Tamaño del cable fotovoltaico punto 1: Conductores de salida del inversor

Nov 07, 2023

Por Joe Jancauskas, ingeniero eléctrico sénior en Castillo Engineering | 4 de abril de 2023

Crédito: Ingeniería Castillo

En segundo lugar después de las clasificaciones de los módulos fotovoltaicos, nada cambia más rápido que las clasificaciones de kilovatios del inversor. De hecho, los fabricantes de inversores renuevan las clasificaciones de los productos con tanta frecuencia que la reducción de la clasificación de los inversores se está convirtiendo en un lugar común para mantener la clasificación de corriente alterna (CA) de interconexión igual y evitar volver a ingresar a la engorrosa cola de análisis de servicios públicos. Además, existen conceptos erróneos generalizados sobre cómo dimensionar correctamente conductores de salida de CA del inversor a la luz de la reducción de potencia del inversor, particularmente para inversores centrales, que resultan en costos de material innecesarios y pérdida de tiempo.

A continuación, proporciono una introducción a las clasificaciones de los inversores para las tres categorías principales de inversores; las reducciones de potencia de los inversores predominantes que en gran medida están siendo aceptadas y verificadas por las empresas de servicios públicos; y cómo ahorrar tiempo y dinero al dimensionar correctamente los conductores de salida del inversor.

Clasificaciones para diferentes categorías de inversores

Hay tres categorías principales de inversores, y vale la pena mirar una selección de clasificaciones disponibles recientemente para cada grupo como antecedentes sobre el tema del dimensionamiento de cables para inversores centrales y de cadena:

1.Inversores string monofásicos:

Estos inversores vienen en una asombrosa variedad de tamaños, con mucha granularidad de kilovatios, de 2 a 12 kW con muchas iteraciones intermedias.

2.Inversores string trifásicos:

En el rango de kilovatios más bajo, estos inversores tienen la misma granularidad de kilovatios altos que los inversores de cadena monofásicos; sin embargo, en el extremo más alto del rango, hay brechas más grandes en las clasificaciones de kW, ya que los fabricantes siguen aumentando los tamaños disponibles. Estos inversores pueden variar de 2 a 275 kW.

3.Inversores centrales:

La definición de qué calificación constituye un inversor "central" está en constante movimiento hacia arriba, y estos dispositivos grandes vienen con algunas clasificaciones de kilovatios realmente extrañas. Comienzan en 1.910 kW y saltan a 6.800 kW.

Dudo que algún fabricante de inversores hiciera un análisis de mercado detallado y descubriera que realmente podía acaparar el mercado con un inversor de 2.930 kW nominales y luego salió y lo diseñó. Los fabricantes de inversores están tratando de alcanzar niveles más altos de salida con su plataforma electrónica comprobada que puede pasar las pruebas de UL rápidamente y salir al mercado.

Además, esas son solo las clasificaciones de kilovatios con un factor de potencia unitario de 1.0, una configuración de potencia ideal. Con la mayor penetración de los sistemas de energía distribuida basados ​​en inversores en la red, muchos inversores ahora ofrecen clasificaciones extendidas para operación con factor de potencia no unitario. Hace diez años, los inversores de cadena solo se clasificaban en vatios, pero ahora se clasifican en capacidades de potencia reactiva real y aparente total (kilovatios y kilovoltios-amperios [kVA]), y la potencia reactiva (kVAR) se deja al usuario. calcular, como se muestra en la siguiente imagen:

Crédito: Ingeniería Castillo

Operar con factores de potencia diferentes al factor de potencia unitario 1.0 causa cierta pérdida de ingresos de kWh para generar los kVAR, pero operar con un factor de potencia líder a veces puede hacer que la interconexión de servicios públicos sea menos costosa.

Reducción de la potencia de los inversores para la interconexión porque los fabricantes renuevan rápidamente las clasificaciones de potencia de los inversores

Las calificaciones y las ofertas de productos están cambiando tan rápidamente que, cuando se realizan los pedidos de inversores, el inversor que la empresa de servicios públicos aprobó en la Revisión de interconexión del sistema eléctrico coordinado (CESIR) ya no está disponible, pero uno con una calificación ligeramente más alta ha tomado su lugar como las clasificaciones siguen subiendo en kilovatios. Al propietario del sistema fotovoltaico no se le permitirá conectar un sistema de alimentación de CA superior a la red sin otro tortuoso viaje de regreso a través de la cola de análisis de servicios públicos, por lo que el resultado es que los nuevos inversores deben reducirse para mantener la misma clasificación de CA de interconexión.

Como ejemplo de los cambios en la clasificación de los inversores, SolarEdge acaba de realizar una renovación importante del producto el 1 de mayo de 2022, con nuevos modelos de inversores de mayor rendimiento y la interrupción de los modelos de clasificación más baja. Por ejemplo, sus SE9k, SE14.4k y SE43.2k ahora están descontinuados y reemplazados por SE10k, SE17.3k y SE50k.

Ya sea para usar la placa de identificación del inversor o la clasificación de salida continua para dimensionar los conductores y el impacto en los costos del proyecto

Los inversores centrales son particularmente un problema, aunque sus conductores de salida suelen ser tramos cortos para obtener la salida de alto amperaje del inversor de 480 V, 600 V, 630 V u 800 VCA en un transformador elevador para convertirlo a voltaje medio. Debido a consideraciones de tiempo de entrega, el inversor y el transformador a menudo se piden por separado, en lugar de como una plataforma integrada de fábrica, y deben conectarse en el campo con bus personalizado (complicado) o cables (más común).

Las reglas del Código Eléctrico Nacional (NEC, NFPA 70) para dimensionar los conductores de salida de CA del inversor han sido las mismas desde 1999. El artículo 690.8(A)(3) establece que, para la corriente del circuito de salida del inversor, "la corriente máxima será la clasificación de corriente de salida continua del inversor". Entonces, ¿eso significa el valor estampado en la placa de identificación que pasó por la prueba de UL o el valor de la salida restringida electrónicamente?

Hemos visto varios casos recientes en los que el ingeniero del propietario ha insistido en que se debe usar la corriente de salida completa en la placa de identificación, independientemente de un valor reducido que no se puede exceder según los términos del Acuerdo de interconexión de servicios públicos, lo que resulta en material y tiempo desperdiciados.

Crédito: Ingeniería Castillo

Las salidas de alto amperaje dictan muchos tramos paralelos de conductores y muchas conexiones atornilladas. La conexión de un inversor reducido a 2500 kVA requiere nueve conjuntos de 750 kcmil AL a 75 0C, pero ¿realmente desea ejecutar un décimo conjunto para su clasificación nominal completa de 2800 kVA? Comenzará a toparse con limitaciones de espacio y carga rápidamente. Ya sea para usar el NEC 75 0C, 90 0C u otro método de clasificación se tratará en una historia posterior.

A veces, hacer lo que quiere el ingeniero del propietario es el camino de menor resistencia, pero puede resultar en un desperdicio de hardware y esfuerzo. Si los costos de dólar por kilovatio instalado de energía fotovoltaica a escala de servicios públicos siguieran teniendo una tendencia a la baja, lastimaría menos, pero no es así.

Las interrupciones en la cadena de suministro también han hecho que las solicitudes para sustituir los tamaños de los cables durante la construcción sean muy comunes. Esto puede resultar en problemas de terminación debido a demasiados conductores pequeños que no tienen suficientes lugares para aterrizar o conductores que son demasiado grandes para los terminales provistos de fábrica.

El NEC no dice "según la placa de identificación del inversor", sino "la clasificación de salida continua". No hay santidad religiosa en la placa de identificación del inversor y su asociación implícita con el artículo 690.8 de NEC.

A modo de ejemplo, cuando una empresa de servicios eléctricos compra aparamenta interior revestida de metal para una subestación, los disyuntores de 15 kV solo vienen en tres tamaños básicos: 1200 A, 2000 A y 3000 A. No tienen el lujo de la energía fotovoltaica. propietarios de sistemas con una plétora de tamaños de inversor en kilovatios para elegir. La mayoría de los cables alimentadores de distribución salientes no tendrán un tamaño de 1200 A porque sería excesivo. Los cables están dimensionados para la carga esperada y los relés de protección se configuran en consecuencia. Una subestación grande puede tener fácilmente 12 interruptores automáticos de alimentación de 1200 A alimentados desde una única red principal de 3000 A. Se puede ignorar la clasificación de la placa de identificación de los interruptores automáticos.

Verificación de aceptación de servicios públicos y reducción de potencia del inversor

La necesidad de reducir la calificación se ha vuelto tan común que las empresas de servicios públicos están aceptando ampliamente los valores reducidos, aunque están comenzando a solicitar alguna confirmación adicional de que la reducción realmente se realizó. Como se indica en los requisitos del paquete de diseño de interconexión DER de Orange & Rockland:

"Placa de identificación del inversor: si la placa de identificación del inversor excede el umbral de la aplicación, se requiere una carta del fabricante que indique que el inversor se reducirá en la fábrica. La carta puede ser genérica (no específica del proyecto en este punto). Si el proyecto continúa con la construcción, entonces Se requerirá una carta específica del proyecto que indique el número de proyecto y los números de serie del inversor del fabricante del inversor".

Si la empresa de servicios públicos que aprobó el proyecto acepta la reducción, no debería haber ninguna razón por la que una AHJ o un ingeniero independiente no la acepte también. Otras opciones para evitar la fijación de la clasificación de la placa de identificación es simplemente pedir una placa de identificación modificada con el inversor o adjuntar una placa en el campo con el valor reducido.

Las fijaciones de la placa de identificación no son nuevas. En 2009, el grupo de servicios eléctricos que yo dirigía fue multado con $7,000 por el Consejo Nacional de Confiabilidad Eléctrica por no incluir las clasificaciones de "placa de identificación del cable" de conformidad con su estándar de clasificación. Los cables no tienen placas de identificación, pero aún así se pagó la multa.

Conclusiones clave

En su proyecto solar actual o próximo, piense en cuáles son los verdaderos requisitos de amperaje de salida de CA para sus inversores; diseño para cumplir con esos requisitos de manera segura; y no malgastes dinero innecesariamente. El NEC "no es un manual de instrucciones", como se establece en el artículo 90. Cuando lo sigue, el resultado puede ser seguro, pero puede no ser "eficiente, conveniente o adecuado para un buen servicio".

Estén atentos a la segunda parte de nuestra serie de dimensionamiento de cables fotovoltaicos, en la que cubriremos si sus estrictos criterios de caída de voltaje realmente le están generando dinero. Si tiene preguntas sobre ingeniería y diseño solar a gran escala, póngase en contacto con uno de nuestros expertos hoy.