Problemas de Calidad de Energía en Plantas Fotovoltaicas

Hoy en día hay un aumento significativo de plantas fotovoltaicas interconectadas a las redes eléctricas regionales y nacionales, que ayudan a cumplir los objetivos de descarbonización global. Incluso, en muchos lugares se ha optado por soluciones de energía distribuida que consiste en sistemas de paneles solares en instalaciones residenciales y comerciales.

En este sentido, las soluciones de fuentes de energía solar realmente ayudan en muchos sentidos a diversificar la matriz energética y a disminuir los costos de la electricidad en las empresas de servicio. Pero ¿realmente es una solución netamente óptima? ¿o estamos cambiando unos problemas por otros?

La verdad es que las redes eléctricas son sistemas dinámicos que pueden impactar el funcionamiento de las plantas fotovoltaicas. Así como también, los parques solares pueden afectar negativamente a las condiciones normales de operación de las redes eléctricas afectando la calidad de energía entregada a los clientes.

¿Cuáles son los Problemas de Calidad de Energía en Plantas Fotovoltaicas?

Los principales problemas que traen los parques solares al sistema eléctrico son las siguientes perturbaciones en el punto de interconexión:

  • Sobretensión.
  • Desbalance.
  • Potencia inversa.
  • Transitorios.
  • Armónicos.

Por lo tanto, es indispensable monitorear estas perturbaciones con el objetivo de tomar acción y mitigar los efectos a mediano y largo plazo.

Análisis de Calidad de Energía en Plantas Fotovoltaicas

La mejor manera de mitigar estos problemas es implementando analizadores o medidores de calidad de energía para examinar constantemente las perturbaciones que los PVs están entregando a la red en el punto de interconexión.

Analizador de Calidad de Energía. SATEC EM235
Analizador de Calidad de Energía. Fuente: SATEC EM235

A continuación, indicamos los principales parámetros que deben ser monitoreados por los medidores de calidad de energía.

1. Regulación de Voltaje

El objetivo de monitorear la regulación de voltaje de la planta fotovoltaica es asegurar que no se estén experimentando aumentos de voltaje que puedan provocar fallas prematuras.

Los problemas de sobretensión generalmente ocurren cuando las plantas solares se interconectan a la red en sistemas radiales. Cuando la red eléctrica entrega energía convencional desde el lado de “fuente” suele haber una pequeña caída de voltaje en el lado de “carga” debido a la impedancia de la red radial.

En este caso, cuando se interconecta un sistema fotovoltaico en el lado “carga” de la red radial, su energía fluye hacia el lado “fuente” y como consecuencia puede causar un aumento de voltaje en el lado “carga” que varía dependiendo de la longitud y diámetro de los cables, así como de la cantidad de energía que se retroalimenta a la red.

Este problema se puede corregir a través de la tecnología de los inversores o de ciertos sistemas de control y protección especializados para sistemas fotovoltaicos. De lo contrario, si no se corrige la sobretensión, puede traer como consecuencia la falla prematura de los motores conectados a la red, como los asociados a los aires acondicionados, máquinas de lavado, refrigeradores, entre otros.

2. Cambio Rápido de Voltaje (RVC)

Se debe monitorear si el parque solar está presentando cambios rápidos de voltaje (RVC: Rapid Voltage Change) que pueden generar parpadeo de la luz en los clientes conectados a la red. En este sentido, el RVC es el parámetro indicador de la estabilidad de voltaje entregado a la red.

3. Desbalance

Es recomendable monitorear el posible desbalance de voltaje en el punto de interconexión a la red para poder determinar si la planta solar está creando condiciones de desbalance en la red de distribución que pueda afectar a otros sistemas.

Medidor de Calidad de Energía. SATEC PM135.
Medidor de Calidad de Energía. SATEC PM135.

Típicamente, el desbalance ocurre cuando se conectan múltiples sistemas fotovoltaicos a la misma fase de una red radial. De modo que, en sistemas trifásicos, esa fase tendrá un voltaje más alto que las demás fases, ocasionando grandes desequilibrios de corriente.

Por otro lado, se tiene el problema de potencia inversa que ocurre en redes radiales, en que los relés de protección están configurados para que la energía fluya desde el lado “fuente” hacia el lado “carga”. En este caso, si se interconecta un sistema fotovoltaico en el lado carga, la energía va a fluir en la dirección contraria en la que inicialmente fue predefinido el flujo normal de energía en esa red radial. Lo que podría ocasionar disparos erróneos de los relés de protecciones si no se toman las previsiones para actualizar la configuración de los relés de la red eléctrica y adaptarlos a los nuevos cambios de flujo de energía.

4. Transitorios

Los transitorios de alta velocidad deben monitorearse para evitar que ocasionen fallas prematuras de los dispositivos electrónicos de los clientes conectados a la red.

Cuando la radiación solar cambia, ya sea por nubes, contaminación o cualquier otra causa, la salida de la planta fotovoltaica cambia casi instantáneamente. De modo que, si el sistema no está equipado con dispositivos que mitiguen este efecto, puede inyectar transitorios de alta frecuencia en la red eléctrica.

Imagen Referencial: Calidad de Energía
Imagen Referencial: Calidad de Energía. Fuente: SATEC

5. Armónicos

Los armónicos siempre deben monitorearse, ya que los inversores utilizados en las plantas fotovoltaicas crean armónicos de voltaje y de corriente de muy alta frecuencia, entre el 39 y el 49. De modo que, si se presentan en exceso, pueden provocar el calentamiento de los conductores y, por lo tanto, producir fallas de aislamiento en cables, motores y transformadores.

Cuanto mayor sea la frecuencia del armónico, mayores serán los efectos de calentamiento en los cables, debido al aumento de las corrientes de Foucault que generan un mayor efecto piel.

Conclusión

Efectivamente, las soluciones de fuentes de energía solar traen innumerables beneficios para los sistemas eléctricos nacionales, regionales, comerciales y residenciales. Sin embargo, no se deben descuidar los parámetros de calidad de energía para evitar daños y perturbaciones en cascada tanto en la red eléctrica como en los equipos domésticos de los usuarios conectados. Es primordial implementar medidores de calidad de energía en el punto de interconexión de las plantas solares para garantizar que estén operando dentro de los rangos óptimos de operación.

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Fuentes

Megger. A Guide to Power Quality Testing. Norristown, PA 19403 USA, 2018.

Suministros Eléctricos · NBS Supply & Services

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