Técnica

Banco de capacitores ¿Cuándo son necesarios en una instalación fotovoltaica?

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Un banco de capacitores hace referencia al conjunto de capacitores conectados en paralelo que se utilizan para mejorar el factor de potencia de un sistema eléctrico,lo cual es una función esencial en los sistemas fotovoltaicos. 

En esencia, los bancos de capacitores ayudan a reducir la cantidad de energía reactiva requerida por un sistema eléctrico, lo que se traduce en una mayor eficiencia energética y una reducción en los costos de energía.

En este blog, hablaremos más sobre qué es un banco de capacitores, como este interviene en los sistemas fotovoltaicos, sus beneficios y los diferentes tipos que existen en el mercado.

Índice

  1. ¿Qué es un banco de capacitores?
  2. ¿Cómo afecta un sistema fotovoltaico al factor potencia? 
  3. Tipos de banco de capacitores
  4. Dimensionamiento de banco de capacitores

1. ¿Qué es un banco de capacitores?

banco de capacitores

Los bancos de capacitores se utilizan en una variedad de aplicaciones, incluyendo en la industria, en edificios comerciales y residenciales, y en sistemas eléctricos de distribución. En la industria, los bancos de capacitores se utilizan para mejorar la eficiencia de los motores eléctricos y reducir las pérdidas de energía en los sistemas de distribución de energía.

Ahora, debido al alta de manda de las energías renovables, en los últimos años se ha tenido un incremento considerable en el mercado solar debido a que no únicamente los usuarios a nivel doméstico demandan el uso de paneles solares en sus residencias, sino que también las industrias están comenzado con la implementación de estos sistemas en sus instalaciones.

En los sistemas fotovoltaicos instalados en servicios en media tensión es muy importante tomar en cuenta el porcentaje de dimensionamiento en este tipo de instalaciones, debido a que en este tipo de tarifas eléctricas existe un cargo que no se toma en cuenta, y es del concepto de factor de potencia. En temas anteriores hemos revisado el tema de factor de potencia donde se explicó el concepto de este y sus repercusiones a nivel monetario.

Como sabes no es bueno tener un bajo factor de potencia en las instalaciones por lo que una manera de solucionar este problema es mediante los bancos de capacitores, los cuales se encargan de brindarnos los reactivos necesarios para el funcionamiento de algunos de los equipos que requieren de este tipo “energía”.

Los capacitores son componentes que almacenan energía eléctrica, y los bancos de capacitores son la unión de varios capacitores conectados entre sí que compensan la “energía reactiva” y aumentan el factor de potencia. Su principal función dentro de una instalación eléctrica es la de suministrar “energía reactiva” a los equipos que la requieran.

2. ¿Cómo afecta un sistema fotovoltaico al factor potencia? 

Como se revisó con anterioridad el factor de potencia se obtiene matemáticamente con la siguiente fórmula:

banco de capacitores

Debido a que en los recibos de energía eléctrica se tienen los conceptos de consumo y no de potencia instantánea podemos modificar la anterior fórmula obteniendo lo siguiente.

banco de capacitores

Al tener un sistema solar instalado la energía generada por los inversores es principalmente potencia activa (a menos que se configure el inversor para la inyección de reactivos), por lo que solamente se logrará cubrir este tipo de potencia, por el otro lado, los reactivos que solicitan algunas cargas no pueden ser cubiertas por el sistema, por lo que los estos siguen siendo los mismos. 

En la fórmula anterior podemos observar que al disminuir la potencia activa consumida y al permanecer los reactivos solicitados constantes el factor de potencia tiende a disminuir.

En el caso de México la Comisión Federal de Electricidad (CFE) tiene estipulado un concepto de cobro debido al factor de potencia, cuando se tenga un factor de potencia por encima del 90% se le brindará una bonificación en su recibo de energía eléctrica, por otro lado, si este se encuentra por debajo del 90% se penalizará con cargos extra en la facturación.

Este problema se presenta principalmente para SFV instalados en servicios de media tensión los cuales no se encuentran dimensionados al 100%, es decir la energía solar solamente cubre cierta cantidad de toda la energía eléctrica requerida en las instalaciones.

3. Tipos de banco de capacitores

Esencialmente existen dos clasificaciones para los bancos de capacitores, los bancos fijos y bancos automáticos.

Banco fijo

Los bancos fijos de capacitores se encargan de inyectar reactivos a la red de manera constante según la capacidad del banco, estos se encontrarán funcionando las 24 horas siempre y cuando no se desconecte de manera manual.

Banco automático

Los bancos automáticos de capacitores al igual que los fijos se encargan de inyectar a la instalación reactivos, la principal diferencia es la cantidad de reactivos a inyectar ya que esta dependerá de la demanda que haya en la instalación y esta oscilará dependiendo de esta.

4. Dimensionamiento de banco de capacitores

Para dimensionar un banco de capacitores es necesario conocer los equipos inductivos con los que cuenta las instalaciones, ya que, hay que conocer el comportamiento de estos y los tiempos que estos se encuentran funcionando, pues como sabes existen dos tipos de bancos, el fijo y el automático. 

Por ejemplo, si sabemos que se tienen motores que se encienden y se apagan a una determinada hora y su uso es constante en tiempos determinados lo recomendable sería un banco de capacitores fijo, pero por el otro lado si sabemos que la operación de las instalaciones es variante, es decir cuenta con motores que se encienden y apagan de manera automática lo ideal sería un banco de capacitores automático, el cual ajusta los reactivos dependiendo de las necesidades de las instalaciones.

Hay varias maneras de conocer la capacidad del banco de capacitores a instalar, la primera que es la ideal es realizar un estudio energético a través de un analizador de redes conectado a las líneas eléctricas del sistema eléctrico para conocer el comportamiento de los reactivos requeridos dentro de la instalación, a través de este estudio puedes determinar los reactivos máximos necesarios en la instalación al igual la presencia de armónicos en las líneas.

Esto es muy importante, ya que si hay presencias de armónicos y se coloca un banco de capacitores estos pudieran quemarse por la misma presencia de las señales armónicas, por lo que se tendría colocar además de un banco de capacitores un filtro de armónicos. 

La segunda es realizar un censo de cargas de todos los equipos inductivos y revisar el factor de potencia de cada una de estas y obtener los reactivos necesarios para todas las cargas, con base a esto realizar un estimado de la capacidad de los bancos de capacitores. Para el tercer caso es realizar la estimación por medio de una fórmula matemática la cual se presenta a continuación.

banco de capacitores

Qc= Capacidad del banco de capacitores.

Dmax=Demanda máxima (potencia activa máxima) registrado en un periodo.

PFactual= Factor de potencia que se tiene actualmente.

PFdeseado==Factor de potencia que se desea alcanzar.

Con la información anterior se puede tener un estimado de la capacidad de un banco de capacitores.

Por ejemplo, suponiendo que en un servicio se registró una demanda máxima de 110 Kw y cuentan con un factor de potencia de 85% pero ellos desean elevarlo hasta un 95%, ¿cuál sería la capacidad de reactivos que se necesitaría inyectar al servicio?

Tomando la ecuación de anterior y sustituyendo tenemos:

banco de capacitores

En este ejemplo serían necesarios una capacidad de reactivos de 32 Kvar.

La segunda y tercera opción de dimensionamiento solo se recomienda si no hay presencia de armónicos dentro de las instalaciones, ya que esto pudiera ser perjudicial al banco de capacitores, si no se instala con un filtro para los armónicos.

Conclusión

Un banco de capacitores pudiera ser necesario en SFV instalados en media tensión donde la generación producida por los paneles no llega a cubrir la totalidad del consumo en el recibo eléctrico, debido a esto se estaría presentando un cargo por bajo factor de potencia con penalizaciones que en ocasiones pueden llegar hacer bastante elevadas.

Si quieres conocer más al respecto, visita nuestro blog.