inversores se montaron en la pared en una sala de servicios públicos bien ventilada. La clasificación NEMA 3R proporcionó tranquilidad con respecto a la exposición ambiental dentro del espacio.
2. Instalación: Las cadenas fotovoltaicas se conectaron utilizando los bloques de terminales, prestando especial atención a distribuirlas entre los MPPT disponibles para optimizar el rendimiento.
3. Puesta en marcha: El sistema se activó y se sometió a rigurosas pruebas. El rendimiento se validó en diversas condiciones de carga, y la conmutación crítica a la energía de respaldo en menos de 10 ms se demostró con éxito.

El sistema ha estado en funcionamiento desde mayo de 2023 y ha superado las expectativas de rendimiento.

• Autosuficiencia energética: El sistema alimenta completamente la residencia, eliminando por completo la necesidad del generador de respaldo, excepto en escenarios de emergencia extrema.
• Fiabilidad operativa: Durante una fuerte tormenta de nieve en diciembre de 2023 que duró tres días, el banco de baterías, cargado por el sistema fotovoltaico, mantuvo todas las cargas críticas sin interrupción. El sistema de refrigeración por ventilador del inversor gestionó eficazmente la disipación de calor incluso durante la salida máxima.
• Cosecha de energía optimizada: Los datos de la plataforma de supervisión confirman que el diseño de múltiples MPPT minimiza con éxito la pérdida de energía por sombreado parcial, capturando aproximadamente un 15% más de energía en comparación con una configuración de un solo inversor.
• Satisfacción del usuario: Los propietarios informan una reducción significativa del ruido (del generador retirado) y aprecian las capacidades intuitivas de supervisión remota.

Este proyecto demuestra con éxito la eficacia de los inversores híbridos de la serie SP en aplicaciones residenciales aisladas exigentes. Los atributos clave del producto (alta eficiencia, configuración MPPT flexible, protección ambiental robusta y transición de respaldo sin interrupciones) fueron directamente responsables de superar los desafíos centrales del proyecto. El exitoso despliegue en el duro entorno montañoso de Colorado es un testimonio de la fiabilidad del producto, lo que lo convierte en una excelente opción para hogares energéticamente independientes en climas desafiantes similares.