Protecciones eléctricas en instalaciones fotovoltaicas de ámbito residencial e instalaciones aisladas
Las protecciones eléctricas más comunes que debemos de tener en cuenta en las instalaciones fotovoltaicas tanto en corriente continua (CC) como en corriente alterna (AC)
En esta entrada al blog, vamos a comentarles acerca de las protecciones eléctricas más comunes que debemos de tener en cuenta en las instalaciones fotovoltaicas tanto en corriente continua (CC) como en corriente alterna (AC).
Protecciones eléctricas en Corriente Continua
a) Fusibles para el campo fotovoltaico
Esta protección está diseñada para proteger a los módulos fotovoltaicos de corrientes inversas que pueden darse en el string.
Básicamente tenemos que cumplir con lo que especifica la IEC62548 la cual dice lo siguiente:
Para calcularlo, se puede aplicar la fórmula que tenemos a continuación. Siendo Np el número de strings que hay en paralelo.
Isc string = (3-1) x 1.25 x 11.48 = 28.65 A
Para un string con 3 cadenas en paralelo de módulos Axitec 450 Wp
Al superar la corriente de inversión, deberemos poner fusibles en los strings fotovoltaicos de manera obligatoria.
Por norma general, mientras no superemos el amperaje de inversión máximo soportado por el módulo, no es necesario hacer uso de fusibles para el string. No obstante, conviene añadirlos como elemento de corte para evitar trabajar con tensiones de CC elevadas, las cuales pueden suponer riesgos fatales para el instalador.
b) Fusibles para batería en sistemas aislados de red.
Las baterías normalmente son el elemento más costoso de una instalación fotovoltaica y un equipo obligatorio cuando hablamos de sistemas aislado. Es por ello, por lo que usamos este tipo de fusibles para protegerlas de picos de carga que puedan afectar a su correcto funcionamiento.
Pese a que las baterías con tecnología de litio tienen la protección del BMS o Battery Managment System, redundar en este tipo de protecciones siempre será beneficioso. Para el calculo del fusible entre el inversor y la batería se puede usar la fórmula que dejamos a continuación:
El fusible a emplear será del valor normalizado inmediatamente superior al resultado de la formula comentada. No obstante, se recomienda seguir la información de los manuales de los equipos ya que siempre se indica el calibre del fusible a emplear en relación al inversor seleccionado.
En cuanto al número de fusibles a emplear, Se recomienda instalar uno por cada cable positivo que vaya del inversor a la batería. Sí llevamos 3 inversores, en una instalación trifásica, primero conectaremos el banco de baterías a un embarrado con pletinas de cobre (una por cada polo) posteriormente deberemos instalar como mínimo 3 fusibles con su respectivo portafusible. Los más empleados en instalaciones aisladas son los MEGA-FUSE de corte rápido y fusible de cuchilla tipo NH1.
Protecciones de Sobretensión
- Sobretensiones de CC (SDP o DPS): cumpliendo la misma función que los fusibles, este dispositivo está diseñado para proteger los módulos FV y/o inversores de altas tensiones que pueden afectar el funcionamiento de estos, así como para evitar averías prematuras. El dispositivo funciona desviando las tensiones elevadas mediante el cable que está conectado a la tierra de la instalación.
- Se recomienda usar un SPD o descargador de sobretensión por cada seguidor MPPT del inversor. Para un modelo de descargador de sobretensión PV II 3 1000 1100V/40KA, este dispositivo que puede soportar hasta 1100V. Lo que permitirá proteger el inversor de su máxima tensión de funcionamiento sin provocar daños en el mismo.
La avería más común por no hacer uso de descargadores de sobretensión en instalaciones fotovoltaicas es la avería del inversor por cortocircuito en la entrada de corriente continua.
Protecciones eléctricas en corriente alterna (Aguas abajo del inversor)
a) Interruptor diferencial: Este dispositivo está diseñado para proteger a las personas ante una posible fuga de corriente eléctrica y para proteger a las instalaciones de posibles derivaciones y/o cortocircuitos.
Para dimensionar y seleccionar del dispositivo adecuado a la instalación debemos de tener en cuenta si la instalación es monofásica o trifásica para elegir el dispositivo correcto, así como la potencia del inversor para seleccionar el calibre de la misma.
Por ejemplo, para una instalación monofásica la tensión es 230V y la potencia del inversor es 5000W. Llevando a cabo la ley de ohm:
El valor de intensidad del resultado lo multiplicamos por un factor de seguridad de 1,2: Diferencial=21,72 x 1,2≈26 A, por lo tanto, el interruptor diferencial a seleccionar debe ser igual o superior a los 26A.
Para instalaciones trifásicas llevamos a cabo la siguiente ecuación y el resultado lo multiplicamos el factor de seguridad 1,2:
Diferenciales superinmunizados
Cabe añadir, que en ciertas instalaciones podemos tener saltos intempestivos del diferencial. Esto es debido a que, en ocasiones, parte de componente de corriente en CC puede pasar a la red de corriente alterna. Esto puede provocar saltos del diferencial. Para estos casos, se recomienda hacer uso de diferenciales superinmunizados o selectivos de Clase A, los cuales son identificados por la simbología que se puede ver en la siguiente imagen.
Interruptor magnetotérmico
Su principal función es cortar el camino de la corriente cuando esta supera el calibre de la protección debido a cortocircuitos en la red eléctrica y/o sobrecargas en las líneas eléctricas.
Para el cálculo del dimensionamiento del magnetotérmico usaremos la misma fórmula empleada en el cálculo del diferencial.
Concluyendo, las protecciones de una instalación fotovoltaica comparten una gran cantidad de semejanzas con una instalación eléctrica convencional. Teniendo en cuenta una serie de parámetros básicos, así como las indicaciones de REBT, evitaremos tener problemas una vez la instalación se encuentre en su fase de explotación y generación de energía.