La creciente preocupación por las elevadas emisiones de CO2 y el impacto que estas tienen en el calentamiento global del planeta ha impulsado en estos últimos años la utilización de las energías renovables. Si bien hace ya bastantes años que se utiliza la energía solar para generar energía eléctrica,ha sido en estos últimos años cuando estas aplicaciones se han desarrollado profundamente, a lo que ha contribuido el marco legal vigente, que ha hecho de estas instalaciones una inversión rentable.
Estas instalaciones han ido creciendo en potencia y mejorando tecnológicamente y, en esta evolución, han aparecido nuevas necesidades de protección, especialmente en la parte de corriente continua(DC), donde debido al constante incremento de potencia de las plantas destinadas a ser conectadas a la red, es común que se alcancen tensiones superiores a los 800V DC. Atentos a estas nuevas necesidades, DF Electric ha desarrollado una gama de cartuchos fusibles y sus correspondientes bases portafusibles, especialmente diseñadas para las condiciones en que tienen que trabajar y actuar estas protecciones.
Estructura básica de una instalación fotovoltaica conectada a la redEn una instalación fotovoltaica (PV) la generación de energía se produce mediante la transformación de la luz solar en energía eléctrica (corriente continua), función realizada por las células fotovoltaicas, agrupadas en módulos, que a su vez son conectados en serie para sumar las tensiones formando grupos (strings). Varios de estos grupos se conectan en paralelo para sumar las corrientes. En este punto ya tenemos una gran potencia en corriente continua que se debe convertir a corriente alterna, función que realiza el inversor. Ya en la parte de corriente alterna tenemos las correspondientes protecciones, los equipos de medida destinados a cuantificar la energía aportada a la red y la aparamenta necesaria para realizar la conexión.
La instalación se complementa con las correspondientes protecciones contra las sobretensiones transitorias, tanto en la parte de continua como en la de alterna, diversos seccionadores que permiten cortar algunas secciones de la instalación para tareas de mantenimiento.
El material instalado en la parte de corriente alterna, es el normalmente utilizado en las instalaciones de baja tensión, sin embargo, es en la parte de corriente continua donde debido a las especiales condiciones de trabajo se han tenido que desarrollar materiales y componentes específicos para este tipo de instalaciones, desde cables hasta protectores de sobretensiones, seccionadores y lógicamente unos fusibles de protección adecuados.
Como las células fotovoltaicas cuando son cortocircuitadas aportan bajas corrientes de defecto, aquellas instalaciones pequeñas que tengan como máximo tres grupos (strings) de módulos fotovoltaicos, no es necesario que sean protegidas contra sobrecorrientes. A partir de cuatro deben protegerse siempre.
Protección contra sobrecargas y cortocircuitos en la parte de corriente continuaEn la parte de corriente continua las condiciones de trabajo tienen unas peculiaridades que hacen que la protección sea mucho más compleja:
- Corriente continua (DC): Es más difícil la interrupción de la corriente continua que la alterna. El hecho de que no pase por cero dificulta la extinción del arco en el interior del fusible (especialmente con corrientes débiles). La constante detiempo a considerar en la práctica es muy baja (del orden de L/R ? 1 ms) ya que la única inductancia del circuito es prácticamente la de los cables.
- Valores elevados de tensión: Con la finalidad de aumentar la potencia de las instalaciones y mejorar el rendimiento del sistema, se trabaja a tensiones elevadas (cerca de 900 V DC). Esto además posibilita que los inversores puedan trabajar sin transformador lo que redunda en un mejor rendimiento y en una reducción de costes.
- Corrientes de defecto débiles: Las células fotovoltaicas cuando son cortocircuitadas aportan bajas corrientes de defecto, por lo que los fusibles para esta aplicación (PV) deben ser capaces de interrumpir sobrecorrientes débiles. Estas condiciones, sumadas a que es corriente continua y con valores de de tensión elevados hacen que el fusible deba trabajar en condiciones muy difíciles.
- Variación constante de corriente: Los ciclos día/noche y el paso de nubes hacen que la corriente varíe continuamente a través de los fusibles, generando continuos calentamientos y enfriamientos que producen stress térmico y mecánico en los materiales, especialmente en el elemento de fusión.
Si el fusible no está preparado para ello, se produce un envejecimiento prematuro que provoca la fusión intempestiva del mismo, con la consiguiente desconexión del grupo de módulos, la pérdida de potencia generada y la necesidad de intervenir para la reposición del mismo, con los perjuicios económicos que se derivan.
Por todos estos motivos, no deben utilizarse fusibles de uso general gG en la parte de DC, ya que no cumplen los requisitos para estas instalaciones y en caso de defecto no pueden interrumpir la corriente de forma segura, con resultados catastróficos para el resto de la instalación y para las personas.
DF Electric ha desarrollado una gama de cartuchos fusibles y sus correspondientes bases portafusibles, especialmente diseñadas para las condiciones en que tienen que trabajar y actuar estas protecciones.
Los cartuchos fusibles son cilíndricos de tamaño 10x38, que es una talla muy generalizada para esta aplicación y suelen montarse en bases portafusibles modulares con grado de protección IP20. Estas bases deben estar diseñadas para poder trabajar a los niveles de tensión requeridos en cuanto a materiales, líneas de fuga y distancias de aislamiento.
Instalación y selección de la protección del lado de DCA menudo, a proyectistas e instaladores les surgen dudas acerca de cómo deben seleccionarse estas protecciones. Unos criterios básicos para la correcta aplicación de este tipo de protección serían los siguientes:
En cada grupo de módulos deben colocarse dos fusibles, uno en la polaridad negativa y otro en la negativa.
Si partimos de la base que utilizamos fusibles específicos para este tipo de instalaciones, los dos parámetros básicos a tener en cuenta para una correcta selección serán la tensión y la corriente asignada.
Para determinar la tensión asignada mínima del fusible debemos considerar los siguientes datos:
- Tensión de circuito abierto de los módulos PV (VOC STC)
- Número de módulos conectados en serie (M).
- Factor de seguridad (al menos 10%).
Así, la tensión asignada en DC mínima de los fusibles será:
La tensión de circuito abierto de los módulos V
OC (STC) es la tensión máxima que un módulo fotovoltaico puede dar cuando funciona en vacío (sin ninguna carga conectada) en unas condiciones de ensayo determinadas (STC =
Standard Test Condition) y es un dato indicado por el fabricante de los módulos fotovoltaicos. Para escoger la corriente asignada del fusible, los puntos a contemplar serán:
- Intensidad de cortocircuito de los módulos ISC (STC)
- Factor de corrección por variación de la corriente.
- Factor de corrección de la temperatura ambiente.
La intensidad de cortocircuito de los módulos I
SC (STC) es la corriente máxima que un módulo fotovoltaico puede dar en unas condiciones de ensayo determinadas y es un dato indicado por el fabricante de los módulos fotovoltaicos.
Dadas las condiciones de funcionamiento de este tipo de instalaciones, debemos aplicar un factor de corrección por variación de la corriente (recomendado 0,85).
La temperatura ambiente en el interior de las cajas puede alcanzar fácilmente valores de 40ºC ó 45ºC (para climas tropicales hay que considerar incluso valores más elevados) y esto afecta al funcionamiento del cartucho fusible. Así si tomamos como referencia el valor de 45ºC se debe aplicar un factor de corrección de aproximadamente 0,90.
Con las consideraciones anteriores, la corriente asignada del fusible deberá ser:
Miquel PérezJefe de Laboratorio
DF ELECTRIC
Expertos en protección eléctrica
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www.df-sa.esEtiquetas: fusibles, fusibles para aplicaciones fotovoltaicas, protección de instalaciones fotovoltaicas
