¿Qué es un transformador solar?
El transformador es un componente clave de la producción y distribución de energía solar. Históricamente, los transformadores «boost» o «buck» provienen de fuentes de energía no renovables. Existen diferentes tipos de transformadores solares, que incluyen distribución de energía, estación, subestación, instalación de plataforma y puesta a tierra. Todos los transformadores solares tienen requisitos especiales que afectan el costo.
Por ejemplo, las aplicaciones solares experimentan cargas de estado estable durante el funcionamiento del inversor. Cuando salga el sol, el proceso de reacción se debilitará y la carga en el transformador será más constante.
Además, no se ha definido el funcionamiento continuo de fallas para los sistemas fotovoltaicos. Esto puede deberse a que es más fácil encender y apagar rápidamente los sistemas solares, o porque los requisitos reglamentarios no se han mantenido al día con la tecnología joven. Esto puede cambiar en el futuro.
En términos de armónicos, el contenido armónico típico del inversor está por debajo del 1%, lo que casi no tiene impacto en el sistema. La distribución armónica más baja se debe a la ausencia de generadores e interruptores y controles de protección, como los de las turbinas eólicas. Los transformadores solares necesitan ser reforzados. Sin embargo, el inversor solar convierte la entrada de CC del conjunto fotovoltaico en el voltaje de CA del transformador, con una transición suave y sin sobretensión en el circuito de carga. Dado que el transformador solar opera a un voltaje estable y el voltaje nominal es controlado por el inversor, las fluctuaciones de voltaje y carga son mucho más bajas que las de las turbinas eólicas. El sistema fotovoltaico también está operando cerca de su carga nominal.
Los sistemas de energía solar también tienen problemas de diseño especiales. Dado que el tamaño del inversor solar más grande es de aproximadamente 500 kilovoltios-amperios (kVA), los diseñadores construyeron un transformador solar de 1000 kVA colocando dos devanados conectados al inversor en una caja. El transformador debe tener un devanado independiente para recibir una entrada completamente independiente. El problema de diseño también surge del tendido de cables a largas distancias para convertir la corriente continua en corriente alterna.
Las restricciones en el tamaño del inversor también limitan el tamaño del sistema fotovoltaico. Es muy difícil aumentar el tamaño añadiendo más inversores solares en una caja de transformadores. Con el tamaño de chasis requerido y el cableado que convierte la corriente continua en corriente alterna, las cosas se complican.
La clave de un transformador solar es comprender las variables de cada sistema. El transformador debe personalizarse para que funcione con cada sistema específico. La tecnología de inversores avanza lentamente, y queda por ver si esta desventaja comparativa se convertirá en una falla fatal en el avance de la tecnología solar al mismo nivel que los parques eólicos.
Transformadores para generación de energía fotovoltaica distribuida (DPV)
La electricidad se genera convirtiendo la energía solar en corriente continua utilizando células fotovoltaicas (PV). La corriente continua generada se convierte en corriente alterna a través de un inversor, y la corriente alterna se conecta a la red a través de un transformador elevador. El estándar internacional aplicable a los transformadores de generación de energía DPV es IEEE C57.159 2016 «Directrices IEEE para transformadores de aplicación en sistemas de generación de energía fotovoltaica distribuida (DPV)». Actualmente, el nivel de tensión y potencia nominal del sistema inversor es limitado, por lo que uno o más inversores están conectados al secundario de la misma cantidad de transformadores elevadores. Aunque la configuración más habitual es de 2 a 3 secundarios, actualmente también se fabrican transformadores de 6 secundarios.
La tendencia de desarrollo de los transformadores fotovoltaicos.
Debido al uso de sistemas de generación de energía distribuida de energía renovable, el uso de una gran cantidad de cargas no lineales, la carga de vehículos eléctricos (EV), etc., la complejidad de la red eléctrica está aumentando rápidamente. Al mismo tiempo, la demanda de redes eléctricas multifuncionales e “inteligentes” ha impulsado el desarrollo del concepto de “red inteligente”. Es inevitable que tarde o temprano la red eléctrica experimente cambios trascendentales, y se necesita un «transformador inteligente» en el futuro. Los transformadores de energía renovable no son una excepción. La próxima generación de transformadores de energía renovable debe combinarse con las necesidades de las redes inteligentes. A continuación se muestra información sobre las características de estos transformadores.
• Red inteligente y necesidades del cliente: la red inteligente requiere que los transformadores tengan una variedad de características y funciones únicas, por ejemplo,
1) Aislamiento y filtrado de armónicos: las cargas no lineales producen armónicos y el transformador debe poder mantener una forma de onda de salida limpia
2) Compensación de huecos de tensión: Los transformadores y sistemas de distribución de corriente no pueden corregir el nivel de tensión para garantizar una tensión constante en el terminal del usuario. Los futuros transformadores deberían tener esta característica.
3) Compensación de fallas de energía: el transformador toma energía del sistema de energía para compensación de fallas de energía
4) Salida de CC: además de la salida de CA estable, los futuros transformadores también proporcionarán salida de CC, compensación de potencia reactiva y automatización avanzada de distribución de energía para cargas de CC, como la carga de vehículos eléctricos.
5) Aislamiento de fallas: el transformador debe aislar la falla del lado de la carga de la red, y el equilibrio de voltaje debe ocurrir en la falla del lado de la línea entrante, protección monofásica, fuente de alimentación trifásica, fuente de alimentación monofásica y aislamiento de la red eléctrica al reducir el peso y tamaño, eliminando aceite y/o fluido.