¿Cómo combino múltiples fuentes de alimentación de A/C y D/C en un sistema eléctrico? [cerrado]

Estoy buscando diseñar un sistema de energía fuera de la red para mi casa. Soy un completo novato en este momento, pero estoy dispuesto a leer mucho para completar el proyecto. Hay muchas cosas que todavía no sé y tengo preguntas.

Quiero un sistema que me permita conectar un generador solar, eólico, de agua y de gas. Me gustaría que las fuentes de alimentación de A/C y D/C entren en el controlador de carga para cargar mi banco de baterías y luego el banco de baterías se conecte a un inversor. De esta manera, tengo muchos tipos de entrada en mi banco de baterías y, si falla todo lo demás, puedo encender el generador de gas y eso también cargará mi banco de baterías.

Entiendo que el controlador de carga puede empujar cualquier exceso de electricidad a un bypass.

  • ¿Estoy buscando hacer algo que no sea posible con esto?
  • ¿Hay alguna manera de combinar la salida de A/C del inversor y el exceso de electricidad del controlador de carga como entrada a mi casa?
  • Si es así, ¿cuál es el dispositivo que me permitiría hacer esto?
  • ¿Existen controladores de carga que reciban entrada de A/C y D/C para que pueda conectar todas mis fuentes de energía en un solo controlador o necesito algo más complicado para manejar este escenario?
  • ¿Estoy haciendo esto de la manera correcta?

Un poco más de historia: como comenté en las notas, al final del año me mudaré completamente fuera de la red, así que tengo un año para averiguar todo lo que esto implica y configurarlo: pollos, cerdos, vacas, provisiones de agua. , alcantarillado y todo el 9 patios. Estoy acostumbrado a aprender sistemas complejos, así que sé que esto no me supera. También he vivido una vida al aire libre durante gran parte de mi vida, por lo que estoy acostumbrado a estar sin red eléctrica, por lo que esto no me sorprenderá por completo, pero al mismo tiempo, no estoy buscando renunciar a todas las comodidades modernas. Es difícil arrojar números ya que todavía no estoy seguro de cómo calcular exactamente mis necesidades.

Nuestra factura hidroeléctrica del mes pasado nos ha fijado un promedio de 29,84kW/h por día en enero, que hasta ahora ha sido el mes más frío del año, diciembre fue de 19,23kW/h por día.

Nuestra calefacción/refrigeración y agua caliente son actualmente eléctricas y el lugar en el que vivimos actualmente tiene un mal uso del aislamiento entre las unidades; esto no es algo que sufriré con el próximo lugar. No solo será mejor el aislamiento, sino que buscamos pasar a la geotermia para mantener un ambiente más templado que se complementará con una estufa de leña y propano para el agua caliente, por lo que estoy bastante seguro de que nuestros requisitos de energía disminuirán significativamente de nuestro requisitos presentes. Tenemos electrodomésticos de alta eficiencia, lavadora, secadora, nevera, congelador, lavaplatos. Me gustaría poder seguir usándolos. necesidad del lavavajillas.

Nuestra estufa de cocina actualmente es de gas natural y la cambiaré a propano hasta que domine la cocina en una estufa de leña.

Reuní una lista de cada equipo eléctrico que tenemos, junto con los requisitos de potencia y amperaje para cada uno de ellos y los puse en una hoja de cálculo, no hay nada particularmente sorprendente en la lista. Soy un ávido cocinero/panadero y también me gustaría poder usar todas las herramientas en mi taller, la mayoría de las cuales actualmente son eléctricas, aunque no me opongo a cambiar tantas como pueda por aire. conducir.

Me han aconsejado que el uso "pico" es en lo que debería medir mis necesidades eléctricas, lo que significa sumar todos los electrodomésticos que estarán en uso al mismo tiempo, aunque un electricista calificado (?) con el que hablamos sugirió que eso no es ¿Cómo lo haces? ¿Alguien puede aconsejarte si este es el caso?

Si sumo todos los electrodomésticos que tenemos, suman 29kW y 234 amperios. Por lo que puedo decir, nuestra carga máxima (dispositivos simultáneos máximos) sería de alrededor de 15kW / 182 amperios, y esto supone que la lavadora, la secadora, el lavavajillas, el microondas, la tostadora, la tetera, la cafetera y la batidora de pie, la televisión, el reproductor de DVD y el sistema de sonido está funcionando, todas las luces de la casa están encendidas y el refrigerador/congelador se enciende, lo que rara vez (o nunca) sucede. Por lo general, la lavadora, la secadora y el lavavajillas no se encienden hasta que los niños se acuestan, lo que significa que la mayoría de las luces de la casa están apagadas y no se está cocinando, aunque es bastante común para la lavadora, la secadora y el lavavajillas funcionen al mismo tiempo, mientras usa TV (100 W)/Sonido (30 W)/DVD (11 W) y un par de luces (quizás 60-120 W).

Debes dividir este problema en módulos, quieres mucho a la vez sin tener experiencia en ello. Comience tal vez pensando en el solar+batería+inversor habitual. Puede planificar la iluminación de CC para su casa que es suministrada directamente por el paquete de baterías como el siguiente paso. Cuando haya pensado en esto, piense en los otros módulos como el viento y el diésel. Cuando tengas todos los módulos bien pensados, intenta racionalizar, reducir el número de componentes. ¡No pienses demasiado a la vez!
Jajaja ese nunca ha sido mi estilo :P Soy ingeniero de software de oficio, por lo que configurar múltiples sistemas complejos a la vez está dentro de mi ámbito de capacidad, siempre que pueda averiguar qué piezas necesito. Tengo un año para juntar todas estas piezas, al final del año, me mudaré a un lugar que está completamente fuera de la red, así que tengo ese tiempo para averiguar qué piezas necesito, averiguar cómo configurarlas. y adquirirlos todos listos para entonces.
Buen proyecto el que tienes ahí. Deberías dar algunos números. Diga qué tipo de consumo espera encontrar. ¿Qué tipo de electrodomésticos vas a usar (cargar)? ¿Estos aparatos pueden ser alimentados por CC directamente? ¿Cómo quieres controlar todo tu equipo? Agregue estos a la pregunta, y tal vez haga que sea más "similar a una lista". ¡Solo sugerencias, explicar un problema a otros puede ayudarlo a resolverlo incluso si no recibe aportes de los demás!

Respuestas (2)

Ya diste suficiente información. Escribiré punto por punto lo que se me ocurra.

Cosas para pensar:

  • La corriente de arranque de los motores puede ser 5 o más veces la nominal.
  • Se pueden comprar aparatos de corriente continua, estos pueden alimentarse directamente de las baterías de corriente continua. Debería poder encontrar PSU de computadora que admitan CC
  • Toda su iluminación puede ser alimentada con CC
  • Agregar supercondensadores en paralelo a sus baterías reduce la carga de las baterías en procesos transitorios. Las tapas no almacenan mucho, pero pueden suministrarlo muy rápido. Esto es más útil para la movilidad eléctrica (frenado regenerativo), ya que tendrá suficiente capacidad de batería para que no importe.
  • Fíjate en módulos inversores que puedan (explícitamente) usarse en paralelo, de esa forma puedes comprar otro módulo si ves que no se ajusta a tus necesidades.
  • Su turbina eólica producirá CA de una frecuencia específica (supongo que no comprará un generador cepillado). Esta CA tendrá una frecuencia y voltaje que no coincidirá con los valores declarados de los electrodomésticos, por lo tanto, se convierte a CC y vuelve a CA. A veces, un rectificador y un inversor están integrados en la turbina, por lo que suministra CA utilizable directamente.
  • En cuanto a tu turbina diesel/gas, busca una que te dé corriente alterna monofásica directamente. Le dará el voltaje y la frecuencia correctos para alimentar sus electrodomésticos (después de encenderlos).
  • Los electrodomésticos pueden ser susceptibles a la baja calidad de la energía eléctrica suministrada. Para su caso, los factores más importantes serán la frecuencia, los componentes armónicos (no 50/60 Hz), el voltaje, la potencia reactiva (factor de potencia).
  • Su inversor debe dimensionarse para la potencia aparente. Este se compone de la potencia real (utilizable) y reactiva (fuera de fase). La potencia reactiva es consumida principalmente por motores para magnetización (por ejemplo). Muchos otros aparatos también tienen un factor de potencia no unitario. Sin embargo, puede compensarlo usando capacitores en el punto de carga, pero esto nuevamente puede causar voltajes más altos, cuando no está cargado. Puede usar relés para eliminarlos del circuito cuando no los necesite. Supongo que no tendrás que ir tan lejos.
  • Necesitará módulos convertidores CC/CC para sus paneles solares, supongo que lo sabía.
  • Si obtiene (tiene) un automóvil eléctrico, puede usar la batería como fuente de respaldo para su hogar. De dónde obtiene toda la energía para cargar es otra pregunta (si es completamente eléctrico).
  • Haga coincidir su equipo (clasificado dentro/fuera)
  • Puedes usar tu diésel en paralelo con el inversor, pero debes sincronizarlo. Eso significa que ambos necesitan la misma frecuencia, voltaje y ángulo de fase de voltaje. Si no lo hace, todo puede estropearse muy rápidamente (corrientes circulantes, resonancias, inestabilidad, sobrecarga/calentamiento y, finalmente, apagón).
  • Necesitas conseguir algún dispositivo que te permita hacer esta sincronización, en su lugar puedes alimentar las baterías de él y aceptar las pérdidas en el rectificador y el inversor.
  • Otra opción es crear islas, lo que significa que usas el inversor y el generador en diferentes circuitos que no tienen conexión. Puede cambiar entre regímenes (todo inversor, parte inversor parte generador, todo generador), esto se puede hacer fácilmente con relés mecánicos. Tienes que averiguar qué configuración tendría sentido.
  • si desea usar leña para calentar, piense también en pellets de madera. Se pueden alimentar automáticamente a su estufa de calefacción, lo que significa menos trabajo.
  • Una cosa importante Hay inversores que necesitan estar conectados a la red para funcionar (no pueden crear su propio sistema de CA). Obviamente no deberías comprarlos.
  • Si tiene un pozo y obtiene mucho exceso de energía, puede usarlo para bombear el agua a un depósito alto. Tipo de almacenamiento hidroeléctrico bombeado. Pero eso será costoso y complicado.
  • La energía geotérmica usa algo de energía para bombear, aunque no estoy seguro de cuánto. No olvides tener esto en cuenta.

Mire las corrientes de entrada de sus grandes electrodomésticos, eso es lo que más me preocupa. Sin mirar las capacidades de sobrecarga de los inversores, no debe tomar decisiones sobre el tamaño. Una cosa sobre el dimensionamiento, ¿cuál es el crecimiento esperado del consumo? Dudo en darle recomendaciones sobre las clasificaciones del inversor, pero no iría por debajo de 1.5 veces en el peor de los casos (la combinación sensata de dispositivos que funcionan a la vez). No me siento bien haciendo recomendaciones, ya que depende de muchos parámetros.

Debe tener en cuenta que mi conocimiento al respecto se basa principalmente en problemas a nivel de cuadrícula. Debería obtener más información de alguien que hizo esto. Pruebe los foros fuera de la red tal vez.

Gracias por esa respuesta tan detallada, Kurtovic, me has dado mucho que pensar. Ya había considerado algunas partes, pero no otras. No sabía que necesitabas un convertidor CC/CC para los paneles solares, pensé que los conectaste directamente al controlador de carga y a las baterías de CC. Ya tengo un generador de gas de 8kW/10kW, no estoy seguro de qué tan adecuado es todavía amazon.ca/Briggs-Stratton-30471-Portable-Generator/dp/… (lo anoté en una subasta). Tampoco sabía que había inversores que requerían la red. ¡Genial saber!
Con el DC/DC en realidad pensé más en la dirección de los optimizadores de energía , tienes razón si combinas todo (con la misma irradiación también) estarás bien sin un DC/DC. Su generador debería funcionar, solo encuentre una manera de piratear el control. Sin embargo, la sincronización podría ser complicada, pero su inversor podría realizar la sincronización automáticamente. Los inversores que requieren la red tienen tiristores, pero creo que no se usan en el W y k W escamas.
Hay muchos inversores, algunos con controladores de carga integrados, que pueden tomar la serie DC de una "cadena" de paneles fotovoltaicos. Pero si va a hacer PV, desea un seguimiento máximo del punto de potencia (MPPT). La mejor manera de hacerlo es con convertidores de potencia (CC - CC) que harán el MPPT por panel y proporcionarán una salida de CC constante y regulada que puede conectar en paralelo. Eso simplificará las entradas a su controlador de cambio/inversor. Obtenga algunos números de la revista HomePower. Cada problema generalmente muestra un par de sistemas instalados como lo que está describiendo, qué equipo, cálculo de energía, etc.

No estoy seguro de lo que hay disponible en el mercado, pero necesitará un inversor que esté sincronizado con la red eléctrica. De modo que al cambiar entre sistemas o retroalimentar a la red, su salida coincidirá con la frecuencia y el tiempo de la red. Cualquier sistema que construya, a menos que sea extremadamente poderoso, probablemente no hará funcionar su estufa eléctrica o su sistema de calefacción, sino que complementará lo que proviene de la red. Ahí es donde la sincronización le permitiría alimentar algo de corriente al sistema mientras aún funciona fuera de la red.

No habrá retroalimentación a la red, este es un sistema totalmente fuera de la red. No estoy interesado en pagar la conexión a la red, ni estoy interesado en pagar los gastos de envío que conlleva estar conectado a la red. He terminado con la vida en red.