programa energÍa solar...tipos de falla • fallas de cable: asilamiento, mecánicas, otros. •...
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Agenda
• Fallas por tipo en SE elevadora y LT
• Fallas por tipo en Plantas Fotovoltaicas
• Conclusiones
• Introducción
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Objetivos
Introducción
• Levantar información de benchmarking relativa a los
aspectos técnicos y operacionales de plantas solares
fotovoltaicas
• Levantar los tipos y tasas de fallas en los componentes de
plantas FV
• Clasificación de los tipos de falla y obtención de las tasas de
falla correspondientes para cada tipo.
• Establecer un punto inicial de perspectiva nacional de las
condiciones operacionales de las plantas FV.
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Limitaciones
Introducción
• Corta historia operacional de la tecnología FV en Chile
• Condiciones locales heterogéneas en Chile para el
desarrollo de proyectos
• Diferencias tecnológicas propias de cada proyecto
• Imposibilidad de extender conclusiones al largo plazo
implica necesidad de continuidad de monitoreo
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Participantes
Introducción
• Se consideró una muestra que logró abarcar el 42% de la capacidad fotovoltaica total instalada del país, que suma un total de 585 MW instalados.
• El estudio se separó en dos grandes capítulos: Planta Fotovoltaica y Subestación Elevadora con Líneas de Transmisión. La muestra indicó que las Plantas Fotovoltaicas tienen la mayor cantidad de fallas con un 95% de ellas.
• Se consideraron centrales fotovoltaicas de gran escala, en operación, situadas en el Norte de Chile mayores a 30 MW.
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Relación Capacidad Instalada vs Dotación de Personal
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Porcentaje de Fallas por tipo en SE elevadora y LT
Fallas por tipo en SE elevadora y Línea de Transmisión
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Subestación: 91% de las fallas totales
Tipos de Falla
• Fallas Mecánicas
• Protecciones
• Equipos Transformadores
• Otros
• Las Subestaciones pueden presentar fallas en sus componentes de control (SCADA) y comunicaciones.Además pueden presentar fallas eléctricas, fallas mecánicas, fallas en las protecciones, fallas por faltade lavado de aisladores y fallas en sus distintos equipos. De estos, dividimos la Subestación entransformador principal, transformador ZIG-ZAG, medidor energía, Transformadores de Corriente,Transformadores de Potencia, interruptores, seccionadores, transformador SSAA y banco de baterías.
• Las mayoría fallas en la subestación eléctrica son las fallas mecánicas, donde principalmente losproblemas con las mufas (uniones) y las celdas MT, son los más frecuentes.
• Se detectaron también problemas en los Tap-off y en los transformadores, donde en estos últimos, sepresentaron filtraciones de aceite.
Fallas por tipo en SE elevadora y Línea de Transmisión
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Cantidad de Fallas por tipo en Planta Fotovoltaica
Fallas por tipo en Planta Fotovoltaica
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Porcentaje de Fallas por tipo en Planta Fotovoltaica
Fallas por tipo en Planta Fotovoltaica
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Estructuras Soportantes: 0% de las fallas totales
Tipos de Falla
• Fallas Estructurales: Uniones pilares/parrillas, pilares y parrillas
• Fallas por Corrosión
Las estructuras soportantes de los paneles se consideran uno de los elementoscon menores fallas dentro de las Plantas Fotovoltaicas. Sólo se identificó unafalla en una de las parrillas, la cual se soltó de la estructura.
Fallas por tipo en Planta Fotovoltaica
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SCADA: 1% de las fallas totales
Tipos de Falla
• Fallas de Servidor
• Comunicación con Planta
• El SCADA en general no presenta mayores problemas ni fallas. Lo que si ocurre es un problema de lacomunicación con las plantas debido al software remoto que utilizan algunas de ellas para poderconectarse con sus oficinas centrales.
Fallas por tipo en Planta Fotovoltaica
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Comunicaciones: 2% de las fallas totales
Tipos de Falla
• Enlace Principal
• Hardware
• En el caso de las comunicaciones, las fallas detectadas que afectan el enlace principal corresponden aproblemas externos a la planta. La causa puede ser por temas de vandalismo o directamenteproblemas del proveedor de servicios, estos últimos son quienes deben responder rápidamente paradar una solución
Fallas por tipo en Planta Fotovoltaica
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Seguidor: 5% de las fallas totales
Tipos de Falla
• Fallas de Control
• Fallas Mecánicas
• Fallas Eléctricas
• Un 44% corresponde a fallas mecánicas que se debe a problemas en los reductores (por polvo) y enlas uniones del seguidor a la estructura (desconexión).
• El 38% corresponde al sistema de control de los seguidores el que se ve mayormente afectado alenergizar y desenergizar la planta, ya que hace que los seguidores se queden sin movimiento algunose reparan rápidamente.
• Las fallas eléctricas (18%) se deben en mayor medida a problemas de motor, los cuales se queman obajan su rendimiento debido al exceso de movimiento
Fallas por tipo en Planta Fotovoltaica
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Instalaciones de baja tensión: 7% de las fallas totales
Tipos de Falla
• Fallas de Fusible:
• Fallas en Conectores
• Se definen como los componentes que van desde la conexión de los módulos fotovoltaicos en serie(String) hasta una caja que los une paralelo (Combiner box). Luego las salidas de estas Combiner boxse unen en paralelo para llevar la energía eléctrica continua generada por los paneles a la entrada delos inversores
• El principal foco de fallas para las instalaciones de baja tensión corresponde al mal funcionamiento defusibles con un 97%. En general se trata de fusibles que se queman, ya sea por falla propia del fusible,por irradiancia o por otras causas.
• Las tasas de falla son bastante bajas considerando el universo de fusibles y conectores en una PlantaFotovoltaica, donde se observan aproximadamente 1.600 fusibles y 65.000 conectores en una plantade 10MW de capacidad instalada.
Fallas por tipo en Planta Fotovoltaica
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Instalaciones de media tensión: 9% de las fallas totales
Tipos de Falla
• Fallas de Cable: asilamiento, mecánicas, otros.
• Fallas en Conexionado: mufas, terminales.
• La instalación de media tensión es de las secciones de la planta que presenta una menor cantidad defallas. Los problemas se centran en su mayoría en el conexionado, específicamente en las mufas ouniones de los cables, las que de acuerdo a los encuestados, se debe a que las uniones quedarondefectuosas de la etapa de construcción.
• En una de las plantas se dio el caso de cables mordidos por roedores pero que no afectaron laproducción.
Fallas por tipo en Planta Fotovoltaica
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Panel Fotovoltaico: 27% de las fallas totales
Tipos de Falla
• Fallas de Rotura: delincuencia, estrés térmicos y montaje
• Fallas por Puntos Calientes
• Fallas en Conectores
• Un 96% corresponde a fallas de rotura que se debe principalmente a problemas no técnicos(vandalismo) en una de las muestras.
• El 3% corresponde a fallas por puntos calientes por causa de diodos quemados.
• El 1% corresponde a fallas en conectores.
• En general las fallas de Paneles Fotovoltaicos no implican un impacto significativo en la planta debidoa la cantidad de paneles que existe en cada una de las operaciones aproximadamente 32.000 panelespor cada 10MW de capacidad instalada. Al ocurrir una falla, el panel tarda entre 30 minutos a una horacambiarlo y el equipo técnico propio de la planta está capacitado para realizar la tarea
Fallas por tipo en Planta Fotovoltaica
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Centro de Transformación: 49% de las fallas totales
Tipos de Falla
• Inversor: Control y elementos de control• Inversor: Fuerza y elementos de fuerza• Inversor: Temperatura• Inversor: Mecánicas• Inversor: Polvo• Celdas de media tensión• Transformadores
• El centro de transformación es la sección de la planta fotovoltaica que ha presentado la mayorcantidad de fallas y las cuales se han detectado en todas las empresas participantes del estudio.Dentro de esta sección, el inversor de potencia es el elemento que se lleva el mayor peso, con un85% del total de fallas. Estas se distribuyen principalmente entre: fallas de control con un 36% deltotal, de fuerza con un 21% y de temperatura con un 16%.
• A diferencia de los casos anteriores las fallas en centros de transformación, son más trascendentesdebido a que el universo de inversores en una planta es bastante menor al de paneles o seguidores.Se considera aproximadamente un inversor por MW instalado, por ende el impacto de estas fallas esmayor en términos de energía perdida.
Fallas por tipo en Planta Fotovoltaica
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• Las fallas en los centros de transformación corresponden principalmente a problemas inherentes del equipo(fabricante, firmware, programación, componentes, etc) y a problemas de tensión y frecuencia de la red y no aproblemas de operación de la planta. la manera de erradicar estas fallas es realizar un trabajo de análisis decausa raíz en conjunto con los fabricantes.
• Para el caso de las fallas por exceso de Temperatura, según se evidenció en las encuestas, esta se presentaprincipalmente en los inversores que están dentro de casetas, debido a la saturación de los filtros de ventilacióno fallas en los ventiladores que se utilizan para hacer circular el aire dentro de las cabinas. Los diseños deben seradaptados a las condiciones locales del norte de Chile
• En el caso de las plantas con inversores a intemperie, se evidenció que éstos no presentan estas fallas por excesode Temperatura debido a que están especialmente diseñados para que no les entre el polvo o sus sistemas derefrigeración no se ven afectados por el aumento de la temperatura
• La mayor cantidad de fallas presentes en los Paneles FV, Instalaciones en Media Tensión, Instalaciones en BajaTensión, SCADA, Comunicaciones y Estructuras Soportantes de Paneles, se deben principalmente a la herencia dela etapa de construcción y comisionamiento. Deben implementarse estrictas políticas de control de calidad enetapas de construcción.
• Las fallas en los seguidores se producen principalmente por roturas en el protector provocando la presencia depolvo y consecuentemente trabando los sistemas multifila. Se recomienda mantenimiento correctivo considerandoun stock de protectores.
• Las fallas en los Paneles FV e Instalaciones en Baja Tensión tienen una baja contribución a las pérdidas degeneración y no requieren esfuerzos significativos para ser reparados. Algortimos automatizados de PerformanceEngineering contribuyen al correcto mantenimiento predictivo de este tipo de fallas.
Conclusiones
