Sin embargo, surge un problema habitual a la hora de gestionar el exceso de energía generada durante las pruebas de rodaje, los ciclos de carga y descarga de las baterías o la descarga de los sistemas de almacenamiento de energía antes de su envío. Tradicionalmente, este excedente de energía se disipa en forma de calor mediante bancos de carga resistiva o cargas electrónicas.
Aunque aparentemente sencillo, este enfoque plantea retos de gestión térmica y ruido, lo que lo hace menos sencillo de lo que parece.
Esto plantea la pregunta: ¿se puede reciclar este exceso de energía y darle uso dentro de la instalación? En los últimos años, ha habido una creciente presión para que las instalaciones industriales sean más respetuosas con el medio ambiente y funcionen con mayor eficiencia energética. Las cargas electrónicas regenerativas representan una solución de ahorro energético, ya que redirigen la potencia de la carga de vuelta a la red eléctrica, ofreciendo una alternativa más ecológica a los bancos de carga resistiva.
El ahorro energético potencial puede ser sustancial, especialmente para instalaciones industriales de gran tamaño con operaciones de prueba extensas. Por ejemplo, las cargas electrónicas regenerativas de EA Elektro-Automatik cuentan con una impresionante eficiencia del 96 %, lo que permite a las empresas reciclar la mayor parte de la energía que, de otro modo, se desperdiciaría. Esto marca la evolución de las fuentes de alimentación programables de CC, en las que toda la energía se devuelve a la red eléctrica local. En este blog, exploraremos la cantidad de ahorro energético que una instalación industrial puede lograr al cambiar a una carga regenerativa.
Disipación del exceso de energía: bancos de carga resistivos y cargas electrónicas
Los bancos de carga de CC sirven para simular cargas eléctricas con el fin de probar fuentes de alimentación y garantizar que cumplen las especificaciones o los valores nominales del fabricante. Estas cargas imitan con precisión el comportamiento de una carga real durante las pruebas sin conectarse al sistema operativo normal de la carga. El exceso de energía se disipa normalmente en forma de calor. Los bancos de carga pueden ser de naturaleza resistiva, reactiva (inductiva o capacitiva) o capacitiva.
El tipo más común, el banco de carga resistiva, simula la carga convirtiendo la energía eléctrica en calor mediante resistencias de potencia. Durante las pruebas, el banco de carga se conecta a la salida de una fuente de alimentación (generador, batería, amplificador, sistema fotovoltaico) en lugar de a su carga habitual. El banco de carga presenta características eléctricas similares a las de la carga de funcionamiento estándar, al tiempo que disipa la potencia de salida que normalmente consume la carga.
La potencia se convierte en calor mediante una resistencia de alta potencia o un banco de elementos calefactores resistivos. Este método reproduce, verifica y comprueba las exigencias de la vida real en sistemas de energía críticos. Los bancos de carga también se utilizan con fuentes de energía renovables intermitentes, como los aerogeneradores, para descargar el exceso de energía que la red no puede absorber.
Los bancos de carga resistivos ofrecen una solución rentable cuando el ruido, el espacio de trabajo y la eficiencia no son consideraciones importantes para la aplicación.
Las aplicaciones derrochadoras: descarga de dispositivos de almacenamiento de energía y pruebas de quemado
Independientemente de la programabilidad de la carga, esta debe disipar el exceso de energía en forma de calor. Esta tarea no siempre es sencilla y a menudo requiere refrigeración por convección mediante aire forzado (ventiladores) o inmersión en líquido (depósito de agua). La carga disipativa más común es el banco de carga resistiva, en el que las resistencias de potencia queman energía en forma de calor, desperdiciando el 100 % de la energía. Estos bancos de carga resistiva pueden ser ruidosos y añadir un ruido ambiental significativo al entorno de la fábrica. Además, los sistemas de refrigeración activa aumentan la carga energética, ya que requieren energía adicional para el aire acondicionado, los ventiladores o los tanques de refrigeración.
Imagen de un banco de carga resistiva con ventiladores de CC, que añade un ruido significativo al entorno de la fábrica.
Ciertas pruebas requieren una cantidad significativa de disipación de potencia. Por ejemplo, las pruebas industriales de baterías y pilas de combustible requieren la descarga de las celdas antes del envío para garantizar una integración segura en una pila o un sistema más grande.
Las pruebas de quemado para diversos dispositivos bajo prueba (DUT), como fuentes de alimentación de CC, motores, inversores, microinversores, baterías y pilas de combustible, también exigen bancos de carga resistiva refrigerados por ventilador. Estos ciclos de quemado se ejecutan de forma continua durante varios días y garantizan la longevidad del DUT en condiciones ambientales normales, aceleradas o extremas antes de las pruebas de rendimiento.
El funcionamiento de estos laboratorios es costoso, y muchas instalaciones realizan operaciones de prueba las 24 horas del día. Por ejemplo, la validación de baterías suele implicar la prueba en paralelo de numerosos dispositivos. Aprovechar hasta el último amperio-hora que ofrece la batería durante su vida útil es crucial, y la configuración de las pruebas incluye DUT, cámaras ambientales, equipos de prueba automatizados (ATE) y software de prueba/análisis.
Adopción de soluciones más ecológicas: cargas electrónicas regenerativas
En tecnologías de ensayo como baterías, controladores de tracción, cargadores bidireccionales para vehículos eléctricos y pilas de combustible, se necesitan tanto una fuente como un sumidero. Por ejemplo, el ensayo de una batería requiere carga y descarga para examinar la transferencia bidireccional de energía durante el frenado regenerativo. Tradicionalmente, estas pruebas se realizan utilizando una fuente de CC programable y una carga electrónica o una carga pasiva (banco de resistencias). En cambio, las cargas electrónicas regenerativas pueden convertir la potencia de descarga (P = V * I) en electricidad utilizable para la instalación.
Flujo de energía con la fuente de alimentación regenerativa
Este enfoque ofrece ventajas económicas de dos maneras:
Reduciendo la demanda total de potencia y los costes eléctricos asociados.
Manteniendo los dispositivos más fríos, lo que reduce el consumo de energía para la refrigeración de la instalación.
Esto permite una mayor flexibilidad a la hora de planificar, actualizar o reorganizar los espacios de trabajo de los laboratorios o de fabricación.
Las ventajas de las fuentes de alimentación bidireccionales de EA
Las fuentes de alimentación bidireccionales de EA (serie PUB) integran cargas electrónicas regenerativas y fuentes de alimentación programables en un único dispositivo. En lugar de desperdiciar energía, una carga regenerativa devuelve el exceso de energía a la red local. La energía pasa a través de un convertidor CC-CC a un inversor CC-CA (fuente de corriente), que se sincroniza con la red de distribución para reciclar la energía.
Además de la función de carga regenerativa, estas fuentes de alimentación también incorporan una verdadera capacidad de selección automática de rango, lo que les permite emular una amplia gama de tensiones y corrientes desde una única solución. Además, cuentan con un generador de funciones de forma de onda arbitraria integrado, lo que simplifica las configuraciones de prueba y permite una amplia gama de aplicaciones de pruebas dinámicas.
Las fuentes de alimentación pueden cambiar fácilmente entre interfaces industriales digitales comunes como RS232, Profibus, CAN/CANOpen, DeviceNet, Modbus, Ethernet, Profinet y EtherCAT a través de la comunicación Anybus.
El retorno de la inversión (ROI) de la regeneración
La implementación de cargas electrónicas regenerativas ofrece un importante retorno de la inversión (ROI). Por ejemplo, una instalación que consume 20 kW de potencia con operaciones de prueba extensivas puede ahorrar de forma sustancial. Utilizando la tarifa eléctrica media de EE. UU. de 0,3 $ por kilovatio-hora (kWh) para una semana laboral de 40 horas.
Estos son los ahorros asociados a este escenario:
124 416 $ de ahorro total anual en consumo
Reducción del consumo superior al 98 %
Retorno de la inversión (ROI) de la compra de la ELR en 24 meses
ROI de la ELR en sustitución de la carga resistiva tradicional en 13 meses
Autor: Autor: Craig Frahm, Tektronix
Fuente: https://www.tek.com/en/blog/reaping-energy-savings-the-power-of-regenerative-loads
