Los estándares de tensión de aislamiento de cables, módulos y conexiones fotovoltaicas han evolucionado con el tiempo. Los primeros sistemas fotovoltaicos aplicados comercialmente tenían como estándar una tensión de aislamiento de 600 V, que luego cambió a 1000 V y, más recientemente, a 1500 V. La evolución de las tensiones admisibles en los sistemas fotovoltaicos estuvo acompañada de un aumento de las tensiones máximas típicas apoyado por inversores. Por tanto, el diseñador tiene cada vez más opciones para trabajar con strings desde 1000 V hasta 1500 V. En general, cuando aumentamos la tensión de trabajo de los strings, el tema que merece más atención es asegurar el nivel de aislamiento de los componentes (cables, módulos, interruptores y fusibles, por ejemplo). Cuando aumentamos la corriente, por regla general, necesitamos aumentar la sección de los conductores y adaptarlos a las temperaturas de funcionamiento. Así, si imaginamos un conjunto de módulos dispuestos en serie y en paralelo, cuando elegimos trabajar con tensiones más altas (cadenas más largas y menos cadenas en paralelo), tendemos a trabajar con cables de menor sección y menos fusibles, disyuntores y autobuses, ya que tenemos menos cadenas en paralelo. Para ilustrar la ventaja de trabajar con strings de tensión máxima de 1500 V en lugar de 1000 V, compararemos el dimensionamiento de un sistema fotovoltaico con dos modelos de inversores diferentes. Tomemos como base para este ejemplo los inversores 125K-HV-5G (1000 V) y 125K-EHV-5G (1500 V), ambos fabricados por Solis.Solis y con la misma potencia nominal, pero con diferentes tensiones máximas. Es importante señalar que esta comparación no se realiza en términos de energía producida, ya que los inversores seleccionados tienen diferentes números de entradas MPPT, lo que puede producir resultados diferentes según la aplicación. Esta será una comparación de la complejidad y el costo del cableado. Para que la comparación entre las topologías de 1000 V y 1500 V dependa menos del modelo de inversor específico en el ejemplo, imaginemos que es necesario paralelizar todas las cadenas en una caja de cadenas y dejar un par de cables de CC para el inversor. Para componer este sistema utilizaremos módulos de 400 Wp de Resucitado, según los siguientes datos:
Compondremos un sistema de 150 kWp, dejando ligeramente sobrecargados los inversores de 125 kW. Para alcanzar los 150 kW de potencia DC necesitaremos 375 módulos de 400 W. Empezaremos por determinar el número máximo de módulos en serie, considerando una temperatura ambiente mínima por las mañanas de 10ºC. Para ello, necesitaremos calcular el Voc corregido para esta temperatura:
Variación de Voc = (Temperatura ambiente – Temp. STC) x Coeficiente de variación de Voc
Variación = (10-25) x -0,29 = +4,35%
Voc corregido por temperatura = Voc_STC x (1+ 4,35%) = 50,7 V
El número máximo de módulos en serie para el inversor de 1000 V será entonces:
1000 / 50,7 = 19 unidades (redondeando hacia abajo)
Y para el inversor de 1500 V:
1500 V / 50,7 = 29 unidades (redondeando hacia abajo)
Para llegar al número de cadenas en paralelo necesarias, podemos dividir el número total de módulos por el número de módulos por cadena para cada una de las situaciones: Para el sistema de 1000 V:
375/19 = 20 cuerdas en paralelo (redondeando hacia arriba)
Para sistema de 1500V:
375/29 = 13 cuerdas en paralelo (redondeando hacia arriba)
Como todas las cadenas son paralelas, es obligatorio utilizar fusibles en al menos uno de los conductores. El sistema de 1000 V necesitará 20 fusibles, mientras que el sistema de 1500 V sólo necesitará 13 fusibles. Esto permite elegir cajas de cuerdas que sean físicamente más pequeñas y tengan un menor costo por unidad.
Imaginemos que existe una distancia media de 10 m entre los módulos y el string-box. Por lo tanto, el sistema de 1000 V necesitaría 200 m de conductor positivo y otros 200 m de conductor negativo para conectar las cuerdas a la caja de cuerdas. En el sistema de 1500 V sólo necesitamos 130 m para el positivo y 130 m para el negativo. Utilizando los criterios de dimensionamiento de conductores de las normas NBR 16690 y NBR 16612, también notamos otra diferencia importante entre los sistemas: el conductor para el sistema de 1000 V debe ser de 95 mm² y el conductor para el sistema de 1500 V puede ser de 50 mm². Dependiendo de la distancia desde la caja de strings hasta el inversor, la diferencia de coste puede ser considerable. Puedes leer más sobre el tamaño del cable en el artículo. Dimensionado de cables y protecciones en sistemas fotovoltaicos.. A continuación se presenta la Tabla C.3 de la norma NBR 16612:
Con base en los lineamientos regulatorios y las características del proyecto, tenemos los siguientes resultados:
En este ejemplo comparamos sistemas de 1000 V y 1500 V para una potencia de 150 kWp (y un inversor de 125 kW). Si consideráramos una planta de mayor escala (como 6,5 MWp, por ejemplo), tendríamos diferencias mucho más significativas: 303 fusibles y 6000 m de cable menos para la solución de 1500 V respecto a la de 1000 V, facilidad de instalación, diseño y calidad. manipulación de menos cables en obra.
Cuidado de sistemas de 1500V
Al trabajar con un nivel de tensión superior, la intensidad de los arcos eléctricos en caso de avería es mayor. Por lo tanto, debemos asegurarnos de que todos los componentes sean compatibles con 1500V, a saber: módulos, cables, fusibles, portafusibles, disyuntores, interruptores, buses, protectores contra sobretensiones (DPS) e inversores. Utilizando los componentes correctos, no existen mayores riesgos al utilizar sistemas de 1500 V en lugar de 1000 V. Los componentes adecuados para 1500 V pueden tener un coste mayor que los componentes para sistemas de 1000 V, pero la experiencia del mercado demuestra que esta diferencia se cubre fácilmente con el beneficio. de tener menos cadenas, fusibles, cables y mano de obra en sistemas de mayor voltaje. La ventaja de utilizar sistemas de 1500 V es proporcional al tamaño del sistema. Para sistemas pequeños no existe una diferencia significativa en el coste de fusibles, cajas de cables y cables en relación a los sistemas de 1000 V. Desde el punto de vista de la seguridad de la instalación, los dos tipos de sistemas fotovoltaicos, con 1000 V y 1500 V, son los siguientes. idéntico. Como se mencionó anteriormente, los componentes deben estar correctamente especificados, de acuerdo al nivel de voltaje utilizado. Además de esto, la norma NBR 5410, que regula los circuitos de baja tensión (categoría en la que entran los sistemas fotovoltaicos), establece que los sistemas que trabajan por encima de 1000 V sólo pueden ser accedidos por personas clasificadas como calificadas, como se muestra en la siguiente tabla:
Conclusión
ConclusiónEn el mercado conviven sistemas fotovoltaicos de 1000 V y 1500 V. Todos los componentes deben ser compatibles con el nivel de voltaje elegido. Desde el punto de vista de la seguridad, la elección del nivel de tensión es irrelevante, tanto para el funcionamiento de los sistemas como para las personas. Según la NBR 5410, se exige la misma calificación a las personas que trabajan en sistemas con cualquier tensión superior a 1000 V. En sistemas pequeños, la diferencia entre trabajar con 1000 V o 1500 V apenas se nota. Por otro lado, a gran escala, la elección del voltaje puede tener un gran impacto en la longitud de los circuitos y los costos de instalación. Un sistema de 1500 V, como se ejemplifica en este artículo, permite la formación de cadenas más largas y el uso de un número reducido de cadenas paralelas. Al contar con menos circuitos de strings, se reduce el número de cables y se necesitan cables de menor calibre en las conexiones entre las cajas de strings y los inversores. Los fabricantes de inversores proporcionan equipos aptos para funcionar con tensiones de 1000 V y 1500 V. La tensión máxima soportada por el inversor incide directamente en el número de módulos de cada string, que debe determinarse en función de la tensión en circuito abierto de los módulos fotovoltaicos (corregida por según la temperatura más baja del lugar donde operarán).
Una respuesta
Buenas tardes.
Creo que hay un error en el cálculo del voltaje corregido.
Considerando cómo funciona el panel, es intuitivo entender que su voltaje de funcionamiento disminuirá a medida que aumente la temperatura ambiente.
Analizando el cálculo, se puede notar que al considerar la temperatura (de la placa y del ambiente) hubo una resta (10 – 25), cuando debería haber habido un aumento (10 + 25). Este aumento debe considerarse porque en las condiciones de prueba, el ambiente está a 0 grados y la temperatura en la placa es de 25, por lo que cuanto más caliente sea el ambiente, mayor será la temperatura en la placa. Con estas consideraciones hechas, es posible recalcular la ecuación considerando que ahora el término (10+25)*(-0,0029), que es la variación de la tensión de salida (Voc) en relación a la temperatura, pasa a ser -0,1015 lo que representa una caída del 10,15% en el valor de Voc.