¿Cuál es el modo de operación del transformador elevador en la generación de energía fotovoltaica?

1 Visión general del proceso de generación de energía fotovoltaica

En mi trabajo diario como técnico de operaciones y mantenimiento en primera línea, el proceso de generación de energía fotovoltaica con el que me encuentro implica conectar paneles solares individuales en módulos fotovoltaicos, los cuales se paralelan a través de cajas combinatorias para formar un arreglo fotovoltaico. La energía solar se convierte en corriente continua (CC) por el arreglo fotovoltaico, luego se transforma en corriente alterna trifásica (CA) a través de un inversor trifásico (CC-CA). Posteriormente, un transformador elevador aumenta el voltaje para cumplir con los requisitos de la red eléctrica pública, permitiendo la integración y distribución de la energía eléctrica a los equipos conectados a la red.

2 Clasificación de las fallas comunes en la operación de la generación de energía fotovoltaica
2.1 Fallas en la operación de la subestación

Durante el mantenimiento, las fallas en la subestación pueden clasificarse en fallas de líneas de transmisión, fallas de barras colectoras, fallas de transformadores, fallas de interruptores de alta tensión y equipos auxiliares, y fallas de dispositivos de protección relé. Estas afectan directamente la transformación y transmisión de la energía eléctrica.

2.2 Fallas en la operación del área PV

Las fallas en el área PV a menudo se derivan de prácticas de instalación deficientes, como problemas con los paneles solares, cadenas y cajas combinatorias debido a una instalación inadecuada, fallos en los inversores por una puesta en marcha insuficiente, y fallas en los equipos auxiliares del transformador elevador. Además, la falta de supervisión durante las inspecciones puede llevar a no detectar peligros potenciales, exacerbando posibles fallos.

2.3 Fallas de comunicación y automatización

Aunque las fallas en los sistemas de comunicación y automatización pueden no afectar inmediatamente la generación de energía, dificultan el análisis operativo, la detección de defectos y las capacidades de control remoto, lo que plantea riesgos de seguridad que podrían agravarse si no se abordan.

2.4 Fallas geográficas y ambientales

Los factores ambientales pueden causar deformaciones en el equipo debido al asentamiento del suelo, cortocircuitos eléctricos por distancias de seguridad insuficientes, corrosión por salpicaduras de sal, degradación de la aislación por humedad y cortocircuitos causados por la intrusión de la vida silvestre.

3 Causas raíz de las fallas comunes

Teóricamente, los accidentes y las fallas graves pueden prevenirse mediante una gestión estricta. Sin embargo, en la práctica, los incidentes de seguridad eléctrica y los fallos de equipos persisten debido a:

• Defectos de diseño en los proyectos PV iniciales debido a un desarrollo apresurado y falta de experiencia.

• Calidad de construcción comprometida debido a cronogramas ajustados, lo que lleva a trabajos de baja calidad y riesgos operativos a largo plazo.

• Incapacidad para evaluar la confiabilidad del equipo sin pruebas operativas exhaustivas, resultando en el uso de componentes de baja calidad.

• Brechas de habilidades entre el personal de mantenimiento, con muchos siendo nuevos empleados que dependen de métodos de capacitación anticuados, careciendo de competencia en el diagnóstico de fallas y respuesta a emergencias.

4 Soluciones

Estrategias técnicas para abordar las fallas comunes en las estaciones de energía PV incluyen:

• Planificación rigurosa inicial para garantizar que los diseños se alineen con las condiciones específicas del sitio.

• Gestión integral de infraestructura con una selección estricta de contratistas y control de calidad.

• Calificación estricta del equipo para excluir productos subestándar.

• Programas de capacitación mejorados para mejorar la responsabilidad y la pericia técnica del personal.
  La implementación de estas medidas puede reducir significativamente la ocurrencia de fallas.

4.1 Manejo de fallas en la subestación

Las fallas en la subestación siguen protocolos estándar de gestión de fallas eléctricas. En caso de interrupciones de barras colectoras o viajes de línea, las subestaciones de una sola barra colectora pueden experimentar un apagón total, desencadenando la protección de isla y el apagado del inversor. Los operadores deben:

• Garantizar la alimentación auxiliar y verificar los sistemas de respaldo para CC y comunicaciones.

• Analizar las acciones de los dispositivos de protección para identificar tipos de fallas.

• Inspeccionar los sistemas principales, localizar las fallas y coordinar con los operadores de la red para una restauración segura.

4.2 Causas de las fallas en el área PV

Los factores clave que contribuyen a las fallas en el área PV incluyen:

• Prácticas de instalación deficientes, como conexiones flojas, componentes subestándar y sellado inadecuado en cajas combinatorias.

• Coordinación ineficaz entre los equipos de instalación, cableado y puesta en marcha de inversores y transformadores.

• Degradación ambiental, especialmente corrosión por salpicaduras de sal costera y deterioro de la aislación.

• Desgaste por operación prolongada, incluyendo aflojamiento de componentes de ventiladores, bloques terminales y cierres de carcasa.

4.3 Estrategias de prevención de fallas

Las medidas preventivas para las fallas de equipos eléctricos implican:

• Asegurar que la calidad de la construcción cumpla con los estándares operativos antes de la entrega.

• Supervisión técnica proactiva y mitigación de riesgos ambientales durante la operación.

• Fomentar la responsabilidad y las habilidades analíticas del personal a través de capacitaciones dirigidas.

4.4 Detección y manejo de fallas

Las fallas ocultas entre los paneles solares y las cajas combinatorias, que causan pérdida de energía sin síntomas obvios, pueden detectarse utilizando amperímetros de pinza para medir las corrientes de cadena. Los componentes, fusibles o conexiones defectuosas deben reemplazarse de inmediato.

4.4.1 Fallas en las cajas combinatorias

Los problemas comunes incluyen fallas de sellado, mal funcionamiento de módulos de comunicación y sobrecalentamiento por terminales flojas. Inspecciones regulares durante el mantenimiento de primavera, incluyendo re-sellado y apretado de conexiones, pueden mitigar los riesgos de sobrecalentamiento en verano.

4.4.2 Fallas en los inversores

Las fallas en los inversores, que a menudo se manifiestan como apagados o problemas de arranque, son comunes durante la operación inicial. Después de la puesta en marcha, el sobrecalentamiento debido a una ventilación deficiente o fallos de componentes/software es típico. Las medidas preventivas incluyen la limpieza regular de filtros e inspecciones de ventiladores.

4.4.3 Fallas en los transformadores elevadores

Los transformadores secos modernos rara vez fallan, pero los problemas comunes incluyen la entrada de vida silvestre debido a un sellado deficiente, fallos de ventiladores y fallas de cierres de válvulas. En proyectos costeros o híbridos, los terminales de cables y los protectores contra sobretensiones requieren vigilancia adicional para prevenir interrupciones en las líneas colectoras. La prevención de fallas se basa en inspecciones rutinarias y monitoreo técnico.