Nuevas tecnologías de protección contra sobretensiones para instalaciones fotovoltaicas

12 I SISTEMAS FOTOVOLTAICOS

Nuevas tecnologías de protección contra sobretensiones para instalaciones fotovoltaicas

Los sistemas fotovoltaicos están instalados en sitios expuestos a factores ambientales como polvo, nieve, viento y tormentas eléctricas. La probabilidad de impacto de rayos y el resultado de aparición de sobretensiones es, por tanto, elevada en determinadas épocas del año, por ejemplo en lo que se conoce como el invierno boliviano en el altiplano chileno.

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on el objetivo de garantizar la máxima disponibilidad en centrales de generación solar, los sistemas fotovoltaicos (PV) necesitan disponer de una protección contra los daños que puedan causar las sobretensiones producidas. La protección de los sistemas es la única forma de prevenir la falta de producción en los sistemas fotovoltaicos y el consecuente impacto existente en la generación e inyección a la red eléctrica.

Las sobretensiones en estos sistemas son causadas principalmente por:  Rayos debidos a descargas atmosféricas (un rayo consiste en una descarga prin-

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cipal y otra desplazada a posteriori).  Transitorios debido a conexiones/ desconexiones de los circuitos de la red eléctrica (con cambios muy rápidos de corriente de valores muy elevados a 0 (di/dt)).  Descargas electroestáticas.  Disparo de protecciones.

Nuevos protectores Especialmente diseñados para los sistemas fotovoltaicos, ingenieros alemanes han desarrollado un nuevo rango de protectores contra sobretensiones para aplicaciones de 1000 y 1500 VDC, específicamente para su instalación en

las Combiner Boxes (o cajas de string), disponiendo de modelos con clase de protección tipo 1 y tipo 2. Estos protectores de sobretensiones están certificados en laboratorios acreditados internacionalmente según las últimas normativas EN/IEC y, adicionalmente, cumplen con la normativa UL para su aplicación a nivel global.

Cabe señalar que el nuevo rango de protectores de sobretensiones tiene una protección máxima contra corriente de cortocircuito de 11kA, lo que lo hace muy recomendable para proteger sistemas con una gran cantidad de strings fotovoltaicos. Con esto se elimina la necesidad de instalar elementos adicionales al protector para garantizar la protección contra sobretensiones, como fusibles u otros elementos parecidos recomendados en las normativas internacionales. De este modo, se busca conseguir la máxima compactación en el cuadro eléctrico, dotándoles además de cartuchos enchu-

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fables para ser instalados fácilmente sin el uso de ninguna herramienta especial.

Adicionalmente, y siempre pensando en cubrir todas las necesidades existentes en los parques solares de hoy en día, esta gama de protectores ha sido diseñada para poderse instalar incluso a grandes altitudes (en torno a 4.000 msnm). Lo anterior, dado que algunos de los actuales parques solares, con el objetivo de aprovechar al máximo el recurso solar, se están diseñando y construyendo en zonas geográficas de elevada altura y un consecuente difícil acceso.

Por esta razón, es muy importante garantizar la robustez y la fiabilidad del protector de sobretensiones que se instale.

Cualquier avería y/o substitución implica un sobrecosto importante a tener en cuenta, aún más cuando la instalación se encuentra en una zona remota o de difícil acceso, toda vez que, además, los parques fotovoltaicos cubren grandes superficies de territorio.

Consideraciones especiales Al utilizar o elegir un protector de sobretensiones (SPD), es importante tener presentes ciertas consideraciones:  A diferencia de un sistema de AC, un sistema fotovoltaico representa una fuente de generación de energía en DC con una serie de características específicas. Estas deben ser tomadas en cuenta al diseñar y elegir el modelo específico de SPD a utilizar.  Cuando se utiliza un SPD en un sistema fotovoltaico, es importante prever la dimensión geográfica y la escala del sistema.

En primer lugar, se realiza una distinción entre aplicaciones en edificios (conocida también con el nombre de “rooftop instalations”) y aplicaciones realizadas en grandes superficies abiertas, como lo son típicamente los parques solares (conocida también con el nombre de large-scale systems).  Debido a la menor longitud de cableado, las instalaciones en edificios suelen requerir solo una protección en el lado DC del inversor solar. Para las instalaciones en parques solares, las protecciones deben

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instalarse tanto en las Combiner Boxes para proteger los módulos fotovoltaicos, así como en la entrada DC del inversor solar para su propia protección.  Cuando la longitud entre el generador fotovoltaico (es decir, los módulos fotovoltaicos) y el inversor excede una distancia de 10 metros, es obligatorio instalar un SPD tanto cerca del panel fotovoltaico, como del inversor.  La selección de la clase de protección del SPD a usar (Tipo I o Tipo II) depende de si el sistema dispone o no de un dispositivo pararrayos. Se elige un SPD Tipo II si se cumple una distancia de aislamiento hasta el pararrayos (típicamente entre 0,7m y 1m). Si la distancia no se cumple, el SPD a utilizar debe ser de Tipo I.  Para sistemas fotovoltaicos que no disponen de pararrayos, el SPD a utilizar ha de ser de Tipo II. Para la protección de sistemas AC (por ejemplo, la salida del inversor solar y para la conexión a la red principal de AC), se debe utilizar típicamente un SPD de Tipo II. Si la aplicación se realiza en un edificio con un pararrayos conectado en el punto de conexión a red, el SPD a utilizar debe ser de tipo I.

En base a lo anterior, el diseño de los equipos incluye lo que se conoce como una conexión en “Y” en el protector de sobretensiones, lo que considera 3 varistores. El beneficio es que, en caso de falla de aislamiento, siempre quedan dos varistores en serie que previenen una sobrecarga del SPD y aseguran la seguridad del mismo.

Para finalizar, cabe resaltar que el trabajo con empresas fabricantes de reconocida trayectoria, que sean especialistas en el diseño y comercialización de productos y soluciones para las instalaciones solares fotovoltaicas, es fundamental en este tipo de proyectos, pues el hecho de contar con capacidad instalada a nivel industrial, se traduce finalmente en experiencia adquirida y en la provisión de soluciones probadas a las problemáticas de cada instalación en particular, además de contar con personal técnico especialista en Chile para prestar servicios de soporte, postventa y entrenamiento. 

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Por Fernando Gariazzo, Gerente de Ventas de Ceskat, con la colaboración de Weidmuller. central@ceskat.cl

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