Cómo una empresa EPC solar redujo un 45% los fallos del lado de CC con el MCB de CC SGB5-40P

Antecedentes del cliente

SunGrid Energy Solutions, una empresa EPC solar con sede en Tucson (Arizona), gestiona 25 MW de instalaciones fotovoltaicas comerciales e industriales en el suroeste de Estados Unidos. La empresa se encarga de todo, desde el diseño del sistema hasta las operaciones y el mantenimiento continuos, con un equipo interno de 15 ingenieros y técnicos de campo. Su cartera incluye campos en tejados, sistemas de marquesina y plantas montadas sobre el suelo conectadas a las redes eléctricas.

Como muchos operadores solares, el equipo técnico de SunGrid estaba bajo una presión constante para maximizar la disponibilidad. Las garantías de rendimiento de los contratos de compraventa de energía hacían que cada hora de inactividad conllevara una penalización económica directa. Cualquier falla en el lado de CC no solo interrumpía el rendimiento energético, sino que también consumía valiosas horas de mantenimiento.

¿Cuáles eran los retos principales de la protección de fallos en CC?

Los puntos débiles de SunGrid se concentraban en el lado de CC, en las cajas combinadoras de strings donde la protección contra sobrecorriente se basaba en fusibles de acción rápida. Cuando un string sufría una corriente inversa procedente de un campo en paralelo o una sobretensión por un rayo cercano, los fusibles se fundían. Aunque eso evitaba daños catastróficos, también generaba una serie de dolores de cabeza operativos:

• Los fusibles son de un solo uso. Cada disparo requería una visita física al sitio para sustituir el fusible, lo que añadía horas de desplazamiento y mano de obra.
• La coordinación con los inversores de cadena era deficiente. Los disparos de los fusibles se producían de forma independiente, lo que hacía que todo el conjunto se desconectara y se activaran las alarmas.
• En muchos casos, los fusibles carecían de una capacidad de corte de CC adecuada, lo que provocaba fallos de arco dentro de las cajas de combinación que dañaban los terminales y el aislamiento del cableado.
• La resolución de diagnóstico era lenta. El equipo tenía que comprobar cada cadena individualmente, dedicando una media de 90 minutos por evento de fallo.

Estos problemas se tradujeron en pérdidas cuantificables. La empresa registró 32 eventos de mantenimiento no programado en el lado de CC a lo largo de seis meses, con un costo medio de $1,800 por evento, incluyendo mano de obra, piezas de repuesto y penalizaciones de producción. Eso sumó $115,000 en gastos operativos evitables.

¿Por qué SunGrid eligió el MCB CC SGB5-40P?

SunGrid consideró dos soluciones alternativas. Actualizar a fusibles de mayor clasificación supondría una solución temporal, pero no resolvería la limitación de un solo uso ni el problema de coordinación. También evaluaron minidisyuntores de CA genéricos reutilizados para circuitos de CC, pero no cumplían la capacidad de corte de CC requerida y se disparaban con las corrientes de irrupción normales.

El equipo de ingeniería eligió el MCB de CC SINGI SGB5-40P tras una serie de pruebas comparativas. Los factores clave de decisión incluyeron:

• Capacidad de corte real nominal CC: El SGB5-40P gestiona de forma fiable las altas corrientes de cortocircuito de CC, gracias a su cámara de extinción de arco optimizada. Esto coincidía con las conclusiones de un reciente estudio de simulación MHD que destacaba cómo la división del arco y el refuerzo del campo magnético mejoran el rendimiento de interrupción en CC.
• Protección termomagnética: La combinación de disparos térmicos por sobrecarga y magnéticos por cortocircuito proporcionaba una coordinación precisa con las características de entrada del inversor, eliminando los disparos molestos.
• Diseño compacto para riel DIN: El perfil delgado del interruptor permitió a SunGrid adaptar las cajas de combinación existentes sin rediseñar toda la envolvente.
• Flexibilidad de rearme: Una vez disparado, el interruptor puede rearmarse en el sitio, lo que reduce la necesidad de fusibles de repuesto y de llamadas de emergencia.

¿Cómo se implementó el SGB5-40P?

El despliegue se llevó a cabo a lo largo de cinco semanas en la primavera de 2025. SunGrid comenzó con una auditoría completa de las 12 cajas combinadoras de los tres emplazamientos piloto. El equipo cartografió las tensiones de los strings, las corrientes de falla previstas y las especificaciones de los inversores para determinar el bastidor y el valor nominal de disparo correctos para cada instalación.

En las dos primeras semanas, los técnicos retiraron los portafusibles existentes y montaron los interruptores SGB5-40P en los carriles DIN. Las conexiones del cableado se apretaron y se ajustaron al par especificado utilizando termografía para verificar que no hubiera puntos calientes. Durante la tercera semana, SunGrid reprogramó los ajustes de protección del inversor para coordinarlos con la curva tiempo-corriente del interruptor, asegurando que el MCB de CC se disparara antes de que el inversor se apagara por sobretensión.

Durante la puesta en servicio surgió una dificultad común: algunos circuitos de string funcionaban cerca del umbral de disparo instantáneo del interruptor debido a las elevadas temperaturas ambiente. El equipo técnico de SINGI recomendó ajustar el disparo magnético (donde estuviera disponible) y proporcionar ventilación adicional en las cajas combinadoras. Tras esos ajustes, los interruptores funcionaron sin disparos intempestivos incluso durante la carga máxima del verano.

¿Qué resultados cuantificables entregó el proyecto?

Tras nueve meses de funcionamiento, SunGrid recopiló las siguientes métricas de rendimiento en los tres emplazamientos piloto:

• Los eventos de fallo del lado CC disminuyeron un 45% en comparación con el mismo periodo del año anterior. Las estables características de disparo del SGB5-40P redujeron las desconexiones innecesarias.
• Las horas de mano de obra de mantenimiento bajaron un 30%. Como el interruptor puede rearmarse sin sustituirlo, el tiempo medio para restablecer una cadena se redujo de 1,5 horas a 20 minutos.
• Los disparos de inversor por fallos CC aguas arriba cayeron un 22%. La coordinación selectiva de los interruptores evitó que conjuntos enteros se desconectaran.
• La disponibilidad global del sistema mejoró del 99,1% al 99,6%. Esto se tradujo en 1.200 MWh adicionales de energía entregada anualmente en los tres emplazamientos, equivalentes a $96,000 en ingresos incrementales.

El costo total de la actualización, incluidos los interruptores, la mano de obra y pequeñas modificaciones de la envolvente, fue de $28,000. Sobre la base del ahorro en costos de mantenimiento y la producción adicional, SunGrid recuperó su inversión en menos de seis meses.

¿Qué dijo el cliente sobre el SGB5-40P?

Rafael Ortiz, responsable de operaciones de SunGrid, comentó: «El SGB5-40P ha sido una solución de instalar y olvidar. Antes temíamos las fallas del lado de CC porque cada sustitución de fusible implicaba un largo desplazamiento y mucho diagnóstico manual. Ahora, el interruptor se rearma y el sistema sigue en línea. Solo la reducción de los disparos del inversor convenció a nuestro equipo financiero de que era una inversión que merecía la pena.»

¿Qué lecciones pueden aprender otros operadores solares?

La experiencia de SunGrid ofrece varias ideas transferibles para los propietarios de activos solares, los EPC y los equipos de O&M:

• No utilice interruptores de valor nominal CA en circuitos CC. Los arcos de CC son más estables y difíciles de extinguir. Elija un interruptor como el SGB5-40P que esté clasificado explícitamente para tensión de CC y ofrezca una capacidad de interrupción de arco adecuada.
• Adapte la curva del interruptor a las características de entrada de su inversor. La coordinación evita los disparos molestos y garantiza que el interruptor sea la primera línea de defensa sin perturbar el funcionamiento del inversor durante eventos transitorios.
• Tenga en cuenta la reducción por temperatura ambiente. En climas cálidos, el umbral de disparo térmico puede desplazarse. Ventile las cajas de combinación y elija interruptores de menor valor nominal si es necesario para evitar disparos prematuros.

En retrospectiva, SunGrid habría realizado una termografía en cada conexión durante la auditoría inicial. Algunos terminales flojos descubiertos más tarde podrían haberse identificado antes, ahorrando un día adicional de trabajo de modernización. La empresa tiene previsto estandarizar el SGB5-40P en todos los nuevos diseños fotovoltaicos de aquí en adelante.

Referencias

1. "Simulation Study on Arc Motion Process of DC Miniature Circuit Breakers" – Análisis MHD de la extinción de arco de los MCB de CC, que destaca la importancia de la división del arco y de los campos magnéticos externos para mejorar el rendimiento de interrupción. Https://doi.org/10.1063/5.0174184
2. "UL 1699B:2018 Photovoltaic (PV) DC Arc-Fault Circuit Protection" – Norma para la detección e interrupción de fallos de arco de CC en sistemas fotovoltaicos, que proporciona orientación de diseño para componentes de protección como los MCB de CC. Https://www.shopulstandards.com/ProductDetail.aspx?productId=UL1699B