Hoy nuestro compañero José Luis Álvarez, ingeniero de telecomunicación, en el Departamento Ingeniería de Greening-e, nos invita a conocer las conexiones más habituales en los sistemas de monitorización en las instalaciones fotovoltaicas.
La instalación fotovoltaica es un sistema eléctrico complejo que está formado por múltiples elementos eléctricos/electrónicos, desde módulos fotovoltaicos, inversores, transformadores, cableado, elementos de protección eléctrica etc.
Como cualquier sistema complejo, necesita de un mantenimiento preventivo y correctivo constante para mantener el correcto funcionamiento del mismo a lo largo del tiempo. Este mantenimiento preventivo lo realizan los técnicos de mantenimiento encargados de esta tarea, ayudados por un sistema de monitorización.
Las ventajas que ofrece un sistema de monitorización es la visualización de los parámetros, más importantes, en tiempo real (desde 1 minuto hasta 15 minutos) del estado de la Planta Fotovoltaica, como: alarmas del inversor, fallos en los elementos de protección, fallos en módulos o cadenas de módulos, bajo rendimiento por suciedad, degradación de los módulos, bajo rendimiento del inversor, etc.
Por tanto, un sistema de monitorización, en correcto funcionamiento, proporciona la información adecuada al técnico de mantenimiento para la realización de un correcto mantenimiento preventivo y correctivo, en caso de detectar un problema.
También puede usarse para hacer un seguimiento del rendimiento de la Planta Fotovoltaica a medio y largo plazo mediante el parámetro más relevante de la misma, el PR (Performance Ratio), es decir, del rendimiento global de la misma, el cual se calcula en el Sistema de Monitorización a partir de los datos que este recoge de los distintos elementos de la planta.
El sistema de monitorización extrae datos principalmente del inversor que es el elemento principal, en una planta. El inversor genera una gran diversidad de alarmas debidas a múltiples errores/fallos, es decir, con una correcta configuración del inversor, la mayor parte de los problemas están controlados.
Elementos de una planta fotovoltaica susceptibles de integrar en un Sistema de Monitorización
Los elementos constituyentes de la Planta Fotovoltaica que son susceptibles de integrar en un Sistema de Monitorización y, por tanto, de controlar en tiempo real son:
- Módulos Fotovoltaicos, dos casos:
- Para inversor central (grandes plantas sobre suelo): dataloggers de recogida de datos a nivel de string.
- Para inversor de string: al disponer de entradas individuales para cada string, el inversor se encarga de monitorizar el estado de funcionamientos de cada unos de ellos.
- Inversor: es el elemento principal y más importante de la monitorización y donde se monitorizan la mayoría de las alarmas.
- Contador de Potencia/Energia: componente que registra en tiempo real la producción de la planta fotovoltaica.
- Estación Meteorologica, puede estar compuesta por los siguientes dispositivos:
- Sensor de Radiación: piranómetro o célula calibrada.
- Sensor de temperatura de módulo
- Sensor de temperatura Ambiente
- Sensor de velocidad y dirección del viento
- Sensor de lluvia
- Sensor de presión atmosférica
- Sensor de humedad
Los problemas más comunes que podemos encontrar son:
- Desconexión de un string, debido a:
- Fallo de un fusible
- Fallo en los sistemas de protección:
- Sobretensiones
- Sobrecorrientes
- Fallo de aislamiento
- Corrientes de fuga
- Desconexión del inversor, debido a inestabilidades de la red como por ejemplo sobretensiones, variaciones excesivas de frecuencia etc.
- Bajo rendimiento de un string o conjunto de ellos debido a
- Suciedad excesiva
- Rotura de módulos
- Degradación:
- Hotspots (aparición de puntos calientes)
- Envejecimiento
El PR (Performance Ratio) es el parámetro de monitorización más relevante en una Planta Fotovoltaica, ya que en él se reflejan todos los problemas que afectan al funcionamiento de la misma.
El Sistema de Monitorización se compone principalmente de un DATALOGGER que se encarga de registrar los datos de la Planta Fotovoltaica. Este se encuentra conectado, principalmente, mediante cable con los distintos elementos de la planta. En el datalogger se configuran todos los elementos de la planta fotovoltaica que se desean monitorizar (detallados anteriormente). También es el encargado de subir a internet dichos datos para su monitorización online por parte de los operarios mediante una interfaz de usuario adecuada, donde se puede ver toda la información importante del funcionamiento de la planta.
Como se ha mencionado, la interconexión entre los dispositivos susceptibles de monitorización de la planta y el Sistema de Monitorización se realiza mediante distintos tipos de cable según la naturaleza de la conexión de los dispositivos.
Los tipos de cableado de interconexión entre dispositivos más comunes son:
-
Bus RS485
Este es el cableado estrella (par trenzado), la mayoría de las conexiones entre dispositivos se ejecuta con este tipo. Normalmente, se usa el protocolo Modbus-RTU/TCP para la transmisión de datos.
Conexiones típicas:
a. Datalogger – Inversores
b. Datalogger – Analizadores de Red y Contadores de Energía/Potencia
c. Datalogger – Sensores Meteorológicos: Radiación, Temperatura, Viento etc.
La longitud total del bus puede ser de hasta 1.000 metros. Debido a su largo alcance se suele usar extensivamente en plantas fotovoltaicas a gran y pequeña escala. Un cable típico de este tipo es: Li2YCYv (TP) 2x2x0,5 mm², ó 4x2x0,5 mm².
2. Ethernet
Este tipo de cable se usa para longitudes menores a 100 metros. Normalmente se usa el protocolo TCP/IP, aunque también se usa como sustituto del par trenzado en comunicaciones con protocolos Modbus-RTU/TCP.
Ejemplo de conexiones:
a. Datalogger – Inversores
b. Datalogger – Analizadores de Red, contadores de energia.
La ventaja de este tipo de conexión (cuando se usa protocolo TCP/IP) es que los equipos tiene un dirección IP y son accesibles independientemente (sin pasar por el datalogger) a través del LAN Switch del sistema.
Debido a que, en la mayoria de los casos, el datalogger se instala cerca de los inversores, este tipo de cable se puede usar para conectar los inversores con el datalogger, e incluso los contadores de energia y analizadore sde red si el mismo está también cerca del CGBT (Cuadro General de Baja Tensión). Cable típico: CAT.5e S-FTP ó CAT.6
3. MBUS
Este cableado se usa para conectar el datalogger a los inversores o contadores de energía a través del cableado de potencia. Es muy útil cuando los inversores están en diversas localizaciones y es muy complicado tender un cableado RS485.
Ejemplo de conexiones:
a. Datalogger – Inversores
b. Datalogger – Contadores de Energía/Potencia.
La longitud total del bus puede ser de hasta 1.000 metros. Se usa muy poco ya que es una opción que se usa en casos muy particulares. Cable típico: JYStY Nx2x0,8 mm².
4. Fibra Óptica
Este cableado se usa cuando hay que interconectar dispositivos que se encuentran separados por mas de 1.000 metros.
Tipos:
a. Fibra Óptica Multimodo: Para distancias máximas de 4.000 metros de switch a switch. Cable típico: A-DQ(ZN)B2Y 4G50/125
b. Fibra Óptica Monomodo: Para distancias máximas de 30.000 metros de switch a switch. Cable típico: A-DQ(ZN)B2Y 4E9/125
Normalmente, es necesario utilizar equipos de conversión de señal para usar la Fibra Óptica.
Este tipo de cableado es el más caro, y se suele emplear, principalmente, en grandes plantas fotovoltaicas que ocupan grandes extensiones y donde el uso de RS485 o Ethernet no es posible.
A modo de resumen se podría decir que el cableado estrella es el par trenzado para RS485, seguido del de Ethernet y la fibra óptica. Por último, mencionar que es común usar el cable tipo Ethernet para conexiones que usan Modbus-RTU/TCP, como sustituto del típico par trenzado.
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