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ENERGIAS RENOVABLES.CURSO 3. GRADO EN INGENERIA DE LA ENERGIA.2014-2015. I. LILLO
1
TEORIA Y PROBLEMAS Energas Renovables
Parte de Instalaciones Fotovoltaicas
Curso 2014-15 Curso 3
Grado en Ingeniera de la Energa Escuela de Ingenieros Universidad de Sevilla
Isidoro Lillo Bravo
ENERGIAS RENOVABLES.CURSO 3. GRADO EN INGENERIA DE LA ENERGIA.2014-2015. I. LILLO
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INSTALACIONES SOLARES FOTOVOLTAICAS
INDICE
1.- Introduccin
2.- Componentes de las instalaciones fotovoltaicas
3.- Seguridad y protecciones en instalaciones fotovoltaicas
4.- Marco normativo
5.- Ejercicios resueltos
5.1.- Ejercicio de acoplamiento elctrico de un generador fotovoltaico en
conexin a red a un inversor.
5.2.- Ejercicio tipo de fotovoltaica aislada
6.- Ejercicios propuestos
7.- Ejemplos exmenes anteriores (adaptados)
8.- Bibliografa
ENERGIAS RENOVABLES.CURSO 3. GRADO EN INGENERIA DE LA ENERGIA.2014-2015. I. LILLO
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1.- Introduccin
Una instalacin solar fotovoltaica tiene como objeto producir electricidad directamente a
partir de la radiacin solar.
Los mdulos fotovoltaicos estn formados por clulas solares asociadas entre s. Las
clulas solares son los dispositivos encargados de la conversin directa de la radiacin solar
en energa elctrica en forma de corriente continua, y es el principal componente de una
instalacin fotovoltaica. En el mdulo, mientras ms radiacin incida y menor sea su
temperatura mayor es su produccin. En su ubicacin hay que procurar que no reciba
sombras ya que en estos casos su rendimiento disminuye considerablemente. La
orientacin del mdulo que ms produce en posicin fija es la Sur.
En las instalaciones fotovoltaicas pueden existir otros componentes como por ejemplo, el
inversor que sera el dispositivo que transforma la corriente continua en corriente alterna, la
batera que se encargara de almacenar la energa y el regulador de tensin que es un
dispositivo bsicamente para el control y proteccin de la batera.
Las instalaciones fotovoltaicas se agrupan en dos grandes grupos en funcin del objeto de
la misma. Por un lado estn las instalaciones fotovoltaicas aisladas de la red, que tienen
como objeto cubrir las necesidades de energa elctrica en un lugar determinado
normalmente aislado de la red elctrica convencional. Entre las instalaciones fotovoltaicas
aisladas las aplicaciones ms frecuentes son suministro elctrico para bombeo de agua para
riego, ganado o abastecimiento humano, electrificacin rural para casas en el campo,
suministro elctrico para instalaciones de telecomunicaciones, sealizacin e iluminacin
para carreteras, tneles, etc, y tambin para pequeos suministros elctricos en
juguetera, relojera, etc.. Existen muchas configuraciones de este tipo de instalaciones en
funcin de la aplicacin. Estas instalaciones aisladas disponen de mdulos fotovoltaicos o
clulas solares y adems suelen incluir otros equipos como bateras, inversores y
reguladores.
Por ejemplo, si es para dar energa elctrica a una vivienda incluyen bateras y si es
para bombear agua no es necesario incluir una batera ya que se almacena el agua en lugar
de la energa.
ENERGIAS RENOVABLES.CURSO 3. GRADO EN INGENERIA DE LA ENERGIA.2014-2015. I. LILLO
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Fig. 1.- Esquema de una instalacin fotovoltaica para una vivienda aislada. I. Lillo.
Actualmente existen en casi todas las comunidades autnomas programas que
financian y subvencionan este tipo de instalaciones.
Por otro lado, estn las instalaciones fotovoltaicas de conexin a red, que tienen
como objetivo fundamental inyectar la energa producida a la red de la compaa elctrica
obteniendo unos ingresos con esta venta de energa.
Estas instalaciones, adems de los mdulos fotovoltaicos llevan un inversor, unas
protecciones elctricas y contadores. Su esquema unifilar est regulado por la Resolucin
de 31 de mayo de 2001 de la Direccin General de Poltica Energtica y Minas (BOE N
148/2001). Por este motivo, est prohibido la incorporacin de bateras, generadores
elctricos, etc.. dentro de la instalacin.
Este tipo de instalaciones est muy regulada por la legislacin y de acuerdo a ella,
toda la energa que producen hay que venderla a la red elctrica, recibiendo el titular una
cantidad de dinero por esa venta. Dentro de esta configuracin han estado los huertos
solares y son las instalaciones objeto de la HE5 del CTE. El 12 de septiembre de 2013 se
public la revisin del HE5 que entr en vigor el 12 de marzo de 2014.
ENERGIAS RENOVABLES.CURSO 3. GRADO EN INGENERIA DE LA ENERGIA.2014-2015. I. LILLO
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Fig. 2.- Esquema unifilar de una instalacin fotovoltaica de conexin a red. I. Lillo.
Fig. 3.- Esquema de componentes de una instalacin fotovoltaica de conexin a red. I. Lillo.
Sin embargo, de acuerdo al RD 1699/2011, es posible en Espaa realizar instalaciones de
autoconsumo, es decir, instalaciones fotovoltaicas, que estando la red presente, puedan
contribuir a satisfacer la demanda de una vivienda, edificio o industria. Al da de hoy, octubre
de 2014, no se ha desarrollado el RD 1699/2011 por lo que se desconocen las condiciones
que finalmente regirn este tipo de instalaciones. No se sabe si se permitir el balance neto,
RED ELECTRICA
Generador Fotovoltaico Unidad de
Acondicionamiento de potencia
Cuadro Elctrico (Protecciones y contadores)
Inversor
ENERGIAS RENOVABLES.CURSO 3. GRADO EN INGENERIA DE LA ENERGIA.2014-2015. I. LILLO
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o si se impondrn impuesto o peajes al uso de la red elctrica. Por ello, la tendencia futura,
aunque an no est reglamentado totalmente es que existirn instalaciones Asistidas e
instalaciones interconectadas a la red, de acuerdo a la definicin de la ITC_BT_40 del
Reglamento Electrotcnico de Baja Tensin.
2.- Componentes de las instalaciones solares fotovoltaicas
En todas las instalaciones fotovoltaicas existe un generador fotovoltaico y
dependiendo del tipo de instalacin existen otros componentes: En las instalaciones de
conexin a red existen inversores y en las instalaciones aisladas pueden existir bateras,
reguladores y/o inversores.
2.1.- Generador fotovoltaico o campo solar
El generador fotovoltaico de una instalacin fotovoltaica es el dispositivo encargado
de transformar la radiacin solar en electricidad. Est constituido por una asociacin serie-
paralelo de mdulos que, a su vez, son el resultado de una agrupacin serie-paralelo de
clulas solares. La clula solar es el dispositivo bsico de conversin de energa.
2.1.1.- La clula solar
2.1.1.1.- Caractersticas
La clula solar es el dispositivo que transforma la radiacin solar en energa
elctrica. El proceso por el cual se realiza esta conversin se denomina efecto fotovoltaico.
El efecto fotovoltaico se puede producir en slidos, lquidos y gases. Hoy da se logran las
mejores eficiencias con materiales slidos.
Para comprender el principio de funcionamiento de la clula solar es conveniente tener
conocimientos bsicos de electrnica de semiconductores, en especial de la estructura
atmica de los materiales y los fenmenos que tienen lugar cuando sobre ellos incide la
radiacin solar. De forma muy general, en el caso de una clula de silicio cristalino el efecto
fotovoltaico no es objeto de este documento y se puede encontrar en cualquier documento
de fsica o Internet. A efectos prcticos el funcionamiento de una clula solar est descrito
por su curva caracterstica.
Curva caracterstica de una clula
ENERGIAS RENOVABLES.CURSO 3. GRADO EN INGENERIA DE LA ENERGIA.2014-2015. I. LILLO
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La representacin ms til del comportamiento elctrico de una clula solar la
proporciona su curva caracterstica, que contiene los posibles puntos de trabajo en
intensidad y tensin para un determinado valor de la radiacin incidente y la temperatura de
la clula.
Para facilitar la comparacin de distintas clulas o mdulos fotovoltaicos entre s se fijan
unas condiciones climticas de referencia, denominadas condiciones estndar,
establecidas por la norma ICE 60904, que consisten en:
1. Nivel de irradiancia E = 1000 W/m2.
2. Temperatura de la clula = 25C, con una tolerancia de 2.
3. Espectro de radiacin definido (distribucin espectral de un nivel de radiacin de
referencia segn IEC 60904-3) con una masa de aire, AM = 1.5.
Fig. 4.- Curva caracterstica de una clula solar en condiciones estndar (linea azul
continua). I. Lillo.
La curva caracterstica de una clula solar viene principalmente determinada por la
posicin de tres puntos:
1. Punto de mxima potencia, pmp: es el punto de la curva en el que la clula produce la
mxima cantidad de potencia. Le corresponde una intensidad Imp, una tensin Ump y un
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valor de potencia Pmp. A la mxima en condiciones estndar se la denomina potencia
pico y su unidad es el vatio pico, Wp.
2. Intensidad de cortocircuito, Icc: es la intensidad que genera la clula cuando la tensin a
la que se la somete es nula. Suele tener un valor entre un 5% y un 15% mayor que la
intensidad en el punto de mxima potencia, Imp. Para clulas comerciales de silicio
cristalino, el valor de la intensidad de cortocircuito vara entre 25 y 35 mA por centmetro
cuadrado de celda.
3. Tensin de circuito abierto, Uca: es la tensin a la cual la clula no produce intensidad.
Para clulas comerciales de silicio cristalino, de 100 cm2, en condiciones estndar, el
valor de la tensin de circuito abierto es del orden de 0,5 a 0,6 V, y para clulas amorfas
de 0,60 a 0,9 V.
Concepto de Potencia pico (cuya unidad es el Watio pico, smbolo Wp).- Es la potencia que
producira una clula solar (o mdulo fotovoltaico) si se expone a condiciones estndar y se
hace funcionar a la tensin de mxima potencia. Da una idea de la potencia mxima que se
puede extraer de una clula o mdulo fotovoltaico.
Un parmetro asociado a este concepto es el de Tolerancia, que indica la variacin mxima
(inferior o superior) que puede existir en la potencia pico de un mdulo concreto respecto a
los datos que aparecen en el catlogo general del mdulo del mismo modelo. Interesa que
sea lo menor posible y valores frecuentes son +/-5% +/-3%.
Otro parmetro de la curva caracterstica es su factor de forma, FF, que es una medida de lo
cuadrada que es la curva caracterstica de las clulas solares. Se define como el cociente
entre la mxima potencia en condiciones estndar y el producto de la intensidad de
cortocircuito y la tensin de circuito abierto en condiciones estndar:
FF = Pmp / Icc Uca (con Icc y Uca en condiciones estndar)
El valor del factor de forma para clulas cristalinas se sita entre 0,75 y 0,85, y para clulas
amorfas entre 0,5 y 0,7.
Para caracterizar trmicamente una clula se emplea un parmetro denominado
temperatura de operacin nominal de la clula, TONC . Indica la temperatura que alcanza
la clula al estar expuesta a las siguientes condiciones, definidas como condiciones
nominales de operacin:
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Irradiancia 800W/m2
Distribucin espectral AM 1.5
Incidencia Normal
Temperatura ambiente 20oC
Velocidad del viento 1m/s
Normalmente la suministra el fabricante y vara entre 41 y 48 oC
Eficiencia de una clula solar
La eficiencia, , caracteriza la calidad de la clula como dispositivo transformador de energa
solar en energa elctrica. Es el cociente entre la mxima potencia que produce la clula y la
radiacin solar que incide sobre ella:
100EA
PMP
Donde: A= rea de la clula (m2).
E = Irradiancia incidente (W/m2).
Influencia de la irradiancia en la curva caracterstica
La intensidad de cortocircuito que genera una clula solar aumenta
proporcionalmente con la irradiancia. Si se toma como referencia el valor de la intensidad de
cortocircuito para una irradiancia de 1000 W/m2,Isc (1000W/m2), la intensidad de cortocircuito
para otro nivel de irradiancia E, Isc, viene dada por:
)/1000(1000
)( 2mWIE
EI scSC
Influencia de la irradiancia sobre la curva caracterstica de una clula en la que se mantiene
la temperatura:
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La influencia de la irradiancia sobre la tensin de circuito abierto viene dada por la
siguiente expresin:
1
2
12E
ELn
e
mKTUU caca
Donde:
1caU = Valor de la tensin de circuito abierto para 1E =1000 W/m2.
2caU = Valor de la tensin de circuito abierto para un valor de irradiancia 2E .
Se observa, que al disminuir la irradiancia disminuye levemente la tensin de circuito
abierto. En consecuencia, el rendimiento de la clula aumenta con la irradiancia incidente si
su temperatura permanece constante, ya que aumenta ligeramente Uca.
Fig. 5.- Influencia de la irradiancia a T constante. I. Lillo.
Influencia de la temperatura en la curva caracterstica
Suponiendo que la irradiancia permanece constante, al aumentar la temperatura de una
clula se produce una disminucin de la tensin de mxima potencia en la clula sin
aumentar prcticamente la intensidad en dicho punto. En consecuencia, la potencia
mxima que produce disminuye.
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La intensidad de cortocircuito, por el contrario, aumenta muy ligeramente al aumentar la
temperatura de la clula. Este aumento se puede expresar a travs del coeficiente ,
tomando como referencia el valor de SCI para una temperatura de clula de 25C,
mediante la siguiente relacin lineal:
)25()25()( CTCITI cSCSC
Un valor tpico para clulas de silicio monocristalino de 100 cm2 es: = 1.5 mA/C.
La tensin de circuito abierto disminuye significativamente con el aumento de la temperatura
de la clula, segn la siguiente relacin:
)25()25()( CTCUTU ccaca
Para clulas de silicio tiene un valor de -2.3 mV/Cclula en serie.
Fig. 6.- Influencia de la temperatura sobre la curva caracterstica de una clula sobre la que
incide una irradiancia constante. I. Lillo.
Para una clula de silicio cristalino, la eficiencia de la clula decrece del orden de un
0.4 a un 0.5 % por grado de aumento de la temperatura.
2.1.1.2.- Tipos de clulas solares
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Para la fabricacin de clulas solares pueden utilizarse muchos materiales; entre los
ms comunes se encuentran el silicio, el germanio y el selenio. Las clulas ms utilizadas
para la conversin de energa solar en energa elctrica son las de silicio monocristalino y
policristalino. Dependiendo del tratamiento que se le da al silicio puro en su cristalizacin se
obtienen clulas de silicio monocristalino, policristalino o amorfo.
Clulas de silicio monocristalino
Son aquellas obtenidas a partir de un nico cristal de silicio puro. Existen varios
procedimientos de sntesis del lingote de silicio. Uno de ellos es el denominado Proceso
Czochralski, y otro el de Zona Flotante con el que se fabrican clulas solares con mayor
pureza y un rendimiento de un 1 a un 2 % mayor. Segn la cantidad de material que se
bisele se obtienen clulas cuadradas o semicuadradas. Las clulas suelen ser de 10 cm
12.5 cm de lado y 0.3 mm de espesor, y son de color gris o azul oscuro. Para mdulos de
clulas de silicio monocristalino comerciales la eficiencia mxima hoy da es del orden del
14%.
Clulas de silicio policristalino
El proceso ms usado para su fabricacin es el de Fusin en Bloques. Son clulas
cuadradas, con lados de 10, 12.5 y 15 cm de longitud y espesores de 0.3 mm, la apreciacin
del grano les confiere un aspecto atornasolado en el que prevalece el color azul cuando
tienen capa antirreflectante y el gris plata si no disponen de ella. Para mdulos de clulas de
silicio policristalino comerciales la eficiencia mxima hoy da es del orden del 13%.
Clulas de silicio amorfo
El silicio amorfo tiene una red cristalina desordenada. El silicio amorfo se deposita en
capas de 0.001 mm de espesor, muy inferior a los de silicio monocristalino, sobre un
sustrato de plstico, vidrio o metal de formas diversas. Su color puede variar entre el marrn
rojizo y el negro. El mayor inconveniente de este tipo de clula es su bajo rendimiento,
debido al envejecimiento del bao de silicio por la agresin de la luz. Para mdulos de
clulas de silicio amorfo comerciales la eficiencia mxima al da de hoy es del orden del 8%.
La curva caracterstica de sus clulas suele tener peor factor de forma que las de silicio
cristalino.
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2.1.2.- Mdulo fotovoltaico
2.1.2.1.- Caractersticas
Constitucin
El mdulo fotovoltaico es una asociacin serie, y a veces paralelo, de clulas solares.
El objetivo de agrupar las clulas en un mdulo es hacer asociaciones (normalmente de 36,
72 y 108 clulas) protegidas y vinculadas al exterior con elementos estructurales y
electrnicos comunes: cubierta frontal, cerramiento posterior, encapsulante, marco, diodos y
caja de conexiones, con las siguientes caractersticas:
Cubierta frontal: Suele ser un vidrio templado transparente con un alto coeficiente de
transmisividad a la radiacin incidente (del orden del 95%).
Cubierta posterior: La parte posterior de las clulas est protegida mediante una lmina
delgada de un polmero, normalmente Tedlar, opaca a la radiacin solar. En algunas
aplicaciones en conexin a red, para una mejor integracin en la cubierta o fachadas de
edificios, se suele colocar un polmero transparente con otro vidrio.
Encapsulante: Se trata de un polmero transparente, normalmente etilen-vinil-acetato,
que une y ajusta las clulas entre las dos cubiertas. Se utiliza para evitar huecos y poder
ensamblar correctamente el mdulo.
Diodos: Existen diodos de paso y diodos de bloqueo. Los diodos de paso se colocan en
paralelo en asociaciones de clulas en serie para evitar que todos los elementos
descarguen su potencia sobre una clula sombreada, dado el caso, y en consecuencia
se deteriore. Los diodos de bloqueo protegen a los sistemas fotovoltaicos aislados de
intensidades inversas procedentes de la batera durante la noche, y bloquean los flujos
de intensidad inversa en ramas en paralelo deterioradas o sombreadas.
Marco, caja de conexiones y diodos: El conjunto formado por clulas, cubiertas y
encapsulante se enmarca en perfiles rgidos de aluminio sellados con juntas de
neopreno y silicona. Las cajas de conexiones se suelen colocar en la cara posterior del
mdulo, en ella est el polo positivo y el polo negativo. Dentro de la caja tambin se
colocan los diodos de paso.
Curva caracterstica de un mdulo fotovoltaico
ENERGIAS RENOVABLES.CURSO 3. GRADO EN INGENERIA DE LA ENERGIA.2014-2015. I. LILLO
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Las caractersticas de un mdulo fotovoltaico dependen del nmero de clulas en
serie y en paralelo que lo componen. Si todas las clulas del mdulo son iguales, la
intensidad que produce el mdulo, Im, es igual a la intensidad generada por una clula
multiplicada por el nmero de clulas en paralelo, Np:
Pcelm NII
Por otra parte, la tensin del mdulo, Vm , es igual a la de una clula multiplicada por el
nmero de clulas en serie, Ns:
Scelm NVV
La ecuacin caracterstica del mdulo revela un comportamiento semejante al que
representa la curva caracterstica de una clula solar y por tanto no se repite.
Temperatura del mdulo fotovoltaico
La temperatura de un mdulo fotovoltaico, mT
, viene determinada por la irradiancia
global incidente E , la temperatura equivalente de cielo cieloT
, la velocidad del viento vv
, la
direccin del viento vD
y las caractersticas trmicas y pticas de los materiales que lo
constituyen mC
:
mcielovvm CTDvEfT ,,,,
Encontrar una expresin analtica que englobe todos los parmetros anteriores es
complicado, por lo que se utiliza una expresin que depende de parmetros generalmente a
nuestra disposicin y que proporciona un valor aproximado de la temperatura del mdulo,
simplificando el clculo. Para ello, en primer lugar, se elige una nica temperatura para todo
el mdulo fotovoltaico, lo que equivale a suponer que todas las clulas se encuentran a la
misma temperatura. Asimismo, se considera que todos los mdulos que forman el
generador fotovoltaico se encuentran a la misma temperatura. Esto no suele ser cierto,
especialmente si el nmero de mdulos es elevado, debido a la dispersin de parmetros y
a la posibilidad de que los mdulos estn sometidos a diferentes condiciones de suciedad o
sombreado. Para tener en cuenta estos efectos, se introduce en el modelo un rendimiento
que modele estas prdidas.
ENERGIAS RENOVABLES.CURSO 3. GRADO EN INGENERIA DE LA ENERGIA.2014-2015. I. LILLO
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Por tanto, en adelante, se hablar de temperatura del mdulo, mT , para referirnos a la
temperatura comn de clulas, mdulos y generador fotovoltaico. En general, se suele
utilizar la siguiente expresin para determinar la temperatura del mdulo en funcin de la
temperatura ambiente aT , la temperatura de operacin nominal de la clula, TONC y la
irradiancia, E :
ECTONC
TT am
800
20)(
Si se realizan medidas experimentales de temperatura ambiente, irradiancia y
temperatura de un mdulo, se comprueba que la expresin anterior no es muy exacta,
concluyndose que la temperatura del mdulo depende adems de otras variables como la
velocidad, la direccin del viento y la ubicacin del mdulo respecto a su entorno fsico
(intercambios por radiacin en el rango del infrarrojo). Se observa, por ejemplo, que la
temperatura del mdulo puede ser inferior a la temperatura ambiente para bajos niveles de
irradiancia debido a los intercambios de calor por radiacin del mdulo con su entorno. El
viento es un factor que influye mucho en la diferencia entre la temperatura del mdulo y la
temperatura ambiente. Si la velocidad del viento es elevada, esta diferencia disminuir
debido a la disipacin de calor por conveccin, mientras que para bajas velocidades del
viento la temperatura del mdulo depender fundamentalmente del nivel de irradiancia y de
la temperatura ambiente. Otras caractersticas
Tamao de los mdulos fotovoltaicos
Desde el punto de vista prctico, hasta hace pocos aos, se utilizaban mdulos de
36 clulas y 0,4 m2, aproximadamente, de superficie. Actualmente estos mdulos se utilizan
cada vez menos, reemplazndose por otros mayores que disponen de 108 o ms clulas
asociadas en serie o en serie-paralelo. Los mdulos de mayor tamao presentan una mejor
relacin precio/potencia, y requieren adems menos mano de obra en las labores de
instalacin e interconexionado.
Tensin mxima de aislamiento
La tensin mxima de aislamiento nos indica la tensin mxima a la que puede estar
sometida un mdulo sin que existan fugas de corriente. Este valor es muy importante ya que
ENERGIAS RENOVABLES.CURSO 3. GRADO EN INGENERIA DE LA ENERGIA.2014-2015. I. LILLO
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en una instalacin la tensin mxima alcanzable como consecuencia de conectar mdulos
en serie nunca debe superar este valor.
Vida til
La durabilidad de un mdulo es muy difcil de calcular. Sin embargo, si cumple con la
normativa vigente en cuanto a homologacin, puede durar ms de treinta aos, aunque se
estima que a partir de los veinticinco sus prestaciones se reducen alrededor de un 20-25%
respecto al primer da.
2.1.2.2.- Criterio de seleccin
Se recomienda tener en cuenta los siguientes aspectos a la hora de comprar un mdulo:
1.- Que est homologado por organismos independientes. Adems para CTE que sea clase
II certificado.
2.- Garantas detalladas. Hay que mirar muy bien las garantas del producto y las referidas
a garantas de produccin. Se valorar muy positivamente las garantas con avales.
3.- Relacin /Wp. Es decir, el precio. En este caso hay que aclarar si es con cableado de
interconexionado de mdulos incluido, dnde se entrega (almacn, puerto, fbrica etc..) y
sobre todo si refiere a los Wp del catlogo o a los realmente comprados y medidos. (flash
report).
4.- Categora de la compaa. (recursos propios, experiencia demostrada, etc..).
5.- Menor tolerancia.
6.- Menor TONC.
7.- Tensin de aislamiento adecuada. (se recomienda 1000 V).
8.- Forma de produccin: Si es automtica o manual.
9.- Degradacin mxima garantizada.
10.- Si la empresa slo ensambla clulas o adems las produce.
11.- A igualdad de condiciones, silicio monocristalino.
12.- Accesibilidad a la empresa.
13.- Calidad caja conexionado y de sus componentes.
2.1.3.- Generador fotovoltaico o campo solar
ENERGIAS RENOVABLES.CURSO 3. GRADO EN INGENERIA DE LA ENERGIA.2014-2015. I. LILLO
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El generador fotovoltaico est constituido por un grupo de mdulos o paneles
interconectados entre s en serie, paralelo o serie-paralelo con el fin de obtener una
determinada cantidad de energa elctrica.
En los apartados anteriores se ha supuesto, por simplicidad, que los mdulos
fotovoltaicos estn formados por clulas con idnticas caractersticas de funcionamiento. En
realidad, las caractersticas de las clulas y los mdulos presentan cierto grado de
dispersin por las irregularidades en el desarrollo de los procesos de fabricacin, pero sus
efectos se minimizan mediante la clasificacin de las mismas, asociando entre s clulas
parecidas.
Otro aspecto interesante son las condiciones de operacin, que se suelen suponer
constantes para todas las clulas y los mdulos. En grandes instalaciones pueden llegar a
ser muy distintas entre los mdulos que las conforman. Tal es el caso de los campos solares
de gran extensin, en los que las nubes o las construcciones colindantes proyecten sombra
en determinados momentos sobre algunos de mdulos y sobre otros no: entonces cada cual
opera bajo diferentes condiciones de irradiancia y temperatura. En estas ocasiones puede
ocurrir que las clulas afectadas inviertan su polaridad, vindose sometidas a la descarga de
potencia procedente del conjunto de las clulas iluminadas. Si este efecto fuese importante,
la temperatura de las clulas que soportan la carga aumentara considerablemente,
generando puntos calientes que podra llegar incluso a destruirlas. Para evitar esto se
disponen los diodos descritos anteriormente.
Los mdulos comerciales de silicio cristalino deben cumplir los requerimientos de la IEC
612151 sobre cualificacin del diseo y aprobacin de tipo para mdulos utilizables al aire
libre; que incluye entre sus exigencias alta resistencia a los impactos, las temperaturas
elevadas y la humedad, as como una gran durabilidad.
2.2.- Bateras
La produccin de energa elctrica en una instalacin fotovoltaica depende
fundamentalmente del tamao del generador fotovoltaico y las condiciones climticas del
lugar. Aunque el tamao del generador fotovoltaico sea fijo, su produccin elctrica est
sometida a continuas variaciones unidas a la variacin de las condiciones climticas y
meteorolgicas. Por esta razn, la cantidad y distribucin de la energa elctrica producida
1 IEC: International Electrotechnical Comission
ENERGIAS RENOVABLES.CURSO 3. GRADO EN INGENERIA DE LA ENERGIA.2014-2015. I. LILLO
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en una instalacin fotovoltaica cambia constantemente. Obviamente, durante la noche la
instalacin fotovoltaica no produce energa.
Por otro lado, la demanda de energa elctrica depende de las necesidades de cada usuario
y estas tambin suelen ser muy variables. Este aspecto resulta de especial importancia.
Una batera es un dispositivo capaz de transformar cierta cantidad de energa qumica en
energa elctrica, y viceversa. Las bateras sirven para almacenar energa: se guarda la
energa elctrica en forma de energa qumica cuando no se necesita y se recupera cuando
se requiere, eludiendo as el compromiso de adaptar el rgimen temporal de produccin al
de consumo.
Las bateras utilizadas en las instalaciones fotovoltaicas estn compuestas por vasos en
cuyos electrodos ocurren reacciones de tipo reversibles. Por esta razn, pueden ser
utilizadas para acumular la energa procedente del generador fotovoltaico y posteriormente
liberarla conectndola a un circuito de consumo externo. El uso de estos equipos dota a la
instalacin fotovoltaica de cierta autonoma, garantizando el servicio elctrico en periodos en
los que la radiacin solar es escasa o nula, o en los que su cantidad es inferior a la
necesaria para satisfacer la demanda.
Las bateras es un sistema de almacenamiento de energa que no es muy eficiente (se
pierde del orden del 35-40% de la energa), y adems requiere de un excelente diseo y
mantenimiento para que dure mucho tiempo, es decir, son delicadas. Sin embargo, se
utilizan porque tcnicamente el ser humano an no ha descubierto ningn procedimiento de
almacenar la electricidad en cantidades adecuadas. Su uso est prohibido en instalaciones
de conexin a red.
Las bateras que suelen usarse en instalaciones fotovoltaicas son estacionarias. Englobadas
en esta familia existen diferentes tipos de bateras en el mercado, pero fundamentalmente
se pueden clasificar, a efectos de aplicacin en el sector fotovoltaico, en dos grandes
grupos: las de plomo-cido y las de nquel-cadmio (Ni-Cd). Las de plomo-cido son las ms
utilizadas, debido a su mejor relacin calidad-precio y a una gran adaptabilidad a las
condiciones de carga variables, asociadas a las variaciones de intensidad del generador
fotovoltaico.
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En este captulo se van a aportar las caractersticas, componentes y sistema de carga y
descarga de las bateras, para pasar a una descripcin ms detallada de las de plomo-
cido.
2.2.2.- Caractersticas de las bateras
Entre las caractersticas ms importantes de las bateras se encuentran la capacidad,
la vida til, las curvas de carga y descarga y la autodescarga.
a) Capacidad
La capacidad de la batera para un determinado tiempo t de descarga, Ct, es una de
las caractersticas ms importantes de una batera. Se define como la cantidad de energa
que puede suministrar el dispositivo cuando est sometido a un rgimen de descarga
constante durante t horas, a una temperatura de 25C, a partir del estado de plena carga. Se
expresa en amperios-hora (Ah). Una vez transcurrido este tiempo t, la batera alcanza una
tensin mnima, denominada tensin final de descarga.
Por ejemplo, una batera con una capacidad de C10=150 Ah es un acumulador que durante
10 horas puede suministrar una intensidad de 15 A. Al cabo de este tiempo la batera llega
a una tensin final de corte, que para bateras de plomo es del orden de 1.8 V por elemento,
a una temperatura de referencia de 25 C.
En algunas ocasiones la capacidad de una batera se expresa en Wh. Para ello debe
multiplicarse la capacidad, en Ah, por la tensin de descarga, en V. Como se puede ver en
la figura anterior, esta tensin no es constante durante el tiempo que dura la descarga, por
lo que debe tomarse un valor medio durante la operacin.
Variables que afectan a la capacidad
Los principales factores que influyen sobre la capacidad de una batera son la
temperatura y el rgimen de descarga; tambin son importantes otros como la configuracin
de las placas, la concentracin del electrolito y el estado de la batera antes a su utilizacin:
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Temperatura: La temperatura repercute en los procesos de transferencia de masas
asociados a la difusin de las especies reactivas de la celda, y en las propiedades
termoqumicas de la reaccin generadora de electricidad, ejerciendo una gran influencia
en la capacidad de la batera. Cuanto ms elevada es la temperatura, menor es la
viscosidad del electrolito y mayor la velocidad de difusin de los iones; lo que permite un
incremento de la velocidad global de reaccin en la celda, con una mayor eficiencia de
las reacciones electroqumicas, que se traduce en un aumento de la capacidad de la
batera. Un aspecto importante es que hay que evitar que se congele el electrolto por lo
que hay que tener en cuenta este aspecto en lugares donde las temperaturas ambiente
sean muy bajas.
Rgimen de descarga: la intensidad de la descarga influye en los fenmenos de difusin
de los materiales activos en solucin. A mayor intensidad de descarga, la velocidad de
difusin de los iones hacia las placas se convierte en el factor limitante de la velocidad
de generacin de corriente elctrica. En muchos casos, la rpida generacin de especies
no reaccionantes (producto de las reacciones electroqumicas) promueve la deposicin
de las mismas sobre la superficie activa, impidiendo su contacto con los iones en
solucin. Estos fenmenos influyen negativamente en la velocidad de produccin de la
corriente elctrica, y por tanto en la capacidad de la batera.
Configuracin de las placas: La configuracin de las placas tiene que ver con la cantidad
de material activo y con su disposicin. A mayor cantidad de material activo depositado
en las placas corresponde una mayor generacin de intensidad elctrica, al tener mayor
nmero de molculas activas donadoras y receptoras de electrones. La disposicin de
las placas est ligada principalmente a su espesor. Para una misma cantidad de material
activo, una disposicin del mismo en muchas capas finas favorecer regmenes de
descarga altos por la facilidad de movimiento de los electrones hacia el conductor
externo, una vez generados en la superficie de la placa; y una disposicin del material en
un nmero menor de placas gruesas favorecer los regmenes de descarga a
intensidades bajas en los que este movimiento no debe ser tan rpido. As mismo, el
rea de las placas influye en la facilidad de contacto entre electrolito y el material activo,
y en la penetracin de las cargas hacia el conductor, aumentando la capacidad de la
batera a mayores reas de contacto en relacin con la cantidad de material activo. Otros
aspectos de la configuracin que deben tenerse en cuenta tienen que ver con la
distribucin de los tamaos de las partculas, la porosidad del material activo y el rea de
contacto; todo ello relacionado con la facilidad de contacto de los materiales en las
placas.
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Concentracin del electrolito: La concentracin del electrolito influye en el avance de la
reaccin y en la difusin de los iones en la solucin. Cuanto mayor sea la concentracin
del electrolito ms grande ser la tensin de descarga y mayor el grado de
transformacin del material activo, traducindose en un aumento de la capacidad de la
batera. Igualmente, la alta concentracin del electrolito (densidad de 1,23 en el caso de
bateras de plomo-cido) permite operar a menor temperatura, ya que baja el punto de
congelacin de la solucin.
Funcionamiento previo: Controlar la historia de la batera, que es un sistema con
memoria, resulta fundamental a la hora de evaluar su capacidad: en algunos
acumuladores los primeros ciclos de carga y descarga aumentan progresivamente su
capacidad. Del mismo modo, el tiempo de permanencia de la batera en circuito abierto
disminuye la capacidad de una batera a consecuencia del fenmeno de autodescarga,
que a su vez se ve afectado por la temperatura de almacenamiento. El tiempo de reposo
tras la carga tambin influye sobre la capacidad. La razn de esto es que durante la
carga se producen gases cuya presencia en la solucin electroltica repercute en los
procesos de difusin y reaccin, retrasando o acelerando la velocidad de produccin de
intensidad elctrica. Por esta razn es conveniente dejar un tiempo tras la carga para
eliminar la influencia de este efecto sobre la cantidad de energa elctrica que produce la
batera en un tiempo determinado.
b) Profundidad de descarga
La profundidad de descarga es la relacin porcentual existente entre la capacidad
realmente disponible y la capacidad total de la batera. Este parmetro influye en la duracin
y eficiencia total de la batera, y en bateras de plomo no debe ser superior al 80%. Se suele
utilizar un valor entre el 70% y el 80%.
c) Vida til
La mayor o menor duracin de una batera depende tanto de sus condiciones de
funcionamiento en los ciclos de carga y descarga como de las condiciones externas. La vida
til se suele medir mediante el nmero de ciclos de carga-descarga a una determinada
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profundidad de descarga. Los factores que influyen en la vida til de las bateras de plomo-
cido son:
Sobrecarga: Cuando se ha alcanzado el 90% de carga de la batera y se sigue
introduciendo corriente en la misma, sta no se invierte en su totalidad en transformar
los materiales activos de la batera y a este fenmeno se le denomina sobrecarga. Esta
sobrecarga produce los siguientes efectos negativos:
Desprendimiento de H2 en las placas negativas y de O2 en las placas positivas.
Como consecuencia, existe prdida de electrolito y al quedar parte de los
electrodos sin recubrir por el electrolito los materiales activos de stos sufren
daos irreversibles.
Corrosin de los electrodos. Al final del proceso de carga, la polarizacin del
electrodo eleva su tensin aumentando la reaccin de oxidacin del electrodo.
Descarga profunda: Cuando se tienen altos valores de descarga diarios, la vida til de
las bateras de plomo-cido decrece; ya que en una batera de plomo totalmente
descargada se producen cristales de sulfato de plomo que dificultan su recombinacin
en forma de plomo elemental u xido de plomo, disminuyendo la materia activa y en
consecuencia la capacidad de la batera. A este fenmeno se le denomina sulfatacin.
En este tipo de bateras no se recomienda una descarga superior al 80%, es decir, la
profundidad de descarga mxima debe ser inferior al 80%.
Estratificacin del electrolito: Una parte del electrolito, la ms pesada, se queda en la
parte inferior del vaso. Debido a la existencia de un gradiente de densidad, por efecto de
la gravedad, del electrolito entre la parte inferior y superior del vaso se produce un
deterioro no homogneo del mismo que hace disminuir su vida til.
Temperatura: Cuanto mayor es la temperatura de operacin menor es la durabilidad de
las bateras de plomo-cido. Las temperaturas bajas aumentan la duracin de las
bateras, pero si lo son demasiado el electrolito corre el riesgo de congelarse. En este
caso, se descubre adecuado mantener altos niveles de carga, ya que a mayor
concentracin de cido sulfrico menor es el punto de congelacin de la solucin. La
reduccin de la vida til viene a ser del 50% por cada 10oC de aumento en la
temperatura de operacin de la batera.
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Estado de carga: Cuando una batera opera a bajos estados de carga el material activo
pierde adherencia, desprendindose de las rejillas, con la consecuente reduccin de la
actividad.
Autodescarga: Una batera de plomo cido tiene una autodescarga que ronda los
siguientes valores, segn su temperatura: 2% a 5oC, 2-3% a 25oC, 5-6% a 30oC y 10%
a 45oC, aproximadamente; triplicndose el ltimo valor cuando la batera est llegando al
final de su vida til y presenta una fuerte estratificacin del electrolito.
Para lograr una mayor vida til de las bateras debe evitarse:
Someterlas a descargas profundas.
Trabajar a temperaturas extremas.
Disminuir la pureza del agua de la solucin electroltica.
Someterlas a sobrecargas excesivas.
d) Curvas de carga y descarga
Las bateras se pueden cargar con perfiles de intensidad y tensin muy diferentes.
Cada uno de los perfiles implica una evolucin distinta de la tensin de la batera en funcin
de las reacciones internas de la misma. La carga normal se suele realizar a intensidad
constante o a voltaje constante. La carga de flotacin est destinada a mantener la batera a
plena carga en los periodos en que no se utiliza, y se lleva a cabo a tensin constante. La
carga de igualacin acta en bateras con una gran cantidad de vasos conectados en serie y
sirve para compensar variaciones pequeas de voltaje o densidad entre los mismos; se
realiza a voltaje constante y a valores de intensidad bajos.
e) Rendimiento de Faraday y energtico
El rendimiento de Faraday es la relacin entre la carga (Ah) extrada de la batera
desde un cierto estado inicial y la aportada a la misma para la obtencin del citado estado
inicial. Este parmetro vara en funcin del estado de carga de la batera, pudindose
distinguir en todo el dominio tres zonas diferenciadas:
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La Zona 1 corresponde a los mximos valores de eficiencia y abarca desde el estado de
carga del 0% hasta el del 75%. En esta zona la energa que entra en la batera se invierte,
prcticamente en su totalidad, en efectuar las mencionadas reacciones qumicas sin
observarse prdidas significativas. En la Zona 2, comprendida entre los estado de carga al
75 y al 90% la eficiencia disminuye, ya que una parte de energa que entra en la batera se
consume en las reacciones de electrlisis del agua. Por ltimo la Zona 3, que rene los
estados de carga superiores al 90%, es decir, estados en los que la batera est casi
totalmente cargada, se caracteriza por presentar valores muy bajos de la eficiencia, puesto
que casi toda la energa se emplea en la produccin de gases por electrlisis y muy poca
cantidad de ella en la reaccin qumica.
El rendimiento energtico es la relacin entre la energa extrada durante la descarga
y la energa suministrada (ambos expresados en Wh) para la obtencin del nivel inicial de
carga. En este caso, adems de la intensidad entregada y suministrada, influyen la tensin
de carga y de descarga; siendo el valor de esta ltima siempre menor, por lo que el
rendimiento energtico siempre es menor que el de Faraday.
2.2.2.- Criterios de seleccin de una batera
Se recomienda tener en cuenta los siguientes aspectos a la hora de comprar una batera:
1.- Homologada.
2.- En general que sea del tipo estacionaria de placa positiva tubular, con vasos
translcidos transparentes. Caractersticas del material activo.
3.- Precio referido a su capacidad. Aclarar si este precio incluye el transporte. Dnde se
entrega y condiciones de la misma (llena o vaca, etc..).
4.- Garantas detalladas de todo tipo.
5.- Categora de la compaa. (recursos propios, experiencia demostrada, etc..).
6.- Accesibilidad a la empresa. Debe tener al menos delegacin en el pais.
7.- Comprobar que tiene un adecuado rendimiento de carga antes regmenes variables
como ocurre en fotovoltaica. (por ejemplo, las bateras de gel tienen mal comportamiento
ante regmenes de carga variables).
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2.3.- Sistemas de acondicionamiento de Potencia
Se llaman sistemas de acondicionamiento de potencia a todos aquellos dispositivos
que controlan el funcionamiento de una instalacin fotovoltaica y adaptan las caractersticas
de la energa elctrica producida a las requeridas para su destino y uso final.
Los principales elementos del subsistema de acondicionamiento de potencia son los
reguladores de tensin, los convertidores CC-CC y los convertidores CC-CA, tambin
llamados inversores.
2.3.1.- Reguladores de tensin
Los reguladores son dispositivos que evitan la sobrecarga y la descarga profunda de
las bateras, asegurando su buen funcionamiento y prolongando su vida til. Dependiendo
de cmo realizan esta funcin pueden dividirse en dos grandes grupos:
4.3.1.1.- Reguladores en paralelo (tipo Shunt):
Estn constituidos por un transistor conectado en paralelo con el generador
fotovoltaico. El control se efecta mediante el paso o no de cierta intensidad elctrica a
travs del transistor, en funcin del valor de la tensin de la batera respecto a un valor
umbral. Esto se logra mediante la creacin de una va de baja resistencia al paso de la
intensidad, disipando la energa mediante un elemento que cumpla esta funcin en el
circuito regulador del generador fotovoltaico. Esto limita el tamao de las instalaciones
fotovoltaicas que pueden tener reguladores tipo Shunt a aquellas cuya potencia mxima sea
menor de 100 Wp, debido a los costes y la fiabilidad de las instalaciones con disipadores
muy grandes.
Estos reguladores tienen adems un diodo que impide el paso de intensidad de las bateras
a travs suyo entrando en el generador fotovoltaico.
2.3.1.2.- Reguladores en serie
En este tipo de reguladores se desconecta el generador fotovoltaico de las bateras
cuando se alcanza la plena carga. El dispositivo utilizado para cumplir dicha funcin es un
interruptor de tipo electrnico conectado en serie.
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El sistema est gobernado por un circuito de control que compara constantemente la tensin
de la batera con un valor de referencia, y entrega al regulador la seal para que permita el
paso o no de la intensidad elctrica.
El tamao de estos equipos es pequeo, son de gran fiabilidad y poseen vidas tiles
mayores que los reguladores electromecnicos usados antiguamente. Actualmente son los
ms comunes, por su eficiencia frente a los reguladores en paralelo, al no tener disipacin
de energa mediante resistencias.
2.3.1.4.- Proteccin contra sobrecarga de una batera
La sobrecarga de una batera se produce cuando a pesar de estar plenamente
cargada el generador fotovoltaico contina inyectando intensidad en ella. En este caso, el
regulador detecta el estado de plena carga e impide la entrada de intensidad adicional, ya
sea mediante la disipacin de la misma o la desconexin del generador y la batera.
Generalmente, el proceso de regulacin de carga ms comn se compone de dos fases: La
primera consta de una carga profunda hasta alcanzar una determinada tensin final de
carga. Esta tensin depende de la temperatura, la diferencia de intensidad entre carga y
descarga y la capacidad del acumulador. Cuando se alcanza la tensin final la batera ha
logrado un elevado nivel de carga. A partir de entonces, el regulador mantiene este nivel
hasta que todos los vasos han logrado el mismo estado de carga. La siguiente fase se
denomina fase de flotacin, en la que la batera plenamente cargada se mueve entre unos
valores mximos y mnimos de tensin, prximos entre s, con el fin de completar el proceso
de carga. Estos valores de tensin los ajusta el regulador en funcin de los procesos de
carga de das anteriores. En esta fase se producen varias conexiones y desconexiones del
generador fotovoltaico con las bateras. Esto permite que la batera que ha estado sometida
a grandes descargas, o por el contrario que se ha usado poco, pase por periodos de
igualacin en su fase final de carga, o no se las sobrecargue para evitar procesos de gaseo
innecesarios que alteren sus propiedades.
Los reguladores disponen de alarmas e indicadores que informan al usuario acerca del
estado de carga de la batera, y de si se est o no cargando.
2.3.1.5.- Proteccin contra sobredescarga
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La sobredescarga se produce cuando se extrae energa elctrica de la batera por
debajo de aquellos limites que se han establecido como los mnimos, a partir de los cuales
comienza a deteriorarse. Los parmetros que definen los reguladores son:
Tensin nominal: debe coincidir con la tensin nominal de la batera.
Intensidad nominal: es la intensidad mxima de corte del regulador, su valor debe ser del
orden de 1,2 veces la intensidad mxima que puede pasar por el regulador, ya sea desde el
generador a la batera o desde la batera a la carga de consumo.
Tipo de regulacin: tipo serie o tipo paralelo.
Modo de regulacin: etapas o fases que se identifican en el proceso de carga, si el regulador
realiza fases diferenciadas en este proceso.
Compensacin por temperatura: indica si dispone o no de medida por temperatura y, por
tanto, compensacin de la tensin de corte en funcin de la misma.
Criterios de seleccin de un regulador de tensin
Se recomienda tener en cuenta los siguientes aspectos a la hora de comprar un regulador:
1.- Es fundamental asegurarse que los umbrales de regulacin o corte de la corriente as
como el procedimiento de regulacin se ajusten realmente a lo recomendado por el
fabricante de la batera. Esto es vital ya que en caso contrario se deteriorar la batera.
Este es con diferencia el primer criterio.
2.- Que el tamao se ajuste a lo requerido por la instalacin.
3.- Costes y garantas.
2.4.- Convertidores CC-CA o inversores
El inversor o convertidor CC-CA tiene objetivo principal transformar la corriente
continua en corriente alterna. En el mercado existen inversores para instalaciones de
conexin a red y para instalaciones aisladas, siendo tecnolgicamente muy diferentes.
En general los convertidores CC/CA deben tener, entre otras caractersticas, una
gran fiabilidad y una elevada eficiencia en la conversin de energa.
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Los convertidores de aislada estn diseados para una tensin de entrada especfica
llamada tensin de entrada nominal en intensidad continua, que puede adoptar valores de
12, 24 y 48 V. La tensin de salida normalmente es de 230 A en intensidad alterna, la
frecuencia de 50 Hz y las potencias toman valores que oscilan entre los 700 y los 4500 W.
Los de conexin a red estn diseados para un amplio rango de tensiones de
entrada y adems es obligatorio que dispongan de ms funciones como seguimiento del
punto de mxima potencia, autoprotecciones de tensin, frecuencia y de funcionamiento en
isla e incluso de transformacin de aislamiento en la mayora de los casos.
Rendimiento de los inversores
El rendimiento de un inversor se define como la relacin, expresada en porcentaje,
entre la potencia de salida y la potencia de entrada del inversor:
100entrada
salida
iP
P
El rendimiento depende de las caractersticas del inversor, el semiconductor de
potencia utilizado, los filtros, los transformadores, el estado de carga en el que opere (es
decir, la potencia que le demande la carga) y la tensin e intensidad de entrada en
continua. Cuanto ms se aproxime la potencia demandada por la carga a la potencia
nominal del inversor normalmente mejor rendimiento presentar.
Criterios de seleccin de un inversor:
Se recomienda tener en cuenta los siguientes aspectos a la hora de comprar un inversor de
aislada:
1.- Que est homologado por organismos independientes.
2.- Garantas detalladas.
3.- Relacin /Potencia nominal.
4.- Que sea apto para el lugar de ubicacin (si es exterior IP65).
5.- Autoconsumo muy bajo.
6.- Curva de rendimiento mientras ms alta mejor.
7.- Que el tamao del inversor no sea mayor que la potencia demandada en la instalacin.
8.- Valorar las autoprotecciones que tiene el inversor.
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9.- Forma de onda lo ms senoidal posible.
10.- Accesibilidad y experiencia del fabricante. Posibilidad de reparaciones.
Se recomienda tener en cuenta los siguientes aspectos a la hora de comprar un inversor de
conexin a red:
1.- Que est homologado por organismos independientes. Que cumpla las exigencias del
RD 1663/00 para fotovoltaica en Espaa y del resto de normativas especficas. (reactiva,
huecos de tensin, compatibilidad electromagntica, )
2.- Garantas detalladas.
3.- Relacin /Potencia nominal.
4.- Que sea apto para el lugar de ubicacin (si es exterior IP65). Cuidado con ambientes
corrosivos como las ubicaciones cerca del mar o industria qumica.
5.- Curva de rendimiento total del inversor contractual mientras ms alta mejor. Aqu es muy
importante ya que se traduce en dinero directamente. Comprobar la influencia de la
temperatura y otras variables en las curvas de rendimiento.
6.- Valorar las autoprotecciones y sistema de gestin de alarmas del inversor.
7.- Autoconsumo muy bajo.
8.- Accesibilidad y experiencia del fabricante. Posibilidad de reparaciones.
2.5.- Equipos de consumo en instalaciones fotovoltaicas aisladas
La eleccin de los equipos de consumo en instalaciones aisladas destinados a funcionar con
energa procedente de una instalacin fotovoltaica debe atender, entre otros, a criterios de
eficiencia energtica y a un adecuado control en el arranque y parada de los equipos de
forma que slo funcionen cuando realmente es necesario. As es como se consigue un
mayor aprovechamiento del servicio que presta la instalacin fotovoltaica aislada. En este
caso, slo recordar que no se debe utilizar la electricidad para generar calor (ACS, planchas,
vitrocermicas, calefactores elctricos, etc..) y que para estas necesidades hay otras formas
y equipos que lo hacen de forma mejor.
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3.- Seguridad y protecciones en instalaciones fotovoltaicas
3.1.- Introduccin y mbito de aplicacin
Tenga en cuenta el lector que la seguridad es lo ms importante y primero que hay que
garantizar en una instalacin fotovoltaica y que la corriente elctrica es igual de peligrosa si
proviene de una central nuclear que de una instalacin fotovoltaica. El diseador
(ingeniero, arquitecto) debe asegurar como mnimo todas las protecciones que exige la
normativa y que en ningn momento haya riesgo para las personas.
Por ejemplo, 5 amperios de corriente elctrica pasando por una persona le puede
provocar la muerte.
El presente apartado est dedicado a la seguridad en el diseo de las instalaciones
solares fotovoltaicas, haciendo mayor hincapi en las instalaciones de conexin a red, y est
estructurado en tres apartados principales:
1.- La indicacin de los factores de riesgos que existen en las instalaciones
fotovoltaicas en funcin de las caractersticas de sta (tensin/es de operacin, existencia o
no de acumuladores electroqumicos, etc..) tanto para las personas como para los propios
equipos.
2.- La descripcin de las medidas correctoras que pueden llevarse a cabo durante
el diseo de la instalacin, en funcin de criterios tcnicos y de cumplimiento de la
legislacin vigente.
3.- Incorporacin de esquemas (a modo de ejemplos) de estas instalaciones con las
medidas de seguridad incorporadas.
El lector debe tener en cuenta que existen riesgos y medidas de proteccin que son
comunes a todas las instalaciones fotovoltaicas, tanto aisladas como conectadas a la red,
mientras que existen riesgos que slo aparecen en funcin de la presencia de ciertos
equipos o tipo de instalacin fotovoltaica. Por ejemplo, si la instalacin lleva bateras, debido
a este elemento aparecen riesgos de corrosin, qumicos e incluso de explosin, mientras
que si no lo lleva los riesgos estn asociados bsicamente a la propia electricidad.
(cortocircuito, fugas de corriente con riesgos elctricos en personas, sobretensiones, etc).
ENERGIAS RENOVABLES.CURSO 3. GRADO EN INGENERIA DE LA ENERGIA.2014-2015. I. LILLO
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NOTA.- No es objeto de este mdulo los aspectos de seguridad de la posible instalacin de
evacuacin en media o alta tensin que pudiera existir en una instalacin fotovoltaica de
conexin a red, ni de los aspectos relativos a la seguridad durante el montaje o
mantenimiento de la instalacin fotovoltaica, que tambin deben ir reflejado obligatoriamente
en el proyecto como estudio de seguridad y salud.
Todos los aspectos de seguridad durante el montaje y mantenimiento deben ir reflejados en
el correspondiente estudio de seguridad y salud dentro del proyecto pero que no es objeto
del presente mdulo, aunque no por ello menos importante.
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3.2.- Factores de riesgos
En el presente captulo se ponen de manifiesto cmo en algunas instalaciones
fotovoltaicas existen factores que ponen en peligro a las personas, animales y/o cosas.
Los factores de riesgo que pueden existir en una instalacin fotovoltaica son:
3.2.1.- Existencia de tensiones elevadas
En una instalacin fotovoltaica pueden existir niveles de tensin que superen los
siguientes umbrales de seguridad, dados por el Reglamento Electrotcnico de Baja Tensin
(en adelante R.E.B.T.):
- 50 V. en corriente alterna.(24 V en zonas mojadas como intemperie).
- 75 V. en corriente continua.
En efecto, estos niveles de tensin se pueden obtener fcilmente mediante la
conexin serie de paneles solares y/o bateras, mediante el uso de convertidores de
corriente continua-corriente continua o de un inversor de corriente continua a corriente
alterna.
La posibilidad de que, en principio, una instalacin fotovoltaica pueda alcanzar
tensiones superiores a la de seguridad obliga, en caso necesario, a establecer medidas
preventivas especficas que minimicen el posible riesgo en funcin de su tensin.
El R.E.B.T., obliga expresamente en caso de superarse los umbrales de tensin de
seguridad a establecer medidas de proteccin frente a personas contra contactos directos y
contra contactos indirectos.
Con el actual desarrollo de las instalaciones de conexin a red, es frecuente que en la
parte de corriente continua de la instalacin tambin existan tensiones superiores a 75V y
por tanto existe este riesgo tanto en la parte de corriente continua como la de alterna.
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3.2.2.- Tipo de corriente de la propia instalacin fotovoltaica
Los paneles solares producen corriente elctrica de forma continua existiendo
ocasiones que, por motivos tcnicos o econmicos, es necesario convertirla a alterna,
pudiendo disponer de uno o de los dos tipos de corriente en una misma instalacin. En las
instalaciones de conexin a red existen las dos formas de corriente (continua y alterna)
siempre.
La accin de estos dos tipos de corriente sobre el organismo y equipos es diferente y, por
consiguiente, tambin lo sern las medidas de prevencin que se tengan que aplicar,
sobre todo desde el punto de vista de la posible utilizacin de equipos de prevencin que
nicamente se accionan mediante corriente alterna.
Un aspecto importante es destacar que los equipos de proteccin elctrica a utilizar en
cada caso estn homologados y diseados para que los que estn situados en la parte
de corriente continua estn expresamente diseados para corriente continua y los
equipos que van en corriente alterna estn diseados expresamente para corriente
alterna
3.2.3.- Corriente de la lnea elctrica de la red convencional
Las instalaciones fotovoltaicas conectadas a la red elctrica inyectan energa
elctrica a la red.
Sin embargo, tambin es posible que la corriente elctrica circule desde la red hasta
el interior de la instalacin fotovoltaica. Por tanto, cuando se produce un cortocircuito,
defecto de aislamiento, etc en la zona de conexin de la instalacin fotovoltaica con la red
es posible que circulen grandes corrientes desde la red al inversor. Estas corrientes pueden
daar equipos, afectar a personas, provocar incendios, etc
Adems, por el hecho de existir un punto de conexin comn, tambin en esa misma
lnea de conexin puede transmitirse sobretensiones, defectos de la red, tensiones
peligrosas en la red debido a la instalacin fotovoltaica, etc
3.2.4.- Sobretensiones y caidas de rayo
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La mayora de las sobretensiones en una instalacin fotovoltaica suelen ser debidas
a la incidencia de un rayo en el entorno y suelen provocar fallos y deterioro en los equipos
electrnicos de las instalaciones (sobre todo en inversores, reguladores, equipos de
monitorizacin y vigilancia, etc..). Cada impacto de rayo origina unos efectos indirectos en
sus alrededores que afecta a un radio de 1 km aproximadamente. La probabilidad de que un
rayo afecte indirectamente a un edificio es por tanto mucho mayor a que se produzca un
impacto directo de un rayo en el edificio. Por lo que se puede concluir que una instalacin a
lo largo de su vida til se ve ms influenciada por los impactos de rayos en sus alrededores
que en la propia instalacin.
Las sobretensiones de origen atmosfrico son las ms frecuentes en las
instalaciones fotovoltaicas.
Los efectos de impactos indirectos de rayos son acoplamientos galvnicos,
inductivos y capacitivos. Los acoplamientos producen sobretensiones, de las cuales hay que
proteger a las instalaciones elctricas del propio edificio. La proteccin interna contra rayos
incluye a todas las instalaciones del edificio, que se encargan de la proteccin de los efectos
indirectos de los rayos pero tambin de la conexin a la red de distribucin pblica (en el
caso de instalaciones de conexin a red). Cuanto mayor sea el peligro de impactos de rayos
mayores deben ser las medidas de proteccin interna. Una condicin previa para una
adecuada funcin de una proteccin interna contra rayos es una buena conexin
equipotencial segn la IEC 364-5-54. A travs de la conexin equipotencial se conectan a
tierra todas las tuberas metlicas (por ejemplo, conducciones de agua, calefaccin, gas...).
Los acoplamientos inductivos de los rayos se pueden producir en el panel, en los
cables de los paneles y en el circuito principal de corriente continua. El acoplamiento
inductivo disminuye a la mitad cuando los paneles fotovoltaicos tienen marco metlico
respecto a los paneles sin marco.
3.2.5.- Defectos de aislamiento
El defecto de aislamiento es un defecto que se puede producir con relativa
frecuencia en una instalacin fotovoltaica y que por ser origen de un posible contacto
indirecto hay que detectarlo y protegerse segn el REBT (adems de prdidas elctricas).
El emplazamiento exterior de este tipo de instalaciones es generalmente en
lugares aislados fcilmente accesibles a cualquier animal y a las condiciones de intemperie.
ENERGIAS RENOVABLES.CURSO 3. GRADO EN INGENERIA DE LA ENERGIA.2014-2015. I. LILLO
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La accin de algunos animales, como roedores, o el paso de conductores por
elementos metlicos ms o menos cortantes, o el uso terminales de conductores poco
adecuados, o el uso de cuadros elctricos y cajas a la intemperie que no sean realmente
estancos (grado de proteccin mnimo IP65), etc puede provocar un defecto de
aislamiento elctrico en la instalacin, pudiendo derivarse la corriente a travs de las
personas con el consiguiente riesgo para su seguridad. Adems estos defectos de
aislamientos puede provocar arcos elctricos con riesgo de incendio asociado.
Los defectos de aislamiento tambin se pueden producir por otras causas, entre
las ms frecuentes est el deterioro de los aislamientos por estar expuestos a condiciones
climticas extremas.
Otro hecho que puede originar problemas de defecto de aislamiento es el debido a
utilizar paneles fotovoltaicos o conductores con una tensin de aislamiento (dato indicado
por el fabricante) que sea menor que la tensin mxima del campo solar. Esto se evita
seleccionando un panel que tenga una tensin de aislamiento superiores a las tensiones del
campo solar.
3.2.6.- Puntos calientes
La posibilidad de que un panel fotovoltaico est deteriorado o expuesto, slo
parcialmente, a la radiacin solar, (como por ejemplo debido una sombra parcial por nube o
suciedad o diferencia de inclinacin/orientacin de paneles conectados entre s) puede
hacer que aparezcan incrementos de temperatura (debido a que el panel puede actuar como
absorbedor de corriente elctrica) en zonas de un panel que lleguen a provocar daos en el
propio panel e incluso un incendio en las inmediaciones. Este efecto adquiere ms
importancia a medida que la instalacin fotovoltaica aumenta de tamao donde los
incrementos de temperatura son mayores debido a .presencia de mayores corrientes.
3.2.7.- Riesgos de cortocircuito
Cuando por un conductor o por un equipo circula una corriente superior al valor que
soporta se produce el deterioro de ste. Esto es lo que normalmente sucede si se produce
un cortocircuito o una sobreintensidad.
ENERGIAS RENOVABLES.CURSO 3. GRADO EN INGENERIA DE LA ENERGIA.2014-2015. I. LILLO
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La intensidad de cortocircuito de un grupo de paneles no es peligrosa para los
equipos y conductores porque es muy similar a la intensidad nominal de funcionamiento de
la instalacin fotovoltaica cuando la irradiancia alcanza 1.000 W/m2. Por este motivo, un
cortocircuito en el campo solar no es peligroso para los equipos a los que est normalmente
conectado. Sin embargo, hay que evitar que por una hilera circule una intensidad mayor a la
que soporta y que normalmente viene indicada por el fabricante del panel. Esto se consigue
colocando fusibles bien calibrados a la entrada y salida de cada hilera como se comenta
posteriormente.
Adems, en la parte de corriente alterna de una instalacin de conexin a red existe
el riesgo de que un cortocircuito provoque daos considerables debido a que puede
producirse una intensidad muy elevada procedente de la red de distribucin de la compaa
elctrica. Este riesgo se protege mediante una caja general de proteccin con fusiles y
mediante el empleo de interruptores magnetotrmicos.
Cuando en la instalacin fotovoltaica existen bateras, s que pueden producirse
cortocircuitos o sobreintensidades que pueden ocasionar riesgos para los equipos y/o para
las personas, siendo obligatoria su proteccin ya que de la batera puede salir intensidad de
corriente muy elevada.
3.2.8.- Existencia de acumuladores electroqumicos (instalaciones autnomas)
Las instalaciones fotovoltaicas que dispongan de acumuladores electroqumicos
(bateras), que nunca ser en instalaciones de conexin a red porque en Espaa est
prohibido, presentan los siguientes riesgos:
Presencia de cido
El cido de las bateras, fuertemente corrosivo, puede afectar muy peligrosamente a
las personas, animales o cosas durante la manipulacin de ste o de las bateras.
Presencia de gases inflamables
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Durante el proceso de carga de una batera se desprende hidrgeno y oxgeno.
El hidrgeno es un gas muy inflamable, siendo su velocidad de combustin la ms
alta de todos los gases, y su energa de ignicin muy baja. Estas propiedades hacen que
una pequea chispa, la friccin o la electricidad esttica produzcan la ignicin inmediata de
este gas. (La energa mnima de ignicin a presin atmosfrica es de 0,019 mJ en el aire y
0,07 mJ en oxgeno).
Una mezcla de 2 volmenes de hidrgeno y 1 de oxgeno 5 de aire atmosfrico,
encendida por una chispa, da lugar a la combinacin con formacin de agua acompaada
de una fuerte detonacin.
Actualmente muchas bateras de instalaciones fotovoltaicas se encuentran en salas
habitadas en presencia de focos calientes (cocinas, chimeneas, etc..) y sin la ms mnima
ventilacin con el riesgo sealado.
3.2.9.- Otros riesgos
Existen otros riesgos y protecciones asociadas a la instalacin solar fotovoltaica que
hay que tener en cuenta como es
- El comportamiento y respuesta de la instalacin ante huecos de tensin.
- Las protecciones de calidad del suministro tanto en tensin como en
frecuencia.
- Funcionamiento en isla.
- Procedimiento y tiempo de rearmes de las protecciones.
Estos aspectos estn legislados (tanto en el RD 1663/00, como en el RD 1578/08, en
el artculo 13 que desarrollar nuevos aspectos a tener en cuenta adems de la legislacin
de las compaas distribuidoras) y sobre todo es el fabricante del inversor quien debe
tenerlos en cuenta en el diseo del mismo.
El diseador de la planta fotovoltaica le ha de exigir al fabricante del inversor que
cumpla con estas protecciones mediante certificado y avalado segn la normativa existente
en cada pas en cada momento.
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La calidad de la corriente elctrica debe estar controlada por el propio inversor de
la instalacin de acuerdo a la normativa vigente.
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3.3.- Resumen de medidas concretas en el diseo de una instalacin
fotovoltaica de conexin a red desde el punto de vista de la seguridad.
Se indican unas medidas de proteccin que deben incluirse en el diseo de la instalacin
fotovoltaica. Se divide en dos partes, por un lado la parte del campo solar hasta la entrada al
inversor (lado de corriente continua) y por otro lado desde la salida del inversor, incluido ste
y la conexin con la lnea elctrica de la empresa distribuidora (lado de corriente alterna).
Fig 7.- Vista de una instalacin fotovoltaica con seguimiento en dos ejes. I. Lillo.
Las actuales plantas fotovoltaicas de conexin a red requieren de tensiones elevadas en el
campo solar y ocupan grandes superficies a la intemperie, condiciones por las cuales hay
que establecer medidas de proteccin.
Antes de comenzar con medidas especficas, lo primero que debe conocer el diseador de
una instalacin fotovoltaica es la normativa existente (no es objeto de este mdulo) que le
puede afectar al diseo, las caractersticas de los equipos y de la instalacin que desea
disear y respetar las reglas de clculo de los diferentes elementos de la instalacin.
3.3.1.- Protecciones en la parte de corriente continua
ENERGIAS RENOVABLES.CURSO 3. GRADO EN INGENERIA DE LA ENERGIA.2014-2015. I. LILLO
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Las protecciones irn por un lado en los cuadros de proteccin distribuidos por el
interior del campo solar y a la salida del mismo y por otro se dispondrn medidas generales
de todo el campo solar.
Los cuadros de proteccin situados entre los paneles y el inversor (lado CC), en las
instalaciones de conexin a red, sern estancos, con grado de proteccin mnima IP65,
resistentes a la radiacin UV, y dispondrn en su interior de tres tipos de protecciones, por
un lado contra sobretensiones que se realiza normalmente mediante el empleo de
varistores o limitadores de tensin, (estos son dispositivos que impiden que aguas abajo, la
tensin entre dos puntos no supere un cierto valor lmite).
Para mejorar esta proteccin contra sobretensiones es aconsejable lo siguiente:
- Situar los cables del polo positivo y negativo de la parte de corriente
continua lo ms cerca posible.
- La proteccin contra sobretensiones debe realizarse cerca del equipo a
proteger (no a ms de 10 m).
- Los cables de unin de los varistores con tierra tienen que tener una
longitud mxima total de 0,5 m.
- Es necesario que exista una excelente superficie equipotencial.
- En sistemas flotantes, como la parte de corriente continua es aconsejable
que la proteccin contra sobretensiones no sea diferencial, sino que cada
polo est unido mediante un dispositivo de proteccin a tierra.
Por otro lado es necesaria una proteccin contra flujos de corriente elctrica indebidas
desde unas hileras a otras, que se realiza mediante el empleo de seccionadores fusibles en
carga bien ajustados en intensidad a los lmites indicados por el fabricante de los paneles
(estos son dispositivos que impiden que por ellos pase una corriente elctrica superior a un
cierto valor y adems que pueden abrir el circuito aunque por l est circulando corriente
elctrica en ese momento sin producirse arcos elctricos) en intensidad en cada hilera. Esto
se complementa porque los paneles suelen llevar diodos by-pass que protegen a las clulas
contra consumos de intensidades de corriente y por tanto del efecto del punto caliente.
Por ltimo es necesaria una proteccin contra defectos de aislamiento elctrico en el
polo negativo y/o positivo, que se realiza normalmente mediante dispositivos de control de
defecto de aislamiento (estos son dispositivos que vigilan que un cierto conductor no se
ENERGIAS RENOVABLES.CURSO 3. GRADO EN INGENERIA DE LA ENERGIA.2014-2015. I. LILLO
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ponga en contacto con tierra, activando normalmente un seccionador o interruptor que abre
un circuito para que se corrija el defecto).
Como complemento a los defectos de aislamiento elctrico se suele recomendar (es
obligatorio en el caso de instalaciones realizadas por exigencia de la H5 del Cdigo Tcnico
de la Edificacin) para las instalaciones fotovoltaicas exigibles por el Cdigo Tcnico de la
Edificacin) que los paneles fotovoltaicos, conectores y cuadros sean de clase II. (esto
significa que estos equipos han sido diseados y sometidos a pruebas que garantizan un
doble aislamiento elctrico del dispositivo, se distinguen porque llevan un doble cuadro
concntrico como smbolo).
La proteccin en el campo solar (lado de continua) se complementa con las siguientes
medidas:
1.- Una adecuada sealizacin mediante seales de advertencia de riesgo elctrico
distribuidas en el campo solar y caseta de inversores.
Fig. 8.- Seal homologada de riesgo elctrico
2.- Un cerramiento del campo solar adecuado para impedir la entrada de personas o
animales, con puertas con cerraduras. Este cerramiento puede ir acompaado con algn
dispositivo de televigilancia.
3.- Utilizacin de cuadros elctricos, conectores entre paneles, terminales de
cables, conductos (tubos y canaletas) y cables diseados y ensayados para estar
sometidos a las condiciones de intemperie: humedad, radiacin solar, altas y bajas
temperaturas, etc.. El trazado y montaje debe cumplir el R.E.B.T..
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4.- Disposicin de un seccionador general a la entrada del inversor para poder
reparar y reemplazar el inversor en su caso sin riesgo elctrico. (Obligatorio en el caso de
instalaciones realizadas por exigencia de la H5 del Cdigo Tcnico de la Edificacin).
Si la tensin de las hileras es elevada, (por encima de 120 V aproximadamente, es
recomendable intercalar dentro de cada hileras seccionadores en carga para que
puedan sustituirse o repararse los paneles sin riesgo elctrico).
5.- El polo positivo y el polo negativo deben ser flotantes, es decir, no deben
conectarse a tierra y adems sealizados correctamente en cuanto al uso de colores (rojo
polo positivo y negro polo negativo) como a la identificacin de los circuitos sealizando las
hileras y cuadros correspondientes.
6.- La estructura soporte metlica y el marco de los campo de paneles se coloca
a una conexin equipotencial que va a una toma de tierra (toma de tierra de masas).
7.- La estructura soporte y la cimentacin estar diseada desde el punto de vista
de resistencia de acuerdo al CTE y mediante el uso de materiales resistentes a la intemperie
(fundamentalmente en ambientes agresivos como zonas costeras o entornos industriales
qumicos).
8.- La proteccin frente al rayo aunque no es obligatoria s es aconsejable sobre
todo en el caso de zonas de alto riesgo como se puede ver en el siguiente mapa.
Fig. 9.- Mapa de frecuencia de impactos de rayos en Espaa. Fte: CTE.
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9.- Para evitar riesgos de sobreintensidades se debern dimensionar los
conductores para una intensidad mnima del 125% del valor de la intensidad de
cortocircuito de las hileras correspondientes. (valor mximo admisible).
Las protecciones pueden ir telemonitorizadas de tal forma que cuando se accione una de
ellas el responsable del mantenimiento sea notificado y detecte rpidamente su ubicacin y
proceda al arreglo de la causa que lo ha provocado. No se recomienza el uso de
protecciones fundamentales rearmables automticamente.
3.3.2.- Protecciones en la parte de corriente alterna
Los cuadros de proteccin situados entre el inversor y el cuadro de contadores (lado
CA), se componen por protecciones contra sobretensiones, mediante el empleo de
varistores o limitadores de tensin, por protecciones contra sobreintensidades y
cortocircuitos procedentes de la red mediante el empleo de interruptores magnetotrmicos
y por protecciones contra contactos indirectos o defectos de aislamiento mediante el
empleo de interruptores diferenciales.
Fig. 10.- Limitador de tensin segn EN 61643-11, clase II tipo PRD. I. Lillo.
La proteccin se complementa con las siguientes medidas:
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1.- El inversor debe disponer, como mnimo, de proteccin contra:
- Variaciones de tensin fuera del rango 0,85Un y 1,1Un.
- Variaciones de frecuencia fuera del rango 49 Hz y 51 Hz.
- Funcionamiento en isla.
- Rearme del inversor de forma adecuada.
Todas ellas acreditadas mediante certificado de acuerdo al RD 1663/00.
Adems debe incluir transformador de aislamiento si no existe en la instalacin, de
acuerdo al RD 1663/00.
Aunque no es obligatorio, es recomendable que el inversor disponga de otras
protecciones y alarmas como proteccin contra huecos de tensin, cortocircuitos,
sobreintensidades, cambio de polaridad, sobrecalentamiento, filtros de aires si est en
ambientes agresivos (marinos o qumicos), etc
2.- A la salida del inversor uno de los conductores debe estar puesto a una toma
de tierra independiente (llamada toma de tierra del neutro, separada de la otra toma de tierra
de masas) que haga de conductor neutro de la instalacin y que ser el conductor que se
conecte con el conductor neutro de la red elctrica. (en el caso general de red de
distribucin con esquema tipo TT).
3.- La carcasa del inversor tambin debe ir conectada a la toma de tierra de la
estructura y marco de los paneles. ( toma de tierra de masas).
4.- Utilizacin de cuadros elctricos, conectores, terminales de cables,
conductos (tubos y canaletas) y cables resistentes y diseados para estar sometidos
a las condiciones del trazado en funcin que vaya por exterior o interior, al aire o
enterrado. El trazado y montaje debe cumplir el R.E.B.T. y adems su ubicacin de acuerdo
a las especificaciones de la compaa elctrica de distribucin en su caso. (sobre todo los
contadores y la caja general de proteccin).
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Por estar legislado, segn la ITC-BT-40, del R.E.B.T. en el clculo de la seccin del
conductor de alterna, la cada de tensin mxima a la intensidad nominal desde el inversor
hasta la C.G.P. no debe ser mayor del 1,5% de la tensin nominal debiendo admitir el
conductor el 125% de la intensidad nominal.
5.- Disposicin de un seccionador general a la salida del inversor para poder
reparar y reemplazar el inversor, en su caso. (Obligatorio en el caso de instalaciones
realizadas por exigencia de la H5 del Cdigo Tcnico de la Edificacin).
6.- Disponer de los tipos y situacin de los equipos de medida y caja general de
proteccin de acuerdo a las condiciones de la compaa elctrica y dems normativa
vigente.
Por ejemplo, Endesa Distribucin, S.L. dice textualmente en sus especificaciones tcnicas lo
siguiente:
Para los equipos de medida, para instalaciones fotovoltaicas de hasta 5 kW (para mayores
indica otras especificaciones):
Para la Caja General de Proteccin dice:
7.- Un aspecto a tener en cuenta aunque no es responsabilidad de la instalacin fotovoltaica
es la calidad de la red elctrica de distribucin de la compaa en la que a su vez
ENERGIAS RENOVABLES.CURSO 3. GRADO EN INGENERIA DE LA ENERGIA.2014-2015. I. LILLO
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tambin pueden producirse perturbaciones y que finalmente afecten a la instalacin
fotovoltaica.
3.3.3.- Otros aspectos a tener en cuenta en el diseo de la instalacin
Hay que recordar que a todas las instalaciones se debe realizar un mantenimiento
preventivo y correctivo. En este sentido, son de destacar las actuaciones de mantenimiento
que se indican en la HE-5, del vigente Cdigo Tcnico de la Edificacin, y que se pueden
aplicar a cualquier instalacin de conexin a red, que se resumen en lo siguiente:
a) Comprobacin de protecciones elctricas.
b) Comprobacin del estado de los paneles: comprobar la situacin respecto al
proyecto original y verificar el estado de las conexiones.
c) Comprobar el estado del inversor: funcionamiento, lmparas de sealizaciones,
alarmas, etc..
d) Comprobacin del estado mecnico de cables y terminales (incluyendo cables de
tomas de tierra y reapriete de bornas), pletinas, transformadores,
ventiladores/extractores, uniones, reaprietes y limpieza.
Este aspecto es de vital importancia ya que estas medidas se debern contemplar
e incluir en el diseo y realizacin del proyecto y adems sirven para prever los accesos
al campo solar para realizar el mantenimiento que en ciertos edificios puede resultar
complejo.
ENERGIAS RENOVABLES.CURSO 3. GRADO EN INGENERIA DE LA ENERGIA.2014-2015. I. LILLO
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Fig. 11.- Hotel Monte-Mlaga con paneles fotovoltaicos en fachada. I. Lillo.
La integracin fotovoltaica en la edificacin hace necesario, an ms, tener en
cuenta la seguridad desde todos los puntos de vista.
Por ltimo insistir que en el proyecto se debe incorporar un Estudio de Seguridad
y Salud de acuerdo a la normativa vigente que no es objeto de este mdulo.
3.4.- Esquemas
Se adjuntan esquemas a ttulo de ejemplos de instalaciones fotovoltaicas autnomas y
conectadas a la red.
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Esquema 1.- Esquema tpico de una instalacin con bateras y protecciones, con el inversor
conectado directamente a la batera. I. Lillo.
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Esquema 2.- Esquema tpico de una instalacin fotovoltaica con bateras, sin inversor y sus
proteccion