Un binomio tecnológico que demanda conocimiento preciso para maximizar su potencial

Una colaboración editorial para Pv magazine Group de Kyle Cerniglia, Director de ingeniería de almacenamiento de la empresa Borrego para la firma Anza.

“Cuando se trata de diseñar y construir proyectos de almacenamiento de energía y energía solar, la experiencia cuenta. Aquí hay cinco situaciones a considerar al diseñar y poner en marcha un sistema de almacenamiento de energía solar más batería de alto rendimiento, además de un estudio de caso del mundo real de uno de estos sistemas acoplados a CC altamente cargados.

1. Modelar escenarios de casos de uso para maximizar el valor

Para optimizar verdaderamente los diseños de sistemas de almacenamiento de baterías (BESS) en proyectos solares, los casos de uso para la energía fotovoltaica y el almacenamiento deben entenderse bien y alinearse con el modelo financiero del proyecto. Esto requiere un alto nivel de optimización y especialización de proyectos en manos de los socios de almacenamiento más experimentados. Por ejemplo, el equipo debe saber que los sistemas de almacenamiento pueden sobredimensionarse de manera efectiva en el primer año, en lugar de aumentarse, para igualar la degradación del módulo fotovoltaico y la disminución exponencial de la producción solar recortada.

La dinámica de decisión varía según la arquitectura (acoplamiento de CA frente a CC) y las aplicaciones del mercado. Como mínimo, estos sistemas híbridos permiten que los proyectos proporcionen más valor a la red mediante la distribución de energía durante los períodos de máxima demanda; en el mejor de los casos, pueden mejorar el rendimiento solar, atravesar condiciones turbulentas de la red para mantener la planta en línea y permitir la acumulación de valor en los objetivos de ingresos minoristas, mayoristas y comerciales.

2. Planifique temprano y con frecuencia para la seguridad del almacenamiento de energía

La seguridad es la prioridad número uno para los sistemas de energía solar y almacenamiento, y la planificación debe comenzar mucho antes de la instalación. Los propietarios deben tener en cuenta la seguridad en las primeras etapas del proyecto, incluida la fase de desarrollo, y buscar la ayuda de expertos que puedan hablar sobre la bancabilidad del producto, la viabilidad técnica, la mitigación de riesgos y los muchos aspectos relacionados con la seguridad de su proyecto. Antes de considerar el uso de un producto de almacenamiento, debe llevarse a cabo un extenso proceso de estudio de seguridad que cubra cada componente dentro del sistema. El estudio garantiza que un activo cumpla con su vida útil esperada al tiempo que garantiza el cumplimiento de los códigos y estándares aplicables, y las autoridades locales que tienen jurisdicción (AHJ).

Una metodología de evaluación de riesgos debe centrarse en las causas y consecuencias de las fallas a nivel de componente y aplicar una tolerancia de riesgo única para evaluar si las medidas de seguridad producen un resultado seguro y aceptable. El siguiente es un ejemplo de una secuencia de evaluación utilizada en un análisis de peligro típico:

• Determine la tolerancia al riesgo aceptable de su organización.
• Suponiendo que ocurra la falla, determine la(s) consecuencia(s) inmediata(s) de la falla.
• Evaluar la probabilidad de falla con base en las salvaguardas disponibles.
• Califique la severidad de la(s) consecuencia(s).
• Establecer un nivel de riesgo basado en la probabilidad y la gravedad de la falla.
• Aplicar las salvaguardas actuales y reevaluar el nivel de riesgo.
• Enumere las recomendaciones para llevar el riesgo a los niveles apropiados.
• Implementar recomendaciones.
El proceso de seguridad del producto debe incluir, entre otros, los siguientes pasos críticos:

• Revise las certificaciones de productos y los estándares de prueba aplicados.
• Revise los modos de falla y los análisis de efectos (FMEA) del fabricante.
• Revise UL 1973, UL 9540A y los resultados de las pruebas de seguridad funcional.
• Asegúrese de que los proveedores tengan sistemas de calidad para la prevención de incidentes.
• Asegúrese de que los proveedores tengan un plan de respuesta de emergencia adecuadamente detallado o pautas específicas del producto que evalúen los sistemas para la etapa de recuperación del incidente.
Usar productos sin un conocimiento profundo de ellos es peligroso cuando se trata de diseñar sistemas de almacenamiento de energía. Si bien existen muchas tecnologías basadas en iones de litio en el mercado, la incorporación de un proceso de recomendación deliberado conduce al sistema más adecuado para un proyecto determinado. Cuando el EPC tiene una sólida base de conocimientos, puede esforzarse mucho para manejar la diligencia de adquisiciones y productos del BESS.

3. La infraestructura de datos de almacenamiento de energía es compleja

No es raro encontrar a los profesionales de la industria solar desconcertados por los largos plazos necesarios para poner en marcha correctamente los sistemas de almacenamiento de energía. Una causa frecuente de esto es la abrumadora cantidad de datos necesarios para controlar, monitorear y garantizar los sistemas de manera adecuada. Gran parte de estos datos son generados por un sistema, requeridos por otro para operar de manera efectiva y almacenados en una tercera ubicación, lo que hace que la infraestructura de datos y la planificación de la red sean de suma importancia. Cuanto antes en el diseño del proyecto y más completa sea esta planificación, más probable es que un sistema funcione sin problemas durante la puesta en servicio.

Para grandes proyectos comerciales, comunitarios o de servicios públicos, existen numerosos módulos de batería, bastidores de batería, gabinetes, medidores y electrónica de potencia en todos los niveles. Cada uno de estos componentes se conecta al sistema de administración de energía (EMS) y al sistema de adquisición de datos (DAS), y cualquier problema físico o de software puede causar una advertencia o falla del sistema, y cada falla del sistema puede causar una parada. La resolución de problemas del DAS puede ser un obstáculo para las pruebas de rendimiento, ya que los subsistemas dentro del BESS son extremadamente codependientes. La creación de redes debe elaborarse durante la fase de diseño. La estandarización de la infraestructura de datos es tremendamente beneficiosa y la redundancia mantendrá su sistema en línea.

Por último, considere cómo las dependencias de datos afectarán cada fase de la puesta en servicio del sistema. Por ejemplo, para completar la prueba de capacidad solar para un sistema acoplado a CC, es probable que sea necesario acceder y consultar los datos del inversor de almacenamiento de energía. Esto significa que cualquier conexión de red entre el equipo de almacenamiento de energía y el DAS debe completarse antes de la prueba solar. Los equipos de proveedores de almacenamiento de energía y EPC deben colaborar estrechamente para garantizar un proceso de puesta en marcha sin problemas que minimice el tiempo de inactividad y los retrasos.

4. Supervisar y controlar las condiciones de los equipos durante la construcción.

Las baterías suelen tener umbrales de temperatura y humedad, por lo que es esencial contar con sistemas de gestión del clima operativos no sólo durante las operaciones de los activos, sino también durante el período de pre-energización entre la entrega y la puesta en marcha. En los sitios de construcción sin fuente de alimentación auxiliar, las baterías podrían permanecer al sol todo el día con temperaturas internas que alcanzan los 150 °F. El calor y la humedad excesivos degradarán el estado de salud de la batería y pueden provocar fallas prematuras y peligros futuros. Durante la construcción, es importante coordinar adecuadamente las entregas con fuentes de energía auxiliares temporales o permanentes para mantener, controlar y monitorear las condiciones de la batería.

El acondicionamiento y el mantenimiento preventivo no se limitan a las baterías. Los tiempos de almacenamiento prolongados también pueden provocar daños inesperados en un sistema de conversión de energía. Sin el funcionamiento y la calefacción adecuados, el control de la humedad y el mantenimiento preventivo, se pueden producir daños graves en los módulos de potencia, los ventiladores, los tableros de control, los condensadores y más, lo que crea un peligro para la seguridad durante la puesta en servicio y una gran factura para rectificar o reemplazar la unidad.

5. Comparta los aprendizajes del campo y las operaciones de activos

Puede parecer obvio, pero los operadores de campo, los gerentes de proyectos, los ingenieros de puesta en marcha y los profesionales de gestión de activos deben compartir de manera proactiva las lecciones aprendidas para un éxito óptimo. Aprender de los miembros del equipo en diferentes proyectos a través de carteras es una de las mejores formas de sortear problemas potenciales. En otros casos, las experiencias compartidas pueden aplicarse a nivel regional, en casos de uso similares y, en particular, en el diseño y la implementación de un producto determinado.

Por ejemplo, es posible que los pequeños cambios en un producto de una generación a la siguiente, como una modificación en los puntos de entrada de los conductos, no se actualicen en los dibujos del proveedor en etapa inicial. Al compartir esta información antes de entregas posteriores, los supervisores del sitio en otros proyectos pueden realizar modificaciones en el campo y evitar demoras. Otro aprendizaje de campo incluye la configuración del aparejo, la pre-energización y la puesta en marcha del DAS y el uso de listas de verificación previas a la puesta en marcha.

Estudio de caso: Detección de falla a tierra del sistema acoplado a CC

Uno de los desafíos únicos con el despliegue de plantas acopladas a CC con mucha carga es diseñar sistemas de detección de fallas a tierra apropiados y efectivos. En los sistemas acoplados a CC, los sistemas de almacenamiento de energía y solar se agregan en el bus eléctrico de CC del inversor. Como resultado del aumento de la cantidad de circuitos fotovoltaicos (debido a la alta relación de carga del inversor) y los circuitos del sistema de almacenamiento de energía combinados en paralelo, la resistencia de aislamiento inherente de la planta de energía es menor, lo que hace que un solo dispositivo de detección sea más susceptible de dispararse. cambios en las condiciones ambientales.

En una cartera de proyectos de almacenamiento y energía solar de múltiples sitios en el noreste de los Estados Unidos, este problema de detección de fallas a tierra se abordó mediante una amplia colaboración con los socios y un rediseño completo del monitor de aislamiento. Se implementó un nuevo sistema que podía manejar las condiciones únicas presentadas en cada sitio sin comprometer la seguridad o la competencia operativa.

Planificación temprana y persistente.

Un proceso de diligencia debida en profundidad crea valor y mitigación de riesgos para el cliente y brinda confianza a los proveedores de sistemas, lo que hace que el diseño, la construcción, la puesta en marcha y las operaciones del sistema sean más eficientes. La planificación temprana y persistente es fundamental para maximizar el alcance total de las oportunidades de ingeniería de valor en proyectos de almacenamiento de energía solar plus.”