Inversor de paso de 200 amperios vs. 100 amperios

200 amp vs. 100 amp Inverter Pass Through

Por Robin Gudgel, MidNite Solar


Durante más de 30 años, los clientes han solicitado respaldo completo para la casa. Esto se remonta a mis días en Trace Engineering a principios de la década de 1990. En ese entonces apenas teníamos un relé de derivación de 60 amperios en nuestros inversores. Supongo que podríamos haber utilizado un contactor externo de 200 amperios costoso, pero no pudimos justificar intentar alimentar toda la casa con un inversor de 4000 vatios, así que disuadimos a los clientes de esa idea. Bueno, saltando décadas hacia el futuro, ¿ha cambiado la historia? Sí y no. Algunos inversores todo en uno (All In One) muy populares ahora tienen relés y interruptores internos de 200 amperios. Entonces, ¿puedes simplemente colocar estos inversores entre tu medidor de utilidad y el panel de distribución principal? Físicamente a veces se puede, pero no es tan simple. Este tipo de conexión no es legal en América del Norte.

¿No es Legal? ¡Se está haciendo todos los días! Bueno, probablemente no tan simple como se indicó anteriormente. Verás, esos interruptores de circuito de 200 amperios incorporados en el inversor tienen solo una clasificación de interrupción de 5000 amperios. No están diseñados ni aprobados para la conexión directa con la red eléctrica. No están clasificados como desconectores de servicio. Entonces, ¿cómo lo están haciendo?

Mira la imagen a continuación.

Este es un interruptor de 200 amperios 120/240 clasificado para uso en la red eléctrica, como el que encontrarías dentro de tu panel de distribución principal. Está clasificado para un mínimo de 20,000 amperios de corriente de interrupción. Eso significa que cuando hay un cortocircuito aguas abajo de este interruptor en algún lugar de la casa, puedes estar seguro de que este interruptor se disparará. Puedes imaginarte cuando algo grande, como un horno, una secadora, un cargador de automóvil eléctrico, etc., se corta, hay una enorme cantidad de corriente que va de la red eléctrica al cortocircuito y regresa a la red eléctrica en el cableado de retorno. El circuito del horno tendrá un cable de 6 AWG y posiblemente un interruptor de 50 amperios para alimentarlo desde el panel de distribución principal. El cableado en este circuito es lo suficientemente grande (con una resistencia baja) para permitir muchos miles de amperios durante un evento de cortocircuito. Bueno, por eso el interruptor de 50 amperios y 10,000 AIC está allí para cortar la corriente. Pero, a veces, con cables grandes, ese interruptor de 10,000 AIC no tiene una clasificación de interrupción suficiente para abrirse realmente. Lo que ocurre en este escenario es que el interruptor se suelda cerrado. 

Ahora debes confiar en el interruptor principal de 200 amperios del panel de distribución para que se dispare. Por eso estos interruptores tienen una clasificación de interrupción mucho mayor. Sin esa protección, habría un incendio. Los paneles de distribución principales deben someterse a evaluaciones especiales por UL, CSA y otras agencias para garantizar que su clasificación de interrupción sea suficiente.

Ahora volvamos a cómo estos inversores todo en uno (AIO) están permitidos para respaldar una casa completa. Mira la imagen a la derecha. Este es un ejemplo de un dispositivo de desconexión / sobrecorriente externo de 200 amperios clasificado para conexión directa a la red eléctrica (desconexión clasificada para servicio). Este o otro dispositivo con especificaciones similares debe estar conectado delante de ese inversor clasificado para 200 amperios.

Estos dispositivos separados no son baratos y tampoco lo es el trabajo para conectarlos. Se necesitará un electricista autorizado para programar y conectar el equipo directamente a la red eléctrica. Las aprobaciones para este tipo de conexión son algo más complicadas que simplemente agregar circuitos a un panel de distribución ya existente. Otra cosa a considerar en un sistema de respaldo completo es qué hacer si el inversor se rompe. Cada sistema que he diseñado en los últimos 35 años tiene un interruptor de derivación de CA incorporado. Así que, si el inversor desarrolla un problema, al menos puedes manualmente cambiar un interruptor de derivación y sacar el inversor del sistema. Entonces, al menos tendrás energía de la red nuevamente y tiempo para llamar a tu electricista. Este interruptor de derivación puede ser requerido en tu jurisdicción y son costosos, pero es una muy buena idea de todos modos. También se te requerirá cambiar tu conexión a tierra ya que ya no proviene del panel de distribución principal. Los cables a tierra ahora deben trasladarse al dispositivo de desconexión de servicio. No obstante, algunos clientes creen que es mucho más simple hacer que toda la casa funcione con el inversor durante una interrupción. La respuesta simple es que se puede hacer sin problemas. Si tienes un inversor capaz de alimentar una buena cantidad de tus cargas más grandes y un banco de baterías capaz de soportarlas por el tiempo previsto, puede ser una excelente manera de proceder. Planifica múltiples inversores y literalmente toneladas de baterías. Desafortunadamente, en la mayoría de los casos, un solo inversor no hará el trabajo. Los inversores actuales están clasificados para hasta 10,000 a 12,000 vatios de salida continua.

Aquí hay un simple ejercicio matemático para que reflexiones. Estufa eléctrica (12,000 vatios), calentador de agua (5,500 vatios), secadora eléctrica (5,000 vatios), acondicionadores de aire (3500 vatios cada uno), refrigerador (800 vatios), cargador de EV (7,200 vatios). Luces, hasta 1000 vatios, jacuzzi (ni siquiera lo menciones). Ahora, normalmente no tendrías la mayoría de estos encendidos al mismo tiempo, pero incluso solo un par junto con luces y TV pueden y usualmente pondrán tu capacidad de potencia del inversor por encima de su capacidad. Cuando eso sucede, el inversor se apagará para protegerse. Estas cargas listadas suman 35,000 vatios. Es bastante concebible que una o más de estas cargas grandes podrían estar encendidas durante una interrupción. Ni siquiera hemos incluido las cargas normales como tostadoras, microondas, luces, TV, etc. Si eres como mi esposa, podría haber una cava de vinos, un congelador, una máquina de espresso, rizador de cabello, etc. Simplemente no puedes predecir cuándo habrá una interrupción de la red y ciertamente no vas a planificar tu uso eléctrico basado en suposiciones. No te preocupes, la industria tiene una solución para esto. 

Mira la imagen a la derecha.

Este es un concepto de cómo podría verse una caja o sistema de desconexión de carga.

Aquí está cómo podría ir la historia después de tu primera interrupción de la red. Al día siguiente de la interrupción de la red y tu nuevo y brillante sistema de inversores simplemente se apagó en lugar de suministrar toda la casa, llamas a tu instalador. Tú y tu familia están confundidos sobre por qué el nuevo sistema de respaldo costoso no respaldó nada. Solo para que lo sepas, a los instaladores no les gusta recibir estas llamadas. Y tú odias andar en la oscuridad tratando de averiguar cómo recuperar la energía. Nada es obvio. Probablemente te advirtieron que esto podría suceder durante la fase de cotización, pero rechazaste el costo adicional de $4,000 a $8,000 para agregar una caja/sistema de desconexión de carga. En general, el desconector de la red ya te costó miles más y no se anticipó. Sin embargo, hay un par de formas en que esto podría funcionar. Algunas cajas de desconexión de carga no son más que relés que apagarán circuitos una vez que haya una interrupción de la red. Esas cajas tienen entre 3 y 8 relés. Se realiza un cableado desde el panel de distribución principal hasta la caja de relés y luego de vuelta. Este sistema apagaría inmediatamente tus cargas grandes. Algo desordenado. Otro método sería más elegante y programable (más costoso, pero aún así desordenado). Esto observaría el voltaje de la batería o el estado de carga y apagaría ciertos circuitos según cómo se programaron para actuar. Esto ahora requiere comunicaciones entre el banco de baterías, el inversor y los relés. También es posible utilizar interruptores de circuito de disparo con una fuente de alimentación y sistema de control asociados, pero no se volverán a encender una vez que la red vuelva a estar activa. Además, no encajarán dentro del panel de distribución principal.

Así que puedes ver que estos inversores de 200 amperios pueden respaldar toda tu casa siempre y cuando no te importe gastar miles de dólares más en múltiples inversores y bancos de baterías muy grandes. También puedes diseñar un sistema para apagar parte de tu casa durante una interrupción. Hmm, ¿algo no encaja bien en ninguno de los dos escenarios? Pagas por un sistema de respaldo para toda la casa, pero tienes que apagar ciertas partes debido a las deficiencias de los productos, además de que enfrentas gastos adicionales y complejidad. Hay una gran diferencia entre operar algunas cargas durante una interrupción y intentar hacer funcionar una casa conectada a la red fuera de la red durante una interrupción. Todas las casas fuera de la red funcionan "toda la casa" 24/7. Esto es algo que conocemos. En 35 años de diseñar y fabricar estos inversores y sistemas, hemos escuchado todas las historias de terror imaginables.

¿Cómo evitar estos problemas? Me alegra que lo hayas preguntado. En MidNite Solar hemos estado involucrados en la mayoría de las verdaderas grandes empresas de inversores fuera de la red durante más de 30 años y realmente sabemos cómo manejar la capacidad limitada de inversores y baterías. Ahora, si el dinero no es un problema o si piensas que tu inversor nunca se apagará durante una interrupción, puedes dejar de leer.

El nuevo inversor All in One MN15-12KW-AIO de MidNite Solar fue desarrollado pensando en ti, el propietario de la casa y las casas conectadas a la red. Los criterios de diseño autoimpuestos que enfrentamos fueron los siguientes:
No queremos que se requiera un costoso dispositivo de desconexión/sobrecorriente de 200 amperios y un interruptor de derivación de CA delante del inversor en el lado de la red.
Necesitamos manejar estas grandes cargas de la casa sin requerir una caja de desconexión de carga externa que cuesta miles de dólares.

Lo primero que hicimos es lo que siempre hemos hecho. Diseñamos para un subpanel de 100 amperios para todas las cargas críticas. Sabemos por experiencia que las interrupciones de la red suelen ser sobre luces, TV y cerveza fría. Eso puede ser un poco simplista, pero entiendes la idea. Selecciona los circuitos de los que no puedas prescindir durante una interrupción. Proporcionamos cuatro interruptores de circuito de 120V para ayudar en esto, pero un subpanel separado de 125 amperios puede tener más sentido. También puedes usar los cuatro interruptores de 15 y 20 amperios incorporados en nuestro inversor para respaldar los circuitos de tu elección: luces, enchufes de CA, refrigerador, microondas, TV o dos, bombas de agua y alcantarillado, congeladores, etc.

Luego, dado que no sabes cuánto durará la interrupción, añadimos tres circuitos de carga programables de 120/240VAC. Si la interrupción es breve, ¿por qué apagar algunos de tus circuitos importantes más grandes? Agregamos un circuito de 30 amperios, uno de 50 amperios y uno de 60 amperios, completos con interruptores y relés programables. Esto son en realidad seis circuitos de 120VAC o tres circuitos de 120/240VAC o una combinación de ambos, dependiendo de cómo se configuren en el sitio. Depende de ti y de tu instalador decidir qué circuitos respaldar, así que elige sabiamente. 
El objetivo es que estos circuitos de desconexión de carga programables incluidos sean suficientes para todo menos para la casa más exigente. Estos tres circuitos de desconexión de carga programables también ahorrarán al cliente muchos miles de dólares en comparación con una solución externa de desconexión de carga. Lo bueno es que estos interruptores y relés ya están incluidos en el inversor MidNite. Puedes programarlos para que se enciendan y apaguen en función del voltaje de la batería, el estado de carga de la batería, la duración de la interrupción de la red, etc. Operan de manera totalmente automática. No se requiere intervención una vez configurado.

Una de las cosas que también puede hacer que un inversor se apague inesperadamente es la sobretensión que algunos dispositivos demandan al encenderse. Por ejemplo, si tienes una bomba de pozo profundo u otro dispositivo de arranque grande, no representan mucho en el presupuesto general de corriente/vatios, ya que una bomba solo está encendida por un breve período de tiempo. El problema es la sobretensión requerida para iniciar la bomba. Una bomba y algunos acondicionadores de aire requieren tres veces la potencia de funcionamiento para iniciarse. Así que, solo una carga de este tipo puede forzar a tu inversor a apagarse. Tras haber suministrado cientos de miles de inversores para casas fuera de la red, aprendimos hace mucho tiempo que la sobretensión es realmente, realmente importante. Estimamos que más del 80% de las casas fuera de la red en América del Norte y el Caribe utilizan inversores y controladores de carga diseñados por los ingenieros de MidNite y fabricados en EE.UU. mientras estábamos en Trace Engineering, Xantrex, OutBack Power y Magnum Energy. ¡Y la mayoría de esos productos aún están funcionando! La confiabilidad siempre ha sido una característica "imperdible". Nuestro nuevo inversor AIO será capaz de iniciar esa bomba (o cualquier otra carga de sobretensión grande) donde nuestros competidores no lo han logrado. Simplemente no tienen la experiencia o la historia que tenemos. Los diseños que tienen una alta potencia de sobretensión tienen más piezas internas y generalmente cuestan más. Sin embargo, hemos hecho un buen trabajo manteniendo una ventaja competitiva. Mira esto, ya que la potencia de sobretensión es extremadamente importante. Es realmente más importante que las clasificaciones de potencia continua.

Como nota al margen, notarás que MidNite usa interruptores CBI en todo este inversor AIO. Los interruptores CBI (fabricados en Sudáfrica) están clasificados para ciclo de trabajo del 100%. Todos los demás inversores AIO utilizan interruptores térmicos económicos y solo se pueden usar al 80% de su clasificación. Entonces, ¿realmente son de 200 amperios? No, solo son buenos para 160 amperios continuos. Nuestros circuitos están clasificados para usarse al completo de 100 amperios continuos. Después de haber suministrado millones y millones de estos interruptores en los últimos 23 años, es genial decir honestamente que ha habido menos de un par de cientos de fallas. Todas esas fallas fueron cubiertas por garantía independientemente de cuándo fueron comprados.

El MidNite MN15-12KW-AIO

Después de escribir los pensamientos anteriores sobre el respaldo completo de la casa, encontré este artículo de Barry Cinnamon. No conozco ni he hablado nunca con Barry, pero es un instalador/dealer experimentado en California. Estoy 100% de acuerdo con lo que escribió Barry. Parece que Barry está diciendo lo mismo que yo, pero desde una perspectiva diferente. Lo estoy copiando aquí sin editar.

Cinnamon Energy Systems   
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+1 408-883-7000  
Límites del respaldo de batería para toda la casa

Pero hay una trampa en esto. Nos gusta creer en el mito del respaldo completo para la casa o la noción de que nuestro estilo de vida del siglo XXI continuará sin interrupciones a pesar de incendios, inundaciones o cualquier otra calamidad. La realidad es diferente: los sistemas típicos de respaldo con batería funcionan mejor cuando se diseñan para racionar la capacidad de la batería y minimizar el uso de electrodomésticos grandes.

Los mitos a menudo tienen orígenes en la realidad: los sistemas de batería para toda la casa sí funcionan para aplicaciones fuera de la red. Se estima que hay alrededor de 180,000 de tales viviendas en los EE. UU.

Pero estas casas fueron diseñadas para vivir fuera de la red: son generalmente más pequeñas y bien aisladas; utilizan calefacción por combustión con respaldo de propano; incorporan sistemas térmicos solares activos y pasivos; y no tienen sistemas de aire acondicionado que consuman mucha energía, cargadores de EV de Nivel 2 o piscinas.

Existen dos límites fundamentales de ingeniería que hacen que sea poco práctico funcionar toda una casa solo con energía de batería. Primero, la capacidad energética de los sistemas de batería de litio típicos es insuficiente para alimentar una casa completa durante un apagón nocturno. Segundo, los inversores de respaldo de batería no son lo suficientemente potentes como para iniciar y mantener muchos aparatos grandes.

Por supuesto, múltiples baterías e inversores pueden abordar estas limitaciones de energía y potencia. Pero el costo de 20+ kilovatios de inversores y 40+ kilovatios-hora de baterías es prohibitivo para el propietario promedio.

Un enfoque más práctico es diseñar un sistema de respaldo de batería para alimentar solo cargas críticas: sin aparatos grandes como aire acondicionado, cargadores de EV de 240 voltios o estufas eléctricas. En su lugar, solo cuatro a ocho circuitos más pequeños en la casa para refrigeración, iluminación, entretenimiento, comunicaciones y tomacorrientes de conveniencia.

Nuestro stock de viviendas actual utiliza mucha electricidad, y debido a la plétora de dispositivos conectados, las casas nuevas a menudo utilizan aún más.

Los aparatos de alto consumo de energía son los más desafiantes para los sistemas de respaldo de toda la casa. El consumo de energía de un aire acondicionado central grande es de 5,000 vatios, un cargador de EV es de 7,000 vatios, una estufa eléctrica es de 10,000 vatios y las bombas de piscina son de 2,200 vatios.

Límites de energía de la batería

Entonces, ¿cuánto tiempo funciona un sistema típico de energía solar y batería por la noche mientras opera estos aparatos grandes? Respuesta: no mucho tiempo en absoluto.

La matemática es simple. Si la batería tiene una capacidad de energía de 2.5 kilovatios-hora por la noche (típico si la batería se utiliza durante la noche para maximizar el ahorro de auto-consumo), solo hay suficiente energía de la batería para operar bombas de piscina durante 60 minutos, un aire acondicionado central durante 30 minutos, un cargador de EV durante 20 minutos o una estufa eléctrica durante 15 minutos.

Con cualquiera de estos aparatos funcionando — después de solo un intervalo relativamente breve de respaldo completo de la casa — la batería se agotará pronto y no podrá alimentar cargas críticas. En términos líricos: sin luces. Sin teléfono. Sin coche eléctrico. Ni un solo lujo. Como Robinson Crusoe, lo más primitivo posible.

Una posible solución es apagar manualmente las cargas de los aparatos grandes durante un apagón. Desafortunadamente, muchos apagones ocurren durante el día cuando no hay nadie en casa o por la noche cuando la gente está durmiendo. Los clientes que han intentado apagar cargas manualmente suelen terminar decepcionados con su sistema de respaldo.

Otra solución (si el presupuesto del propietario y el espacio en la pared lo permiten) es agregar una segunda batería de almacenamiento — duplicando efectivamente la duración del almacenamiento de energía.

En los últimos meses, hemos trabajado con clientes que han tenido una gama de experiencias buenas y malas con el respaldo de baterías. Durante el primer apagón en nuestra área, que ocurrió alrededor de las 10:30 p.m., un cliente que usa una máquina de presión positiva continua en las vías respiratorias (CPAP) agotó su batería de almacenamiento alrededor de las 2 a.m. (comenzó a roncar y su esposa le dijo que durmiera en el sofá). Otro cliente utilizó el sistema de respaldo para alimentar uno de los subpaneles en su hogar, y no se dio cuenta de que había una falla de energía hasta que la batería se agotó.

La solución para ambos clientes fue retirar algunos circuitos discrecionales de sus subpaneles de respaldo para que la batería durara toda la noche.

Límites de potencia del inversor
La potencia máxima de salida del inversor de batería (en kilovatios) es la segunda razón del mito del respaldo completo de la casa.

La mayoría de los inversores de respaldo de batería fueron diseñados para servicios eléctricos domésticos de 200 amperios, lo que implica una salida máxima de AC de 7,600 vatios cuando está conectado a la red. Cuando se alimentan de la batería (que tiene una tasa de descarga máxima limitada), estos inversores pueden proporcionar típicamente 5,000 vatios de potencia en estado estable o 6,000 vatios de potencia máxima (alrededor de 25 amperios).

Sin embargo, los requisitos de corriente de arranque momentánea de un motor de aire acondicionado o bomba a menudo son dos o tres veces la corriente normal — lo que significa que el inversor simplemente no cambiará al modo de respaldo. Incluso si la batería está completamente cargada en un día soleado, el aire acondicionado y la bomba de piscina no arrancarán, y ninguna de las cargas críticas recibirá energía.

Diseño de sistemas de respaldo con batería acoplados a energía solar
A pesar de estas limitaciones de energía, potencia y financieras, un sistema de energía solar y respaldo bien diseñado puede proporcionar energía casi indefinidamente. Tres elementos de diseño son críticos.

Primero, la capacidad de energía de la batería (kilovatios-hora) y la salida del inversor (kilovatios) deben estar ajustados a las necesidades de la casa por la noche cuando la batería está parcialmente descargada. Segundo, el número de circuitos de respaldo debe ser estrictamente limitado para evitar alimentar demasiados dispositivos pequeños o cualquier aparato grande. Tercero, el tamaño del sistema solar debe ser suficiente para recargar parcialmente la batería incluso en un día nublado de invierno.

Las próximas tecnologías de sistemas eléctricos inteligentes para el hogar abordarán estas limitaciones prácticas al desactivar automáticamente las cargas durante un apagón. En la feria Solar Power International de 2019, las empresas exhibieron controles de electrodomésticos inteligentes y disyuntores que podrían desactivar automáticamente los aparatos grandes. También se mostró tecnología de paneles eléctricos inteligentes que podría gestionar automáticamente todos los circuitos en una casa.

Para finales de 2019, habrá más de 10,000 hogares y empresas en California equipados con sistemas combinados de energía solar y respaldo de batería. A medida que estos sistemas se vuelvan menos costosos (tanto a través de reducciones en el costo del equipo como de incentivos), se convertirán en la forma más expedita y efectiva para que las personas se adapten a la nueva normalidad de los apagones de energía pública.

Sin mencionar que es la forma más limpia, segura y económica de reconstruir nuestra arcaica red eléctrica.

Barry Cinnamon es CEO de Cinnamon Energy Systems en California.