1000 Vac: la próxima evolución de las plantas fotovoltaicas utility-scale

Ahora, el sector comienza a dar un nuevo paso. La aparición de los primeros inversores de 1000 Vac para plantas fotovoltaicas utility-scale marca el inicio de una nueva evolución en el diseño de las infraestructuras eléctricas de estas instalaciones.

Nuestro compromiso es seguir desarrollando soluciones preparadas para responder a los nuevos requisitos: seguras, eficientes y escalables, que acompañen la evolución del mercado y contribuyan a construir infraestructuras energéticas más fiables y sostenibles.

Por eso, en Pronutec ya estamos trabajando para acompañar esta transición, desarrollando bases portafusibles y cuadros de agrupación para aplicaciones fotovoltaicas de 1000 Vac, preparados para los nuevos requisitos eléctricos y de protección que plantea este aumento de tensión.

Los fabricantes de inversores fotovoltaicos impulsan el cambio hacia los 1000 Vac

Esta evolución no parte de los fabricantes de cuadros eléctricos. Los principales fabricantes de inversores están impulsando una nueva generación de soluciones utility-scale, con inversores string que ya alcanzan potencias en el entorno de los 500 kW y arquitecturas de salida de 1000 Vac.

El objetivo es aumentar la potencia gestionada por cada unidad y permitir bloques de generación de mayor tamaño, con soluciones que ya plantean bloques superiores a 7 MW, optimizando al mismo tiempo el Balance of System (BOS) y el LCOE de las grandes plantas fotovoltaicas.

Este cambio tiene un efecto directo sobre el resto de la instalación. Si los inversores evolucionan hacia 1000 Vac, también deben hacerlo los equipos encargados de proteger, agrupar y transportar su salida AC hasta el transformador. Fusibles, bases portafusibles, cables, cuadros de agrupación y otros componentes pasan así a formar parte de esta evolución tecnológica.

¿Por qué pasar de 800 Vac a 1000 Vac en plantas fotovoltaicas?

El principio eléctrico que impulsa esta evolución es sencillo. En un sistema trifásico, la potencia viene determinada por:

P = √3 · V · I · cos φ

Para transmitir la misma potencia, aumentar la tensión permite reducir la corriente.

Por ejemplo, para una potencia de 500 kW y considerando un factor de potencia próximo a 1:

Pasar de 800 Vac a 1000 Vac permite reducir aproximadamente un 20 % la corriente necesaria para transportar la misma potencia.

Como las pérdidas resistivas son proporcionales al cuadrado de la corriente, esta reducción podría representar teóricamente hasta un 36 % menos de pérdidas en un conductor de la misma resistencia. En la práctica, el diseñador puede aprovechar esta ventaja para optimizar pérdidas, secciones de conductor, distancias o potencia transportada.

+25 % tensión → −20 % corriente → hasta −36 % pérdidas I²R, manteniendo R constante.

El objetivo final no es únicamente aumentar la tensión, sino optimizar la arquitectura global de la planta y su Balance of System (BOS).

¿Qué ventajas pueden aportar los 1000 Vac a las plantas fotovoltaicas?

• Menores pérdidas eléctricas

Las pérdidas resistivas en los conductores dependen del cuadrado de la corriente:

P pérdidas = 3 · I² · R

Por tanto, reducir la corriente disminuye las pérdidas por efecto Joule. El beneficio real dependerá del diseño final de la instalación, ya que parte de esta ventaja puede utilizarse para optimizar las secciones de los conductores.

• Optimización del cableado

Una menor corriente permite estudiar secciones de conductor más reducidas o transportar mayores potencias para unas mismas condiciones de cableado y caída de tensión, dependiendo de las necesidades de cada planta.

En grandes instalaciones fotovoltaicas, donde existen importantes longitudes de cableado AC, esta optimización puede tener un impacto significativo en el consumo de cobre y en el coste de instalación.

• Optimización del Balance of System

La combinación de inversores de mayor potencia y arquitecturas de 1000 Vac permite plantear bloques de potencia mayores y nuevas configuraciones de agrupación.

Esto abre oportunidades para optimizar el número y dimensionamiento de cables, cuadros de agrupación, conexiones y otros elementos situados entre los inversores y el transformador.

1000 Vac: menor corriente, pero mayores exigencias eléctricas

Las ventajas asociadas al aumento de tensión vienen acompañadas de nuevos retos técnicos.

Mientras que la reducción de corriente puede resultar favorable desde el punto de vista térmico, trabajar a 1000 Vac aumenta las exigencias dieléctricas sobre los equipos de baja tensión.

Los equipos destinados a estas nuevas arquitecturas deben considerar aspectos como:

• coordinación de aislamiento y distancias eléctricas;
• comportamiento dieléctrico de aislamientos, embarrados y conexiones;
• capacidad de seccionamiento y maniobra a 1000 Vac;
• fusibles y bases portafusibles específicamente adecuados para este nivel de tensión;
• comportamiento frente a cortocircuitos;
• coordinación entre los diferentes dispositivos de protección;
• adecuación de los componentes auxiliares, sistemas de medida y monitorización.

Por tanto, un cuadro de 1000 Vac no es simplemente un cuadro de 800 Vac trabajando a una tensión superior. Los componentes y el conjunto deben estar diseñados y verificados para las nuevas condiciones de funcionamiento.

¿Qué implican los 1000Vac para los cuadros de agrupación fotovoltaicos?

La llegada de inversores fotovoltaicos de 1000 Vac hace necesario que evolucione también toda la infraestructura eléctrica situada aguas abajo de los inversores.

Las líneas AC deben poder ser protegidas y seccionadas antes de su agrupación en el embarrado común, y el conjunto del cuadro debe estar preparado para distribuir potencias cada vez mayores manteniendo los requisitos de seguridad, fiabilidad y eficiencia.

Esto requiere desarrollar específicamente protecciones, bases portafusibles, embarrados y cuadros eléctricos para 1000 Vac, así como validar su funcionamiento como parte del sistema.

Pronutec: protección y cuadros eléctricos para 1000 Vac

En Pronutec estamos trabajando en el desarrollo de una nueva generación de bases portafusibles de 1000 Vac y cuadros de agrupación para plantas fotovoltaicas utility-scale, anticipándonos a la evolución que ya está comenzando en los inversores.

La disponibilidad de nuevos fusibles para aplicaciones de 1000 Vac, prevista a corto plazo, permitirá completar la validación de estas nuevas soluciones de protección y avanzar hacia su industrialización.

El objetivo es claro: que cuando los inversores de 1000 Vac comiencen a incorporarse de forma generalizada a nuevos proyectos fotovoltaicos, la infraestructura de baja tensión necesaria para proteger, agrupar y distribuir su energía esté también preparada para dar el salto a los 1000 Vac.