Información técnica

Serie MT de SolarMaxPlanificación y diseño de instalaciones descentralizadas con respecto a la influencia de la impedancia de red

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Contenido1 Introducción 3

2 Punto de inyección a red 4

3 Configuración de equipo 43.1 Transformador de conexión 43.2 Cableado CA 5

3.2.1 Tipo de cable 53.2.2 Disposición de los cables 53.2.3 Punto de instalación de los inversores 63.2.4 Longitud del cable 7

4 Topologías de la instalación 84.1 Topología en estrella 84.2 Topología clúster 9

5 Conclusión 10

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1 IntroducciónAnalizar los costes de producción de electricidad es cada vez más importante con respecto a la planificación y construcción de instalaciones fotovoltaicas a gran escala. Además de los costes de la inversión (componentes, financiación, instalación, etc.) tienen una influencia importante en primer lugar las variables de tiempo de eje-cución, como los costes de mantenimiento y asistencia técnica, la disponibilidad, el índice de rendimiento, etc.

En los últimos años, la necesidad de reducir constantemente los costes de producción de electricidad, entre otras cosas, dio como resultado un nuevo punto de vista en la planificación e instalación de instalaciones a gran escala. Basándose en los inversores centrales hasta la fecha, desde entonces las instalaciones a gran escala han sido planeadas cada vez más con base en los inversores string. Dependiendo de las circunstancias locales, son obvias las ventajas, como un tracking MPP más específico, una buena escalabilidad o un manejo más simple en lo que respecta al mantenimiento y la asistencia técnica. Sin embargo, por otra parte, los sistemas centralizados y descentralizados no se diferencian solamente en lo que respecta a los costes de producción de electricidad, también hay diferentes requisitos para la planificación y el diseño técnico.

En comparación con los sistemas centralizados, la calidad de la red eléctrica tiene una mayor influencia sobre la conducta operativa de las instalaciones descentralizadas, especialmente en la relación entre impedancia de red e impedancia de la instalación. En los peores casos, puede producirse una conducta dinámica no deseada de la instalación. Por ello, es necesario centrarse en ciertas variables del sistema durante la fase de planificación, ya que estas tienen una influencia decisiva sobre la conducta operativa. No tenerlas en cuenta puede provocar los consiguientes costes de sustituciones, reparaciones, trabajos de reajuste, etc. para el operador de la instalación.

Este documento proporciona asesoramiento técnico importante para los planificadores e integradores del sis-tema. Se centra especialmente en la influencia de la impedancia de red y el aseguramiento de una operación correcta de las instalaciones descentralizadas. Ya que el diseño técnico y los costes del sistema están estre-chamente relacionados, es principalmente responsabilidad del planificador del sistema el encontrar la mejor combinación entre estas cifras de objetivos.

De manera ideal, la siguiente información ya se puede tener en cuenta durante o incluso antes de la fase de plani-ficación. SolarMax recomienda absolutamente tener en cuenta la información, de lo contrario pueden producirse problemas operativos con los inversores, lo que genera costes adicionales y exige que se apliquen más medidas. En dichos casos, póngase en contacto con su delegación de SolarMax a través de www.solarmax.com/service para recibir más información.

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2 Punto de inyección a redAparte de las medidas de planificación que puedan influir sobre la relación de impedancia entre la red y la insta-lación, hay una capacidad dada de la red pública para obtener corriente de un generador eléctrico externo. Esta capacidad puede ser comprobada determinando la potencia de cortocircuito (SSC, red) en el punto de inyección a red. Debido a diversas experiencias, por lo general se recomienda que la potencia de cortocircuito sea al menos 100 veces mayor que la electricidad indicada de la instalación al usar un transformador para la conexión de red. En caso de una conexión en baja tensión, la potencia de cortocircuito debe ser al menos 30 veces mayor.

Normalmente, los operadores de red pueden proporcionar el valor SSC, red. Para una comprobación básica, se pueden utilizar valores guía aproximados en redes de medio tensión.

Red MV SSC, red

10 kV 250 MVA

20 kV 500 MVA

Si la conexión es en baja tensión, también se puede calcular el SSC, red midiendo la corriente de cortocircuito en el punto de inyección a red y utilizando la fórmula siguiente:

SSC, red = √3 ∙ 400 V ∙ ISC, red ∙ 3

SSC, red: potencia de cortocircuito en el punto de inyección a redISC, red: corriente de cortocircuito medida en el punto de inyección a red

Si la tensión de SSC, red no cumple con las recomendaciones anteriores, es recomendable tomar más medidas para ayudar a asegurar que la operación de la instalación se realice sin fallos.

Ejemplo:

Una instalación fotovoltaica se plantea con 150 unidades de inversores 15MT2 de SolarMax. La instalación se conecta a la red de medio voltaje mediante un transformador de 10kV. El valor de referencia para SSC, red es 250 MVA.

SSC, red ≥ 100 ∙ Sinstalación

250 MVA ≥ 100 ∙ (150 ∙ 15 kVA)250 MVA ≥ 225 MVA

La capacidad de la red eléctrica es suficiente.

3 Configuración de equipoEn las instalaciones descentralizadas, diferentes factores tienen papeles más o menos importantes en su influen-cia sobre la relación de impedancia entre la red y la instalación. Por regla general, para todo tipo de instalaciones fotovoltaicas, la impedancia de red debe ser lo más baja posible con el fin de asegurar una instalación sin fallos. Si tiene dudas técnicas durante la fase de planificación, póngase en contacto con su delegación de SolarMax a través de www.solarmax.com/service.

3.1 Transformador de conexión

El transformador tiene una gran influencia sobre el valor de la impedancia en la red. Por ello, es importante que se le dé una prioridad muy alta al dimensionamiento suficiente del transformador con el fin de evitar futuras inter-dependencias con la red eléctrica. Además, se pueden reducir las pérdidas de energía, lo que ayuda a mejorar el rendimiento de la instalación.

Se recomienda encarecidamente que el transformador utilizado esté sobredimensionado en relación con la poten-cia acumulada de los inversores conectados. Esto es muy importante, ya que el comportamiento de la red puede cambiar con el tiempo y un dimensionamiento insuficiente puede causar mayores costes durante la vida útil de la planta. Como alternativa al sobredimensionamiento, puede utilizarse un transformador con una tensión de cortocircuito de Uk = 4 % en lugar de Uk = 6 %.

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El marco de condiciones, como las normas locales de instalación, las situaciones medioambientales, etc. pueden tener influencia sobre el diseño de la instalación en lo que respecta al cableado CA, la topología de la planta, etc. Esto puede causar un dimensionamiento inferior al ideal de algunos componentes y, por tanto, aumentar la impe-dancia de red. Estas limitaciones se pueden compensar parcialmente aumentando el sobredimensionamiento del transformador de conexión y reduciendo con ello la impedancia de red.

Para más información detallada acerca de la configuración del transformador de conexión, remítase a la infor-mación técnica “SolarMax Serie MT - Requisitos de los transformadores de baja y media tensión” disponible en www.solarmax.com.

3.2 Cableado CA

El cableado CA en las instalaciones descentralizadas es otro factor importante que tiene influencia sobre la impe-dancia en la red, ya que se ha de encontrar una relación adecuada entre las longitudes de los cables CC y CA. Las distancias de CC, normalmente son más largas, y deben tener preferencia, ya que las pérdidas de energía en las líneas de alimentación CC son menores. Si esta propuesta de diseño no se puede aplicar completamente, se debe prestar especial atención en el dimensionamiento de los cables CA. Las siguientes medidas se han probado en la práctica y se recomienda encarecidamente tenerlas en cuenta.

3.2.1 Tipo de cable

Deben usarse los cables multiconductores, más que los monoconductores, para reducir las inductancias de línea tanto en las líneas de alimentación CA como, especialmente, en las redes de distribución CA.

1) 2)

Leyenda:

1) Cable multiconductor 2) Cables monoconductores

3.2.2 Disposición de los cables

Con el objetivo de reducir costes, los cables monoconductores son utilizados a menudo para las redes de dis-tribución CA. En dichos casos, es muy importante disponer las líneas sencillas en sistemas de tres fases para reducir las inductancias de línea. Además, se pueden evitar las inductancias en bucle manteniendo los grupos de cables juntos.

Conductores agrupados por fase –> alta inductancia de línea

L1 L1

L1

L2 L2

L2

L3 L3

L3

L2 L3

L1

L2 L3

L1

L2 L3

L1

Conductores dispuestos en sistemas de tres fases –> baja inductancia de línea

L1 L1

L1

L2 L2

L2

L3 L3

L3

L2 L3

L1

L2 L3

L1

L2 L3

L1

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3.2.3 Punto de instalación de los inversores

De manera ideal, las distancias entre los cables deben mantenerse tan cortas como sea posible. Una medida simple pero efectiva es ajustar el punto de instalación de los inversores, lo que puede ayudar a reducir la impe-dancia de red.

Punto de instalación de los inversores con distancias entre los cables CC más cortas y CA más largas

Inverters installation point

Punto de instalación de los inversores con distancias entre los cables CC más largas y CA más cortas con el fin de reducir la impedancia de red.

Inverters installation point

Leyenda:

Línea de alimentación CC Inversor Módulos solares Línea de alimentación CA Caja de conexiones CA Redes de distribución CA Transformador

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3.2.4 Longitud del cable

Independientemente de la sección transversal de los cables CA, la longitud del cable es otro factor determinante principal para la impedancia en el lado CA del inversor. Como tal, hay una relación entre el número de inversores conectados en paralelo y la longitud máxima de la distancia del cable CA. La tabla siguiente define la longitud máxima del cable CA dependiendo del número de inversores 15MT2 de SolarMax conectados en paralelo.

En instalaciones de mayor tamaño, los inversores ya se conectan en paralelo (compare 4.2) en el campo. En estas tipologías, llamadas tipologías clúster, la longitud máxima del cable CA se refiere a la red de distribución, asu-miendo que las líneas de alimentación CA no exceden una longitud de 20 m y la sección transversal es de 6 mm2.

Número de inver-sores 15MT2 en paralelo

Topología de la ins-talación

Cable multiconductor (cobre) Cable monoconductor (cobre)

Longitud máxima del cable CA [m]

Sección trans-versal míni-ma 1) [mm2]

Longitud máxi-ma del cable CA [m]

Sección trans-versal míni-ma 1) [mm2]

1 Estrella 1000 185 500 120

2 Clúster 500 185 250 120

3 Clúster 350 185 175 120

4 Clúster 260 185 130 120

5 Clúster 200 185 100 120

6 Clúster 175 185 85 120

7 Clúster 150 185 75 120

8 Clúster 130 185 65 120

9 Clúster 110 185 55 120

10 2) Clúster 100 185 50 120

1) La sección transversal no influye en el grado de impedancia sino en la cantidad de pérdidas en los cables. Los valores pro-porcionados son las secciones transversales mínimas que mantienen las pérdidas por debajo del 1%. El dimensionamiento de la sección transversal debe ser comprobado por el proyectista del sistema aparte.

2) Si desea conectar más de diez inversores en paralelo, póngase en contacto con su delegación de SolarMax a través de www.solarmax.com/service.

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4 Topologías de la instalaciónLos inversores pueden conectarse a la red o a un transformador de conexión de diferentes maneras. Cambiando la topología de la instalación es posible optimizar el tiempo de funcionamiento de la instalación y mejorar los costes del sistema y el rendimiento. Las diferentes topologías son más o menos adecuadas para ciertas aplica-ciones (tejados, suelo, instalaciones medianas o grandes, etc.) en lo que refiere a su influencia sobre la relación de impedancia entre la red y la instalación. Por eso, por una parte, los aspectos técnicos normalmente deben determinar la elección de la topología adecuada, mientras que, por otro lado, los costes del cableado CC y CA, las cajas de conexiones o las pérdidas de cables también pueden ser importantes para el diseño técnico. Es responsabilidad del proyectista del sistema encontrar la mejor combinación entre un diseño técnico sostenible y los costes del sistema.

De acuerdo con diversas experiencias, se ha encontrado que algunas topologías requieren especial atención en determinados componentes del sistema. A continuación hay una lista de dos topologías típicas aplicadas en instalaciones descentralizadas y las medidas que necesitan tenerse muy en cuenta para mantener la impedancia de red lo más baja posible.

4.1 Topología en estrella

Descripción:

Todos los inversores string se conectan directamente a una caja de conexiones CA cercana al transformador de conexión o al punto de inyección a red.

DC feed lines Inverterz AC terminal box TransformerAC feed linesAC collecting lines

Aplicación:

Se aplica preferentemente en instalaciones descentralizadas pequeñas. Se debe mantener la distancia de los inversores al transformador de conexión o al punto de inyección a red lo más baja posible.

Cableado:

Los cables multiconductores deben tener una longitud máxima de 1000 m (compare 3.2.4). Al usar cables mono-conductores, se necesitan medidas adicionales (compare 3.2.2).

Transformador:

Siempre que haya una potencia de cortocircuito suficiente en el punto de inyección a red, la impedancia aumentara ligeramente debido a las bajas corrientes de las líneas de alimentación CA. Para el transformador de conexión, se recomienda un sobredimensionamiento del 10%.

Ventajas:

■ Gracias a las líneas de alimentación CC más largas con voltajes mayores, se pueden reducir las pérdidas de cables.

■ Gracias a las corrientes más bajas en las líneas de alimentación CA sencillas, la impedancia de red se reduce en gran medida.

■ Con la conexión directa al transformador o al punto de inyección a red, las cajas de conexiones CA pueden no ser necesarias.

Ejemplo 1:

Una instalación fotovoltaica se planea con seis unidades de inversores 15MT2 de SolarMax. Todos se conectan por separado a una caja de conexiones CA hacia la conexión en baja tensión.Para el cableado CA se utilizan cables multiconductores con una sección transversal de 6 mm2 por fase.

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¿Cuál es la longitud máxima del cable CA de un inversor a la caja de conexiones CA considerando la impedancia y las pérdidas de cables?

Pérdidas de cable bajas (1 %) –> longitud máxima del cable CA 70 mBaja impedancia –> longitud máxima del cable CA 1000 m

La longitud máxima del cable CA está limitada por las pérdidas de cables y no debe exceder los 70 m.

4.2 Topología clúster

Descripción:

Un número determinado de inversores string se conectan en paralelo a una caja de conexiones CA en el campo. La transmisión de energía al transformador de conexión se realiza en clúster con las redes de distribución CA.

DC feed lines Inverterz AC terminal box TransformerAC feed linesAC collecting lines

Aplicación:

Se aplica preferentemente en instalaciones descentralizadas medianas y grandes. Tanto en instalaciones en suelos como en tejados. Las cajas de conexiones CA se deben instalar al final de una fila con la menor distancia posible al transformador de conexión. Lo mismo se aplica a los inversores que se deben instalar junto a la caja de conexiones CA para reducir las distancias de las líneas de alimentación CA. El número máximo de inversores conectados en paralelo que se recomienda es diez, si desea conectar más póngase en contacto con su delegación de SolarMax a través de www.solarmax.com/service.

Cableado:

Se recomienda encarecidamente el uso de cables multiconductores. Además, las distancias de los cables CA deben tenerse en cuenta con precaución (compare 3.2.4). Esto se aplica especialmente a la red de distribución CA, ya que, en distancias mayores, la influencia de las inductancias de la línea aumenta. Al usar cables monocon-ductores, se necesitan medidas adicionales (compare 3.2.2).

Transformador:

Siempre que haya una potencia de cortocircuito suficiente en el punto de inyección a red, dicha impedancia aumentara debido a las corrientes más altas en los cableados de distribución CA. Para compensar este efecto, se recomienda un sobredimensionamiento del transformador entre el 15-20%.

Ventajas:

■ Gracias a las líneas de alimentación CC más largas con voltajes mayores, se pueden reducir las pérdidas de cables.

■ El coste del cable CA se puede reducir utilizando menos cables desde las cajas de conexiones CA al transformador.

Ejemplo 2:

Una instalación fotovoltaica se plantea con 120 unidades de inversores 15MT2 de SolarMax. Se conectan cinco dispositivos en paralelo a una caja de conexiones CA cercana (máx. 30 m). Las líneas de alimentación de multi-

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conductores tienen una sección transversal de 6 mm2. En total, hay 24 clústers que se corresponden con 24 cajas de conexiones. El cableado de distribución transmite la corriente de cada caja de conexiones a un transformador de 10kV.La distribución CA se utilizan cables multiconductores con una sección transversal de 185 mm2 por fase.

¿Cuál es la longitud máxima del cableado de distribución CA desde una caja de conexiones CA al transformador considerando la impedancia y las pérdidas de cables?

Pérdidas de cable bajas (1 %) –> longitud máxima del cable CA 215 mBaja impedancia –> longitud máxima del cable CA 200 m

La longitud máxima del cable está limitada por la impedancia y no debe exceder los 200 m.

Ejemplo 3:

Una instalación fotovoltaica se plantea con 120 unidades de inversores 15MT2 de SolarMax. Se conectan cinco dis-positivos en paralelo a una caja de conexiones CA cercana (máx. 30 m). El cableando de multiconductores tienen una sección transversal de 6 mm2. En total, hay 24 clústers que se corresponden con 24 cajas de conexiones. El cableando de distribución transmite la corriente de cada caja de conexiones a un transformador de 10kV.Para la red de distribución CA se utilizan cables monoconductores con una sección transversal de 120 mm2 por fase.

¿Cuál es la longitud máxima del cableando de distribución desde una caja de conexiones CA al transformador considerando la impedancia y las pérdidas de cables?

Pérdidas de cable bajas (1 %) –> longitud máxima del cable CA 140 mBaja impedancia –> longitud máxima del cable CA 100 m

La longitud máxima del cable de la red de distribución está limitada por la impedancia y no debe exceder los 100 m.

5 ConclusiónSe pueden tomar diferentes medidas durante la fase de planificación con el fin de mantener la impedancia de red lo más baja posible. Por un lado, esto asegura un funcionamiento correcto en el futuro y con ello reduce la proba-bilidad de incurrir en costes adicionales en modificaciones o el solventar problemas. Por otro lado, también hace que la instalación sea menos sensible frente a cambios externos frente a la instalación de otra planta fotovoltaica o la cercanía de cargas industriales, pudiendo influir sobre la impedancia de la red eléctrica.

■ Compruebe antes la capacidad de la red eléctrica en el punto de conexión (compare 2).

■ Considere un sobredimensionamiento adecuado del transformador con el fin de mantener la impedancia de red lo más baja posible (compare 3.1).

■ Utilice cables multiconductores (compare 3.2.1 y siguientes).

■ Tenga en cuenta la longitud del cable CA manteniendo las distancias entre los inversores y el transformador de conexión tan cortas como sea posible (compare 3.2.3 y siguientes).

■ Compruebe la relevancia de las medidas anteriores de acuerdo con la topología de la instalación utilizada (compare 4).

Las medidas mencionadas con anterioridad son de gran importancia y fundamentales para garantizar el tiempo de funcionamiento una instalación. Dado que existe la posibilidad de que se produzcan influencias impredecibles en el futuro, puede que sean necesarias aplicar alguna solución como la instalación de condensadores. Gracias a nuestra larga experiencia colaborando en la elaboración de proyectos de grandes plantas fotovoltaicas, SolarMax es capaz de proporcionarle soluciones a medida si así lo solicita. Póngase en contacto con su delegación de SolarMax a través de www.solarmax.com/service.

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