Dimensionamiento de transformadores de distribución para proyectos solares y de almacenamiento

Por qué los proyectos de energías renovables son diferentes

Un transformador de distribución en una fábrica o un edificio comercial opera cerca de su capacidad nominal durante gran parte del día. Un transformador en una planta solar no. La producción aumenta por la mañana, alcanza su máximo alrededor del mediodía y disminuye por la tarde, por lo que la unidad pasa una gran parte de sus horas de operación muy por debajo de su capacidad nominal. Las cifras que suelen citarse para las plantas fotovoltaicas sitúan la carga media anual por debajo de la mitad de la capacidad nominal.

El almacenamiento en baterías se comporta de manera diferente. Un sistema de almacenamiento se carga y descarga repetidamente a lo largo del día, por lo que su transformador experimenta más ciclos de operación y una carga media más alta que una unidad fotovoltaica de la misma capacidad nominal.

Ambos casos conducen a la misma conclusión para la especificación: la unidad está energizada durante muchas más horas de las que está plenamente cargada. La pérdida que se acumula las 24 horas del día es la pérdida en vacío en el núcleo, no la pérdida en carga en los devanados.

Comenzar por el inversor o el PCS, no por el transformador

El devanado de baja tensión debe coincidir con la salida de CA del inversor o del sistema de conversión de potencia. Comúnmente es de 0,4 kV para inversores de string y de tamaño medio, mientras que las unidades centrales más grandes utilizan 0,69 kV y 0,8 kV. El devanado de alta tensión coincide con el sistema colector de la planta, que suele ser de 10 kV, 20 kV o 35 kV según el tamaño de la planta y la práctica local.

Dos detalles suelen resolverse demasiado tarde. El primero es el grupo de conexión y la disposición del neutro: la configuración de puesta a tierra del transformador debe concordar con el diseño de puesta a tierra de la planta. El segundo es lo que ocurre cuando las unidades funcionan en paralelo. Cuando varios transformadores alimentan un mismo alimentador, o varios inversores alimentan un mismo transformador, la impedancia y el grupo de conexión deben coincidir, y eso es una decisión de especificación más que un detalle que se corrija en obra.

Por qué pérdida estás pagando realmente

La pérdida en vacío está presente siempre que el transformador está energizado. La pérdida en carga varía con el cuadrado de la carga. En una planta que opera con una carga media baja, la pérdida en vacío puede representar la mayor parte del coste energético a lo largo de la vida útil, por lo que un diseño de núcleo con menores pérdidas a veces cuesta más en la compra y menos a lo largo de la vida del proyecto.

Muchas licitaciones gestionan esto mediante la evaluación de pérdidas capitalizadas: se aplica un valor monetario por vatio a cada cifra de pérdida y se suma al precio de compra antes de comparar las ofertas. Si su licitación no utiliza pérdidas capitalizadas, tenga en cuenta que el precio de compra más bajo no es automáticamente el coste total más bajo.

Condiciones que modifican el diseño

Temperatura ambiente. La IEC 60076-1 considera condiciones normales de servicio una temperatura ambiente máxima de 40 °C, con una media de 30 °C en 24 horas y una media anual de 20 °C. Los emplazamientos que superen estos valores requieren que la unidad se reduzca de potencia, o que se pida para una clase de temperatura ambiente superior.

Altitud. Las condiciones normales de servicio se especifican hasta 1.000 m. Por encima de esa altitud, la rigidez dieléctrica del aire disminuye y la refrigeración es menos eficaz, por lo que tanto los niveles de aislamiento como la elevación de temperatura necesitan corrección.

Armónicos. La salida del inversor y del PCS contiene contenido armónico para el cual un transformador de distribución convencional no está diseñado. Las pérdidas armónicas adicionales elevan la temperatura del devanado y pueden requerir una reducción de potencia. Si la hoja de datos de su inversor indica una cifra de distorsión de corriente, facilítela al proveedor del transformador en la fase de consulta.

Condiciones del sitio. Los emplazamientos desérticos y de alta irradiancia combinan una temperatura ambiente elevada con ganancia solar. Las instalaciones en contenedor o en interior con transformadores secos necesitan que se planifique el recorrido del flujo de aire antes de especificar la unidad. Los proyectos costeros necesitan que se determine pronto la clase de corrosión para el tanque y los accesorios, porque afecta tanto al plazo de entrega como al precio.

Qué confirmar antes de realizar el pedido

· Capacidad nominal y relación de baja tensión / alta tensión

· Rango de toma, típicamente ±2 × 2.5%

· Grupo de conexión y disposición del neutro

· Impedancia, y si las unidades se conectarán en paralelo

· Cifras de pérdidas en vacío y en carga, y la corrección por ambiente / altitud aplicada

· Para tipo seco: clase de refrigeración (AN o AF) y potencia nominal bajo refrigeración forzada

· Alcance de las pruebas y si se requiere inspección por terceros

· Nivel de eficiencia energética exigido en el mercado de destino, cuando esté regulado

Sobre este último punto, si el proyecto está en la Unión Europea, el cumplimiento de la IEC 60076 por sí solo no es suficiente. El Reglamento (UE) 2019/1783 de la Comisión establece niveles máximos de pérdidas para transformadores de potencia pequeños, medianos y grandes comercializados en el mercado de la UE, con la serie EN 60076 como normas armonizadas. El nivel de pérdidas requerido debe indicarse en la especificación desde el principio, porque modifica el diseño del núcleo y no el acabado.