Cajas de concentración para sistemas fotovoltaicos interconectados a la red


Traducción: Miguel Pérez
Desarrollo tecnológico de Conermex S.A. de C.V.

Cajas de concentración para sistemas fotovoltaicos interconectados a la red

En este artículo revisaremos la importancia y aplicaciones de las cajas de concentración en los sistemas fotovoltaicos interconectados a la red.



¿Qué es una caja de concentración?

Una caja de concentración o combinadora, es un dispositivo que permite la unión de dos o más cadenas de módulos solares. Esto se logra uniendo los conductores positivos y conductores negativos de las cadenas de módulos solares para formar un solo par de conductores de salida. 

El contar con un solo par de conductores de salida nos permite ahorrar dinero en cableado y a su vez simplifica las operaciones de mantenimiento y corrección de fallas.

 

 ¿Qué otra funcionalidad tiene una caja de concentración?

Además del fin principal, es usual encontrar incluidas en las cajas de concentración las siguientes funciones adicionales:

Protecciones contra sobre-corriente: Son dispositivos que interrumpen un circuito cuando se sobrepasa a un valor preestablecido de corriente. Si estos dispositivos se diseñan correctamente protegerán de manera confiable a los equipos y cableado del sistema FV. En las cajas de concentración es usual encontrar fusibles o interruptores termo-magnéticos como protectores de corriente. Los interruptores termo-magnéticos tienen la ventaja de que se pueden restablecer fácilmente aunque en algunas ocasiones son más caros y difíciles de reemplazar con respecto a los fusibles. 

Algunos fabricantes prefieren utilizar fusibles, ya que obligan al usuario a rectificar la falla para restablecer la operación normal del sistema. No es recomendable el seccionar los circuitos fotovoltaicos bajo carga, por medio de las protecciones de corriente, ya que se pueden generar arcos eléctricos. Para esto existen dispositivos específicos llamados seccionadores de CD.

Seccionadores de CD: Son dispositivos especialmente diseñados para desconectar circuitos FV bajo carga. Son la manera más recomendable de interrumpir circuitos para realizar labores de mantenimiento o en casos de emergencia.

Protecciones contra descargas eléctricas: Ayudan a suprimir voltajes altos causados por descargas atmosféricas cercanas al sistema. Usualmente están compuestas por varistores o por tubos de descarga de gas. Mientras que estos dispositivos disminuyen enormemente la probabilidad de fallas por descargas atmosféricas, para lograr una protección completa contra rayos, estos dispositivos deben de ser usados en conjunto con sistemas externos de pararrayos.

Sistemas de monitoreo: Algunas cajas de concentración incluyen dispositivos de monitoreo que permiten entregar mediciones de corriente y voltaje por cada cadena de módulos solares. Incluso algunos equipos pueden informar si existe algún problema con alguna de las cadenas monitoreadas. Estas mediciones pueden ser entregadas por comunicaciones alámbricas o inalámbricas a un centro de control donde se pueden monitorear desde algunas pocas señales hasta miles de ellas.


Sistemas de desconexión rápida: Con los cambios en el Código Eléctrico Nacional (NEC) de E.E.U.U. cada vez es más frecuente encontrar cajas de concentración con dispositivos que permiten interrumpir de manera remota los circuitos FV y ponerlos en un estado de bajo voltaje de manera rápida y confiable, estos dispositivos se conocen como Desconexión rápida (o Rapid Shutdown). De momento, en México no existe ninguna normativa que exija el uso de este tipo de dispositivos para instalaciones FV, por lo que queda a consideración del diseñador si estos dispositivos deben de ser incluidos en el suministro del sistema.

¿En qué aplicaciones se recomienda el uso de una caja de concentración?

Recomendamos tres criterios para determinar si un sistema requiere de una caja de concentración:

1.       Para sistemas con 3 o más cadenas de módulos solares: Una cadena de módulos sombreada se comporta como una carga eléctrica (ver artículo de sombreados en paneles solares), y bajo ciertas condiciones, el arreglo podría sufrir daños si no cuenta con las protecciones adecuadas. Por ejemplo, si en un sistema existen tres cadenas y una se encuentra sombreada y las demás no y además el inversor se encuentra desconectado o en un estado de alta impedancia de entrada, la corriente de las cadenas no sombreadas fluirá a través de la cadena sombreada, por lo que es probable que este arreglo resulte dañado.

Todos los módulos solares soportan cierta cantidad de corriente fluyendo en sentido inverso, este valor es típicamente de 1 a 3 veces la corriente de corto circuito (Isc) del panel solar. Este dato lo algunos fabricantes lo indican en la ficha técnica como “Maximum Reverse Current” y debemos de asegurar que en nuestros diseños no exista la posibilidad de exceder esta corriente. Para casos donde el fabricante no indique la corriente máxima inversa, se deberá de suponer un valor de corriente igual a la Isc del panel solar. Una manera sencilla de asegurar el no sobrepasar esta corriente es usando una caja concentradora, ya que estas incluyen una protección sobre-corriente por cada cadena de módulos solares seleccionada en base a su Isc, por lo que si la corriente de 2 o más cadenas fluye a través de un arreglo sombreado, resultaría en la activación inmediata de la protección y la interrupción del circuito con posibilidad de ser dañado.


Otra manera de evitar el flujo inverso de corriente en paneles solares es incluyendo en cada cadena un diodo de bloqueo. Sin embargo estos dispositivos han quedado poco a poco obsoletos debido a que representan un punto adicional de falla y su función se puede realizar con protecciones de sobre-corriente de una manera más eficiente y segura.

2.       Para sistemas donde exista una distancia considerable entre el arreglo solar y el inversor: Cuando exista una distancia entre el arreglo solar y el inversor mayor a 10 metros o los módulos solares no sean visibles desde la posición donde esté instalado el inversor, se recomienda por seguridad el colocar una caja concentradora en el sistema. La caja concentradora incrementará la seguridad del sistema y simplificará las labores de mantenimiento y corrección de fallas.

3.       Para lugares de instalación con alta probabilidad de descargas eléctricas: Por último para lugares con alta probabilidad de fenómenos atmosféricos como zonas muy altas o cercanas a grandes masas de agua o bosques, se recomienda el considerar una caja combinadora que incluya protecciones contra descargas, esto mejorará enormemente la posibilidad de que el sistema no resulte dañado en el caso de un rayo o descarga eléctrica cercana al sistema.

¿Qué oferta de cajas de concentración tiene Conermex?

Actualmente Conermex ofrece 5 modelos de cajas de concentración:

 CCD-2S-1K y CCD-4S-1K: Cajas de concentración de 2 y 4 cadenas respectivamente, especialmente diseñadas para inversores con transformador. Fusibles en el polo positivo de paneles solares. Inversores compatibles: Fronius IG, Fronius IG Plus y Fronius Galvo.


CCD-2S-TL y CCD-4S-TL: Cajas de concentración de 2 y 4 cadenas respectivamente, especialmente diseñadas para inversores sin transformador o transformerless. Fusibles en el polo positivo y negativo de paneles solares según la NOM-001-SEDE.  Inversores compatibles: Fronius Symo, Fronius Primo, Zeversolar Zeverlution y Zeversolar Zeverlution S.
CCD-4S-2MPPT: Caja de concentración de 4 cadenas diseñada para inversores con doble MPPT. Fusibles en el polo positivo y negativo de paneles solares según la NOM-001-SEDE. Este modelo cuenta con 4 salidas configurables, lo que permite explotar en su totalidad la función de doble MPPT, y doble protección contra descargas eléctricas. Inversores compatibles: Fronius Primo, Fronius Symo y Zeversolar Zeverlution



Los 5 modelos cuentan con las siguientes características:
  •           - Conexiones rápidas tipo MC4 para cadenas de módulos solares.
  •           - Compatibilidad con sistemas de hasta 1,000 Vdc.
  •           - Corriente máxima por cadena: 15 A.
  •           - Certificación NOM-003-SCFI.
  •           - Calibre de salida de inversor 16-4 AWG (1.5 - 25mm2).
  •           - Protecciones contra descargas tipo II fácilmente reemplazables en campo.
  •           - Amplio gabinete de acero galvanizado con pintura epóxica.

Las siguientes tablas muestran las equivalencias entre nuestros modelos anteriores de cajas combinadoras y las nuevas CCD.



** Esta caja se recomienda para cuando se desea el utilizar la funcionalidad de doble MPPT de estos inversores.


Espero que este artículo les sea de utilidad. ¡Hasta la próxima!