16 Ago
Sistemas Fotovoltaicos Conectados a Red
Un sistema fotovoltaico conectado a red realiza la conversión de la corriente continua generada por el panel fotovoltaico en corriente alterna con las mismas características de tensión y frecuencia que la red eléctrica.
Una de las ventajas significativas de estas instalaciones es su bajo mantenimiento y una vida útil estimada superior a los 35 años.
Proceso de Producción de Electricidad
- Captación de radiación solar mediante las células fotovoltaicas.
- Producción de energía eléctrica en forma de corriente continua.
- Conversión a corriente alterna mediante inversores.
- Elevación de tensión a través de un transformador de potencia.
- Inyección de energía a la red eléctrica.
La finalidad principal de estos sistemas es maximizar anualmente la producción de energía eléctrica que se inyecta a la red.
Consideraciones de Diseño
Al diseñar un sistema de este tipo, se deben tener en cuenta los siguientes aspectos:
- Integración arquitectónica y con el entorno de la instalación.
- Posibles pérdidas por sombreado, especialmente en sistemas integrados en edificios.
- Aspectos de seguridad y calidad de la energía generada, asegurando la ausencia de efectos perturbadores en la red eléctrica.
Principales Aplicaciones
- Plantas de generación de energía.
- Producción de electricidad en viviendas y edificios.
Elementos de una Instalación Solar Fotovoltaica Conectada a la Red Eléctrica
Las instalaciones conectadas a red, ya sean en viviendas, edificios o centrales de producción eléctrica, comparten los mismos componentes, diferenciándose únicamente en la potencia producida. Los elementos clave son:
- Generador solar fotovoltaico.
- Protecciones DC.
- Inversor.
- Protecciones AC.
- Contador (de salida y/o entrada).
- Red eléctrica.
- Conexión de los equipos.
A. El Generador Fotovoltaico
Las opciones disponibles para el generador fotovoltaico en instalaciones conectadas a red son:
- Generadores fijos.
- Seguidores solares.
B. El Inversor
El inversor es el elemento más importante en una instalación conectada a red. Sus características principales incluyen:
- Actúa como fuente de corriente sincronizada con la red.
- Incorpora microprocesadores de control y comunicación PLC.
- Se conecta por el lado de corriente continua al generador fotovoltaico y por el lado de corriente alterna a un transformador para adaptar la tensión de salida.
- Transforma la corriente continua en alterna, inyectando a la red toda la potencia generada por el panel fotovoltaico.
- Permite la desconexión-conexión automática de la instalación en caso de pérdida de tensión o frecuencia, garantizando la seguridad de los operarios.
C. El Sistema Eléctrico
El sistema eléctrico se compone de:
- Cajas de conexión, cableado, protecciones y tomas de tierra.
- Contadores de venta y consumo.
- Centro de transformación, que son los puntos de conexión con la red.
Protecciones en Instalaciones Conectadas a Red
Las instalaciones conectadas a red deben contar con las siguientes protecciones:
- Interruptor general manual.
- Interruptor automático diferencial.
- Interruptor magnetotérmico tetrapolar.
- Interruptor magnetotérmico para cada inversor.
- Interruptor automático de interconexión controlado por software.
- Protectores de sobretensiones.
- Fusibles.
- Puesta a tierra del marco de los módulos, la estructura soporte y el resto de masas metálicas.
- Aislamiento clase II.
- Configuración flotante del campo del generador.
Diseño y Cálculo de Instalaciones Fotovoltaicas Conectadas a Red
Como requisito previo para el diseño y dimensionado de sistemas fotovoltaicos conectados a red, es necesario realizar un análisis de viabilidad y económico.
Los criterios de dimensionamiento varían si la instalación es una central solar o está integrada en un edificio. En cualquier caso, se necesita la superficie adecuada para los paneles, considerando su orientación e inclinación para optimizar la generación energética.
Diseño de un Huerto Solar
Las consideraciones para un proyecto de huerto solar incluyen:
- Elección de la ubicación de la instalación:
- Lugar libre de sombras y con fácil acceso a la red eléctrica.
- Acceso conveniente para camiones y maquinaria.
- Zona con alto índice de irradiación solar para maximizar la producción.
- Cálculo de la potencia del generador fotovoltaico:
- Potencia requerida a inyectar a la red.
- Valor de la radiación solar.
- Estimación de las pérdidas en la instalación.
- Elección de los paneles solares:
- Tensión necesaria para el correcto funcionamiento del inversor.
- Potencia total a entregar por el generador.
- Se recomienda el uso de materiales de alta calidad para mejorar el funcionamiento y la vida útil.
- Determinación del inversor:
- Los inversores se caracterizan por su curva de rendimiento y operan buscando el punto de máxima potencia del generador fotovoltaico.
- Se debe valorar el tamaño relativo de la potencia nominal del inversor respecto a la del generador.
- Es aconsejable que la potencia del inversor sea entre el 70% y el 90% de la potencia nominal del generador fotovoltaico.
Interacción de la Instalación con la Red Eléctrica
Análisis de Posibles Perturbaciones y Calidad de Suministro
Es crucial que el sistema fotovoltaico no altere las condiciones de seguridad de la red y que la energía inyectada cumpla ciertos requisitos de calidad:
- La energía inyectada debe cumplir con:
- Distorsión armónica total de la onda de corriente inferior al 5%.
- THD de la onda de tensión inferior al 2%.
- Factor de potencia unitario o minimizado de la energía reactiva.
- No inyección de corriente continua a la red.
- Todos los elementos de la instalación deben cumplir la reglamentación vigente en cuanto a niveles de armónicos y compatibilidad electromagnética. Los certificados que acrediten esto deben incluirse en la documentación para la solicitud de conexión a red.
Medidas de los Consumos Eléctricos
Se deben considerar los siguientes puntos:
- La medida de los consumos se realizará con equipos propios e independientes para la facturación.
- El contador de salida debe tener capacidad de medir en ambos sentidos. En su defecto, se conectará un contador de entrada entre el contador de salida y el interruptor general.
- Todos los elementos del equipo de medida (entrada y salida) serán precintados por la empresa distribuidora. El instalador autorizado solo podrá abrir los precintos con consentimiento escrito de la empresa suministradora.
- Los puestos de los contadores deberán estar señalizados de forma indeleble, indicando claramente la asignación a cada titular y si se trata de un contador de entrada o de salida de energía.
Seguridad y Protecciones en la Instalación
Para la Parte de Corriente Continua (DC)
- La estructura del generador y todas las partes metálicas de la instalación deben tener una buena toma de tierra según la normativa vigente.
- La configuración eléctrica del generador fotovoltaico puede ser flotante, de modo que ninguno de los polos (positivo o negativo) esté conectado a tierra.
- Es recomendable la utilización de descargadores de sobreintensidades o varistores situados entre los terminales positivo y negativo y tierra.
Para la Parte de Corriente Alterna (AC)
Las protecciones de seguridad pueden estar incorporadas en el inversor:
- El sistema debe desconectarse si la tensión o frecuencia de la red están fuera de los rangos de operación:
- Tensión: Máxima y mínima (1,1 y 0,85 de la tensión nominal, respectivamente).
- Frecuencia: Máxima y mínima (51 Hz y 49 Hz, respectivamente).
- El sistema debe disponer de una protección contra la operación en modo isla.
- Modo isla: El sistema FV no debe continuar generando energía mientras esté desconectada la sección de la red de distribución en baja tensión donde está conectado.
Deja un comentario