En la actualidad la generación fotovoltaica es la fuente de energía de más rápido crecimiento. Durante 2017 se instaló más capacidad de generación fotovoltaica en el mundo que de cualquier otra fuente de generación de energía, duplicando por ejemplo la de energía eólica. La asociación Solar-Power Europe prevé crecimientos del 45% para 2018 y del 58% para 2019 en Europa, y se espera que Alemania, Francia y Turquía sean los tres principales mercados solares del continente hasta 2022. También en España se prevén crecimientos muy importantes ya que, según el Global Market Outlook (GMO) for Solar Power 2018-2022, como mínimo se va a duplicar la potencia solar fotovoltaica que tiene actualmente instalada (4,6 GW según REE). Con respecto al tema del autoconsumo fotovoltaico, la reciente aprobación del Real Decreto-ley 15/2018, de 5 de octubre, elimina las trabas administrativas a este tipo de instalaciones, reconoce el derecho a autoconsumir energía eléctrica sin cargos y establece el derecho de compensar la energía vertida en la red. Todas estas medidas apuntan a una implantación masiva de este tipo de instalaciones.
En comparación con años anteriores, la tecnología de 1500 VDC ha consolidado rápidamente un claro dominio en las nuevas instalaciones frente a las de 1000 VDC. Para garantizar el retorno de las inversiones, la protección contra sobretensiones es esencial por cuestiones de continuidad de servicio, etc. Los protectores contra sobretensiones para instalaciones de 1500 VDC son específicos para esta tensión, requiriendo un diseño específico para cumplir con distancias de seguridad. Cirprotec dispone de una amplia gama de soluciones fotovoltaicas preparadas para 1500 VDC, llamada PS-PV.
Protectores contra sobretensiones (lado DC & AC) para combiner boxes e inversores
Los dispositivos de protección contra sobretensiones se instalan tanto en el lado DC como AC del inversor central y de “string inverter”, en combiner boxes y para proteger las líneas de señal (mediciones y comunicaciones). Dependiendo del nivel de exposición atmosférica de la planta fotovoltaica a los impactos de rayo, las instaladoras (o “EPCistas”) y las ingenierías prescriben un SPD estándar IEC tipo 2 (impacto indirecto 8/20 μs) o un SPD tipo 1+2 más robusto (probados para soportar impactos directos de rayos en forma de onda 10/350 μs).
La protección del lado de DC en combiner boxes e inversores tiene una configuración típica en Y-PV para carril DIN, proporcionando protección en modo común y diferencial. Independientemente del tipo de protector y tensión, con el uso de protectores Cirprotec, no será necesario instalar un fusible previo adicional gracias al sistema de desconexión térmica dinámico optimizado para corrientes continuas, con capacidad para interrumpir corrientes de cortocircuito de incluso más de 10 kA.
Para el lado de AC, también se requiere protección contra sobretensiones. Ya sea en el propio inversor o en el combiner box, la protección contra sobretensiones se hará mediante el uso de un protector tipo 2 en configuración TN - S, IT e incluso TT. La tendencia a los 1500 VDC implica también un aumento en los valores nominales de la tensión de salida en el lado AC (hasta 800 V L-L). Por eso, Cirprotec ha desarrollado protectores especiales de 850 V AC Uc. Estos están reforzados para soportar picos de tensión recurrentes (no transitorios) de hasta 2,2 kV que suelen tener lugar en ciertas instalaciones donde el polo negativo de DC está conectado a tierra. Esto provoca una offset de tensión en el lado de AC a través de la conexión a tierra (PE) de los propios SPD. Con este refuerzo en tensión, se evita el desgaste prematuro de los dispositivos de protección mismos (SPDs).
Además, dependiendo del tipo de instalación fotovoltaica, las instaladoras e ingenierías pueden favorecer en algunos casos la instalación de un tipo 1+2 AC, con el fin de alargar la vida útil de los SPD y proporcionar una protección superior ante un mayor riesgo de impacto directo del rayo. Normalmente, este será el caso en áreas con un nivel isoceráunico muy alto, con frecuencia asociado también a zonas de gran altitud. Los SPD de Cirprotec han sido diseñados para cumplir con los requisitos eléctricos a grandes altitudes (DC y AC).
SPDs multipolo para string inverters de alta potencia
La mayoría de los protectores contra sobretensiones de Cirprotec cumplen con los estándares UL e IEC, tanto para los del lado DC como para el AC de las instalaciones fotovoltaicas, incluso para diseños especiales como los SPD multipolo ,para inversores con más de maximum power-point tracker (MPPT).
Estos diseños especiales responden especialmente a las necesidades de los fabricantes OEM de inversores PV. El segmento de los string inverters de alta potencia se usa cada vez más en aplicaciones comerciales o industriales, e incluso en grandes huertas solares, donde compiten con los inversores centrales. En los string inverter, los strings se gestionan mediante varios MPPTs, los que permiten optimizar el rendimiento en relación al coste. Los múltiples MPPTs permiten que el inversor tenga varias líneas independientes de paneles fotovoltaicos que operan en su punto de máxima potencia. Por lo tanto, se logra un aumento sustancial en el rendimiento cuando hay condiciones desfavorables como el sombreado, la orientación adversa al sol y la suciedad. Estos MPPTs son la parte sensible en el lado de CC del inversor y deben estar protegidos contra sobretensiones. En los string inverter, se requieren más SPDs al mismo tiempo, lo que significa que el espacio y el coste se convierten en un problema para los fabricantes. Los SPD PV de carril DIN en conexión Y-PV no son una configuración eficiente en estos casos. Se requieren SPDs multipolares especiales dentro de los string inverters. Al igual que su configuración, el número de sus polos depende en última instancia del número de MPPT y del diseño interno del string inverter.
La necesidad de reducción de costes y la eficiencia de espacio en la industria de la electrónica de potencia, ha llevado a los fabricantes de inversores a impulsar un cambio en el formato de los SPD multipolo de carril DIN hacia un formato de ensamblaje PCB. Esta solución incorpora el cartucho de protección contra sobretensiones sobre una base en forma de zócalo unipolar especial que puede soldarse por ola en cualquier configuración de red en la PCB, junto con otros componentes de la electrónica de potencia. Esto evita los costes de cableado, aunque implica planificar el montaje en una etapa temprana del diseño del inversor. Cirprotec ofrece una base PCB en forma de zócalo que puede alojar cualquiera de los cartuchos de protección contra sobretensión DC y AC estándar del “portfolio” general y PV, tanto de tipo 2 como tipo 1+2, y para cualquier valor de tensión.
¿Por qué protectores Cirprotec PS-PV para fotovoltaico?
El programa PS-PV de Cirprotec consta de una plataforma flexible de soluciones para la protección contra sobretensiones de líneas eléctricas y líneas de señal en equipos fotovoltaicos. Todos los cartuchos de sobretensión desenchufables de un módulo de ancho, se pueden usar indistintamente en las bases carril DIN o en las bases-zócalo PCB, tanto para tipo 2 como para tipo 1+2. El programa también está preparado para 1500 VDC y ofrece soluciones para aspectos específicos de energía fotovoltaica en el lado de DC para múltiples MPPT y en el lado de AC con tensiones reforzadas ante picos recurrentes (no transitorios). Los dispositivos son compatibles con IEC y UL. No se requiere ningún fusible previo en el lado de CC.
Más información en: www.cirprotec.es/pv
Product Manager SPD fotovoltaica en Cirprotec, Jordi Comellas Bové