Como toda instalación eléctrica, las instalaciones fotovoltaicas deben cumplir con toda la normativa técnica que rige para las mismas. Los cuadros de protección para instalaciones solares son parte de las exigencias técnicas obligatorias, por la seguridad tanto de las personas como de los equipos principales de la instalación. En este sentido, toda instalación eléctrica debe ser correctamente diseñada y montada, evitando la posibilidad de que ocurra una sobrecarga, sobrecalentamiento, cortocircuito, fallo de aislamiento, explosión e incendio.

Los cuadros de protección para instalaciones solares

Los cuadros de protección para instalaciones solares son cajas plásticas o metálicas de dimensiones estandarizadas. Dentro de ellas se encuentran los elementos para las protecciones eléctricas de la instalación fotovoltaica. Además, dentro de estas cajas se hacen las interconexiones eléctricas entre las placas fotovoltaicas eficientes, el regulador de voltaje, el inversor, la batería y la conexión a la red.

Estas cajas vienen con un grado de protección IP54, para proteger los elementos internos contra polvo y humedad. Por otra parte, también disponen de un riel tipo DIN para fijar o retirar los componentes internos, con la mayor facilidad.

¿Cuáles son las protecciones que vienen en los cuadros de protección para instalaciones solares?

Las protecciones eléctricas de los cuadros de protección para instalaciones solares son las siguientes: protección contra cortocircuitos, protección contra sobrecargas, protección contra fallos de aislamiento y protección contra sobretensiones atmosféricas. A continuación, pasamos a explicarlas detalladamente:

Protección contra cortocircuitos en los cuadros de protección para instalaciones solares

El cortocircuito es el fallo más exigente que puede ocurrir en un sistema eléctrico, el cual se caracteriza por provocar los más altos valores de consumo de corriente eléctrica. Estos altos valores de corriente pueden dañar rápidamente la instalación, y deben limitarse en el menor tiempo posible. Las corrientes que tengan valores de más del doble del valor normal o nominal de la instalación, pueden considerarse en la práctica fallos de cortocircuito.

El fusible es el elemento de protección más común para limitar rápidamente una alta corriente de cortocircuito, antes que pueda provocar más daños a la instalación eléctrica. Lo habitual es proteger con fusibles la salida de las placas solares, la salida del regulador y la salida del inversor. Es importante seleccionar el fusible más adecuado a cada tipo de circuito. Por ejemplo, un fusible para circuitos de corriente continua (DC) no puede usarse en un circuito de corriente alterna (AC), y viceversa.

Los fusibles para el lado de las placas fotovoltaicas deben ser para corriente continua (DC). Por otra parte, los fusibles a la salida del inversor deben ser para corriente alterna (AC).

¿Se puede prescindir de los fusibles?

Actualmente, los fusibles pueden sustituirse por disyuntores magnéticos de acción instantánea. Los disyuntores magnéticos son más prácticos, ya que al dispararse por un cortocircuito, pueden rearmarse y activarse nuevamente. Sin embargo, los fusibles, después de un cortocircuito, deberán cambiarse por otros nuevos porque su filamento interno se vaporiza con la corriente del fallo.

En los circuitos electrónicos se prefieren fusibles ultra rápidos (uR), para proteger más eficientemente los mismos. Son muy usados los fusibles tipo cartucho, que vienen insertados en elementos portafusibles.

Protección contra sobrecargas

Las sobrecargas son condiciones de funcionamiento que están un 10, 20, 30 o 40 % por encima del valor normal de consumo de corriente eléctrica. Estas son condiciones que pueden tolerarse solo por un determinado periodo de tiempo. En la medida que la sobrecarga es mayor, el tiempo que puede permanecer debe ser menor, para evitar mayores daños en el sistema eléctrico.

La protección contra sobrecarga se realiza con un disyuntor térmico de tiempo inverso. Este dispositivo tiene un elemento bimetálico que acciona y abre automáticamente el circuito, en caso de una sobrecarga. Mientras más alta sea la corriente eléctrica de sobrecarga, más rápido es el disparo o apertura del dispositivo.

En la práctica, para proteger contra sobrecargas y cortocircuitos, se usan los disyuntores termomagnéticos; estos integran la acción térmica y la magnética en un solo dispositivo. Estos dispositivos, al igual que los fusibles, deben seleccionarse en función del tipo de corriente del circuito a proteger (AC o DC). De esta forma, del lado de las placas fotovoltaicas se deben usar los de corriente continua (DC); y del lado del inversor, los de corriente alterna (AC).

Los disyuntores termomagnéticos pueden ser monopolares, bipolares o tripolares, dependiendo de la configuración del circuito a proteger.

Protección contra fallos de aislamiento

En los circuitos de corriente alterna (AC), a la salida del inversor, es conveniente la instalación de un disyuntor diferencial; este debe proteger el circuito contra fallos de aislamiento. Los fallos de aislamiento en cualquier electrodoméstico representan un peligro para las personas.

Un disyuntor diferencial funciona o se activa cuando detecta que hay una corriente de fuga a tierra. Estos dispositivos están calibrados para abrir un circuito instantáneamente, cuando detectan una fuga de corriente de apenas 30 mA. Por esta razón, son muy útiles para proteger la integridad de las personas y para desconectar un equipo que esté derivando corriente por tierra (con fallo en su aislamiento).

Es muy importante que la toma de tierra de la casa o edificio esté en perfecto estado, para que un disyuntor diferencial funcione correctamente. Los cuadros de protección para instalaciones solares deben contar con una sólida conexión de tierra.

Los interruptores diferenciales vienen en configuración bipolar y tetrapolar. Los bipolares se usan para proteger circuitos monofásicos; por su parte, los tetrapolares se usan para proteger circuitos trifásicos.

Protección contra sobretensiones atmosféricas

En los cuadros de protección para instalaciones solares no pueden faltar los protectores contra sobretensiones SPD, los cuales derivan a tierra las sobretensiones debidas a impactos directos o indirectos de los rayos. El impacto directo de un rayo viene especificado con una relación de tiempo de onda de 10/350 microsegundos. Por otra parte, el impacto indirecto tiene una relación de tiempo de onda más breve (8/20 microsegundos).

El funcionamiento de los protectores SPD es a base de varistores; estos son semiconductores que disminuyen su resistencia eléctrica en presencia de picos abruptos de voltaje. De esta forma, a la tensión de servicio normal, tienen una altísima resistencia; sin embargo, con picos altos de voltaje, su resistencia es muy baja.

Para los cuadros de protección para instalaciones solares, la norma recomienda el uso de protectores de sobretensiones contra impactos indirectos de rayos (8/20 microsegundos). Estos son los protectores SPD tipo 2, según las especificaciones de la norma IEC 61643-1.

Los protectores de sobretensiones se diseñan para proteger circuitos de corriente directa (DC) o de corriente alterna (AC). Por lo tanto, hay protectores SPD tipo 2 para proteger las placas fotovoltaicas (DC); así como protectores para proteger la salida del inversor (AC). Un protector para circuitos AC no puede usarse en circuitos DC, y viceversa. Estos dispositivos pueden venir con configuraciones monopolares, bipolares o tripolares.

Es imprescindible, para el correcto funcionamiento de estos protectores, contar con un buen sistema de toma de tierra. En este sentido, se recomienda que este sistema de los cuadros de protección para instalaciones solares sea independiente y de uso exclusivo del sistema fotovoltaico.

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