Cómo proteger las instalaciones Fotovoltaicas

Las aplicaciones fotovoltaicas se han convertido en una fuente alternativa de energía eléctrica ampliamente utilizada hoy en día. Debido a sus necesidades específicas en comparación con otras aplicaciones más habituales nace una nueva generación de componentes eléctricos diseñados para trabajar con corriente continua que deben tenerse en cuenta como una parte fundamental de la instalación.

De manera general, las instalaciones fotovoltaicas se componen de 3 elementos fundamentales:

• Paneles fotovoltaicos: encargados de transformar la energía solar en energía eléctrica (corriente continua).
• Protecciones eléctricas: responsables de mantener la instalación fotovoltaica de manera segura y lista para proceder al mantenimiento de esta.
• Inversor fotovoltaico: elemento que convierte la corriente continua en corriente alterna para su uso en la instalación.

Esquema de una instalación típica de fotovoltaica para autoconsumo

Selección de los elementos de protección DC

El segundo bloque de un sistema fotovoltaico pertenece al conjunto de componentes necesarios para una correcta protección de la línea que conecta los paneles fotovoltaicos con el inversor DC/AC. Estos componentes deben proveer al sistema de una protección contra sobrecarga, sobretensión, y/o cortocircuitos para tensiones y corrientes en continua (DC).

La configuración depende de la tipología y el tamaño de cada sistema, debiendo tenerse en cuenta siempre dos factores fundamentales:

1. La tensión total que genera el sistema fotovoltaico.
2. La corriente nominal que circulará por cada uno de los strings.

Atendiendo a estos criterios, los equipos de protección deben seleccionarse para ser capaz de soportar la máxima tensión que genera el sistema y deben ser adecuados para interrumpir o abrir el circuito cuando se supera la máxima corriente prevista por la línea.

Interruptor magnetotérmico

Al igual que en el resto de instalaciones eléctricas, los interruptores magnetotérmicos ofrecen protección contra sobreintensidades así como contra cortocircuitos de una manera fiable.

La principal peculiaridad de los interruptores magnetotérmicos DC radica en el diseño pensado para soportar tensiones DC de hasta 1500V. Dicha tensión del sistema viene determinada por los strings de paneles fotovoltaicos y suele ser un valor limite en los propios inversores.

Por lo general la tensión que soporta un interruptor viene determinada por el número de módulos que lo forman, siendo habitual que cada módulo soporte al menos 250VDC, por lo que si hablamos de un interruptor de 4 módulos, estaría diseñado para soportar una tensión máxima de 1000VDC.

Protección con fusibles

Al igual que los interruptores magnetotérmicos, los fusibles son elementos de control contra sobreintensidades, protegiendo de este modo la instalación fotovoltaica. La principal diferencia con los magnetotérmicos es su vida útil, obligando en este caso a su sustitución cuando se ven sometidos a una intensidad superior a la nominal. La elección del fusible debe ir acorde a la corriente y a la tensión máxima del sistema.

Los fusibles para estas instalaciones emplean una curva de disparo específica para estas aplicaciones denominada gPV.

Seccionador de corte en carga

De cara a disponer de un elemento de corte en el lado DC, los fusibles comentados anteriormente deben de ir acompañados de un seccionador que permita el corte previo a cualquier intervención, proporcionando un alto grado de seguridad y fiabilidad de aislamiento en esa parte de la instalación.

Son por tanto elementos adicionales a la propia protección y que al igual que estas, deben de ir dimensionadas según la tensión y corrientes de la instalación.

Protección contra sobretensiones

Los paneles fotovoltaicos y el inversor normalmente están muy expuestos a los fenómenos atmosféricos como la caída de rayos, lo que significa que se pone en riesgo la vida útil de unos equipos que suponen una inversión económica si no se protege debidamente contra estos fenómenos.

Por este motivo, es necesario la instalación de un descargador de sobretensiones transitorias que actúe derivando a tierra la energía que se induce en la línea como consecuencia de una sobretensión causada, por ejemplo, por el impacto de un rayo. Los equipos de protección deben seleccionarse teniendo en cuenta que la máxima tensión prevista en el sistema es inferior a la tensión de trabajo del descargador (Uc). Por ejemplo, si queremos proteger un string cuya tensión máxima es 500 VDC, será suficiente emplear un descargador con tensión Up=600 VDC.

El descargador se debe conectar en paralelo a la instalación eléctrica, derivando la conexión hacia los polos + y - en la entrada del descargador y conectando la salida al bornero de tierra. De esta forma se garantiza en caso de sobretensión que la descarga inducida en cualquiera de los dos polos se derive a tierra a través de los varistores. En situación normal los varistores actúan como un circuito abierto impidiendo el flujo de corriente a tierra.

Envolventes

Además, estas protecciones deben de ser instaladas en envolventes testadas y certificadas especialmente para estas aplicaciones con tensiones de trabajo en continua. Se recomienda que estas envolventes estén diseñadas para soportar condiciones climáticas adversas, ya que por lo general, dichas envolventes se instalan en intemperie. 

Existen diferentes versiones de envolventes según sean las necesidades de la instalación, pudiendo elegir entre diferentes tipos de materiales (plásticos, fibra de vidrio), diferentes niveles de tensiones de trabajo (hasta 1500V_DC) y diferentes grados de protección (las más habituales IP65 e IP66).

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