Cosechar ahorros de energía: el poder de las cargas regenerativas
Agosto 08, 2023 | Temas: Cargas Electrónicas, Recuperación de energía
Las fuentes de alimentación de CC programables han sido fundamentales durante mucho tiempo en la electrónica de potencia y las pruebas de batería. Estos suministros se utilizan ampliamente para pruebas de rendimiento y caracterizaciones de productos. Sin embargo, surge un problema común cuando se trata del exceso de energía generado durante las pruebas de quemado, el ciclo de la batería o la descarga de los sistemas de almacenamiento de energía antes del envío. Tradicionalmente, este excedente de energía se disipa en forma de calor utilizando bancos de carga resistivos o cargas electrónicas.
Si bien parece simple, este enfoque genera desafíos de manejo térmico y ruido, lo que lo hace menos sencillo de lo que parece.
Esto plantea la pregunta: ¿se puede reciclar este excedente de energía y utilizarlo dentro de la instalación? En los últimos años, ha habido un impulso creciente para que las instalaciones industriales sean más ecológicas y operen con mayor eficiencia energética. Las cargas electrónicas regenerativas presentan una solución de ahorro de energía, ya que redirigen la energía de la carga de regreso a la red pública, ofreciendo una alternativa más ecológica a los bancos de carga resistivos.
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Los ahorros potenciales de energía pueden ser sustanciales, particularmente para instalaciones industriales más grandes con extensas operaciones de prueba. Por ejemplo, Elektro-Automatik (EA) cargas electrónicas regenerativas 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 de energía 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 tienen el propósito de simular cargas eléctricas para probar fuentes de energía y garantizar que cumplan con las especificaciones o clasificaciones del fabricante. Estas cargas imitan con precisión el comportamiento de una carga real durante la prueba sin conectarse al sistema operativo normal de la carga. El exceso de energía normalmente se disipa 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 resistivo, simula la carga convirtiendo la energía eléctrica en calor mediante resistencias de potencia. Durante la prueba, el banco de carga se conecta a la salida de una fuente de alimentación (generador, batería, amplificador, sistema fotovoltaico) en lugar de su carga normal. El banco de carga presenta características eléctricas similares a la carga operativa estándar mientras disipa la potencia de salida que suele consumir la carga.
La potencia se convierte en calor utilizando una resistencia de servicio pesado o un banco de elementos de calefacción resistivos. Este método replica, verifica y prueba las demandas de la vida real en los sistemas de energía críticos. Los bancos de carga también se utilizan con fuentes de energía renovable intermitentes, como molinos de viento, para eliminar 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 capacidad de programación de la carga, aún debe disipar el exceso de energía en forma de calor. Esta tarea no siempre es sencilla y, a menudo, requiere enfriamiento por convección a través de aire forzado (ventiladores) o inmersión en líquido (tanque de agua). La carga disipativa común es el banco de carga resistivo, donde las resistencias de potencia queman energía en forma de calor, desperdiciando el 100 % de la energía. Estos bancos de carga resistivos pueden ser ruidosos y agregar un ruido ambiental significativo al entorno de la fábrica. Además, los sistemas de refrigeración activos 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 resistivo con ventiladores de CC que agrega un ruido significativo al entorno de la fábrica.
Ciertas pruebas requieren una cantidad significativa de hundimiento de energía. Por ejemplo, las pruebas industriales de baterías y celdas de combustible requieren la descarga de las celdas antes del envío para garantizar una integración segura en una pila o sistema más grande.
Pruebas de quemado para varios dispositivos bajo prueba (DUT), como fuentes de alimentación de CC, motores, inversores, microinversores, baterías y celdas de combustible, también exige bancos de carga resistivos enfriados por ventilador. Estos ciclos de quemado funcionan durante varios días de forma continua y garantizan la longevidad del DUT en condiciones ambientales normales, aceleradas o extremas antes de la prueba de rendimiento.
Estos laboratorios son costosos de operar y muchas instalaciones realizan operaciones de prueba las XNUMX horas. Por ejemplo, la validación de la batería a menudo implica pruebas paralelas de numerosos dispositivos. Hacer uso de hasta el último amperio-hora que ofrece la batería durante su vida útil es crucial, y la configuración de prueba involucra DUT, cámaras ambientales, equipo de prueba automatizado (ATE) y software de prueba/análisis.
Adoptando soluciones más ecológicas: cargas electrónicas regenerativas
Al probar tecnologías como baterías, controladores de tracción, cargadores EV bidireccionales y celdas de combustible, se necesitan tanto una fuente como un sumidero. Por ejemplo, probar una batería requiere cargar y descargar para examinar la transferencia de energía bidireccional durante el frenado regenerativo. Tradicionalmente, estas pruebas se realizan utilizando un suministro de CC programable y una carga electrónica o una carga pasiva (banco resistivo). En cambio, las cargas electrónicas regenerativas pueden convertir la energía de descarga (P = V * I) en electricidad utilizable para la instalación.
Flujo de energía con la fuente de alimentación regenerativa
Este enfoque ofrece ventajas rentables de dos maneras:
- Reducir la demanda total de energía y los costos eléctricos asociados.
- Mantener los dispositivos más frescos, lo que reduce el consumo de energía para la refrigeración de las instalaciones.
Esto permite una mayor flexibilidad en la planificación, actualización o reorganización de los espacios de trabajo de laboratorio o fabricación.
Las ventajas de las fuentes de alimentación bidireccionales de EA
EA fuentes de alimentación bidireccionales (serie PUB) integran cargas electrónicas regenerativas y fuentes de alimentación programables en un solo activo. 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 rango automático, lo que les permite imitar una amplia gama de voltajes y corrientes desde una única solución. Además, tienen un generador de funciones de forma de onda arbitraria incorporado, lo que simplifica las configuraciones de prueba y permite una gama de aplicaciones de prueba dinámica.
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 ROI regenerativo
La implementación de cargas electrónicas regenerativas presenta un importante retorno de la inversión (ROI). Por ejemplo, una instalación que consume 20 kW de potencia con extensas operaciones de prueba puede ahorrar sustancialmente. Usando la tarifa eléctrica promedio de EE. UU. de $0.3 por kilovatio-hora (kWh) para una semana laboral de 40 horas.
Estos son los ahorros asociados con este escenario:
- $ 124,416 ahorros totales de uso anual
- Más del 98% de reducción en el uso
- ELR compra ROI de 24 meses
- ELR en lugar de la carga resistiva tradicional ROI de 13 meses
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