Paneles solares para sistemas de telecomunicación
Cuando tenemos que instalar sistemas de telecomunicación en lugares aislados de difícil acceso, suele ser necesario instalar un sistema de alimentación alternativo por si se produce un corte del suministro eléctrico.
Pongamos como ejemplo, esta estación repetidora de TDT en la Serranía de Cuenca:
El sistema alternativo que se utiliza desde hace muchos años, consiste en la utilización de paneles solares para que, si se corta el suministro de la red eléctrica, no se interrumpa el funcionamiento de los equipos de telecomunicación.
PANEL SOLAR
El elemento básico de este sistema de alimentación es el panel solar. Normalmente los paneles solares que nos vamos a encontrar para su uso en telecomunicaciones son de 12 Vdc; pero dado que habitualmente se trabaja con 48 Vdc de tensión continua, vamos a tener 4 paneles solares de 12 Vdc instalados en este tipo de equipos.
Lo podemos encontrar de diversos tamaños, potencia y materiales, destacando sobre todo tres tipos de paneles solares comercializados de acuerdo a su material de construcción:
- Paneles solares de silicio monocristalino, alto rendimiento de potencia.
- Paneles solares de silicio policristalino, rendimiento medio de potencia.
- Paneles solares de silicio amorfo, bajo rendimiento de potencia.
Normalmente nos vamos a encontrar instalados paneles solares de silicio monocristalino en la mayoría de las instalaciones de telecomunicación, dado que presentan un mayor rendimiento de potencia (energía radiada recibida/energía eléctrica generada). Se han introducido mejoras en los paneles solares, añadiendo una capa reflectante detrás de las células fotovoltaicas, aumentando así el rendimiento de potencia de los paneles, se denominan paneles PERC.
En el caso de los paneles solares de silicio amorfo, hay algunos modelos que son transportables, para su uso con fines de carga de vehículos, aunque también puede servir para alimentar equipos a 12 Vdc fácilmente:
Un ejemplo de panel solar monocristalino, es el que muestro a continuación, que forma parte de una maqueta del IES:
En la mayoría de las instalaciones de telecomunicación a 48 Vdc, vamos a encontrarnos 4 paneles solares de forma similar a como aparecen en esta imagen:
A la hora de conectar los paneles solares, éstos se pueden conectan "en serie", al igual que conectaríamos unas baterías: la tensión obtenida es la suma de las tensiones de cada panel solar, siempre que estén bien conectados; pero también en "paralelo" a través de un microinversor con 4 entradas MPPT (una para cada panel), con una salida de alterna.
Importante: para evitar problemas de mal funcionamiento en horas de baja intensidad solar, se suele instalar un diodo en serie con el panel solar: el ánodo en el positivo del panel. Este diodo evita que por la noche, los paneles descarguen la energía acumulada en las baterías durante el día. Desde este diodo será desde donde realizaremos la conexión en serie.
Un ejemplo de instalación de paneles solares para instalaciones de telecomunicación nos lo facilita este fabricante en la hoja de características de cada panel . Basta seleccionar uno de los modelos de panel y se nos despliegan las instrucciones de instalación. Esta información la suelen facilitar la mayoría de fabricantes de paneles solares fotovoltaicos.
REGULADOR DE CARGA
El dispositivo conocido como Regulador de Carga va a asegurarse de que, si hay un aumento de la tensión suministrada por el panel solar, (por ejemplo, un panel de 12 Vdc que nos suministra sin carga 16 Vdc), se ajuste a la que tenga configurada el regulador, normalmente 12, 24 o 48 Vdc en el caso de equipos de telecomunicaciones. Además, nos puede mostrar el suministro de corriente desde los paneles, el consumo de energía por los equipos conectados a nuestro sistema de energía solar, etc. dependerá de lo que nos haya costado el regulador.
De esta manera, evitamos variaciones bruscas de tensión y aumentamos la duración de los sistemas solares.
Un regulador de carga sencillo, para un sistema que trabaje con 12 Vdc conectado a un panel que suministre como indiqué antes, unos 16 Vdc en vacío y tenga pocos requerimientos de carga, sería el que aparece en la fotografía: ideal para paneles de bajo coste de silicio amorfo para cargar la batería de un vehículo.
En la parte inferior tenemos los cables de conexión y en la pare superior, los leds de "alta tensión", "carga" y "baja tensión". Vienen diferenciados los conectores para evitar errores de inversión de polaridad a la hora de conectarlo al panel solar.
Este regulador, si lo conectamos a un panel solar de silicio amorfo como el de una fotografía anterior, nos estabilizaría la tensión en vacío del panel (unos 19 Vdc en vacío) en torno a los 13-14 Vdc para poder alimentar equipos de 12 Vdc.
Este panel tiene un soporte de inclinación para fijarlo en el suelo, para que si fuera necesario posicionarlo ahí o necesitemos obtener una inclinación de 20 a 30º, como se ve en la imagen laterla del panel:
En la siguiente imagen, aparece un regulador de carga profesional, instalado en la maqueta del IES, junto a elementos de protección. Lo podemos encontrar para varias tensiones. En el caso de los sistemas profesionales de telecomunicación, normalmente debería elegirse un regulador para 48 Vdc. En la imagen siguiente aparece un regulador de 12 Vdc, junto a un cargabaterías de 12 Vdc.
Se puede observar que el regulador tiene una serie de etiquetas en rojo en la parte superior del regulador, en la que aparece la tensión a la que está ajustado. Podemos comprarlo para 12, 24 o 48 Vdc, según las necesidades del equipo que se quiera conectar.
Los fusibles de la izquierda protegen el regulador de carga y los paneles, de posibles sobretensiones.
El cargador de 220 Vac a 12 Vdc, nos va a permitir cargar las baterías mientras la tensión de red de 220 Vac esté presente.
BATERÍAS PARA SISTEMAS SOLARES
La energía que generan los paneles solares deberá de ser almacenada en baterías; las hay especialmente diseñadas para sistemas solares, como la que recomienda el fabricante anterior, que tiene una tensión de 12 Vdc:
En el caso de los sistemas de alimentación a 48 Vdc de las estaciones de telecomunicación, nos vamos a encontrar 4 baterías similares a ésta o, en el caso de estaciones remotas de alta disponibilidad por su característica, ubicación, etc., podemos tener una "bancada de baterías" formada por vasos de 1,2 Vdc; formando así un bloque que permite un funcionamiento ininterrumpido durante más horas, hasta restablecer el servicio de la red eléctrica.
ONDULADOR, INVERSOR O CONVERSOR DC/AC
Cuando en los sistemas de telecomunicación se necesita suministrar tensión alterna a algún equipo concreto (normalmente solo ocurre esto en instalaciones no profesionales), se recurre a dispositivos que nos van a transformar los 12, 24 o 48 Vdc en 220 Vac.
Estos dispositivos conocidos como onduladores, no los vamos a encontrar en todas las instalaciones.
Físicamente, éste es el aspecto de un inversor básico de un fabricante nacional:
Es frecuente que un ondulador se instale solo cuando tenemos que instalar equipos que se fabrican para trabajar con tensión alterna de 220 Vac en un sistema en el que todos los equipos funcionan a 48 Vdc, centrándonos en equipos de telecomunicaciones. Otra situación sería por ejemplo iluminar una caseta con bombillas normales como en el ejemplo o suministrar tensión alterna a unos alimentadores de 12 Vdc de salida que dan servicio a varias cámaras de CCTV.
El uso de los inversores está cada vez más extendido no solo para instalaciones de telecomunicaciones, sino que se utiliza también para mejorar el funcionamiento de las estaciones base que se conectan con paneles solares; hasta hace unos años estas EB disponían de baterías de backup, pero en las últimas instalaciones de 5G éstas no se instalan: el suministro eléctrico no sufre las caídas de servicio que había hace unos años.
Así, en puntos con gran intensidad lumínica todo el año, sin sombras sobre los paneles, se puede instalar un sistema formado por varios paneles que suministren la tensión de red que requieren los equipos, sin añadir baterías de backup (que son caras y es necesario su mantenimiento).
Este sistema estaría paralelado al suministro de la comercializadora eléctrica y mientras haya potencia suficiente en los paneles solares, el consumo se derivará de los paneles y cuando no haya suficiente luz, de la red eléctrica, reduciendo así la factura de la empresa de telefonía.
Un microinversor, por ejemplo un APSystems QS1, permitiría conectar hasta 4 paneles solares con regulación MPPT independiente para cada uno de ellos, suministrándonos hasta 1200W (con los correspondientes paneles solares de 300 W conectados) que nos permitirían el funcionamiento de una estación base 5G durante las horas de máxima luz solar, reduciendo así la factura de la empresa operadora de telefonía.
El uso de microinversores permite que, aunque un panel solar tenga una zona de sombra y pierda rendimiento de potencia, no afecte al funcionamiento de los demás módulos fotovoltaicos, son totalmente independientes. En otras configuraciones, con los paneles en serie, el fallo de un panel afecta al funcionamiento del sistema.
Estos microinversores, por sus dimensiones, se colocan detrás de los paneles solares fotovoltaicos, en el chasis donde se instalan los paneles. Se conecta cada panel independiente sobre una de las tomas del microinversor, que dispone de 4 entradas independientes MPPT para conectar hasta 4 paneles, en concreto sobre este módulo APSystems QS1.
Se puede observar las entradas de cada uno de los paneles solares, con la polaridad marcada en el chasis del módulo, como se aprecia en esta otra imagen con dos de las tomas de los paneles.
Se puede observar que aparece marcada la polaridad de los paneles solares y la diferencia entre el conector del polo positivo y negativo. Todas las entradas de cada panel se conectan al microinversor; si alguno pierde prestaciones (por estar en sombra), el microinversor lo desconecta; las potencias se paralelan en el microinversor.
En esta otra fotografía se pueden ver los paneles solares, pero no así los inversores que se encuentran situado debajo de los paneles, sobre la estructura de fijación de los mismos.
Adicionalmente, el sistema de alimentación de paneles solares se encontraría paralelado a la red eléctrica, realizándose la monitorización de selección de la fuente de suministro con el módulo ECU-C o cualquier otro módulo de monitorización del mismo fabricante.
El conexionado de los microinversores sería similar al de la imagen:
El funcionamiento del microinversor con esta configuración es sencillo: si los paneles están a máximo rendimiento de potencia, toda ella es transmitida hacia el microinversor, que lo convierte en tensión alterna, suministrando toda élla hacia el equipo de telecomunicaciones conectado; si algún panel pierde potencia por estar en sombra, simplemente éste queda desconectado del microinversor, mientras los demás siguen suministrando su potencia.
Conexionado de sistemas de telecomunicación aislados a 220 Vac/48 Vdc
El esquema de conexionado de todos elementos en una estación de radio repetidora aislada típica, es similar al que tendremos en un sistema convencional alimentado a 220 Vac , solo que añadiendo la alimentación procedente de los paneles solares de 48 Vdc, para que si se corta el suministro eléctrico de tensión alterna durante el día, tener un suministro de backup:
Este tipo de instalación solar/alterna de telecomunicaciones, está típicamente instalado en zonas en las que se producen cortes de suministro eléctrico por estar en zonas aisladas, como puede ser repetidores en zonas de alta montaña o de difícil acceso.
Además, se incorpora un diferencial de rearme automático en el suministro de tensión alterna para que, si por una tormenta se dispara el diferencial, transcurridos un tiempo preprogramado, se rearma y se restablece el servicio de tensión alterna, pero sin llegar a interrumpirse el servicio por el backup de tensión suministrado por los paneles solares. Esto permitiría que, si la avería ha sido por una avería puntual que ha desaparecido, al rearmarse el diferencial en un plazo de, por ejemplo, 15 minutos, no tener que desplazar personal técnico al emplazamiento en cuestión.
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