Cómo un proveedor de O&M solar redujo los costos de fallos en circuitos de CC un 60% con el MCB de CC SGB5-40P

Antecedentes del cliente

Un contratista de EPC y O&M solar de tamaño medio en el norte de Chile gestiona más de 40 sistemas fotovoltaicos de tejado comerciales e industriales, con un total de unos 18 MW de capacidad instalada. El equipo de operaciones de la empresa se encarga de la monitorización, el mantenimiento preventivo y la respuesta rápida a las fallas del lado de CC. Con garantías de inversor vinculadas a una protección de string adecuada, el equipo dedica mucho tiempo a visitas de desplazamiento y sustitución de repuestos en emplazamientos repartidos por un corredor de 300 km.

Retos de los dispositivos de protección CC actuales

Las cajas combinadoras originales de la empresa utilizaban minidisyuntores de categoría CA adaptados para strings de CC. En funcionamiento real, estos interruptores no lograban interrumpir las fallas de arco de CC. Cuando se producía un cortocircuito a nivel de módulo o en el cable de CC subterráneo, los contactos del interruptor se soldaban, lo que provocaba humo y, en dos casos, la pérdida permanente de la caja combinadora. Se probaron fusibles como sustitución provisional, pero la fundición intempestiva por las corrientes de arranque del inversor se convirtió en otro problema. Cada sustitución de fusible requería un desplazamiento, y el tiempo de inactividad entre la fundición de un fusible y la visita de servicio podía superar las 24 horas. En un año, las fallas del lado de CC representaron la mitad de todas las asistencias técnicas no planificadas.

El contratista también sufrió incidentes de seguridad: los técnicos encontraron terminales fundidos en interruptores que habían disparado repetidamente sin ser sustituidos. La falta de una interrupción fiable del cortocircuito aumentaba el riesgo de arco eléctrico y de ignición del cable.

¿Por qué el MCB CC SGB5-40P?

El equipo de ingeniería evaluó varias opciones. Los interruptores de CC de gama alta homologados por UL de una marca estadounidense resultaban prohibitivos en cuanto a coste a la escala requerida. Otro producto de importación de bajo coste tenía un bastidor de 40 A, pero su capacidad de interrupción solo estaba clasificada para condiciones de CA. El diseño más coherente procedía de la Serie FV de SINGI: el minidisyuntor de CC SGB5-40P. Las razones clave de la elección fueron su cámara apagaarcos de CC dedicada, que alarga y enfría el arco eléctrico, y su curva, que toleraba la irrupción del inversor sin disparos intempestivos. El bastidor de 40 A del interruptor y su montaje en carril DIN hicieron posible la adaptación en las cajas combinadoras existentes sin rediseñarlas.

Igualmente importante fue el cumplimiento del producto con las normas internacionales de protección fotovoltaica. La construcción del SGB5-40P aborda las características de fallo únicas de las fuentes fotovoltaicas, en las que el sistema entrega una corriente continua sin cruce por cero natural para extinguir el arco.

Proceso de implementación

El proyecto duró ocho semanas. El equipo de O&M dividió el trabajo en fases:

• Auditar las 128 cajas de combinación y registrar las configuraciones de las cadenas, las longitudes de cable y los niveles de falla existentes.
• Elegir los valores nominales adecuados del SGB5-40P para cada cadena tras calcular la tensión máxima del sistema y la corriente de cortocircuito presunta.
• Instalar los interruptores con terminales de par controlado y verificar la orientación correcta de la polaridad.
• Realizar una prueba de cortocircuito controlada en tres emplazamientos piloto para confirmar que el interruptor disparaba dentro del tiempo de respuesta requerido.
• Actualizar la base de datos de mantenimiento y formar a los técnicos sobre los intervalos de inspección.

Una dificultad típica surgió cuando las cajas combinadoras más antiguas tenían un espaciado de barras colectoras que no se alineaba correctamente con los contactos del interruptor. En lugar de sustituir envolventes completos, la cuadrilla utilizó placas adaptadoras de carril DIN preperforadas que alineaban la huella de montaje. Esto redujo el tiempo de instalación por caja de tres horas a menos de una hora.

Resultados cuantificables

Doce meses después del cambio, la empresa midió los siguientes resultados:

• Los disparos molestos en el lado de CC se redujeron un 96% en comparación con los interruptores de CA y los fusibles anteriores.
• Las visitas de despacho no programadas relacionadas con fallos de sobrecorriente en CC disminuyeron de 3,2 al mes a 0,4 al mes, lo que redujo los costos de servicio en campo en aproximadamente $18,000 al año.
• El tiempo de inactividad medio por cadena y fallo disminuyó de 28 horas a 4 horas, ya que el SGB5-40P disparaba sin soldadura de contactos y podía rearmarse de forma remota en el lado del inversor una vez despejado el fallo.
• La frecuencia de sustituciones completas de cajas de combinación cayó a cero en el periodo observado, lo que supuso un ahorro estimado de $12,000 en costos de sustitución de equipos.

Más allá de la reducción de costos, la mejora de la fiabilidad condujo a un aumento del 3% en la disponibilidad global del sistema en toda la cartera, lo que se tradujo en más de 180 MWh de energía adicional entregada a la red.

Testimonio del cliente

El gerente de O&M comentó: "Solíamos tratar el interruptor de CC como algo secundario. Tras pasarnos al SGB5-40P, nuestros técnicos ya no encuentran contactos fundidos, y el disparo rearmable nos ahorra muchos desplazamientos. Es la fiabilidad silenciosa que necesitábamos."

Lecciones y recomendaciones

El proyecto apunta a unas pocas reglas repetibles para propietarios y responsables de mantenimiento de FV:

• Adapte siempre el dispositivo de protección contra sobrecorriente a la tensión y a las características de fallo del sistema de CC. Reutilizar interruptores de CA en circuitos de CC crea peligros ocultos.
• Antes de instalar un nuevo componente de protección, realice una prueba de fallo de arco en un emplazamiento piloto representativo. Esto verifica que el dispositivo interrumpe el arco de CC y que el método de instalación no interfiere con la trayectoria del arco.
• Si se volviera a realizar el proyecto, el equipo llevaría a cabo una auditoría más temprana del espaciado de las barras colectoras en todas las marcas de envolventes. Esto habría evitado la necesidad de placas adaptadoras en los emplazamientos más antiguos, ahorrando tres días de trabajo.

Referencias del sector

Para los ingenieros que evalúan la protección del lado de CC en sistemas fotovoltaicos, dos referencias aportan contexto técnico y normativo. Un estudio de simulación de minidisyuntores de CC demuestra cómo unas cámaras apagaarcos mejoradas y una separación de contactos más rápida mejoran el rendimiento de interrupción de fallas de CC. Además, la UL 1699B describe los métodos de ensayo y los criterios de rendimiento para la protección de circuitos contra fallas de arco de CC en sistemas fotovoltaicos, y sirve de base para los requisitos de diseño de dispositivos de sobrecorriente robustos.