¿Cómo funciona una estación de carga solar para vehículos eléctricos con almacenamiento de baterías?

Un cargador rápido de CC puede añadir una carga eléctrica concentrada y considerable a una instalación que ya esté cerca del límite de su capacidad de red. Instalar el cargador es solo una parte del proyecto. Garantizar la energía suficiente en el momento necesario puede convertirse en el principal obstáculo.

Una estación de carga solar para vehículos eléctricos con almacenamiento de energía en baterías resuelve este problema coordinando la generación fotovoltaica, la energía almacenada, el suministro de la red eléctrica y la demanda de los cargadores. La batería puede absorber energía solar cuando la demanda de carga es baja, alimentar los cargadores cuando la demanda aumenta y reducir los períodos cortos de alta importación de energía de la red. El valor reside en cómo estos recursos funcionan en conjunto, más que en un solo componente.

¿Qué es una estación de carga solar para vehículos eléctricos con almacenamiento de batería?

Una estación de carga solar para vehículos eléctricos con almacenamiento de energía en baterías combina la generación fotovoltaica, un sistema de almacenamiento de energía en baterías, conexión a la red eléctrica (cuando esté disponible), equipos de carga para vehículos eléctricos y un sistema de gestión de energía. El sistema de gestión de energía (EMS) monitoriza las fuentes y cargas disponibles y controla el flujo de energía en la instalación.

La demanda de carga rápida puede superar la producción instantánea de energía fotovoltaica, mientras que la generación solar varía a lo largo del día. El almacenamiento ayuda a compensar ese desajuste temporal y de potencia.

¿Cómo se mueve la energía a través de un sistema de carga fotovoltaica con almacenamiento de energía?

La ruta de alimentación depende de la producción solar, el estado de carga de la batería, las condiciones de la red eléctrica, la carga del emplazamiento y la demanda del cargador.

La energía solar puede servir a más de un destino.

Cuando la energía fotovoltaica está disponible, puede utilizarse para la carga de baterías, para cargar la batería o para reducir la importación de energía de la red. Si la generación supera la carga inmediata y la demanda del sitio, parte del excedente puede almacenarse dentro de los límites de carga de la batería.

Un vehículo eléctrico no siempre se carga directamente con energía solar. La nubosidad, la carga nocturna o una alta demanda en el cargador pueden requerir energía de la batería o de la red eléctrica.

El almacenamiento de energía en baterías transfiere energía a través del tiempo.

El almacenamiento en baterías permite separar la generación de energía solar de la carga del vehículo. La energía solar del mediodía se puede almacenar y utilizar posteriormente, mientras que la misma batería también puede proporcionar soporte durante breves periodos de alta demanda.

Su contribución depende de la energía útil, la potencia de descarga, la reserva de SOC y la duración del evento. Una batería dimensionada únicamente en función de los kWh diarios puede resultar insuficiente para un evento breve de alta potencia.

La energía de la red cubre la brecha restante.

Cuando se dispone de conexión a la red eléctrica, esta puede suministrar parte de la energía necesaria para el cargador, recargar la batería durante determinados periodos o complementar la energía fotovoltaica cuando la producción solar disminuye.

El objetivo suele ser mantener la importación de la red dentro de un rango definido, mientras que la energía fotovoltaica y el almacenamiento cubren parte de la carga variable.

¿Por qué una estación de carga rápida para vehículos eléctricos necesita almacenamiento de baterías?

El almacenamiento de energía en baterías resulta más útil cuando resuelve una limitación cuantificable.

La demanda de cargadores puede superar la capacidad disponible de la red eléctrica.

Un inmueble comercial puede utilizar gran parte de su capacidad eléctrica. Añadir una demanda de carga de 120 kW o 240 kW puede generar un nuevo pico de consumo. Un sistema de almacenamiento de energía en baterías (BESS) puede descargarse durante ese evento y reducir el consumo adicional de la red, pero esto no elimina automáticamente la necesidad de actualizar la red. La utilización del cargador, la potencia de la batería, la duración de la descarga y las normas de conexión locales siguen siendo factores importantes.

La generación de energía solar y la demanda de carga rara vez coinciden exactamente.

La producción solar depende de las condiciones de luz diurna, mientras que la demanda de carga depende del comportamiento de los vehículos. Un centro de carga puede estar tranquilo durante las horas de mayor radiación solar al mediodía y más concurrido más tarde. Los vehículos de flota también pueden regresar en un intervalo de tiempo reducido.

El almacenamiento puede aprovechar parte de este desajuste en lugar de exportar o reducir todo el excedente de energía fotovoltaica.

La batería puede limitar los picos de la red eléctrica a corto plazo.

Cuando varios vehículos se cargan simultáneamente, el sistema de gestión de energía (EMS) puede descargar la batería para limitar la importación de energía a la planta. Esta misma estrategia puede contribuir a la reducción de picos de demanda o a la gestión de la misma, en función de las tarifas y las condiciones de la red eléctrica.

¿Realmente la energía solar puede soportar la carga rápida de CC?

Sí, pero la energía solar no debe considerarse una fuente de alimentación fija. Un cargador de 120 kW no requiere exactamente 120 kW de energía fotovoltaica, y un conjunto de paneles fotovoltaicos de 120 kW no suministrará continuamente 120 kW a un cargador.

La producción fotovoltaica varía según la irradiancia, las condiciones climáticas y la hora del día, mientras que la demanda de los cargadores cambia a medida que los vehículos se conectan y siguen sus curvas de carga. Por lo tanto, un diseño práctico evalúa conjuntamente la energía fotovoltaica, el almacenamiento en baterías y la contribución a la red eléctrica, ajustando tanto los kWh como los kW al perfil del emplazamiento.

¿Cómo coordina el EMS la energía solar, las baterías, la red eléctrica y los cargadores?

El sistema de gestión energética (EMS) coordina la generación, el almacenamiento, el suministro a la red y la demanda de carga, manteniendo al mismo tiempo las instalaciones dentro de los límites de la batería, el cargador y la red eléctrica.

Realiza un seguimiento de las condiciones que afectan al flujo de potencia.

El sistema de gestión de energía (EMS) compara la producción fotovoltaica, el estado de carga de la batería, la importación de la red, la carga del sitio y la demanda del cargador de vehículos eléctricos. Estos valores pueden variar de forma independiente: la generación solar puede disminuir cuando varios vehículos comienzan a cargarse, o la batería puede alcanzar su estado de carga mínimo durante un período de alta demanda.

Si la demanda de carga aumenta mientras la importación de la red ya está cerca del límite de la instalación, podría ser necesario descargar más baterías. Una fuerte generación fotovoltaica podría, en cambio, brindar la oportunidad de recargar la batería o reducir el consumo de la red.

Establece prioridades de envío en torno al objetivo del sitio.

Una planta puede priorizar el autoconsumo de energía solar, mientras que otra puede centrarse en limitar la importación de energía de la red o en preservar la reserva de baterías para picos de carga posteriores.

Una estrategia típica consiste en utilizar primero la energía fotovoltaica disponible, descargar la batería cuando la demanda del cargador supere el límite de la red y mantener un estado de carga mínimo para respaldo o picos de demanda posteriores. Durante los períodos de menor demanda, la batería puede recargarse con energía fotovoltaica o de la red si la estrategia operativa lo permite.

Estos objetivos compiten por la misma energía almacenada, por lo que el sistema de gestión energética debe gestionar tanto la demanda inmediata como la energía necesaria posteriormente.

Si la energía fotovoltaica, la descarga de baterías y la importación permitida de la red no pueden satisfacer la demanda, se debe reducir la potencia de carga o priorizar las sesiones de carga dentro de los límites operativos de la instalación.

Coordina los equipos de carga y la comunicación del sistema.

El sistema de gestión de energía (EMS) también requiere una comunicación fiable con los cargadores, los controles de batería, los medidores y las plataformas de monitorización. Esta comunicación permite consultar el estado del cargador, gestionar la carga, detectar fallos, controlar el funcionamiento remoto y facilitar el acceso de los usuarios. Si bien protocolos como OCPP y Modbus intercambian datos, la instalación aún necesita establecer reglas claras para la prioridad de los cargadores, la importación de energía de la red, la reserva y los límites de potencia.

¿Puede la estación seguir cargando durante un corte de suministro eléctrico?

Los sistemas fotovoltaicos, de almacenamiento y de carga no garantizan automáticamente el funcionamiento durante un corte de suministro eléctrico. El funcionamiento en modo aislado requiere controles compatibles, un aislamiento seguro de la red eléctrica, un estado de carga (SOC) adecuado de la batería, suficiente potencia de descarga, compatibilidad del cargador y lógica de protección.

La carga también debe ajustarse a la potencia disponible en modo isla. Una batería puede contener energía suficiente para varias horas, pero carecer de la potencia instantánea que requieren múltiples cargadores rápidos. Por lo tanto, es fundamental confirmar la capacidad de conexión a la red y de funcionamiento aislado a nivel del sistema.

¿Qué factores determinan el tamaño adecuado de los paneles fotovoltaicos, la batería y el cargador?

La alimentación indicada en la placa de características del cargador es solo una entrada. El dimensionamiento debe comenzar por considerar cómo se utilizará realmente el sitio.

La demanda de carga define el perfil de potencia requerido.

Verifique las sesiones diarias, los cargadores simultáneos, la potencia promedio y máxima, el tiempo de permanencia y la rotación de vehículos. Un cargador de 240 kW rara vez funcionará a su máxima potencia, mientras que varias sesiones de menor potencia aún pueden generar un pico sostenido.

La capacidad de la red define la brecha energética.

La cuestión clave en cuanto al dimensionamiento es la diferencia entre la demanda de cargadores y la capacidad disponible de la red eléctrica, así como la duración de dicha diferencia.

Suponiendo una demanda de carga de 120 kW, la potencia de la red disponible para la carga, tras deducir otras cargas, es de 80 kW, sin contribución de la energía fotovoltaica; ignorando por ahora las pérdidas de conversión, el déficit es de 40 kW. Si esto continúa durante una hora, la carga deberá reabastecerse en 40 kWh. La capacidad nominal real de la batería también debe tener en cuenta el rango de estado de carga útil, las pérdidas, las cargas auxiliares, la degradación y la capacidad de reserva; por lo tanto, no se puede simplemente seleccionar una batería de 40 kWh.

La generación fotovoltaica define la contribución renovable.

La capacidad fotovoltaica, la producción horaria, la variación estacional y el consumo del emplazamiento determinan cuánta energía solar puede llegar a la batería o a los cargadores. La generación anual por sí sola no refleja la sincronización.

La futura expansión del cargador y la reserva de respaldo también deben incluirse antes de que se fije la configuración. Gama de sistemas de carga PV ESS Ofrece una visión más amplia de las configuraciones integradas de energía solar, almacenamiento y carga.

¿Dónde tiene más sentido la carga rápida con energía solar y almacenamiento?

Esta arquitectura resulta especialmente relevante donde la demanda de carga, las limitaciones de la red eléctrica y la generación solar plantean un claro problema de gestión energética. Las áreas de servicio de las autopistas pueden requerir alta potencia durante paradas cortas. Los aparcamientos comerciales pueden combinar la energía fotovoltaica diurna con el tiempo de permanencia de los vehículos y las cargas del edificio. Los depósitos de flotas pueden experimentar picos de demanda predecibles en los horarios de regreso, mientras que las instalaciones con limitaciones de la red eléctrica pueden utilizar el almacenamiento para limitar el consumo adicional de la red.

Se trata de casos de funcionamiento diferentes, por lo que la capacidad de la batería y la potencia del cargador no deben copiarse de un sitio a otro sin revisar el perfil de carga.

¿Qué aspecto tiene un sistema integrado de carga rápida fotovoltaica con almacenamiento de energía?

En SunwayIntegramos la entrada de energía fotovoltaica, el almacenamiento en baterías, los equipos de carga, la gestión de energía y la interacción con la red eléctrica en torno al flujo de energía requerido para el sitio.

Ambas configuraciones utilizan una tasa de carga/descarga de batería de 0,5C, refrigeración líquida inteligente, conexión directa a la red fotovoltaica de CC, salida de carga de 150–1000 V, OCPP 1.6 y comunicación Modbus. Están diseñadas para funcionar tanto en modo conectado a la red como en modo aislado.

El diseño final debe ajustarse a la capacidad de la red, el potencial fotovoltaico, la utilización del cargador, los requisitos de reserva, la protección y la expansión.

Verifique el balance de potencia del sitio antes de agregar cargadores rápidos.

Antes de seleccionar la cantidad de cargadores o la capacidad de la batería, defina la potencia de la red disponible en el sitio, el perfil de carga previsto, el potencial fotovoltaico, las horas de funcionamiento y la reserva necesaria.

Comparta esas aportaciones con nosotros para Revisa tu proyecto de carga PV-ESSUn diseño útil debería mostrar cómo se espera que la energía provenga de la red eléctrica, los paneles fotovoltaicos y la batería durante los períodos críticos, en lugar de partir únicamente de la potencia nominal del cargador.

Preguntas frecuentes

P: ¿Puede funcionar una estación de carga solar para vehículos eléctricos cuando la producción de energía solar es baja?

R: Sí, si se dispone de otra fuente, como un sistema de almacenamiento de baterías o la red eléctrica. El sistema de gestión de energía (EMS) puede coordinar dichas fuentes en función de la producción fotovoltaica, el estado de carga de la batería, la demanda del cargador y las prioridades de funcionamiento.

P: ¿Puede el almacenamiento en baterías reducir la capacidad de la red eléctrica necesaria para la carga rápida de CC?

R: Puede reducir la demanda de la red eléctrica durante períodos cortos al descargarse durante los picos de carga. Si esto reduce o evita una actualización de la red depende de la brecha de potencia, la duración, la utilización del cargador, la capacidad de la batería y los requisitos de la red local.

P: ¿Qué tamaño debe tener la batería para una estación de carga de vehículos eléctricos?

A: El tamaño de la batería debe basarse en la potencia requerida y su duración, junto con la utilización del cargador, la capacidad de la red disponible, la generación fotovoltaica, la reserva de estado de carga (SOC), la carga del sitio y la expansión futura. La potencia nominal del cargador por sí sola no es suficiente.