Cada planta solar que se conecta a una red de voltaje medio (MV), generalmente superior a 1 MW, requiere un transformador elevador que convierte la salida de CA de bajo voltaje del inversor (generalmente 400 V o 630 V) al voltaje medio de la empresa (de 6 kV a 35 kV). La selección de kVA, grupo de vectores o clase de pérdida de transformador incorrectos crea un cuello de botella que limita la producción de la planta o una sobreespecificación costosa. Esta guía cubre el proceso de selección de transformadores para ingenieros de plantas solares y desarrolladores de proyectos.
Por qué los transformadores para energía solar son diferentes
Los transformadores solares tienen características de funcionamiento únicas en comparación con los transformadores industriales:
- Carga variable: Los transformadores solares aumentan desde cero al amanecer hasta carga completa al mediodía y regresan a cero al anochecer: un ciclo diario que el transformador debe manejar durante más de 25 años.
- Contenido armónico: Los inversores de cadena modernos producen una distorsión armónica muy baja (distorsión armónica total, THD ≤ 3% para la serie Sungrow SG-CX), pero el alto voltaje de CC (1000-1500 Vcc) crea requisitos para el diseño de aislamiento de transformadores específicos.
- Sin irrupción magnetizante en carga: A diferencia de los transformadores de motor, los transformadores solares no experimentan una irrupción de carga mecánica, pero el algoritmo MPPT del inversor puede causar cambios rápidos de carga que requieren consideración de la impedancia del transformador.
- Sobrecarga en el acoplamiento DC: Para configuraciones BESS acopladas a CC, es posible que el transformador necesite manejar la descarga fotovoltaica y BESS simultáneamente, lo que aumenta la potencia máxima por encima de la clasificación de la placa fotovoltaica.
Metodología de dimensionamiento de kVA
La potencia nominal en kVA del transformador debe cubrir la potencia máxima de salida de CA de los inversores conectados con margen de pérdidas y sobrecargas:
Transformador kVA = ΣInversor CA kVA × 1,05 a 1,10
El factor de gran tamaño de 1,05 a 1,10 representa:
- Pérdidas de cobre del transformador (pérdidas de carga) a la corriente nominal: normalmente entre el 0,5% y el 1,5% de la potencia nominal
- Sobrecarga durante picos de irradiancia (la mejora del borde de las nubes puede empujar brevemente la salida del inversor por encima del nominal)
- Ampliación de capacidad futura (el 10% de margen evita el reemplazo del transformador si se agrega una segunda fase)
Ejemplo: un grupo de 10 × Sungrow SG150CX Los inversores (150 kW AC cada uno) requieren un transformador mínimo de: 10 × 150 kVA × 1,08 = 1.620kVA. Seleccione el siguiente tamaño estándar: 1.600 kVA o 2.000 kVA.
Selección de grupo de vectores
El grupo de vectores del transformador define la relación de fase entre los devanados primario (HV) y secundario (LV) y cómo se maneja el neutro. Para las plantas solares, las configuraciones más habituales son:
| grupo de vectores | cuando se usa | Notas |
|---|---|---|
| Dyn11 | La mayoría de las aplicaciones solares europeas | Delta HV / Star LV con neutro. Más común para inversores de cadena. Proporciona una ruta de corriente de secuencia cero en el lado BT (detección de falla a tierra del inversor). |
| YNyn0 | Energía solar de EE. UU. y América del Norte | Estrella neutra / Estrella neutra. Común para aplicaciones de servicios públicos donde los neutros HV y LV están conectados a tierra. |
| Dyn1 | Energía solar de China (GB/T) | Desfase de 30° entre AT y BT. Requerido por algunos operadores de red chinos para la cancelación de armónicos en configuraciones de doble transformador. |
Para la mayoría de los proyectos internacionales que conectan redes MV de 11 kV a 33 kV, Dyn11 es la opción estándar. Confirme siempre el grupo de vectores requerido con el estudio de interconexión de la empresa de servicios públicos o el documento de estándares de conexión a la red antes de solicitar el transformador.
Clases de eficiencia y pérdidas.
Las pérdidas del transformador constan de dos componentes:
- Pérdidas sin carga (pérdidas del núcleo): Constante independientemente de la carga: el transformador utiliza esta energía las 24 horas del día, incluso cuando la planta no está generando. Especificado en vatios a frecuencia nominal.
- Pérdidas de carga (pérdidas de cobre): Proporcional al cuadrado actual. Con una carga del 50%, las pérdidas de carga son el 25% del valor de carga completa.
Para aplicaciones solares, las pérdidas sin carga merecen especial atención porque las plantas solares tienen carga cero o baja durante más de 10 horas al día (noche). Un transformador de alta eficiencia con bajas pérdidas sin carga amortiza su prima en ahorros de energía durante la vida útil de la planta.
| Clase de eficiencia IEC | Punto de referencia de pérdida sin carga (1.000 kVA) | Caso de uso |
|---|---|---|
| Estándar (AAA) | ~1000 vatios | Infraestructura de red estándar |
| Alta eficiencia (A0/A0k) | ~700W | Bueno para la energía solar: menores pérdidas nocturnas |
| Núcleo amorfo (premium) | ~250W | Lo mejor para la energía solar: se amortiza en 3 a 5 años en comparación con el estándar |
Para un transformador de 1000 kVA con pérdidas sin carga de 1000 W frente a 250 W que funciona 8760 horas al año con un costo de energía de $0,10/kWh: ahorro anual = 6575 kWh × $0,10 = $658/año. Con una recuperación de la prima básica amorfa de 3 a 5 años, esto casi siempre está económicamente justificado.
Impedancia del transformador y compatibilidad del inversor.
La impedancia del transformador (expresada como porcentaje, típicamente del 4 al 6%) determina la corriente de falla entregada durante un cortocircuito y afecta la estabilidad del voltaje de la red del inversor bajo cambios de carga. Una impedancia más alta reduce la corriente de falla (dispositivo de distribución más seguro) pero aumenta la caída de voltaje bajo carga. Para la mayoría de las conexiones de transformadores de plantas solares, la impedancia estándar es del 4% al 6%; Consulte las especificaciones del fabricante del inversor para conocer el rango de impedancia aceptable.