Fuentes de potencia en DC programables, bidireccionales y regenerativas
La revolución eléctrica está aumentando la adopción de energías renovables y otras fuentes de energía limpia libres de emisiones de carbono y basadas en alimentación de potencia en corriente continua (DC). Los paneles solares y las pilas de combustible generan corriente continua en DC, mientras que las turbinas eólicas tienen puentes en DC que a su vez alimentan a inversores sincronizados con la red eléctrica pública en voltaje y frecuencia.
Aparte de los vehículos eléctricos (EV), la potencia en DC sigue encontrando usos en la industria aeroespacial convencional, aplicaciones industriales y de energía: accionamiento de motores de DC por ejemplo, o probar fusibles, contactores y disyuntores de alta potencia.
Las baterías son el ejemplo principal de potencia en corriente continua, entregándola cuando se descargan y absorbiéndola mientras se cargan. Las baterías encuentran hoy día utilidad en muchísimas aplicaciones, proporcionando fuentes de energía móvil para coches eléctricos y otras aplicaciones de movilidad, y proporcionando energía de respaldo para fuentes intermitentes como turbinas eólicas y paneles solares.
Las tendencias del mercado
Debido a la variedad de aplicaciones de las baterías su mercado se está expandiendo rápidamente. McKinsey pronostica en un informe que la cadena global de las baterías de iones de litio, desde la minería hasta el reciclaje, crecerá un 30% anual hasta 2030 alcanzando un valor de mercado de $400 mil millones y una capacidad de 4,7 TWh. Esto supone un notable aumento respecto de la tasa de crecimiento anual prevista en un informe anterior de la empresa que era del 25% para el mismo período hasta 2030.
También está aumentando su volumen en otros campos de aplicación citados anteriormente.
El Departamento de Energía de los EEUU informa además que la energía solar registró un crecimiento de capacidad instalada del 49% en EE. UU. respecto al año anterior, frente al 22% de aumento para la energía eólica.
Suministro de corriente DC regenerativa y programable
Debido a la ubicuidad de la alimentación de corriente en DC, le resultará muy útil disponer de una fuente de alimentación regenerativa, programable, flexible y fiable que pueda generar y consumir energía en DC.
Un sistema de este tipo puede realizar simulación de baterías, probar baterías durante ciclos completos de carga/descarga, permitir pruebas de carga de pilas de combustible y paneles solares, probar motores de DC u otros equipos que funcionen con un suministro en continua.
En aplicaciones del sector de automoción una fuente de DC programable puede facilitar la prueba de diversas partes del sistema de propulsión de un vehículo eléctrico.
El suministro regenerativo puede además devolver energía de forma económica y eficaz a la red o a otros canales de sistemas programables para pruebas de descarga de baterías, pilas de combustible, pruebas de paneles solares o pruebas de sistemas de propulsión con frenado regenerativo.
La fuente de alimentación programable debe proporcionar una transición suave del modo fuente al modo carga y un aislamiento galvánico de la red para conseguir resultados óptimos.
Además, la fuente debe disponer de protección contra cortocircuitos y otras condiciones de fallo o emergencia. También debe ajustarse a las normas pertinentes como los estándares ISO 13849-1:2023, que describen el diseño e integración de las partes de sistemas de control relacionadas con la seguridad (SRP/CS), y el IEC 60204-1, que define los requisitos y recomendaciones relacionadas con equipos eléctricos para garantizar la seguridad, proporcionar una respuesta de control consistente y simplificar la operación y mantenimiento.
Y debido a que el sistema es regenerativo también debería cumplir con los estándares anti-isla, que requieren que el equipo se desconecte dentro de un tiempo determinado en caso de fallo de la red para proteger al personal que pueda estar trabajando en la resolución de la incidencia.
Las características de seguridad típicas que se deben buscar incluyen: contactores de DC redundantes en la salida, pulsador de parada de emergencia en el frontal del equipo, entradas de conexión para un pulsador de parada de emergencia remoto, voltímetros e indicadores luminosos en el frontal, y un interruptor principal que puede quedar enclavado en la posición de apagado.
Hasta cuatro canales de alimentación DC
El añadido más reciente de AMETEK Programmable Power, distribuido por Adler Instrumentos, al sector regenerativo del mercado de fuentes de alimentación programables es la Serie i-BEAM (Inteligente-Bidireccional Energía AMmplificada).
Estos sistemas ofrecen niveles de potencia de hasta 650 kW con corrientes nominales de hasta ±1.000 A.
Dos sistemas en paralelo pueden ampliar la potencia nominal hasta 1,3 MW y la corriente hasta 2.000 A.
Los rangos de voltaje disponibles llegan hasta 2000 VCC.
i-BEAM se fabrica en configuraciones de uno, dos y cuatro canales.
La eficiencia regenerativa llega hasta el 96%.
Un sistema i-BEAM de un solo canal típico (Figura 1) incluye un interruptor
Y un contactor que conecta la línea de AC y un transformador de entrada proporcionando aislamiento galvánico. El transformador se conecta a un rectificador bidireccional que emplea transistores tipo IGBT con tecnología de modulación de ancho de pulso (PWM) para distribuir energía DC al convertidor CC/CC. El rectificador tiene menos del 6% de distorsión armónica total y presenta un factor de potencia superior al 99% a la entrada utilizando compensación interna de potencia reactiva.
