Un conmutador de transferencia permite el respaldo mediante baterías al separar las cargas protegidas de la red pública averiada antes de que un inversor local las energice. Impide energizar involuntariamente el lado de la red pública y define qué circuitos forman parte de la isla de respaldo.
Una batería doméstica puede estar completamente cargada cuando falla la red pública y, aun así, no estar lista para alimentar de inmediato los circuitos con respaldo. La energía almacenada es solo una parte del problema. Antes de alimentar esos circuitos de forma segura, el sistema debe reconocer que las condiciones de la red ya no son aceptables, separar la parte protegida de la vivienda de la red pública, establecer una fuente eléctrica local y, después, energizar las cargas que realmente forman parte del sistema de respaldo. Un conmutador de transferencia, o un equipo que realice la misma función, ayuda a controlar ese límite entre el funcionamiento normal conectado a la red y el respaldo intencional.
La parte de la vivienda con respaldo debe convertirse en una isla intencional
Los sistemas solares y de almacenamiento conectados a la red normalmente funcionan junto con la red pública. Cuando desaparece el suministro de esta, no pueden seguir energizando sin más la misma red eléctrica sin cambios. Primero debe separarse deliberadamente de la red pública la parte de la instalación que permanecerá alimentada. La documentación de SMA sobre respaldo mediante baterías ofrece un ejemplo concreto: durante un fallo de la red, un dispositivo automático de conmutación de transferencia desconecta el sistema de respaldo de la red pública antes de que el inversor establezca una red local de respaldo. El principio de seguridad que fundamenta esta separación es la protección antiisla. La generación que interactúa con la red no debe mantener energizada involuntariamente una sección externa de esta después de perderse el suministro público. (UL) (SMA)
Esto establece una distinción importante entre el funcionamiento en isla no deseado y el respaldo intencional. La protección antiisla busca impedir que la generación local siga energizando el lado de la red pública después de un corte. El funcionamiento de respaldo hace lo contrario en el lado protegido de un punto de separación verificado: una vez aislado, un inversor con capacidad de respaldo puede establecer la tensión y la frecuencia que necesitan las cargas locales. El Departamento de Energía de Estados Unidos describe sistemas solares con almacenamiento que detectan la pérdida del suministro de la red y pasan a funcionar en isla durante los cortes. En ese caso, la isla es el sistema del cliente separado deliberadamente, no una extensión accidental de la red averiada. (Departamento de Energía de Estados Unidos)
La secuencia exacta de conmutación depende del equipo, por lo que conviene distinguir la función general de la implementación de un fabricante. En el diseño documentado por SMA, el inversor detecta un fallo de la red, el interruptor de enlace desconecta el sistema de respaldo de la red pública y la supervisión de realimentación confirma el estado de conmutación antes de alimentar las cargas de respaldo conectadas. Otros sistemas pueden agrupar estas funciones de forma diferente, pero el requisito fundamental es similar: la fuente de respaldo no debe energizar los circuitos protegidos como una isla intencional hasta que se haya establecido la separación necesaria de la red pública. (SMA)
La función de transferencia no siempre se presenta como una caja convencional independiente etiquetada como «ATS». Tesla, por ejemplo, utiliza dispositivos como Backup Gateway, Backup Switch y Gateway 3 para detectar cortes y permitir el respaldo mediante baterías en distintas configuraciones de sistemas Powerwall. Por tanto, la disposición del hardware puede variar aunque la función eléctrica siga siendo reconocible: detectar condiciones anormales en la red, mantener el punto de separación requerido y facilitar la transición al suministro local. (Tesla)
Esta transición también explica por qué un sistema de respaldo mediante baterías no debe considerarse automáticamente un UPS. Puede producirse una interrupción real mientras el sistema detecta el corte, cambia su estado de conmutación y establece el suministro de respaldo. SMA indica que una de sus configuraciones residenciales de respaldo deja las cargas sin suministro durante unos cinco a siete segundos durante la transferencia y declara expresamente que esa configuración no cumple los requisitos de un UPS; las cargas que no toleren esa interrupción necesitan protección UPS independiente. La cifra de cinco a siete segundos corresponde a ese sistema documentado, no a los sistemas de respaldo en general, pero muestra por qué «tener una batería» y «tener suministro ininterrumpido» son afirmaciones diferentes. (SMA)
El límite del sistema de respaldo determina qué puede alimentarse
Una vez separada la sección protegida de la red pública, la ubicación física del límite del sistema de respaldo adquiere una importancia práctica. Una configuración para toda la vivienda puede situar el cuadro principal de distribución en el lado con respaldo. En cambio, un diseño de respaldo parcial puede utilizar un Backup Panel dedicado que contenga únicamente determinados circuitos. Tesla publica ambos tipos de configuración de Powerwall. En una configuración parcial, los circuitos situados fuera del Backup Panel no pasan de repente a poder recibir alimentación de la batería solo porque quede energía en ella. (Tesla)
Por eso dos viviendas con la misma batería pueden comportarse de forma diferente durante el mismo corte. Una instalación puede tener la mayoría de los circuitos domésticos detrás del dispositivo de respaldo, mientras que otra puede proteger solo la refrigeración, la iluminación, las comunicaciones u otras cargas seleccionadas. La arquitectura de transferencia determina qué circuitos están conectados eléctricamente al sistema local de respaldo. Que la batería y el inversor puedan alimentar realmente todas esas cargas a la vez, y durante cuánto tiempo, es una cuestión distinta de potencia y energía.
A nivel funcional, por tanto, puede entenderse la transición durante un corte sin suponer que todos los productos utilizan la misma máquina de estados interna. Las condiciones de la red dejan de ser aceptables, la parte protegida de la instalación se separa de la red pública, se establece una fuente local y entonces pueden alimentarse los circuitos situados detrás de ese límite. Lo importante no es que todos los sistemas realicen acciones idénticas de los relés en tiempos idénticos de milisegundos, sino que el respaldo intencional depende de un límite eléctrico verificado, no de que la batería simplemente comience a descargarse.
El retorno del suministro de la red pública también debe controlarse. Un sistema de respaldo no debe reconectar la sección protegida solo porque aparezca una tensión aceptable durante un instante. SMA documenta un periodo de supervisión de la red después de que regrese el suministro; una vez completada correctamente esa supervisión, finaliza el funcionamiento de respaldo y el sistema vuelve a conectarse a la red pública. El tiempo de espera requerido depende de la configuración y de los requisitos aplicables en cada país. (SMA)
La situación inicial se entiende ahora de otra manera. Una batería llena no prepara por sí sola una vivienda para disponer de respaldo en el instante en que desaparece la red. Primero, el sistema debe crear un límite eléctrico seguro, establecer el suministro local y alimentar únicamente los circuitos incluidos dentro de ese límite. Un conmutador de transferencia es importante porque ayuda a que ese cambio de estado eléctrico sea deliberado. La batería proporciona la energía almacenada; la arquitectura de transferencia determina cuándo y dónde puede utilizarse durante un corte.
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