Una estación de carga cuesta cientos de miles de dólares. Al segundo día, el voltaje de la red eléctrica cae de 400 V a 320 V, tres cargadores rápidos de CC se desconectan simultáneamente y los conductores dejan reseñas de una estrella. En un país con una red eléctrica estable, eso es un incidente. En un país con una red inestable, es un martes cualquiera.
En Nigeria, Pakistán, Bangladesh y Uzbekistán, la primera variable a la hora de planificar una estación de carga para vehículos eléctricos no es “cuántos cargadores debo instalar”, sino “cuánta energía puede suministrar la red eléctrica de forma fiable”. Puedes comprar los mejores cargadores del mercado, pero la electricidad no te pertenece. La red eléctrica es quien decide. Este artículo explica cómo planificar una estación que siga funcionando incluso cuando la red eléctrica falla.
1. Primer diagnóstico: La inestabilidad de la red eléctrica se debe a cuatro problemas diferentes.
“Red inestable” es una expresión vaga. Desde el punto de vista técnico, existen cuatro problemas distintos, y cada uno requiere una solución diferente.
Caídas y subidas de tensión. Cuando arranca un motor potente o se conecta una carga pesada, la tensión cae por debajo del 90 % de su valor nominal o sube por encima del 110 % durante periodos que van desde decenas de milisegundos hasta unos pocos segundos. Los módulos de potencia de un cargador de CC son sensibles a la tensión de entrada, y un módulo con tolerancias estrechas se desconectará ante este tipo de fluctuación.
Apagón parcial. Durante las horas pico, la red se sobrecarga y el voltaje baja a 340 V o 320 V, manteniéndose en ese nivel durante una o dos horas. No se trata de una fluctuación momentánea. El cargador reduce su potencia o se apaga.
Apagones y racionamiento eléctrico. La compañía eléctrica corta el suministro a los vecindarios de forma rotativa. Pueden ser dos horas al día o medio día seguidos. Este es el peor tipo de apagón, porque no hay margen de tiempo.
Desviación de frecuencia y pérdida de fase. Si la frecuencia se desvía más del 1 % de 50 Hz (o 60 Hz), se produce una pérdida de fase en la alimentación trifásica. La pérdida de fase es especialmente peligrosa, ya que puede dañar un módulo de potencia.
El diagnóstico es sencillo. Instale un registrador de calidad de energía en el sitio que está considerando y registre el voltaje, la frecuencia, el equilibrio de fases y las interrupciones durante una semana. Este paso cuesta unos cientos de dólares y le ahorrará cientos de miles en trabajos adicionales posteriormente.
2. Primer paso: Considerar la capacidad de la red como la principal limitación, no los espacios de estacionamiento.
La lógica de planificación habitual es: 20 plazas de aparcamiento, por lo tanto, 20 puntos de recarga. En un país con una red eléctrica inestable, esa lógica es errónea.
El orden correcto es: comprobar cuánta capacidad de reserva le queda al transformador y, a continuación, decidir cuántos cargadores se pueden conectar y a qué potencia.
Haz los cálculos. Un cargador de CC de 120 kW a plena carga consume aproximadamente 150 kVA de potencia aparente, teniendo en cuenta el factor de potencia y el margen de seguridad. Si el transformador solo tiene 400 kVA de sobra, puedes alimentar dos cargadores de 120 kW. Si lo sobrecargas a cuatro, el transformador se dispara o la compañía eléctrica te multa.
En ese punto, tienes tres opciones: mejorar la conexión, añadir almacenamiento de energía o gestionar la carga. Mejorar la conexión a la red eléctrica requiere tiempo y dinero, y solo funciona si la red tiene energía disponible. Para la mayoría de las instalaciones, la solución es combinar el almacenamiento con la gestión de la carga, sin depender de la red eléctrica.
Estación de carga rápida comercial de CC para vehículos eléctricos de 60-240 kW en Nepal
3. Equipo: Compruebe el rango de voltaje de entrada antes de encenderlo.
En un país con una red eléctrica estable, se elige un cargador en función de la potencia y la velocidad de carga. En un país con una red eléctrica inestable, primero se comprueba una especificación más básica: el rango de voltaje de entrada.
Los módulos de alimentación de un cargador de CC funcionan directamente con corriente trifásica. La tolerancia de voltaje de entrada determina si el cargador reduce su potencia y continúa cargando durante una caída de voltaje, o si se desconecta por completo. Un diseño de amplio rango de voltaje (por ejemplo, 380 V con una tolerancia de ±20 %) mantiene la carga a potencia reducida incluso cuando el voltaje cae a 320 V. Un cargador de tolerancia estrecha puede detenerse a 350 V.
Observa tres cosas:
• Rango de voltaje de entrada. Cuanto más amplio, mejor. Esto determina directamente la capacidad del cargador para soportar las fluctuaciones.
• Corrección activa del factor de potencia (PFC). Mantiene la potencia de salida estable durante las fluctuaciones de voltaje en lugar de oscilar con la red eléctrica.
• Reducción de potencia a nivel de módulo. Cuando el voltaje es bajo o la temperatura es alta, el módulo reduce la potencia en lugar de apagarse para protegerse. La reducción de potencia y el mantenimiento de la carga, en comparación con la desconexión y la parada del sistema, son dos experiencias muy diferentes para el conductor.
Añade un regulador de voltaje (AVR), protección contra sobretensiones y protección contra rayos. Un punto importante a tener en cuenta: en un país con una red eléctrica inestable, la capacidad de un cargador para soportar las fluctuaciones es más valiosa que su potencia máxima.
4. Arquitectura: El almacenamiento de energía es la capa amortiguadora.
El almacenamiento no es un lujo en mercados con redes inestables. Es un requisito. Cumple tres funciones.
Reducción de picos de demanda. Una estación de carga es un ejemplo clásico de carga máxima. Unos pocos cargadores a plena potencia llevan la demanda al límite del transformador. El almacenamiento se descarga en el pico y se carga en el valle, atenuando así ese pico. Esto ahorra dos cosas: el riesgo de sobrecarga del transformador y el cargo por demanda que la compañía eléctrica le cobra en los picos de demanda.
Supervivencia ante apagones. Cuando la red eléctrica falla, el sistema de almacenamiento toma el relevo y los cargadores permanecen activos. Su duración depende de la capacidad. Consideremos 120 kWh de almacenamiento con un inversor bidireccional de 60 kW. Durante un apagón, puede mantener algunos cargadores funcionando a potencia reducida y soportar un período de dos horas de suministro eléctrico limitado.
Suavizado de carga. El almacenamiento filtra la entrada de red irregular para que los cargadores reciban una energía más limpia, lo que reduce el desgaste del módulo.
¿Cuánto almacenamiento se necesita? El parámetro clave es la duración de las interrupciones, que los ingenieros denominan horas de autonomía. Dos horas de interrupciones diarias y ocho horas implican una diferencia de cuatro veces en el tamaño del almacenamiento. No adivine. Obtenga primero el registro de interrupciones del sitio y luego haga los cálculos.
Anari Energy impulsa la red de carga rápida de CC de bajo costo en la carretera nacional de Camboya.
5. Energía solar, almacenamiento y carga: la solución completa para emplazamientos con suministro eléctrico débil o aislados de la red.
En algunos lugares, la red eléctrica es demasiado débil para ser utilizada: carreteras remotas, zonas mineras, islas. En esos casos, la solución estándar es la energía solar combinada con almacenamiento y recarga.
Durante el día, la energía solar alimenta directamente los cargadores y el excedente se almacena en la batería. Por la noche, la batería se descarga. Todo el sistema puede funcionar de forma autónoma, como una microrred, sin depender en absoluto de la estabilidad de la red eléctrica.
Pero la energía solar combinada con almacenamiento no es la solución mágica. La decisión de instalar paneles solares depende de dos factores: la irradiación anual local y el precio de la electricidad. Donde la irradiación es alta y la electricidad es cara, la energía solar se amortiza en pocos años. Donde la irradiación es baja y la electricidad es barata, la energía solar resulta una carga. Instale paneles solares porque los números cuadran, no porque la etiqueta ecológica se vea bien.
6. Gestión de carga: utilice la potencia limitada al máximo, no luche por ella.
Una capacidad limitada de la red eléctrica no significa que haya que instalar menos cargadores. La clave está en evitar que los cargadores consuman toda la potencia simultáneamente.
El balanceo dinámico de carga (DLB) hace precisamente esto: una alimentación de red de 200 kW puede alimentar cuatro cargadores de 120 kW. El sistema monitoriza la carga total en tiempo real y, cuando un coche está casi lleno, transfiere la energía de ese cargador al coche recién conectado. El conductor nunca nota la aceleración, pero la red nunca se sobrecarga.
Añade la programación inteligente OCPP: cobra más en horas valle, menos en horas punta y programa el consumo en función de los precios de la electricidad en horas punta y valle. La misma cantidad de energía abastece a más coches. Eso es lo que significa ser eficiente.
7. El plan B: la propulsión híbrida diésel, pasada de moda pero necesaria.
El peor escenario para la red eléctrica implica cortes de luz de siete u ocho horas diarias, que ni siquiera el almacenamiento puede cubrir. En esos casos, un sistema híbrido con generador diésel y almacenamiento se convierte en la solución de respaldo.
El grupo electrógeno diésel cubre los cortes de energía prolongados. El sistema de almacenamiento cubre la conmutación de segundo nivel y los picos de demanda puntuales. Un generador diésel tarda en arrancar, por lo que el sistema de almacenamiento mantiene la línea durante el instante de la conmutación para evitar que los cargadores se desconecten y se vuelvan a conectar. En cuanto al coste, el diésel es más caro por kilovatio-hora que la red eléctrica, pero garantiza el suministro eléctrico en todo momento. Si esto compensa o no depende de cuánto dinero pierda su empresa un día de inactividad.
8. Una tabla para decidir si necesitas almacenamiento y cuánto.
Asocia tu cuadrícula a una de estas filas y luego elige la arquitectura. Sigue el orden correcto: primero los registros de interrupciones y los datos de voltaje, luego el diseño. Primero el diseño, luego la adquisición.
Fluctuaciones de voltaje, pero cortes poco frecuentes. Ocasional. Zonas comerciales urbanas. Cargadores de amplio rango de voltaje más regulación automática de voltaje (AVR). Menos viajes y menos módulos quemados.
Reducción de carga en horas pico y cargos por alta demanda. Corta y diaria. Depósitos de flota. Cargadores y almacenamiento para la reducción de picos de demanda. Cargos por demanda más bajos, sin sobrecarga.
Apagones diarios de varias horas. Diariamente. Ciudades medianas y zonas industriales. Cargadores y almacenamiento para la conexión de emergencia. La carga continúa durante los apagones.
Red eléctrica extremadamente débil o inexistente. Constante. Carreteras remotas, zonas mineras, islas. Energía solar, almacenamiento y carga. Autosuficiencia fuera de la red.
Largas interrupciones y alta demanda. Diariamente y durante largos periodos. Centros de carga pesada. Cargadores, almacenamiento y diésel. Disponibilidad las 24 horas.
En un país con una red eléctrica inestable, la clave para planificar una estación de carga de vehículos eléctricos nunca reside en “comprar los mejores cargadores”, sino en “mantenerlos en funcionamiento incluso cuando la red no lo permita”. El problema reside en el equipo del cargador; el problema reside en el sistema eléctrico. Considerar la red eléctrica como la principal limitación evita costes de retrabajo y el daño a la reputación que supone la pérdida de clientes.
Si su emplazamiento se encuentra en una zona con una red eléctrica inestable y desea un diagnóstico de la red y un plan de configuración, envíenos la información básica: capacidad del transformador, frecuencia de cortes de suministro y número de plazas de aparcamiento. Le ayudaremos a definir la arquitectura.