06 mayo 2012

Guía para interconectar sistemas fotovoltaicos en redes de distribución secundarias (1ª PARTE)

Ejemplo de diseño de sistema de distribución radial
El autoconsumo fotovoltaico es la nueva estrategia de generación eléctrica que de forma inminente se va a implantar en España. Un nuevo reto aparece para los ingenieros que deseen incursionar en esta apasionante forma de ver la energía. En esta nueva guía vamos a hablar de la forma de interconectar sistemas fotovoltaicos a las redes eléctricas convencionales.


Las instalaciones fotovoltaicas reducen la carga del cliente y durante las conexiones de carga mínima pueden exportar la energía a las redes públicas mediante una transacción conocida como “balance neto”. Los integradores del sistema fotovoltaico deben diseñar sistemas que operan en paralelo con los sistemas de las distribuidoras. La mayoría de estos sistemas están conectados a los sistemas conocidos como sistemas de distribución eléctrica radial. En un sistema radial (el tipo más común de sistema de distribución) la energía eléctrica es suministrada desde una única fuente y el sistema no contiene bucles cerrados.

Un tipo menos común de sistema de distribución eléctrica, conocido como un sistema de distribución de red secundaria (o simplemente una red), típicamente no tienen generación en paralelo. Varios diseñadores de sistemas fotovoltaicos han desarrollado en los últimos años sistemas para ser integrados en las redes secundarias.

Las redes difieren de los sistemas de distribución radiales debido a que múltiples alimentadores suministran a numerosos transformadores en el lado secundario que sirve a la carga del cliente. Las redes se diseñan para proporcionar excelente fiabilidad de servicio y capacidad para servir a grandes cargas, tales como los altos edificios.

Las redes incorporan dispositivos de protección especiales, conocidos como un “protector de red” (NP), que se instala en el lado de bajo voltaje de cada transformador de red. Las redes están diseñadas para proporcionar excelente fiabilidad de servicio y una capacidad para servir grandes cargas, tales como edificios altos. Sin embargo, durante una condición de cortocircuito (conocido como fallo) en el lado de alto voltaje de uno de los transformadores de red, la dirección del flujo de corriente se invertirá.  Los relés NP están diseñados para detectar esta inversión e iniciar la apertura de NP para eliminar la contribución de la corriente de fallo de los alimentadores. Este diseño previene el flujo de corriente no deseado en caso de un fallo del circuito desenergizado, y permite a la red mantener su servicio ininterrumpido. Este diseño previene un flujo de corriente no deseado en caso de un fallo en el circuito desenergizado, y permite a la red mantener un servicio ininterrumpido a sus clientes. Cuando diseñamos un sistema fotovoltaico, es importante asegurar que el sistema fotovoltaico no hará saltar las protecciones de la red.

Las empresas distribuidoras que permiten interconexión de sistemas fotovoltaicos en sus redes secundarias usualmente aseguran que la energía producida no es realimentada hacia el sistema requiriendo un flujo de potencia umbral mínimo hacia el cliente. Para evitar la realimentación del sistema PV podemos usar alguno de los siguientes métodos:
  • Mantener el sistema fotovoltaico dimensionado por debajo de la carga diaria en el contador del cliente. Para hacer esto, el sistema se diseña para asegurar que la carga del sitio está siempre extrayendo algo de energía de la red si oportunidad de exportar energía del sistema fotovoltaico a la red.
  • Instalar un relé de importación mínima (MIR) o un relé de potencia inversa (RPR). El MIR desconectará el sistema PV si el flujo de potencia de la distribuidora cae por debajo de un valor preseleccionado, mientras que el RPR desconectará el sistema PV si el caudal de potencia de la compañía eléctrica cae a cero so si invierte la dirección.
  • Instalar un inversor controlado dinámicamente (DCI). Este inversor controla la salida del inversor del sistema PV. Este tipo de sistema controla el nivel de energía entrando en la localización del cliente y cómo desciende la producción de energía fotovoltaica si la carga cae por debajo de un umbral específico. Este sistema sería una alternativa más deseable.
  • Permitir que los sistemas PV más pequeños conecten a la red. La mayoría de los sistemas PV, de 30 kW o menos, en una red secundaria tendrán una oportunidad limitada para realimentarse a la compañía distribuidora, y tal cantidad de energía puede ser aceptable para la distribuidora local.

Comprendiendo los sistemas de distribución de energía eléctrica

La mayoría de los consumidores utilizan electricidad suministrada por las distribuidoras eléctricas. 

Normalmente se usa un sistema de distribución radial desde las subestaciones, a través de alimentadores de distribución, y transformadores a las casas o negocios.

La mayoría de los diseños de las distribuidoras son sistemas radiales en bucle abierto, que proporcionan una mayor flexibilidad para servir a cargas cambiantes o conmutar ante el fallo de un equipo. Este diseño, de naturaleza radial, permite a la distribuidora ajustar el sistema de distribución abriendo y cerrando una serie de conmutadores de medio voltaje en el bucle.

Hay un pequeño porcentaje de clientes que usan sistemas selectivos primarios o secundarios, en los cuales están disponibles dos o más fuentes disponibles. Estos sistemas están diseñados para reducir el tiempo de apagones comparando con sistemas radiales.

Los sistemas selectivos secundarios o primarios están diseñados para mantener energía continuamente en cargas críticas tales como hospitales, centros de datos, etc.

En muchas áreas metropolitanas, los proporcionadores de servicios eléctricos usan otros sistemas de distribución eléctrica llamado red. Las redes usan alimentadores múltiples y transformadores múltiples para servir al cliente. Estas redes pueden trabajar de dos formas que se denominan “spot” o “grid”.

El término grid a menudo se usa en las discusiones en los sistemas de transmisión. Si bien las redes secundarias están dispuestas en una configuración grid, otros tipos de sistemas de distribución no están en configuración grid.

En la siguiente figura vemos un ejemplo de diseño de sistema de distribución radial con múltiples alimentadores.

Ver 2ª PARTE
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