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MEMORIA TÉCNICA (Extracto)

Memoria completa (7 Mb.)

SISTEMA FOTOVOLTAICO CONECTADO A RED

CP CISNEROS (SANTANDER, CANTABRIA)

Fachada sur

 Ubicación del campo fotovoltaico
 

ÍNDICE

                  

1.     DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN

2.     DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS

2.1       Módulos fotovoltaicos

2.2       Inversores

2.3       Protecciones y cableado

3.      CÁLCULOS ELÉCTRICOS

3.1        Puesta a Tierra

3.2       Secciones de Cableado

3.3        Canalizaciones

3.4        Zanjas de cableado

3.5        Protecciones

3.6        Contadores

4.     ANEXOS

4.1       Esquema unifilar

4.2       Balance energético

1.            DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN

La instalación se ubica en CP Cisneros, situado en c/ Cisneros 71,Santander (Cantabria).

El generador fotovoltaico se ubica en fachada Sur en antepecho inferior a huecos de fachada de la planta sexta, con cerramiento de fábrica de ladrillo (enfoscado y pintado) con entramado estructural de pilares, vigas y zunchos perimetrales de atado, todos ellos de hormigón armado.

La sujeción de la estructura soporte a la estructura de fachada se hará al forjado de hormigón armado (vigas y/o zuncho perimetral) entre las plantas quinta y sexta, así como a los pilares en caso de que fuera necesario.

El inversor se ubica en planta sexta, en el extremo Este del edificio y contiguo a la fachada de ubicación del campo generador, en recinto cerrado existente en planta sexta destinado en la actualidad a pequeño almacén-comedor, con acceso restringido, puerta cancelable y acceso visual al campo generador.

El cableado desde el campo generador hasta el inversor será mediante un tramo superficial por la fachada de la planta sexta  hasta el frente de fachada del propio recinto donde se sitúa del inversor, desde donde atravesará el cerramiento mediante canalización a practicar, con un tramo total de unos 12 m.

Los armarios de acometida y contadores se encuentran en el interior del edificio en recinto situado en la planta semisótano, junto al acceso principal (existe espacio suficiente para adosar el nuevo armario de contadores).

El cableado desde el recinto del inversor en la planta sexta hasta el lugar de ubicación de los contadores y la acometida en planta semisótano, será en su totalidad por el interior del edificio mediante tramo superficial por tabiquerías interiores, techos y/o conductos verticales de canalización, con un tramo total de 35 m.

 

La siguiente tabla resume la configuración propuesta:

Datos de la instalación


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2.           DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS

2.1       Módulos fotovoltaicos

Para la realización de este proyecto se propone la utilización de módulos fabricado con células de silicio monocristalino de elevado rendimiento. Estos módulos los fabrica ISOFOTON en su factoría de Málaga. Interesa insistir en que la tecnología de fabricación de estos módulos ha superado unas pruebas de homologación muy estrictas que permiten garantizar, por un lado, una gran resistencia a la intemperie y, por otro, un elevado aislamiento entre sus partes eléctricamente activas y accesibles externamente.

2.2       Inversores

Los inversores propuestos actúan como fuentes de corriente sincronizada con la red y disponen de microprocesadores de control, y de un PLC de comunicaciones.

Trabajan conectados por su lado DC a un generador fotovoltaico, y por su lado AC a un transformador que adapta la tensión de salida del inversor a la de la red. Este transformador permite además el aislamiento galvánico entre la parte DC y la AC.

Dispone de un microprocesador encargado de garantizar una curva senoidal con una mínima distorsión. La lógica de control empleada garantiza además de un funcionamiento automático completo, el seguimiento del punto de máxima potencia (MPP) y evita las posibles pérdidas durante periodos de reposo (Stand-By).

Así, son  capaces de transformar en corriente alterna y entregar a la red toda la potencia que el generador fotovoltaico genera en cada instante, funcionando a partir de un umbral mínimo de radiación solar.

Además, permite la desconexión-conexión automática de la instalación fotovoltaica en caso de pérdida de tensión o frecuencia de la red, evitando el funcionamiento en isla, garantía de seguridad para los operarios de mantenimiento de la compañía eléctrica distribuidora. Los umbrales permitidos son:

·         En frecuencia.- 51 a 49 Hz

·         En tensión.- 1.1 Um  a 0,85 Um

También actúa como controlador permanente de aislamiento para la desconexión-conexión automática de la instalación fotovoltaica en caso de pérdida de resistencia de aislamiento. Junto con la configuración flotante para el generador fotovoltaico garantiza la protección de las personas.

2.3       Protecciones y cableado

La instalación, en cualquiera de las propuestas, cumple con todas las consideraciones técnicas expuestas en el Real Decreto 1663/2000, así como con la propuesta de seguridad del pliego técnico que nos ocupa y contará con los siguientes elementos de protección:

1.      Interruptor general manual, interruptor magnetotérmico o diferencial con intensidad de cortocircuito superior a la indicada por la empresa distribuidora en el punto de conexión. Este interruptor será accesible a la empresa distribuidora en todo momento, con objeto de poder realizar la desconexión manual.

2.      Interruptor automático diferencial, como protección contra derivaciones en la parte de alterna de la instalación.

3.      Interruptor automático de interconexión controlado por software, controlador permanente de aislamiento, aislamiento galvánico y protección frente a funcionamiento en isla, incluidas en el inversor, como ya hemos detallado en apartado previo.

4.      Puesta a tierra del marco de los módulos y de la estructura mediante cable de cobre desnudo y pica de tierra, siguiendo la normativa vigente en este tipo de instalaciones; es decir, sin alterar las condiciones de puesta a tierra de la red de la empresa distribuidora.

5.      Puesta a tierra de la carcasa del inversor

6.      Aislamiento clase II en todos los componentes: módulos, cableado, cajas de conexión, etc.

7.      Varistores entre positivo y tierra y negativo y tierra  para el generador fotovoltaico, contra sobretensiones inducidas por descargas atmosféricas.

8.      Fusible en cada polo del generador fotovoltaico, con función seccionadora.

Se tendrán en cuenta en la instalación además los siguientes punto adicionales con objeto de optimizar la eficiencia energética y garantizar la absoluta seguridad del personal:

a)             Todos los conductores serán de cobre, y su sección será la suficiente para asegurar que las pérdidas de tensión en cables y cajas de conexión sean inferiores al 1,5 %  en el tramo DC y al 1% en el tramo AC. Todos los cables serán adecuados para uso en intemperie, al aire o enterrado (UNE 21123).

b)             La red de distribución estará formada por el conjunto de conductores -agrupación de ternos, conductores de cobre aislados tipo RV-K 0.6/1 kV UNE 21123 IEC 502 90, de tensión nominal no inferior a 1000V, sección según cálculos adjuntos, elementos de sujeción, etc...  La red de distribución AC desde el inversor hasta los contadores (formada por los ternos conductores de cobre aislados tipo RV-K 0.6/1 kV UNE 21123 IEC 502 90, de tensión nominal no inferior a 1000V.

c)             Se respetará el RBT en lo que a conducciones de cable se refiere. Así:

Ø      Para alturas con respecto al suelo inferiores a 2,5 m, el cableado discurrirá en tubo de acero, que será puesto a la tierra del sistema.

Ø      Cuando discurra en zanja, lo hará dentro de tubo y ésta tendrá una profundidad mínima de 60 cm, con aviso 20 cm por encima del cable.

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3.           CÁLCULOS ELECTRICOS

3.1       Puesta a Tierra

Según RD 1663/2000, donde se fijan las condiciones técnicas para la conexión de instalaciones fotovoltaicas a la red de BT, la puesta a tierra se realizará de forma que no altere la de la compañía eléctrica distribuidora, con el fin de no transmitir defectos a la misma.

Asimismo, las masas de la instalación fotovoltaica estarán conectadas a una tierra independiente de la del neutro de la empresa distribuidora de acuerdo con el Reglamento electrotécnico para baja tensión.

Por ello, se realizará una única toma de tierra conectando directamente a la barra principal de tierra del centro educativo, tanto la estructura soporte del generador fotovoltaico, como la borna de puesta a tierra del inversor, con el fin de no crear diferencias de tensión peligrosas para las personas con la realización de diversas tomas de tierra en el centro educativo.

La superficie del conductor de protección, será como mínimo la del conductor de fase correspondiente (4 mm2 para CC y 10 mm2 para CA)

3.2       Secciones de Cableado

Se utilizará cable de Cu flexible, clase 5, con aislamiento XPLE y cubierta PVC, de 4 mm2 de sección, para la parte CC y 10 mm2 para la parte AC.

Por criterio térmico:

Tramo CC:

El generador fotovoltaico consta de 25 módulos I-106/12 conectados en serie, con una corriente de cortocircuito de 6,32 A, para una irradiancia de 1000 W/m2, lo que corresponde a una situación de irradiancia elevada.

Por seguridad, se tomará un valor para los cálculos un 125 % de esta corriente, cumpliendo con lo indicado en la ITC-BT 40 para instalaciones generadoras, obteniendo un valor de 7,9 A.

Tramo AC:

El inversor seleccionado, tiene una potencia nominal de 2200 W y una potencia máxima de 2500, valor al que limita la potencia inyectada en red. Esto corresponde, para un factor de potencia de 0,95 a @ 12 A

Estos valores deben ser menores a la corriente admisible del cableado.

El cable seleccionado tiene, para una S = 6 mm2, una corriente admisible de 64 A para 2 cables unipolares y de 44 A, para cable tripolar, lo que corresponde a la forma de cableado de la parte AC de nuestro sistema .

Existen diversos factores de corrección a estos valor dependiendo de la temperatura  ambiente (0,9), de la agrupación de los cables (0,8), etc...

En primera aproximación, podemos estimar un factor de reducción de la intensidad admisible del 0,7 , obteniendo unas corrientes admisibles de 44,8 y 30,8 A, muy superiores a los de diseño.

Más restrictivo es el criterio de caída de tensión que detallamos a continuación:

Por criterio caídas de tensión:

En el pliego de condiciones técnicas de IDAE, organismo promotor del presente proyecto, se especifica que la caída máxima en la parte CC debe ser inferior al 1,5 % y en la parte AC inferior al 1 %

Con estas premisas, para un cable de 4 mm2 para la parte CC y 10 mm2 para la parte AC, obtenemos distancias máximas de cableado Inferiores a las de nuestros sistema.

3.3       Canalizaciones

En la parte CC, los cables de cada polo se conducirán independientemente.

En la parte CA, se utilizará una cable tripolar.

Se utilizarán canalizaciones siguiendo la ITC-BT-21, tabla 2 y de tal forma que la superficie del tubo sea 2,5 veces superior a la de la suma de los cables que contiene, para tramos fijos en superficie.

Estas canalizaciones deberán cumplir con la norma UNE-EN 50.086, en cuanto a características mínimas.

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3.4       Zanjas de Cableado

No se realizarán zanjas para cableado.

3.5       Protecciones

Parte CC:

Es la parte correspondiente al generador fotovoltaico.

Cortocircuitos:

El cortocircuito es un punto de trabajo no peligroso para el generador fotovoltaico, ya que la corriente está limitada a un valor muy cercano a la máxima de operación normal del mismo. El cortocircuito puede, sin embargo, ser perjudicial para el inversor. Como medio de protección se incluyen fusibles en cada polo de 16 A, que actúan también como protección contra sobrecargas, como veremos a continuación.

Para las personas es peligrosa la realización / eliminación de un cortocircuito franco en el campo generador, por pasar rápidamente del circuito abierto al cortocircuito, lo que produce un elevado arco eléctrico, por la variación brusca en la corriente. Como medida de protección a las personas frente a este caso es, sin embargo recomendable, la conducción separada del positivo y del negativo. Así se evita la realización / eliminación accidental de un cortocircuito producido por daños en el aislamiento del cable.

Sobrecargas:

Aunque el inversor obliga a trabajar al generador fotovoltaico fuera de su punto de máxima potencia si la potencia de entrada es excesiva, se introduce en el sistema fusible en cada polo tipo gG normalizados según EN 60269 con la función adicional de facilitar las tareas de mantenimiento.

Se utilizarán fusibles de corriente suficientemente superior a 7,9 A como para evitar fusiones no deseadas. Así, serán de un mínimo de 16 A.

Contactos directos e indirectos:

El generador fotovoltaico se conectará en modo flotante, proporcionando niveles de protección adecuados frente a contacto directo e indirecto, siempre y cuando la resistencia de aislamiento de la parte de continua se mantenga por encima de unos niveles de seguridad y no ocurra un primer defecto a masas o a tierra. En este último caso, se genera una situación de riesgo, que se soluciona mediante:

El aislamiento clase II  de los módulos fotovoltaicos, cables y cajas de conexión. Éstas últimas, contarán además con llave y estarán dotadas de señales de peligro eléctrico.

Controlador permanente de aislamiento, integrado en el inversor, que detecte la aparición de un primer fallo, cuando la resistencia de aislamiento sea inferior a un valor determinado. Esta tensión es la mayor que puede alcanzar el generador fotovoltaico, por lo que constituye la condición de mayor peligro eléctrico.

Con esta condición se garantiza que la corriente de defecto va a ser inferior a 30 mA, que marca el umbral de riesgo eléctrico para las personas.

El inversor detendrá su funcionamiento y se activará una alarma visual en el equipo.

Sobretensiones:

Sobre el generador fotovoltaico, se pueden generar sobretensiones de origen atmosférico de cierta importancia. Por ello, se protegerá la entrada CC del inversor, mediante dispositivos bipolares de protección clase II, válidos para la mayoría de equipos conectados a la red. Estos dispositivos tienen un tiempo de actuación bajo < 25 ns y una corriente máxima de actuación de 15 kA, con una tensión residual inferior a 2 kV. El dispositivo tendrá una tensión de operación entre 375 y 575 V. No se hace necesaria la protección de cables, tubos, contadores, etc, por permitir éstos valores más alto de tensión residual (4-6 kV)

Parte CA:

Es la parte correspondiente a la salida del inversor hasta el punto de conexión.

Cortocircuitos y sobrecargas:

Según RD 1663-2000 es necesario incluir un interruptor general manual, que será un interruptor magnetotérmico omnipolar con poder de corte superior a la corriente de cortocircuito indicada por la empresa distribuidora en el punto de conexión. En nuestro caso esta corriente es de 4,5 kA.

Este interruptor, que se ubica en el cuadro de contadores de la instalación fotovoltaica, será accesible sólo a la empresa distribuidora, con objeto de poder realizar la desconexión manual, que permita la realización, de forma segura, de labores de mantenimiento en la red de la compañía eléctrica. Esta inaccesibilidad al mismo nos obliga a introducir un segundo magnetotérmico omnipolar en la instalación, de menor intensidad nominal, que sea el que realmente proteja a la instalación de las sobrecargas y cortocircuitos.

Así, este segundo magnetotérmico actuará antes que el interruptor general manual, salvo cortocircuitos de cierta importancia provenientes de la red de la compañía. Se utilizarán magnetotérmicos tipo C, los más utilizados cuando no existen corrientes de arranque de consumo elevadas. Según norma EN 60269, para protección contra sobrecargas, debe cumplir:

I diseño de la línea  £  I asignada dispositivo de protección  £ I admisible de la línea

12 A £ I asignada dispositivo de protección  £ 30,6 A

Según este cálculo, el magnetotérmico seleccionado será bipolar de 16 A de corriente asignada y con un poder de corte mínimo de 6 kA.

El interruptor general manual será, por su parte bipolar de 25 A de corriente asignada y con un poder de corte mínimo de 6 kA.

Fallos a tierra: La instalación contará con diferencial de 30 mA de sensibilidad en la parte CA, para proteger de derivaciones en este circuito. Con el fin de que sólo actúe por fallos a tierra, será de una corriente asignada superior a la del magnetotérmico de protección. En nuestro caso, será bipolar de 32 A.

Protección de la calidad del suministro:

En la ITC-BT-40 se recogen algunas especificaciones relacionadas con la calidad de la energía inyectada a red en instalaciones generadoras, que se especifican con más detalle en el RD 1663-2000. Así la instalación contará con:

Interruptor automático de la interconexión:

Para la desconexión-conexión automática de la instalación fotovoltaica en caso de pérdida de tensión o frecuencia de la red, junto a un relé de enclavamiento. Los valores de actuación para máxima y mínima frecuencia, máxima y mínima tensión serán de 51 Hz, 49 Hz, 1,1 x Um y 0,85 x Um, respectivamente.

El rearme del sistema de conmutación y, por tanto, de la conexión con la red de baja tensión de la instalación fotovoltaica será automático, una vez restablecida la tensión de red por la empresa distribuidora. Podrán integrarse en el equipo inversor las funciones de protección de máxima y mínima tensión y de máxima y mínima frecuencia y en tal caso las maniobras automáticas de desconexión-conexión serán realizadas por éste. Éste sería el caso que nos ocupa, ya que el inversor SUNNYBOY 2500, tiene estas protecciones incluidas.

Las funciones serán realizadas mediante un contactor cuyo rearme será automático, una vez se restablezcan las condiciones normales de suministro de la red. El contactor, gobernado normalmente por el inversor, podrá ser activado manualmente. El estado del contactor («on/off»), deberá señalizarse con claridad en el frontal del equipo, en un lugar destacado. Al no disponer el inversor seleccionado de interruptor on/off, esta labor la realizará el magnetotérmico accesible de la instalación, que se instalará junto al inversor.

En caso de que se utilicen protecciones para la interconexión de máxima y mínima frecuencia y de máxima y mínima tensión incluidas en el inversor, el fabricante del mismo deberá certificar:

1.      Los valores de tara de tensión.

2.      Los valores de tara de frecuencia.

3.      El tipo y características de equipo utilizado internamente para la detección de fallos (modelo, marca, calibración, etc.).

4.      Que el inversor ha superado las pruebas correspondientes en cuanto a los límites de establecidos de tensión y frecuencia.

Mientras que, de acuerdo con la disposición final segunda del presente Real Decreto, no se hayan dictado las instrucciones técnicas por las que se establece el procedimiento para realizar las mencionadas pruebas, se aceptarán a todos los efectos los procedimientos establecidos y los certificados realizados por los propios fabricantes de los equipos.

En caso de que las funciones de protección sean realizadas por un programa de «software» de control de operaciones, los precintos físicos serán sustituidos por certificaciones del fabricante del inversor, en las que se mencione explícitamente que dicho programa no es accesible para el usuario de la instalación.

Se adjunta en el apartado de garantías y certificados todos estos documentos.

Separación galvánica:

Entre la red de distribución de baja tensión y las instalaciones fotovoltaicas, por medio, en nuestro caso, de un transformador de aislamiento.

Funcionamiento en isla:

El interruptor automático de la interconexión impide este funcionamiento, peligroso para el personal de la CED.

3.6                   Contadores

Cumplirán todo lo recogido en la ITC-BT-16 y en el RD 1663/2000. Así:

Se instalarán dos contadores unidireccionales ajustados a la normativa metrológica vigente y su precisión deberá ser como mínimo la correspondiente a la de clase de precisión 2, regulada por el Real Decreto 875/1984, de 28 de marzo.

Las características del equipo de medida de salida serán tales que la intensidad correspondiente a la potencia nominal de la instalación fotovoltaica se encuentre entre el 50 por 100 de la intensidad nominal y la intensidad máxima de precisión de dicho equipo. En nuestro caso, para una potencia nominal de la instalación de 2200 W y un factor de potencia de 0,95:

0,5 I nominal de precisión £ I nominal FV  £ I max de precisión

0,5 I nominal de precisión £ 10,5 A  £ I max de precisión

Los contadores serán seleccionados entre las marcas homologadas por la compañía eléctrica distribuidora, siendo, además, certificados por la misma.

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5.    ANEXOS

Esquema unifilar


esquema

Balance energético


Tablas

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