Granjas solares: el diseño optimizado del cable troncal facilita la instalación y reduce el costo total

Jul 02, 2023

Por contenido patrocinado | 10 de septiembre de 2020

por Daniel Ribeiro, Gerente de Producto, TE Connectivity

En los últimos años, la demanda de energía solar ha crecido como una alternativa más ecológica a la generación de energía tradicional basada en combustibles fósiles, y la tendencia entre las instalaciones de generación de energía solar ha sido hacia sistemas que tienen una huella más grande y una mayor capacidad de producción.

Sin embargo, a medida que las granjas solares continúan creciendo en capacidad y complejidad, también lo hacen los costos asociados con su instalación, operación y mantenimiento. A menos que el sistema esté diseñado correctamente, las pequeñas pérdidas de voltaje se acumulan a medida que aumenta el tamaño del sistema. El sistema de solución troncal personalizable solar (CTS) de TE Connectivity (TE) se basa en una arquitectura de bus troncal centralizada (que se explica a continuación). El diseño proporciona una alternativa eficiente al enfoque tradicional, que se basa en cientos o miles de conexiones de cajas combinadoras individuales y un esquema de cableado general más complejo.

El Solar CTS de TE elimina las cajas de combinación mediante la instalación de un par de cables de aluminio sobre el suelo con la flexibilidad de conectar el arnés de cuerdas de TE con nuestro conector de perforación de aislamiento solar de gel patentado (GS-IPC) en cualquier lugar a lo largo del cable. Desde el punto de vista de la instalación, esto requiere que se establezcan menos cables y menos puntos de conexión en el campo.

El sistema CTS genera ahorros inmediatos para los propietarios y operadores del sistema, en términos de costos reducidos de alambres y cables, tiempo de instalación reducido y puesta en marcha más rápida del sistema (lo que genera ahorros del 25 al 40 % en estas categorías). También permite ahorros continuos durante el ciclo de vida de la granja solar, al reducir sistemáticamente las pérdidas de voltaje (y, por lo tanto, proteger la capacidad de producción) y facilitar el mantenimiento a largo plazo y los esfuerzos de resolución de problemas.

El diseño de CTS también mejora la confiabilidad y la eficiencia general del sistema para los operadores de granjas solares a gran escala, al facilitar la resolución de problemas de campo y los esfuerzos de reparación en el sitio. Y aunque el sistema se beneficia de los conceptos de diseño estandarizados y modulares, también se puede personalizar para abordar diferentes condiciones específicas del sitio y consideraciones de ingeniería. Un aspecto importante de esta oferta es que TE trabaja en estrecha colaboración con sus clientes para brindar un soporte de ingeniería completo. Algunos de estos servicios incluyen cálculos de caída de voltaje, diseños de sistemas eficientes, carga equilibrada de inversores y capacitación para instaladores de campo.

Caídas de tensión reducidas

En cualquier sistema de generación de energía solar tradicional, cada punto de conexión, independientemente de qué tan bien diseñado o qué tan correctamente instalado esté, creará cierta resistencia menor (y, por lo tanto, fugas de corriente y caída de voltaje en todo el sistema). A medida que crece el tamaño del sistema, crece el efecto combinado de esta fuga de corriente y caída de voltaje, lo que socava los objetivos financieros y de producción para la granja solar a escala comercial en general.

Por el contrario, la nueva arquitectura optimizada de bus troncal descrita aquí mejora la eficacia de la red de red de CC al implementar cables troncales más grandes con menos conexiones, lo que proporciona una caída de voltaje más baja en todo el sistema.

Centrarse en los tres componentes clave

El sistema CTS consta de tres componentes principales (descritos aquí):

Conectores perforadores de aislamiento solar de gel (GS-IPC). Los conectores de perforación de aislamiento solar de gel (GS-IPC) conectan una serie de paneles fotovoltaicos al bus troncal. El bus troncal es un conductor grande que transporta corrientes de mayor nivel (hasta 500 kcmil) entre la red de CC de bajo voltaje y los inversores de CC/CA del sistema.

Conector de perforación de aislamiento solar de gel de TE

El GS-IPC utiliza tecnología de perforación de aislamiento, mediante la cual pequeñas hojas de perforación penetran la cubierta aislante del cable y establecen la conexión eléctrica con el conductor debajo del aislamiento. Durante la instalación, un lado del conector "muerde" el cable a gran escala y el otro lado es el cable del grifo. Esto elimina la necesidad de reducir o decapar el aislamiento por parte de los técnicos de campo, que requiere mucho tiempo y mano de obra. El novedoso conector GS-IPC solo requiere un dado o una llave de impacto con un dado hexagonal, y cada conexión se puede instalar en menos de dos minutos (según lo informado por los primeros usuarios del novedoso sistema CTS). La instalación se simplifica aún más gracias al uso de una cabeza de perno de seguridad, que se corta una vez que se alcanza el par prediseñado y las cuchillas del conector han penetrado simultáneamente el aislamiento del cable y alcanzado los hilos conductores sin dañarlos. Los ensambles GS-IPC se pueden usar para tamaños de cable que van desde #10 AWG hasta 500 Kcmil.

Mientras tanto, para proteger estas conexiones de los daños causados ​​por la exposición a los rayos UV y las condiciones climáticas, la conexión GS-IPC también incluye otro elemento de diseño importante: una caja protectora de gel que se instala en cada conexión de red troncal/bus. Una vez que el conector está correctamente instalado, el técnico de campo coloca y cierra una cubierta llena de sellador Raychem Powergel de TE. Este sellador expulsa la humedad de la conexión en el momento de la instalación y elimina el ingreso de humedad en el futuro durante la vida útil de la conexión. La carcasa de la caja de gel brinda una protección ambiental completa al reducir las fugas de corriente, la resistencia a los rayos UV y la luz solar, y proporciona retardo de llama.

En general, los conjuntos GS-IPC utilizados en el sistema TE Solar CTS cumplen con los estrictos requisitos de UL para sistemas fotovoltaicos. Y los conectores GS-IPC se han probado con éxito de acuerdo con UL 486A-486B, CSA C22.2 No. 65-03 y las pruebas UL6703 aplicables según lo enumerado por Underwriters Laboratories Inc., Archivo No. E13288.

Arneses de fusibles solares (SFH) . El SFH es un sistema de ensamblajes, que incluye fusibles de mayor capacidad nominal sobremoldeados en línea, derivaciones, látigos y puentes de cadena, que se puede configurar para proporcionar una solución de arnés de fusibles prefabricada que cumple con UL9703. En una matriz de granja solar tradicional, los fusibles no están ubicados en el arnés; más bien, normalmente se encuentran en cada caja combinadora. Usando este enfoque SFH más nuevo, los fusibles están integrados en el arnés. Esto brinda varios beneficios: agrega varias cadenas, reduce la cantidad total de cajas de combinación necesarias, reduce los costos de materiales y mano de obra, simplifica la instalación y aumenta los ahorros continuos relacionados con la operación, el mantenimiento y la resolución de problemas del sistema a largo plazo.

Cajas de desconexión de troncales. Las cajas de desconexión troncal que se utilizan en el sistema TE Solar CTS brindan interrupción de carga, protección contra sobretensiones y conmutación negativa, protegiendo el sistema contra sobretensiones antes de la conexión del inversor y brindando a los operadores mayor flexibilidad para conectar y desconectar el sistema, según sea necesario. . Están ubicados estratégicamente para minimizar el cableado (y sin comprometer la caída de voltaje en el sistema).

Estas cajas de desconexión están fabricadas con fibra de vidrio o acero y proporcionan una interrupción de carga de hasta 400 amperios con capacidad integrada de sobrevoltaje y conexión a tierra común. Utilizan conectores de pernos de seguridad para una instalación rápida y fácil, y cumplen con los requisitos de UL para ciclos térmicos, de humedad y ciclos eléctricos.

Estas cajas de desconexión de troncales utilizan un interruptor de ruptura de carga que se construyó desde cero para ser un interruptor de 1500 V. En comparación, otras soluciones en el mercado a menudo usan un interruptor de desconexión construido a partir de un chasis de 1000 V que se ha actualizado para manejar 1500 V. Esto puede resultar en un calor muy alto dentro de la caja de desconexión.

Para mayor confiabilidad, estas cajas de desconexión troncal utilizan un interruptor de ruptura de carga más grande y un gabinete más grande (30" x 24" x 10") para permitir una mejor disipación de calor. De manera similar, estas cajas de desconexión pueden acomodar un radio de curvatura más grande para el cable que varían en tamaño desde 500 AWG hasta 1250 kcmil.

Son conductores clasificados por UL de 2 AWG a 1000 kcmil.

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