CONFIGURACIONES TÍPICAS DE LOS SISTEMAS HÍBRIDOS M.C. José Roberto Flores Hernández Instituto de Investigaciones Eléctricas M.C. José Roberto Flores Hernández

CONFIGURACIONES TÍPICAS DE LOS CONFIGURACIONES TÍPICAS DE LOS SISTEMAS HÍBRIDOSSISTEMAS HÍBRIDOS

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M.C. José Roberto Flores HernándezM.C. José Roberto Flores Hernández

Instituto de Investigaciones EléctricasInstituto de Investigaciones Eléctricas

M.C. José Roberto Flores HernándezM.C. José Roberto Flores Hernández

Instituto de Investigaciones EléctricasInstituto de Investigaciones Eléctricas

Curso Taller Internacional de Sistemas Híbridos Curso Taller Internacional de Sistemas Híbridos Solar-Eólico para la Generación de ElectricidadSolar-Eólico para la Generación de ElectricidadCurso Taller Internacional de Sistemas Híbridos Curso Taller Internacional de Sistemas Híbridos Solar-Eólico para la Generación de ElectricidadSolar-Eólico para la Generación de Electricidad

Pachuca, HidalgoPachuca, Hidalgo

17 al 20 de octubre del 200017 al 20 de octubre del 2000



ContenidoContenido

Primeras configuracionesPrimeras configuracionesSistemas híbridos en serieSistemas híbridos en serie

Ventajas y desventajasVentajas y desventajas

Sistemas híbridos con interruptor de transferenciaSistemas híbridos con interruptor de transferenciaVentajas y desventajasVentajas y desventajas

Sistemas híbridos en paraleloSistemas híbridos en paraleloVentajas y desventajasVentajas y desventajas

Video del sistema híbrido experimental del IIEVideo del sistema híbrido experimental del IIE

ContenidoContenido

Primeras configuracionesPrimeras configuracionesSistemas híbridos en serieSistemas híbridos en serie

Ventajas y desventajasVentajas y desventajas

Sistemas híbridos con interruptor de transferenciaSistemas híbridos con interruptor de transferenciaVentajas y desventajasVentajas y desventajas

Sistemas híbridos en paraleloSistemas híbridos en paraleloVentajas y desventajasVentajas y desventajas

Video del sistema híbrido experimental del IIEVideo del sistema híbrido experimental del IIE






Primeras configuracionesPrimeras configuraciones

En un principio los SH se clasificaban en dos En un principio los SH se clasificaban en dos categorías:categorías:

– Sistemas basados principalmente en recursos no Sistemas basados principalmente en recursos no renovables con apoyo de fuentes renovablesrenovables con apoyo de fuentes renovables

– Sistemas basados principalmente en fuentes renovables Sistemas basados principalmente en fuentes renovables con apoyo de un generador convencionalcon apoyo de un generador convencional


En un principio los SH se clasificaban en dos En un principio los SH se clasificaban en dos categorías:categorías:

– Sistemas basados principalmente en recursos no Sistemas basados principalmente en recursos no renovables con apoyo de fuentes renovablesrenovables con apoyo de fuentes renovables

– Sistemas basados principalmente en fuentes renovables Sistemas basados principalmente en fuentes renovables con apoyo de un generador convencionalcon apoyo de un generador convencional







Sistemas basados principalmente en recursos no Sistemas basados principalmente en recursos no renovables con apoyo de fuentes renovablesrenovables con apoyo de fuentes renovables– Las fuentes renovables abastecían la carga durante los periodos de Las fuentes renovables abastecían la carga durante los periodos de

baja demanda;baja demanda;

– El banco de baterías era recargado diariamente a altos estados de El banco de baterías era recargado diariamente a altos estados de carga para optimizar la operación del generador;carga para optimizar la operación del generador;

– La energía generada por las fuentes renovables era La energía generada por las fuentes renovables era considerablemente a la demanda promedio diaria y las baterías se considerablemente a la demanda promedio diaria y las baterías se dimensionaban para ciclarse periódicamente a bajos estados de carga.dimensionaban para ciclarse periódicamente a bajos estados de carga.


Sistemas basados principalmente en recursos no Sistemas basados principalmente en recursos no renovables con apoyo de fuentes renovablesrenovables con apoyo de fuentes renovables– Las fuentes renovables abastecían la carga durante los periodos de Las fuentes renovables abastecían la carga durante los periodos de

baja demanda;baja demanda;

– El banco de baterías era recargado diariamente a altos estados de El banco de baterías era recargado diariamente a altos estados de carga para optimizar la operación del generador;carga para optimizar la operación del generador;

– La energía generada por las fuentes renovables era La energía generada por las fuentes renovables era considerablemente a la demanda promedio diaria y las baterías se considerablemente a la demanda promedio diaria y las baterías se dimensionaban para ciclarse periódicamente a bajos estados de carga.dimensionaban para ciclarse periódicamente a bajos estados de carga.







Sistemas basados principalmente en fuentes renovables Sistemas basados principalmente en fuentes renovables con apoyo de un generador convencionalcon apoyo de un generador convencional– El generador se usaba como respaldo para abastecer la demanda El generador se usaba como respaldo para abastecer la demanda

durante la baja o nula disponibilidad de las fuentes renovables o durante la baja o nula disponibilidad de las fuentes renovables o para satisfacer demandas altas de carga;para satisfacer demandas altas de carga;

– Para cubrir un alto porcentaje de la demanda diaria, tanto el banco Para cubrir un alto porcentaje de la demanda diaria, tanto el banco de baterías como las fuentes renovables eran significativamente de baterías como las fuentes renovables eran significativamente más grandes que en el caso anterior.más grandes que en el caso anterior.


Sistemas basados principalmente en fuentes renovables Sistemas basados principalmente en fuentes renovables con apoyo de un generador convencionalcon apoyo de un generador convencional– El generador se usaba como respaldo para abastecer la demanda El generador se usaba como respaldo para abastecer la demanda

durante la baja o nula disponibilidad de las fuentes renovables o durante la baja o nula disponibilidad de las fuentes renovables o para satisfacer demandas altas de carga;para satisfacer demandas altas de carga;

– Para cubrir un alto porcentaje de la demanda diaria, tanto el banco Para cubrir un alto porcentaje de la demanda diaria, tanto el banco de baterías como las fuentes renovables eran significativamente de baterías como las fuentes renovables eran significativamente más grandes que en el caso anterior.más grandes que en el caso anterior.






Comparación de opciones de generación en zonas remotasComparación de opciones de generación en zonas remotasComparación de opciones de generación en zonas remotasComparación de opciones de generación en zonas remotas

Tipo de Sistema Ventajas Desventajas

Extensión de red

Tecnología bien establecida Mayormente preferida Disponibilidad para

responder a cambios en lademanda

Altos costos Baja calidad de servicio al

final de tramos largos de red Impacto ambiental

Generadoresconvencionales

Tecnología bien establecida Económico, en sitios donde

el combustible es barato Confiable si es operado por

personal capacitado

Dependencia del precio delcombustible

Alto costo de mantenimiento Contaminante

Generadores –Bancos de baterías

Mejora la operación delgenerador

Menor uso de combustible

Costos adicionales Impacto ambiental Mantenimiento de baterías

Sistemas Híbridos

Reducción de mantenimientodel generador

Menor uso de combustible Reducción del impacto

ambiental Servicio más confiable

Sistema complejo Costos adicionales Mantenimiento de baterías Sistema de control

automático Dificultad de financiamiento

Configuración Típica de un SHConfiguración Típica de un SHConfiguración Típica de un SHConfiguración Típica de un SH

Configuración en Serie de los SHConfiguración en Serie de los SH

– Toda la energía que se alimenta a la carga pasa Toda la energía que se alimenta a la carga pasa por el banco de baterías y por un inversor para por el banco de baterías y por un inversor para alimentar las cargas de CA;alimentar las cargas de CA;

– Las cargas en CA se pueden alimentar también Las cargas en CA se pueden alimentar también a través del generador;a través del generador;

– El sistema se puede operar manual o El sistema se puede operar manual o automáticamente.automáticamente.

Configuración en Serie de los SHConfiguración en Serie de los SH

– Toda la energía que se alimenta a la carga pasa Toda la energía que se alimenta a la carga pasa por el banco de baterías y por un inversor para por el banco de baterías y por un inversor para alimentar las cargas de CA;alimentar las cargas de CA;

– Las cargas en CA se pueden alimentar también Las cargas en CA se pueden alimentar también a través del generador;a través del generador;

– El sistema se puede operar manual o El sistema se puede operar manual o automáticamente.automáticamente.











Ventajas de la configuración en SerieVentajas de la configuración en Serie

No se requiere interruptor de trasferencia entre las No se requiere interruptor de trasferencia entre las diferentes fuentes de energía, simplificando la interfase diferentes fuentes de energía, simplificando la interfase de salida;de salida;

La potencia de suministro a la carga no se interrumpe La potencia de suministro a la carga no se interrumpe con el arranque del generador;con el arranque del generador;

Los inversores pueden ser de señal cuasisenoidal o de Los inversores pueden ser de señal cuasisenoidal o de onda cuadrada;onda cuadrada;

El generador puede dimensionarse de manera óptimaEl generador puede dimensionarse de manera óptima

Ventajas de la configuración en SerieVentajas de la configuración en Serie

No se requiere interruptor de trasferencia entre las No se requiere interruptor de trasferencia entre las diferentes fuentes de energía, simplificando la interfase diferentes fuentes de energía, simplificando la interfase de salida;de salida;

La potencia de suministro a la carga no se interrumpe La potencia de suministro a la carga no se interrumpe con el arranque del generador;con el arranque del generador;

Los inversores pueden ser de señal cuasisenoidal o de Los inversores pueden ser de señal cuasisenoidal o de onda cuadrada;onda cuadrada;

El generador puede dimensionarse de manera óptimaEl generador puede dimensionarse de manera óptima






Desventajas de la configuración en SerieDesventajas de la configuración en Serie

El inversor no puede operar en paralelo con el generador, El inversor no puede operar en paralelo con el generador, por lo que debe dimensionarse para suministrar los picos por lo que debe dimensionarse para suministrar los picos de demanda;de demanda;

El banco de baterías es ciclado diariamente, reduciendo El banco de baterías es ciclado diariamente, reduciendo su vida útil;su vida útil;

La eficiencia global disminuye, que que toda la energía La eficiencia global disminuye, que que toda la energía pasa por el banco y el inversor;pasa por el banco y el inversor;

La falla del inversor provocará una pérdida total de la La falla del inversor provocará una pérdida total de la potenciapotencia

Desventajas de la configuración en SerieDesventajas de la configuración en Serie

El inversor no puede operar en paralelo con el generador, El inversor no puede operar en paralelo con el generador, por lo que debe dimensionarse para suministrar los picos por lo que debe dimensionarse para suministrar los picos de demanda;de demanda;

El banco de baterías es ciclado diariamente, reduciendo El banco de baterías es ciclado diariamente, reduciendo su vida útil;su vida útil;

La eficiencia global disminuye, que que toda la energía La eficiencia global disminuye, que que toda la energía pasa por el banco y el inversor;pasa por el banco y el inversor;

La falla del inversor provocará una pérdida total de la La falla del inversor provocará una pérdida total de la potenciapotencia






Configuración con interruptor de transferenciaConfiguración con interruptor de transferencia

A pesar de sus limitaciones esta configuración se utiliza A pesar de sus limitaciones esta configuración se utiliza comúnmente hoy en día;comúnmente hoy en día;

Esta configuración permite la operación con el generador o el Esta configuración permite la operación con el generador o el inversor como una fuente alterna;inversor como una fuente alterna;

El banco de baterías puede cargarse con el generador o las El banco de baterías puede cargarse con el generador o las fuentes renovables de energía;fuentes renovables de energía;

La carga puede abastecerse directamente con el generador;La carga puede abastecerse directamente con el generador; Puede operarse manualmente, sin embargo al aumentar la Puede operarse manualmente, sin embargo al aumentar la

complejidad del sistema se requiere de un control automático.complejidad del sistema se requiere de un control automático.

Configuración con interruptor de transferenciaConfiguración con interruptor de transferencia

A pesar de sus limitaciones esta configuración se utiliza A pesar de sus limitaciones esta configuración se utiliza comúnmente hoy en día;comúnmente hoy en día;

Esta configuración permite la operación con el generador o el Esta configuración permite la operación con el generador o el inversor como una fuente alterna;inversor como una fuente alterna;

El banco de baterías puede cargarse con el generador o las El banco de baterías puede cargarse con el generador o las fuentes renovables de energía;fuentes renovables de energía;

La carga puede abastecerse directamente con el generador;La carga puede abastecerse directamente con el generador; Puede operarse manualmente, sin embargo al aumentar la Puede operarse manualmente, sin embargo al aumentar la

complejidad del sistema se requiere de un control automático.complejidad del sistema se requiere de un control automático.






Ventajas de la configuración con interruptor de Ventajas de la configuración con interruptor de transferencia:transferencia:

El inversor puede ser de señal senoidal o de onda El inversor puede ser de señal senoidal o de onda cuadrada;cuadrada;

Ambas fuentes de energía pueden alimentar la carga Ambas fuentes de energía pueden alimentar la carga directamente.directamente.

Ventajas de la configuración con interruptor de Ventajas de la configuración con interruptor de transferencia:transferencia:

El inversor puede ser de señal senoidal o de onda El inversor puede ser de señal senoidal o de onda cuadrada;cuadrada;

Ambas fuentes de energía pueden alimentar la carga Ambas fuentes de energía pueden alimentar la carga directamente.directamente.






Desventajas de la configuración con interruptor Desventajas de la configuración con interruptor de transferencia:de transferencia:

La alimentación se interrumpe momentaneamente La alimentación se interrumpe momentaneamente cuando se hace la transferencia de corriente alterna;cuando se hace la transferencia de corriente alterna;

El generador y el inversor deben diseñarse para El generador y el inversor deben diseñarse para abastecer la demanda pico de carga;abastecer la demanda pico de carga;

No se puede optimizar las fuentes renovables y las No se puede optimizar las fuentes renovables y las no renovablesno renovables

Desventajas de la configuración con interruptor Desventajas de la configuración con interruptor de transferencia:de transferencia:

La alimentación se interrumpe momentaneamente La alimentación se interrumpe momentaneamente cuando se hace la transferencia de corriente alterna;cuando se hace la transferencia de corriente alterna;

El generador y el inversor deben diseñarse para El generador y el inversor deben diseñarse para abastecer la demanda pico de carga;abastecer la demanda pico de carga;

No se puede optimizar las fuentes renovables y las No se puede optimizar las fuentes renovables y las no renovablesno renovables






Configuración en ParaleloConfiguración en Paralelo

Esta configuración permite que todas las fuentes de Esta configuración permite que todas las fuentes de generación puedan abastecer la carga de manera separada;generación puedan abastecer la carga de manera separada;

El inversor bidireccional puede cargar el banco de baterías El inversor bidireccional puede cargar el banco de baterías (rectificador) cuando existe un exceso de energía disponible (rectificador) cuando existe un exceso de energía disponible en el generador;en el generador;

El inversor puede actuar como convertidor CD/CA bajo El inversor puede actuar como convertidor CD/CA bajo condiciones normales de operación;condiciones normales de operación;

El inversor bidireccional puede proporcionar las cargas picos El inversor bidireccional puede proporcionar las cargas picos de demanda con una estrategia de control cuando el de demanda con una estrategia de control cuando el generador esta sobrecargadogenerador esta sobrecargado

Configuración en ParaleloConfiguración en Paralelo

Esta configuración permite que todas las fuentes de Esta configuración permite que todas las fuentes de generación puedan abastecer la carga de manera separada;generación puedan abastecer la carga de manera separada;

El inversor bidireccional puede cargar el banco de baterías El inversor bidireccional puede cargar el banco de baterías (rectificador) cuando existe un exceso de energía disponible (rectificador) cuando existe un exceso de energía disponible en el generador;en el generador;

El inversor puede actuar como convertidor CD/CA bajo El inversor puede actuar como convertidor CD/CA bajo condiciones normales de operación;condiciones normales de operación;

El inversor bidireccional puede proporcionar las cargas picos El inversor bidireccional puede proporcionar las cargas picos de demanda con una estrategia de control cuando el de demanda con una estrategia de control cuando el generador esta sobrecargadogenerador esta sobrecargado






Ventajas de la Configuración en ParaleloVentajas de la Configuración en Paralelo

La carga del sistema se puede satisfacer de manera La carga del sistema se puede satisfacer de manera óptima;óptima;

La eficiencia del generador se puede eficientar al La eficiencia del generador se puede eficientar al máximo;máximo;

El mantenimiento del generador puede minimizarse;El mantenimiento del generador puede minimizarse; Es posible cubrir la demanda pico, disminuyendo la Es posible cubrir la demanda pico, disminuyendo la

capacidad nominal del generador, del banco de baterías, capacidad nominal del generador, del banco de baterías, del inversor y de los recursos renovables disponibles.del inversor y de los recursos renovables disponibles.

Ventajas de la Configuración en ParaleloVentajas de la Configuración en Paralelo

La carga del sistema se puede satisfacer de manera La carga del sistema se puede satisfacer de manera óptima;óptima;

La eficiencia del generador se puede eficientar al La eficiencia del generador se puede eficientar al máximo;máximo;

El mantenimiento del generador puede minimizarse;El mantenimiento del generador puede minimizarse; Es posible cubrir la demanda pico, disminuyendo la Es posible cubrir la demanda pico, disminuyendo la

capacidad nominal del generador, del banco de baterías, capacidad nominal del generador, del banco de baterías, del inversor y de los recursos renovables disponibles.del inversor y de los recursos renovables disponibles.

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