El convertidor solar
Grundfos RSI
El RSI transforma la potencia continua de un campo fotovoltaico en corriente alterna trifásica para accionar una bomba sumergible, sin baterías. Integra un seguimiento del punto de potencia máxima (MPPT), cuenta con un índice de protección IP66, cubre un rango de potencia de 1,5 a 250 kW y puede, según la configuración, recibir apoyo de la red eléctrica o de un grupo electrógeno. Estas características constituyen los elementos esenciales que deben tenerse en cuenta para su dimensionamiento.
Un variador de frecuencia hecho a la medida del sol
El convertidor RSI asegura la interfaz entre el generador fotovoltaico y el motor sumergible. Los módulos fotovoltaicos suministran una tensión continua, variable con la irradiación y la temperatura, mientras que el motor necesita una alimentación trifásica cuya tensión y frecuencia deben pilotarse con precisión. El RSI realiza esta conversión integrando además un algoritmo de seguimiento del punto de potencia máxima (MPPT). Adapta permanentemente la frecuencia de salida, y por tanto la velocidad de rotación de la bomba, a la potencia disponible en cada instante. La bomba funciona así en todo el rango de irradiación solar, con un caudal que evoluciona de forma natural en función de la energía suministrada por el campo fotovoltaico.
Baja tensión o alta tensión, una elección estructurante
El convertidor RSI se presenta en dos rangos de tensión de entrada, cuya elección condiciona el dimensionamiento del generador fotovoltaico. La versión de alta tensión está destinada a las instalaciones de media y gran potencia, y permite el uso de cadenas de módulos de tensión elevada. La versión de baja tensión, limitada a una potencia máxima de 15 kW, está diseñada para funcionar con tensiones continuas más bajas y configuraciones de campo fotovoltaico adaptadas.
| 3 × 208-240 V | 3 × 380-440 V | |
|---|---|---|
| Rango de potencia | 1,5 a 15 kW | 2,2 a 250 kW |
| Tensión mínima en el punto de potencia máxima | 230 V | 450 V |
| Tensión recomendada | 290 a 336 V | 530 a 615 V |
| Tensión de entrada máxima | 400 V | 800 V |
| Frecuencia de salida | 5 a 160 Hz | 5 a 160 Hz |
| Índice de protección | IP66 | IP54 o IP66 |
Las tensiones mínima MPPT, recomendada y máxima de entrada definen las restricciones de dimensionamiento del generador fotovoltaico. La cadena de módulos debe conservar una tensión superior al umbral mínimo de funcionamiento cuando la temperatura de las células es elevada, condición necesaria para mantener el seguimiento del punto de potencia máxima. A la inversa, su tensión en circuito abierto nunca debe superar la tensión de entrada máxima del convertidor en las condiciones más desfavorables, en particular con mucho frío, cuando la tensión de los módulos es máxima. El dimensionamiento debe por tanto garantizar el respeto simultáneo de estos límites, con el fin de asegurar un funcionamiento fiable y continuo de la instalación durante todo el año.
El RSI se elige según la intensidad del motor
El dimensionamiento del convertidor viene determinado por la corriente nominal del motor. A igualdad de potencia, un motor diseñado para una tensión nominal más baja presenta una corriente nominal más elevada. Por ello, es frecuente que el convertidor requerido pertenezca a una clase de potencia superior a la del motor, con el fin de cubrir la intensidad exigida en todas las condiciones de funcionamiento.
| Tamaño del RSI, gama 3 × 380-440 V | Corriente de salida nominal | Tamaño |
|---|---|---|
| 2,2 kW | 5,6 A | A |
| 4 kW | 9,6 A | A |
| 7,5 kW | 16 A | B |
| 15 kW | 31 A | B |
| 22 kW | 46 A | C |
| 37 kW | 72 A | C |
| 55 kW | 105 A | MR7 |
| 110 kW | 205 A | MR8 |
| 250 kW | 460 A | ED |
El mismo principio se aplica al sustituir o modernizar una instalación existente: la elección del convertidor se realiza a partir de las características nominales que figuran en la placa de características del motor, y no únicamente de su potencia aparente. El asistente de puesta en marcha del RSI se apoya además en estos parámetros (la tensión nominal, la frecuencia, la velocidad de rotación, la corriente nominal, el factor de potencia y la potencia) para configurar el convertidor. Para simplificar este paso, incorpora una biblioteca de los principales motores Grundfos, que permite seleccionar directamente el modelo instalado.
Lo que el RSI sabe accionar
El libro técnico enumera las familias Grundfos compatibles: las bombas sumergibles SP, las multicelulares verticales CR, las NB y NK de aspiración axial, las MTR, las CM y las TP en línea. Solo dos condiciones: una frecuencia nominal de 50 o 60 Hz, y un motor capaz de funcionar en 3 × 380 V o 3 × 220 V.
Lo que una instalación RSI incluye realmente
Una instalación completa comprende, además del convertidor, varios equipos cuya lista establece el manual. Dos de ellos corresponden al diseño y deben preverse desde el estudio del proyecto.
| Elemento | Función | Estado |
|---|---|---|
| Seccionador de continua | cortar el campo fotovoltaico con seguridad | indispensable |
| Protección contra sobretensiones de continua | proteger la entrada del convertidor | indispensable |
| Sensor de marcha en seco | entrada dedicada en el convertidor | indispensable |
| Filtro sinusoidal | proteger el aislamiento del motor de los picos de tensión | según la tensión y la longitud del cable |
| Cuadro de agrupamiento | reunir las cadenas de módulos | según el tamaño del campo |
| Sensor de nivel | parada por depósito lleno | opcional, entrada prevista |
| Seccionador de alterna | corte entre la salida y el motor | opcional |
Esta restricción es determinante para la elección de la gama de convertidores. Los modelos de 3 × 380 a 440 V requieren una tensión mínima de 450 V en el punto de potencia máxima, lo que implica necesariamente una tensión en circuito abierto superior a 400 V. La instalación de un filtro sinusoidal es, por tanto, obligatoria de forma sistemática con esta gama. A la inversa, los convertidores de 3 × 208 a 240 V están diseñados para funcionar con un generador fotovoltaico cuya tensión de entrada se mantiene por debajo de 400 V, lo que permite, en las condiciones previstas por el fabricante, prescindir de este filtro.
Las protecciones integradas, y la sonda que las completa
El convertidor RSI integra un conjunto completo de funciones de protección destinadas a proteger el motor, el convertidor y el generador fotovoltaico. Asegura en particular la supervisión de las sobreintensidades, las sobretensiones y las subtensiones, los defectos de puesta a tierra, las pérdidas de fase del motor, las sobrecargas de corta y larga duración, el bloqueo del rotor, el funcionamiento en subcarga, así como la temperatura interna del convertidor. Integra igualmente una protección específica para las aplicaciones fotovoltaicas: cuando la potencia suministrada por el generador se vuelve insuficiente para garantizar un funcionamiento estable, el convertidor interrumpe automáticamente el accionamiento de la bomba con el fin de evitar los ciclos de funcionamiento degradado.
La puesta en marcha incluye un segundo ajuste determinante, el de la frecuencia mínima de impulsión. El procedimiento consiste en poner en marcha la instalación en un día soleado, aumentar progresivamente la frecuencia hasta la aparición efectiva del caudal, y a continuación memorizar ese valor en el convertidor. Este ajuste materializa el umbral de arranque de la bomba, por debajo del cual no se suministra ningún caudal a la salida.
Calor y altitud
Dos factores de reducción de potencia deben tenerse en cuenta al dimensionar el convertidor, en particular en las regiones cálidas y de gran altitud donde los sistemas de bombeo solar se despliegan con frecuencia. Hasta una temperatura ambiente de 40 °C, el convertidor puede suministrar su corriente nominal. Por encima de ese valor, y hasta 60 °C, la corriente de salida admisible debe reducirse conforme a las especificaciones del fabricante. De la misma manera, el funcionamiento a plena carga está garantizado hasta una altitud de 1.000 m. Por encima de esa altitud, se aplica una reducción del 1 % de la corriente nominal por cada tramo de 100 m, hasta la altitud máxima de 3.000 m.
Cinco decisiones, un único dimensionamiento
Elegir un RSI es elegir simultáneamente una bomba, un motor, un tamaño de convertidor, una longitud de cadena de módulos y un número de cadenas en paralelo. Estas cinco decisiones están vinculadas entre sí: la ventana de tensión impone la longitud de la cadena, la longitud de la cadena impone el escalón de potencia del campo, y la bomba fija el umbral de arranque por debajo del cual no se suministra ningún caudal a la salida.
De dónde proceden estos datos
- Manual de instalación y funcionamiento RSI 1,5 a 250 kW, Grundfos: características técnicas, gamas de tensión, tamaños e intensidades de salida, rendimientos del módulo de accionamiento, asistente de puesta en marcha, códigos de fallo, ajuste de la frecuencia mínima de impulsión.
- Manual RSI AC Drives, Grundfos: tipos de motores pilotados, rangos de temperatura ambiente y reducciones de potencia, reducción de potencia por altitud, frecuencia de conmutación.
- Libro técnico RSI, convertidor de energía solar renovable para el control de bombas de 1,5 a 37 kW, Grundfos: descripción general, componentes de la instalación, familias de bombas compatibles, accesorios.
- Manual de instalación y funcionamiento SP y SPE, Grundfos: límites de tensión y de longitud de cable con y sin filtro sinusoidal, sensores de temperatura con variador.