Cableado CC (parte 2)

Continuación de la parte 1. 

Interruptores de aislamiento

Se puede usar un interruptor de aislamiento de batería para aislar la batería (o la bancada de baterías) del resto del circuito eléctrico. O para aislar una fuente o un consumidor eléctrico de CC de un circuito eléctrico. Poder aislar la batería o los consumidores eléctricos de CC es útil si el sistema no va a usarse durante un tiempo o para realizar labores de mantenimiento.

Cuando seleccione un interruptor de aislamiento asegúrese de que la corriente nominal del interruptor sea adecuada para las corrientes que se pueden esperar en el sistema a plena carga.

Las normas y orientaciones sobre aislamiento de baterías varían según el país, pero se recomienda que, si se necesita aislamiento, solo se aísle el cable positivo de la batería.

Puede que ni siquiera sea necesario añadir un interruptor de aislamiento. Un sistema CC siempre cuenta con un fusible principal. Si se retira el fusible, también se romperá el circuito. De modo que cuando sea necesario hacer trabajos de mantenimiento en el sistema, o si hay que cambiar la batería, será suficiente con retirar el fusible principal para aislar la batería del resto del sistema.

Use siempre interruptores de aislamiento de calidad. El interruptor de aislamiento añadirá resistencia al sistema. Un interruptor de mala calidad tendrá más resistencia, lo que puede aumentar la caída de tensión y causar problemas en el sistema.

Tipos de interruptores de aislamiento:

            • Interruptor de aislamiento de baterías para sistemas móviles (normalmente 12 y 24 V).
            • Disyuntores montados en carril DIN para sistemas terrestres para baterías y FV (normalmente de 48 V y más).
            • Interruptor de portafusibles NH para sistemas terrestres de alta corriente para baterías y FV (normalmente de 48 V y más). 

Conmutación del negativo en sistemas de múltiples unidades

En un sistema inversor/cargador el interruptor de aislamiento de la batería solo se sitúa en el cable positivo de la misma. Pero en algunas instalaciones, podría ser necesario conmutar tanto el positivo como el negativo. Esta puede ser una exigencia de las normativas locales.

Conmutar tanto el cable positivo como el negativo de la batería no es un problema en un sistema con un solo inversor/cargador Victron. No obstante, puede presentar problemas en sistemas con varias unidades de inversor/cargador conectadas en un sistema en paralelo y/o trifásico.

En un sistema en paralelo y/o trifásico cada una de las unidades del sistema necesita comunicarse con las otras a través de un cable de comunicación que interconecta los conectores VE.Bus. Algunos de nuestros modelos de inversor/cargador no tienen aislamiento galvánico entre la batería y el VE.Bus. La ausencia de aislamiento significa que en ciertas situaciones, si la conexión del negativo de la batería se rompe, aparecería una corriente en la señal negativa del cable de datos, que puede dañar el chip de comunicación del inversor/cargador.

En un sistema con más de un inversor/cargador, si el negativo ha de conmutarse, siga esta recomendación:

            • La conexión del negativo de la batería de cada unidad tiene que conectarse a las conexiones negativas de las otras unidades.
            • Solo cuando el negativo común está en su sitio, se pueden conectar los cables RJ45 VE.Bus a las unidades.
            • Cuando se saca una unidad del sistema, todos los cables RJ45 tienen que estar desconectados antes de quitarla.

Derivador

Un derivador se añade al sistema para medir el flujo de corriente. Esto es necesario para controlar el sistema o para calcular el estado de carga de la batería.

Un derivador es un elemento resistivo. Cuando la corriente lo atraviesa, se produce una pequeña caída de tensión. Si la corriente es pequeña la tensión será baja, pero si la corriente es elevada, la tensión será mayor. Si el flujo de corriente se invierte, la caída de tensión cambiará la polaridad. La tensión del derivador es un indicador de la cantidad de corriente y de su dirección. Esta información puede usarse para averiguar cuánta corriente pasa por un sistema o para calcular el estado de carga de la batería.

Los derivadores tienen una corriente y una tensión nominales, por ejemplo 500 A y 50 mV. Esto significa que si pasa una corriente de 500 A por el derivador, habrá una caída de tensión de 50 mV (= 0,05 V) en el mismo.

El derivador ha de tener una corriente nominal que se ajuste a las máxima corriente CC que pasará por todos los consumidores eléctricos del sistema juntos.

Cableado CC de un sistema en paralelo y/o trifásico

Se puede crear un gran inversor/cargador o un inversor/cargador trifásico conectando varios inversores/cargadores. Estas unidades se comunican entre sí y juntas conforman un gran inversor/cargador. Todas han de estar conectados a la misma bancada de baterías. Al hacer el cableado de una instalación como esta, hay algunas consideraciones importantes con respecto a los cables de la batería.

Para un funcionamiento correcto, es fundamental que cada unidad reciba exactamente las mismas tensiones. Para garantizar esto, el recorrido de la CC desde la bancada de baterías a cada unidad, o desde la barra de conexiones a cada unidad, debe ser exactamente el mismo.

Si hay alguna diferencia en el grosor o en la longitud de los cables entre las unidades, habrá una diferencia en las tensiones de estas unidades.

Diferentes tensiones implican diferentes corrientes. La unidad con la tensión más baja tendrá una mayor corriente pasando por su sistema electrónico. La sobrecarga del inversor/cargador se dispara por la intensidad de esta corriente. De modo que aunque la potencia proporcionada por cada inversor sea la misma, la unidad con la menor tensión tendrá una corriente más elevada pasando por ella y entrará en sobrecarga antes que las otras unidades. La potencia total de inversor del sistema será entonces inferior porque cuando una unidad entra en sobrecarga, todo el sistema deja de funcionar. La unidad con el cableado inadecuado determinará el rendimiento de todo el sistema.

Para lograr un sistema equilibrado, tendrá que usar el mismo tipo de cable, con la misma sección y la misma longitud, desde la bancada de baterías o desde las barras de conexiones hasta cada unidad. Asegúrese también de que los terminales de todos los cables son idénticos y que todas las conexiones están apretadas con el mismo valor de torsión. Considere el uso de barras de conexiones o bornes de potencia entre la bancada de baterías y los inversores/cargadores.

Cuando coloque fusibles en la instalación, considere usar un solo fusible CC por fase. Si no puede disponer de un solo fusible grande, use un fusible por unidad, pero asegúrese de que son todos exactamente iguales.

Para comprobar si el cableado de un sistema es correcto o para solucionar problemas del cableado, siga los siguientes pasos:

            • Cargue el sistema hasta la carga máxima.
            • Coloque la pinza amperimétrica en los cables CC de cada unidad.
            • Compare las lecturas de corriente, todas las unidades deberían tener corrientes CC similares.

También puede medir la tensión de la barra de conexiones o de la bancada de baterías y compararla con las tensiones que ha medido en los terminales de la batería de cada unidad. Todas estas lecturas de tensión deberían ser idénticas.

Barras de conexiones de sistemas grandes

Las instalaciones grandes suelen estar formadas por varios consumidores eléctricos y varias fuentes de CC, como varias baterías, varios inversores/cargadores y varios MPPT. Todos ellos se conectan a una barra de conexiones central. Al hacer las conexiones de estas instalaciones, es necesario considerar varias cosas.

En estos sistemas tendrá que usar barras de conexiones pero, aún así, es importante cómo se conecta cada equipo a la barra de conexiones y en qué orden. Es importante conectar los inversores/cargadores y los MPPT a la barra de conexiones alternativamente. De esta forma se reducirá la corriente que pasa por las barras de conexiones. Sencillamente, la corriente que entra en la barra de conexiones desde un MPPT puede llegar por un camino más corto directamente al inversor o a la batería. Esta corriente no necesita pasar por toda la barra de conexiones. Así se mantiene un “tráfico” local reducido.

Al hacer las conexiones, asegúrese de que todos los inversores/cargadores tienen la misma longitud de cable. También los MPPT han de tener cables de longitudes aproximadamente iguales. Y lo mismo para las baterías.

Si el sistema tiene una sola bancada de baterías, debería conectar la bancada de baterías en la mitad de las barras de conexiones. Pero si hay varias bancadas de baterías en paralelo o baterías inteligentes Smart, también deben distribuirse de forma uniforme a lo largo de las barras de conexiones.

Detección y compensación de tensión

La detección de tensión es una característica del cargador de baterías. Funciona midiendo la diferencia entre la tensión de la unidad y la tensión en los terminales de la batería. Tan pronto como se detecta una diferencia, la tensión de carga se incrementa para compensar las pérdidas del cable durante la carga. Esto garantiza que las baterías siempre se cargan con la tensión correcta. Esta característica normalmente solo compensará caídas de tensión de hasta 1 V. Si las pérdidas del sistema son superiores a 1 V (por ejemplo, 1 V en la conexión positiva y 1 V en la negativa), el cargador de la batería, el controlador de carga solar MPPT o el inversor/cargador reducirán su tensión de carga de tal forma que la caída de tensión permanezca limitada a 1 V. La razón de que esto sea así es que si las pérdidas son superiores a 1 V, como los cables de la batería son demasiado finos, no pueden llevar una corriente grande y por lo tanto la corriente ha de reducirse.

También se puede usar la detección de tensión para compensar las caídas de tensión cuando se usen separadores de diodos. Un separador de diodos tiene una caída de tensión de 0,3 V en el diodo.

Si el producto tiene un terminal de detector de tensión (V-sense), se pueden conectar directamente dos cables de detección desde el terminal V-sense hasta el polo positivo de la batería y el terminal negativo de la distribución. Utilice un cable con una sección de 0,75 mm².

Si el inversor/cargador está equipado con la mochila VE.Bus smart, no son necesarios los cables de detección de tensión. La mochila Smart dongle se ocupa de la detección de tensión. Si se trata de un cargador MPPT, conecte un sensor Smart Battery Sense a la batería y emparéjelo con un MPPT.

Detección de tensión en un sistema de almacenamiento de energía (ESS) con CC solar

En un sistema ESS con un MPPT, el cargador del inversor/cargador está desactivado. Esto es porque el MPPT carga la batería y la energía solar sobrante se devuelve a la red. El CCGX controla este proceso. Para que esto funcione, el CCGX configurará el MPPT a una tensión CC superior a la del inversor/cargador.

Cuando la batería esté casi llena, la tensión en la misma será ligeramente mayor que la tensión CC del inversor/cargador. Esta es la “señal” que el inversor/cargador emplea para reducir esta “sobretensión”. Para ello, devuelve energía a la red. En un sistema de 48 V, esta sobretensión se fija en 0,4 V y en uno de 24 V en 0,2 V.

Para que este proceso funcione adecuadamente, es fundamental que la batería reciba la tensión correcta del MPPT. Hay que prestar especial atención al diseño y colocación del cableado CC, fusibles y conexiones, ya que podrían causar una caída de tensión en el sistema.

Una caída de tensión puede reducir la “sobretensión” que el inversor/cargador necesita antes de devolver energía a la red.

La resistencia total es 1,78 mΩ y la caída de tensión a 100 A es de 178 mV.

La solución es usar un MPPT con compensación automática de la caída de tensión. Como resultado, la tensión de salida del MPPT subirá ligeramente con el aumento de la corriente. Pero si el MPPT no tiene detección de tensión, es mejor conectar el MPPT directamente al MultiPlus.

Paneles solares

Los paneles solares no pueden conectarse directamente a una batería. Es necesario colocar un cargador solar entre los paneles solares y las baterías. El cargador solar convierte la tensión del panel solar, que es más alta, en una tensión adecuada para cargar baterías. Si se conecta un panel solar directamente a una batería, esta resultará dañada.

Para conectar paneles solares a un cargador solar, en la mayoría de los casos el panel solar cuenta con conectores especiales resistentes al agua, normalmente conectores MC4. Hay dos tipos de estos conectores: machos y hembras.

El conector macho se conecta al cable positivo que viene del panel solar y el conector hembra se conecta al cable negativo.

Si los cables del panel solar no tienen la longitud suficiente, será necesario usar un alargador. El alargador suele tener conectores MC4 ya montados. Los cables solares tienen un conector macho en un extremo y uno hembra en el otro.

Se pueden unir conectores MC4 a un cable solar de 4 mm² o de 6 mm².

Un cable solar es un cable especial. Es un cable muy resistente diseñado para su uso en exteriores en instalaciones de paneles solares. Es resistente al polvo, al paso del tiempo y a la radiación UV y tiene hilos de cobre estañado.

Los cables solares para pequeños conjuntos FV, como los de aplicaciones de automoción o marinas, suelen ser de doble núcleo. En estas aplicaciones, los cables también tienen que ser resistentes a la radiación UV y tener hilos de cobre estañado.

El grosor del cable necesario dependerá del tamaño del conjunto solar y de su tensión. Esto determinará la corriente y el grosor del cable Se puede consultar más información sobre esto en el apartado de selección del cable adecuado.

Se venden dos modelos de cargadores solares MPPT, con conectores MC4 o con conectores de tornillo en la cara FV. Así es cómo se conectan a un panel solar visto desde la parte de atrás del panel solar.

En algunas ocasiones el panel solar no tiene cables. De modo que tendrá que ponerlos usted mismo. Para ello, abra la caja de conexiones de la parte posterior del panel y conecte allí los cables. Puede usar cables solares con o sin conectores MC4. Si está conectando el panel solar directamente al MPPT.

En muchas instalaciones solares, un solo panel solar no es suficiente. En este caso, es necesario montar un conjunto solar o fotovoltaico (FV). Un conjunto solar está formado por varios paneles solares conectados entre sí.

Si se conectan los paneles solares en serie, la tensión aumenta y si se conectan en paralelo, disminuye. Lo mismo sucede cuando se construye una bancada de baterías con baterías independientes.

Para facilitar las conexiones en paralelo, se pueden usar conectores MC4.

Para determinar la energía total del conjunto solar, solo tendrá que sumar la energía de cada módulo independientemente de que estén conectadas en serie o en paralelo.

Al diseñar un conjunto solar, asegúrese de que la tensión del circuito abierto del conjunto (Voc) no supera la tensión nominal del MPPT.

Fuente: Wiring Unlimited de Victron Energy