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  cargador05.pngExtraemos unas notas sobre el diseño del sistema de carga de un vehículo electrico, tomando para ello un de pequeña autonomía.

Dentro de la lista de vehículos BEV y PHEV más vendidos se encuentran:
- Renault Twizy
- Renault Zoe

- BMW i3: 20 unidades
- Renault Kangoo

-Nissan Leaf

La característica común que tienen los vehículos incluidos en esta lista que determina uno de los primeros criterios de diseño del sistema de carga, es su capacidad de carga, la cual ronda entre los 30KW y 50 KW de potencia para una autonomía con un recorrido de hasta 400Kms por carga, lo que permite identificar un parámetro esencial a la hora de dimensionar un sistema fotovoltaico con la capacidad de proporcionar dicha potencia.

Este cargador, es implementado como cargador MODO 3 el cual tiene un tiempo estimado de carga de entre 3 a 4 horas para carga total del vehículo eléctrico, esto con el fin de permitir un tiempo de carga rápido (no ultra - rápido) y un diseño cómodo en espacio y versatilidad para los usuarios del sistema en caso de implementarse.
Para el inicio de los cálculos se deberá tener en cuenta el consumo de potencia la cual se mantendrá por lo menos durante unas cuatro (4) horas durante el día, por tanto, el sistema de generación Fotovoltaico diseñado deberá ser capaz de suministrar la energía necesaria, es aquí donde se hace importante mencionar que el sistema de carga tendrá como fuente principal de carga de sus baterías los paneles solares con un dimensionamiento casi autónomo, sin embargo, será respaldado por una fuente de energía tomada de la red eléctrica domiciliaria, esto con el fin de mantener las baterías totalmente cargadas los días en que el generador fotovoltaico no logre su cometido por razones como días nublados, invierno, o simplemente días de poco sol.

Para, por ejemplo una HSP = 4 horas,

Usando paneles de 400 W pico y una Isc= 17 A

tendríamos la siguiente configuración fotovoltaica:

cargador02.png

La potencia máxima al interconectar los tres Strings en paralelo será de 6,3 KWp, la corriente de 53,82 A y el voltaje de 148,88 Vmp. Una vez establecidos estos valores pico es posible dimensionar el controlador MPPT encargado de controlar la carga adecuada de las baterías del sistema.


Selección de inversor

En el mercado es posible encontrar una gran variedad de inversores y controladores de carga que cumplen los requerimientos y dan solución a una gran variedad de proyectos fotovoltaicos, tanto on-grid como off-grid. Aunque es muy común trabajar con inversores y cargadores independientes, para este diseño se establecieron algunos criterios específicos en función del dimensionamiento del sistema junto con un requerimiento de diseño como lo es, el utilizar un inversor y controlador hibrido que permite la carga de las baterías a través de la energía tomada de la red eléctrica y la generada por el sistema Fotovoltaico, con el objeto de garantizar que las baterías esténsiempre operativas.

Otro factor a tener en cuenta dentro de la selección del inversor es su capacidad para establecer conexiones monofásicas o trifásicas y su facilidad de implementación. Para la potencia generada por los paneles fotovoltaicos 6300Wp,seleccionamos en el mercado un inversor de 8000 W.

cargador04.png

Controlador de carga fotovoltaico

 En la actualidad existen dos tecnologías de funcionamiento en controladores de carga, los PWM (Pulse Width Modulation) y los MPPT (Máximum Power Point Tracking), estas dos tecnologías son muy utilizadas en el mercado en especial los MPPT que gracias a su gran variedad de algoritmos permiten una mayor eficiencia en el control de carga hacia las baterías.

 

Para la selección del controlador de carga es fundamental tener en cuenta el voltaje del sistema, el cual es criterio principal para la selección de la batería, también otro parámetro fundamental es el voltaje de entrada desde los paneles fotovoltaicos, en este caso especial el criterio de búsqueda va a un voltaje máximo de 150V y una corriente de carga de hasta 60 A, ya que de acuerdo con el panel seleccionado y la configuración en arreglo de 4 paneles se tiene un voltaje máximo de 148,88V y una corriente de 53.82 A.

Actualmente se comercializan dispositivos que realizan la función de inversor  y controlador de carga en un mismo dispositivo. Es el caso de las referencias indicadas anteriormente.

 

 

Selección y cálculo de las baterías:
Existen baterias libres o no de mantenimiento, secas, monoblock, AGM, Gel y estacionarias.
Las de Litio de ultima generación son las mas caras.

Para el cálculo de la capacidad de las baterías se tiene en cuenta dos parámetros, estos son:

- Autonomía.
- Profundidad de descarga.

Adicionalmente, para el cálculo de las baterías es necesario conocer el consumo diario y la tensión de instalación del sistema. En este caso, el consumo del sistema fotovoltaico está establecido en 18KW, el inversor y el cargador seleccionado son de 48 V y se asume una autonomía de dos días, suponiendo dos días totalmente nublados y la noactivación de la conexión a la red eléctrica en este periodo, para la profundidad de descargase establece un máximo del 60%, que es un valor típico, ya que entre mayor el valor de profundidad de descarga, menor es el número posible de ciclos de la batería, disminuyendo
su vida útil.

cargador06.png

Partiendo de este dato (1250Ah), se realiza la búsqueda de opciones de baterías tipo estacionarias,

Dentro de las baterías estacionarias existen dos opciones las OPzS y las baterías OPzV, la diferencia principal radica en el mantenimiento periódico que debe hacerse cada 2 o tres años en las tipo OPzS, las OPZV por ser en Gel son libres de mantenimiento, sin embargo, la gran variación en cuanto a precio, aproximadamente 8 veces más cara una batería OPzV que una OPzS, hace que las baterías tipo OPzS sea el tipo de batería
seleccionado.

cargador07.png

Es importante recordar que estas baterías se pueden agrupar de manera similar a los paneles solares en arreglos o String, interconectados en series o paralelo para obtener los valores de voltaje y corriente requeridos por el sistema. En este caso por la selección de la batería 2V y 1350Ah, se establece una conexión en serie de 4 bancos de 6 vasos de 2 v, para un total de 48 v y 1350Ah.

 

cargador08.png

 

Wallbox o cargador eléctrico tipo pared


Es un equipo de suministro para vehículos eléctricos de sus siglas en inglés (EVSE Electric Vehicle Supply Equipment) es comúnmente llamado Wallbox para uso residencial, este tipo de dispositivo es un intermediario entre el vehículo eléctrico y la red eléctrica que permite su interconexión de manera segura tanto para el usuario como para el vehículo.
Estos equipos se encuentran conectados a redes de 120V a 400V y trabajan con corrientes entre 10 A y 35 A. P
ermite una conexión de manera bidireccional con el EV permitiendo calcular el tiempo de carga, la carga recibida y permite fijar los parámetros y límites de carga por seguridad. Otro plus de estos dispositivos es la posibilidad de adaptación a cualquier tipo y modo de carga lo que permite abarcar una gran cantidad de dispositivos de conexión.


Existe una gran variedad de equipos WallBox en el mercado.

cargador08.png

 

Finalmente, el esquema de conexión quedaría asi:

cargador09.png

Y el esquema electrico:

cargador10.png

 

 

Simulación de la red

Se puede simular y comprobar los valores obtenidos a través de un software de simulación, como puede ser:

www.pvsyst.com/

 

 

Fuentes:

- Repositorio proyectos de:  repository.unad.edu

- pvsyst.com

 - academica-e.unavarra.es

 

 

 

 

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