Sistemas fotovoltaicos para la generación distribuida

Credito: Revista Energy Management    Fotografia: Equipos Eléctricos

La Reforma Energética ha sido el detonante de las tecnologías de generación limpia en el país, aclarando el marco regulatorio y creando esquemas de contraprestaciones más justas. Ante la expectativa de crecimiento exponencial de las fuentes alternativas de energía, resulta indispensable el adecuado dimensionamiento y ejecución de las instalaciones eléctricas fotovoltaicas. En la actualidad, el integrador fotovoltaico ofrece el servido para la instalación de una solución de Generación Distribuida.

Ésta incluye:

  • Dimensionamiento energético, tarifario, eléctrico y estructural
  • Visita de levantamiento y simulación de generación de energía limpia
  • Instalación del sistema fotovoltaico
  • Trámites con Comisión Federal de Electricidad (C.F.E) – Suministrador de Servicios Básicos (SSB)

Cada uno de estos procesos está evolucionando rápidamente y hoy es posible emplear drones y programas de simulación especializado para facilitar el diseño, estudios e instalación para la energía solar en Generación Distribuida.

En un sistema fotovoltaico, en consecuencia, es de suma importancia seleccionar los equipos que lo conforman y, dependiendo de las características del proyecto, determinar la selección correcta de paneles solares, inversores, estructura y monitoreo.

En muchas ocasiones, el panel solar se selecciona por su precio o país de origen; sin embargo, existen factores más importantes para la elección de estos componentes. Cada uno debe escogerse buscando la mejor economía a corto, mediano y largo plazo para el consumidor.

Esto se puede determinar mediante el factor LCOE (Levelized Cost of Energy o costo nivelado de energía), pues no necesariamente el panel más barato será el que brinde el mejor costo beneficio, según el precio de energía proyectado para los próximos años.

Panel solar

Está compuesto por un conjunto de celdas interconectadas, encapsuladas bajo un vidrio para su protección y durabilidad. Existen diferentes tecnologías y tipos de arquitectura de paneles solares. Su objetivo es hacer más eficiente el sistema, generando más energía en el menor espacio posible y por un tiempo más largo.

La estrategia de los fabricantes de paneles es buscar, en algunos casos, el costo más bajo de fabricación y, en otros, el menor precio nivelado de energía para este componente dentro del sistema fotovoltaico. El estándar de garantía es de 10 años por defectos de fabricación y 25 años de rendimiento 1 eficiencia de la celda.

Inversor

Prácticamente es el cerebro del sistema. Aquí es donde se convierte la Corriente Directa en Alterna, para después sincronizarse a la red. Este equipo es el más dinámico, y en el cual se debe procurar contar con soporte y protección nacional. Estos equipos tienden a ofrecer 10 años de garantía.

Estructura

Cada celda necesita un método de sujeción y para ello cuenta con dispositivos de montaje para sistemas fotovoltaicos. Existen muchas instalaciones improvisadas, coloquialmente denominadas “hechizas» que solamente ponen en riesgo el seguro estructural de la inversión; igualmente, se corre el peligro de perder la garantía de los componentes que sujeta, en caso de no hacerlo como indica el fabricante del panel solar.

Las estructuras normalmente son fabricadas en aluminio anodizado para evitar la corrosión y alargar el tiempo de vida útil; además de que cuentan con una variedad de anclajes, los cuales avalan la resistencia estructural del sistema y la impermeabilización en los puntos de sujeción. Cabe mencionar que actualmente existen soluciones de montaje para casi cualquier tipo de cubierta existente.

Monitoreo

Lo que no se mide, no se controla. Los equipos de monitoreo permiten visualizar y medir la generación total o la de panel por panel en un sistema fotovoltaico. Es fundamental obtener información de la producción, para así lograr comparar su eficiencia y detectar alguna falla o bajo rendimiento, sin importar el tamaño de la instalación fotovoltaica. Para mantener el rendimiento óptimo del sistema, el monitoreo continuo y específico por panel es recomendado.

Instalación eléctrica en Corriente Directa y Corriente

Alterna Los principales equipos para una instalación fotovoltaica requieren de una buena instalación eléctrica, este es un punto crítico. De acuerdo con las reglas emitidas por la CRE (Comisión Reguladora de Energía), los sistemas fotovoltaicos con capacidad igual o mayor a 50kW, o que estén conectados en media tensión, requieren de una investigación por parte de una Unidad de Inspección.

Aunque la inspección es una buena práctica para asegurar una Instalación profesional, hoy nos encontramos con un cuello de botella, ya que existe poca oferta y alta demanda para este servicio.

Todas las Instalaciones abajo de 50kW no necesitan una previa Inspección antes de la Interconexión con CFE. Es en este punto donde muchos integradores descuidan la calidad y perjudican la vida útil del sistema completo. Sin embargo, el usuario o solicitante, podrá Incluirla inspección del sistema, previo a la Interconexión, con el fin de garantizar la correcta instalación, en cumplimiento de la normatividad vigente.

Los costos iniciales no lo definen todo

Vale la pena recordar que, al elegir un sistema fotovoltaico, no se están adquiriendo fierros sino energía por los siguientes 20 a 30 años. Como la vivienda, la energía es una necesidad, y debemos no mal preciar estas soluciones, pues la confiabilidad de ésta dependerá mucho del instalador y la selección de productos.

La energía puede ser mucho más cara, si cada cinco años hay que cambiar algún componente, pero al trabajar con marcas confiables, productos de calidad, soporte local y garantías amplias, podemos reducir este riesgo y optimizar nuestro costo nivelado de energía. Es así como los generadores centralizados toman la decisión de invertir en una u otra tecnología, y es de esta forma que se debe evaluar la Generación Distribuida.

Mantenimiento

Los sistemas fotovoltaicos destacan como los más confiables para la Generación Centralizada y/o Distribuida. Esto se debe a que eliminan la fricción en el proceso de generación, siendo ésta la causa número uno de mantenimiento preventivo y correctivo.

El servicio preventivo es requerido cada seis meses, aproximadamente, además de una limpieza periódica con agua, con el fin de evitar que el polvo afecte el desempeño eficiente de los paneles. Lo anterior dependerá de las condiciones de la zona geográfica donde se realice la instalación. También es indispensable verificar los elementos estructurales, el impermeabilizante y comprobar que los conductores no estén dañados. En conclusión, la Generación Distribuida es ya una realidad en México, responsable del empoderamiento energético del “usuario consumidor», para dar origen al «usuario sustentable», es decir, uno que ahorra económicamente y reduce su huella de carbono.

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Aspectos fundamentales en instalaciones eléctricas en alta tensión

Credito: Revista Energy Management    Fotografia: Equipos Eléctricos

Tanto la seguridad como el funcionamiento satisfactorio de los equipos e instalaciones eléctricas son fundamentales para la transmisión de la energía, desde las grandes centrales generadoras. Por ello, conocer las reglas básicas de su diseño y operación es una labor indispensable para el sector, a fin de brindar el uso previsto y eficiente de la electricidad.

Norma oficial

La Norma Oficial Mexicana NOM-001- SEDE-2012 para la utilización de instalaciones eléctricas establece actualmente en su artículo 490-2 que la alta tensión es aquella cuyos valores son mayores a 600 volts. En lo referente a su diseño estipula que deben tomarse en cuenta tres aspectos básicos la seguridad, el funcionamiento satisfactorio y un cumplimiento acorde a la utilización prevista. Pero, ¿cómo se mide la seguridad? Esto no sólo en relación al cumplimento de esta norma, sino también para que la instalación funcione tanto en condiciones normales de operación como en caso de fallas.

Para los profesionales del sector es inadmisible permitir que los seres vivos corran el peligro de sufrir un choque eléctrico o corrientes de falla a tierra. Así mismo, se debe garantizar que los equipos no registrarán desperfectos debido a un cortocircuito o una sobrecarga. El objetivo, claro está, es lograr un funcionamiento satisfactorio de los equipos y de la instalación eléctrica.

Es necesario tener presente que las instalaciones eléctricas trabajan para servir a los equipos y se tienen que diseñar para ello, de acuerdo con los valores de tensión y corriente nominal más próximos posible. Por ejemplo, que las bombas de drenaje de un sistema operen a la velocidad requerida o que el nivel de iluminación cumpla con el objetivo de utilización previsto. Pero, si no se cumplen estos criterios, no se estaría aportando ningún valor al trabajo de los constructores electromecánicos.

Selección de equipo eléctrico

Todo equipo eléctrico debe seleccionarse para soportar con seguridad los esfuerzos, condiciones ambientales y características de la ubicación a las que estará sometido. Si un equipo no tiene las características de diseño correspondientes para su ubicación, puede utilizarse siempre y cuando se proteja por medios complementarios, los cuales sean parte de la instalación terminada. En este sentido, las condiciones ambientales son decisivas. Por ejemplo, si una instalación eléctrica está localizada 2,300 metros sobre el nivel del mar, los equipos deben tener la capacidad suficiente para trabajar a esa altitud, por el simple hecho de que a mayor altura la cantidad de aire disminuye; por lo tanto, los equipos podrían calentarse más porque tienen menos ventilación.

En algunas instalaciones existen plantas de emergencia cuya capacidad está diseñada a 1,000 metros sobre el nivel del mar, y cuyo desempeño disminuye 1 por ciento por cada 100 metros adicionales de altitud; por ejemplo, si éstas fueran instaladas en la Ciudad de México, cuya altura es de 2,240 metros, la capacidad disminuida de la planta sería 12.4 por ciento En consecuencia, tendrían que reconsiderarse los sistemas de protección que las acompañarían. En cuanto a los apartarrayos en una subestación, en la ingeniería eléctrica hay que tener presentes dos conceptos esenciales: corriente y tensión, el primero se refiere a la sección transversal de los conductores, barras, alambres, boquillas, es decir, todos los dispositivos que conduzcan la corriente. Para que los apartarrayos protejan adecuadamente el aislamiento del equipo, la tensión máxima de operación continua debe ser el inmediato superior a la tensión fase tierra de suministro. Otro aspecto a considerar (establecido por la Comisión Federal de Electricidad) es la coordinación de aislamiento y sus especificaciones técnicas de apartarrayos. Es primordial contar con un medio de desconexión general cerca de la acometida, a no más de cinco metros del equipo de medición (según lo establecido en 230-205 de la NOM-001-SEDE-2012). Posteriormente, hay que tener un interruptor de potencia en el lado de acometida que podría ser de tanque muerto o tanque vivo.

El apartado 924-10 de la NOM exige un interruptor de potencia principal en la subestación, acompañado de transforma-dores de corriente y de potencia para que trabajen los relevadores. Es fundamental revisar las características del interruptor de tanque vivo para interruptor principal que va a proteger los transformadores, es decir, las barras en 230 V.

De igual forma, son necesarias cuatro protecciones: contra cortocircuito, sobrecarga, fallas a tierra e interruptores por circuitos por falla a tierra, que son los que protegen a las personas.

Recomendaciones

Todo interruptor debe tener desconectadores de aislamiento y la subestación tiene que estar equipada con extintores de CO2, asimismo, son necesarias luces de emergencia en las salidas y tarimas aislantes frente a los equipos. Si hay transformadores de más de 69 kV, es imperioso colocar muros contenedores de fuego y los cuartos de baterías deben ser independientes.

Si lo que se busca es protegerlos con fusibles hay que considerar las curvas de los mismos. Para los capacitores debe contemplarse la corriente de cortocircuito y la corriente nominal del capacitor, por lo que se recomiendan fusibles 1.43 veces por arriba de la corriente nominal. En el caso de dos trayectorias de falla a tierra, éstas deberán ser independientes y no ocupar el mismo conducto de puesta a tierra ni estar conectadas a un mismo conductor. Es necesario que sean trayectorias independientes para que el sensor de falla a tierra de la protección funcione adecuadamente.

El sistema de puesta a tierra presenta sobretensiones y éstas deben drenarse a través de los electrodos. Esto porque un transformador conectado en Delta en una subestimación de alta tensión requiere un sistema de falla a tierra y de puesta a tierra para sobretensiones.

Finalmente, la NOM-001-SEDE-2012 señala que, si hay una bajada de puesta a tierra para el pararrayos y otra para la luz de obstrucción colocada en la antena, ambas deben interconectarse. No obstante, si esto se hace desde arriba, provocará que las dos trayectorias utilicen el mismo cable, tanto la descarga atmosférica como la corriente de falla a tierra que puede presentarse en la luz de obstrucción. Por ello, las interconexiones deberán realizarse en la parte inferior, siempre manejando trayectorias independientes. Como se observa, para disertar adecuadamente la instalación eléctrica existen valores normativos y reales que deben revisarse puntualmente.

Es por ello que en Equipos Eléctricos nos hemos distinguido siempre por manejar y seguir cada una de las normas establecidas ante Comisión Federal de Electricidad. El trabajo continuo de nuestro equipo ha permitido que la empresa sea reconocida a nivel nacional en todo proyecto que ejecutados o es solicitado para su gestión y construcción.

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Soluciones sustentables para transformadores

Credito: Revista Energy Management  Fotografia: Equipos Eléctricos

Prolec GE es pionero en soluciones sustentables para transformadores de uso industrial y subestación

Por Redacción, Fotografías: cortesía de Prolec GE

Desde hace 11 años, Prolec GE desarrolló y patentó el primer aceite vegetal dieléctrico en México: el VG-100® para uso en trasformadores de distribución y potencia. Gracias a las cualidades de la composición del fluido VG-100®, Prolec GE puede ofrecer no sólo productos superiores sino también soluciones ecológicas y sustentables.

¿Qué es el fluido VG-100®?
Es un fluido dieléctrico del tipo éster natural, obtenido a través de un proceso innovador para ser utilizado en transformadores. Este fluido fue desarrollado como una alternativa amigable con el medioambiente, ciento por ciento natural y biodegradable sin antioxidantes sintéticos, aditivos o componentes tóxicos derivados del petróleo, cumpliendo así con estándares internacionales como ASTM & IEEE.

¿De qué está compuesto el aceite VG-100®?
El VG-100® es un aceite ciento por ciento natural derivado de semillas de frijol de soya. Su composición química está basada en una mezcla de diferentes tipos de ácidos grasos y con un proceso de manufactura, mediante el cual se le dan las características y propiedades para su aplicación como fluido dieléctrico en transformadores.

En comparación con los aceites de origen mineral, el aceite VG-100® ofrece la ventaja de ser altamente resistente al fuego (alto punto de fuego), reduciendo así el riesgo de incendio de un transformador. Para tener una idea de esto, un aceite mineral convencional se incendia a los 160 °C, aproximadamente, mientras que el aceite VG-100® lo hace a los 360 °C.  Además, a diferencia del aceite mineral, este aceite tiene la característica de ser autoextinguible; es decir, al retirar la fuente de ignición el fuego se extingue.

Un transformador Prolec GE con VG-100® promete un alto nivel de seguridad en sus diversas aplicaciones, como en el caso de instalaciones bajo techo.

El aceite VG-100® es un fluido altamente y rápidamente biodegradable, además de considerarse una sustancia no tóxica para el ambiente, contrario a un aceite mineral, que si presenta afectaciones en casos de derrames del fluido del transformador. De esta manera, el VG-100® es una excelente opción ecológica y sustentable de origen mexicano para utilizarse en equipos eléctricos.

Durabilidad del transformador
El sistema aislante del transformador formado por VG-100® y celulosa presenta un tiempo de vida y una clase térmica superior al sistema aislante convencional con aceite mineral, lo cual se traduce en una mayor durabilidad y confiabilidad del equipo al estar en operación.

Estas ventajas permiten operar un transformador a una mayor temperatura o carga superior.

Validez internacional
El VG-100® cumple con estándares y normas internacionales de ASTM e IEEE, además existen organismos internacionales como la UL® y FM que avalan su uso como una solución confiable y segura.

Adaptable
El aceite VG-100® puede ser utilizado en transformadores que tienen tiempo en servicio llenos con otro tipo de aceite dieléctrico. Este proceso se conoce como retrofill y, al hacerlo, se tiene la ventaja de mejorar la vida restante del equipo eléctrico.

Es necesario tomar en cuenta que el sistema de preservación de aceite del aparato debe ser tipo sellado, con o sin tanque conservador, pues es necesario que el líquido pase por pruebas en aceptación de los estándares ASTM D6871, IEEE C57.147 o IEC 62770, para cumplir con un desempeño óptimo del aceite, además de que debe ser evaluado por un equipo de especialistas de Prolec GE.

Mayor viscosidad
Una mayor viscosidad cambia la impedancia acústica de un transformador y, por lo tanto, amortigua mejor las vibraciones, lo que permite reducir el nivel de ruido audible.

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