Lado de continua, cableado y protecciones

Diagrama

Del string al inversor

flowchart LR
  S1["String 1"] --> F1["Fusibles gPV<br/>en + y en −<br/>(si hay 3 o más strings)"]
  S2["String 2"] --> F2["Fusibles gPV"]
  S3["String 3"] --> F3["Fusibles gPV"]
  F1 --> B["Unión en paralelo<br/>(caja de strings)"]
  F2 --> B
  F3 --> B
  B --> SEC["Seccionador CC<br/>corte en carga"]
  SEC --> INV["Inversor"]
  SPD["Protector de<br/>sobretensiones CC<br/>+, − y tierra"] -.-> SEC
  T["Tierra: marcos<br/>y estructura"] -.-> SPD

Por qué la continua es más peligrosa al cortar

flowchart LR
  CA["Alterna: la corriente pasa por cero<br/>100 veces por segundo"] --> CAa["El arco se apaga solo<br/>en el siguiente paso por cero"]
  CC["Continua: la corriente<br/>nunca pasa por cero"] --> CCa["El arco se mantiene<br/>y puede provocar un incendio"]
  CCa --> R["Aparamenta específica para CC<br/>y no desconectar conectores en carga"]

Explicación

Lo que hace distinto al lado de continua

• Tensión siempre presente con luz: no hay interruptor que «apague» los módulos. Abrir el seccionador deja sin tensión el inversor, pero el cable hasta los módulos sigue en tensión.
• Tensiones altas: un string de vivienda trabaja a 300–500 V, y en invierno puede acercarse a la tensión máxima del sistema.
• Corriente limitada: un cortocircuito en un string da poco más de su Isc. Un magnetotérmico de alterna no lo vería como cortocircuito: por eso no se protege igual que la alterna.
• Arco sostenido: al separar un conector en carga, el arco no se extingue solo como en alterna. La aparamenta tiene que estar específicamente diseñada para continua y para esa tensión.

El esquema del lado de continua

En la mayoría de instalaciones de vivienda con inversor sin transformador, ningún polo de la continua está unido a tierra: es un sistema flotante, del tipo IT. Ventajas:

• Un primer defecto a tierra (un cable pelado que toca la estructura) no provoca corriente peligrosa, porque no hay camino de vuelta.
• El inversor mide el aislamiento de los dos polos respecto a tierra antes de arrancar y avisa o no se conecta si es bajo. Es su forma de detectar ese primer defecto antes de que aparezca un segundo.

La protección contra contactos se basa en el doble aislamiento: los módulos son de clase II y el cable solar tiene doble aislamiento (ITC-BT-24, ap. 4.2, protección por empleo de equipos de clase II).

El cable solar y los conectores

• Cable solar para fotovoltaica: unipolar, de cobre estañado flexible, con doble aislamiento de compuesto reticulado, resistente a la radiación ultravioleta y al ozono, para 1,5 kV en continua y temperaturas de trabajo altas. Las secciones habituales en strings son 4 y 6 mm².
• Conectores rápidos: los del módulo, los del inversor y los que se montan en obra tienen que ser del mismo fabricante y modelo, o declarados compatibles por los dos fabricantes. Mezclar marcas que «encajan» es una causa conocida de calentamientos e incendios.
• El positivo y el negativo de cada string van juntos, por el mismo camino: así el bucle que forman es pequeño y se inducen menos sobretensiones cuando cae un rayo cerca.
• Bajo tubo o bandeja resistentes a la intemperie donde haya riesgo mecánico; sujetos a la estructura, sin colgar ni rozar con la teja.

Dimensionar el cable

Dos condiciones, igual que en alterna:

1. Intensidad. Se calcula con 1,25 · Isc del string (o de la suma de strings en el tramo común), y la intensidad admisible del cable, en sus condiciones de instalación, tiene que superarla. Es el mismo criterio del 125 % que la ITC-BT-40 (ap. 5) pide para los cables de conexión del generador.
2. Caída de tensión. La ITC-BT-40 (ap. 5) limita al 1,5 % la caída entre el generador y el punto de interconexión a la intensidad nominal. En el lado de continua es práctica habitual aplicar también un máximo del orden del 1,5 %, como recomiendan las guías técnicas del sector.

En continua, la caída en un string (ida y vuelta) es:

$\Delta u = \frac{2 \cdot L \cdot I_{mp}}{\gamma \cdot S} \qquad \Delta u\,(\%) = \frac{\Delta u}{V_{mp,string}} \cdot 100$

Con $\gamma$ a la temperatura de trabajo del cable: en tejado, lo prudente es tomar la del cable caliente (44 m/(Ω·mm²) para el cobre a 90 °C, ver Conductores, resistividad y sección).

Fusibles de string

Se ponen cuando hay 3 o más strings en paralelo y la corriente inversa que pueden mandar los demás supera lo que aguanta un módulo (Strings en serie y en paralelo): $(N_s - 1) \cdot I_{sc} > I_{fusible,mod}$.

• Tipo gPV: fusibles específicos para fotovoltaica en continua.
• En el positivo y en el negativo de cada string, porque el sistema es flotante y un defecto puede cerrarse por cualquiera de los dos polos.
• Calibre: por encima de la corriente normal del string con margen (la regla de las normas de diseño es entre 1,5 y 2,4 veces la Isc) y nunca mayor que la corriente máxima del fusible en serie de la ficha del módulo.
• Tensión asignada mayor que la Voc máxima del string en frío.
• En portafusibles seccionables, que además permiten aislar cada string para medirlo.

Seccionador de continua

Un interruptor-seccionador de continua permite dejar sin tensión el inversor para trabajar en él o sustituirlo.

• Tiene que poder cortar en carga en continua, a la tensión máxima del string y a la corriente del campo (con su margen del 1,25).
• Muchos inversores lo llevan integrado. Si no, se pone en el cuadro de continua, junto al inversor.
• Recuerda: aguas arriba del seccionador, hacia los módulos, sigue habiendo tensión.

Protector contra sobretensiones de continua

Un rayo que cae cerca induce sobretensiones en los cables del tejado, que llegan al inversor. Se protege con un protector contra sobretensiones específico de fotovoltaica:

• Tipo 2, salvo que haya pararrayos en el edificio (entonces, tipo 1).
• Con tensión de servicio continua mayor que la Voc máxima del string.
• Conectado entre + y tierra y − y tierra (y a menudo entre + y −), con cables cortos a la tierra.
• Junto al inversor, y otro junto a los módulos si el cable entre ellos es largo (decenas de metros), como práctica habitual.
• Muchos inversores llevan protección interna tipo 2 o tipo 3; el fabricante indica si basta.

Es la misma lógica de la Protección contra sobretensiones del bloque 02 (ITC-BT-23), aplicada a la continua.

Puesta a tierra de los marcos y la estructura

Los marcos de los módulos y la estructura metálica se unen a la tierra de la instalación con conductor verde-amarillo. Así:

• un defecto de aislamiento no deja la estructura a una tensión peligrosa;
• el protector contra sobretensiones tiene adónde derivar;
• el inversor puede medir bien el aislamiento.

La ITC-BT-40 (ap. 8) pide que las tensiones en las masas metálicas de la central no sean peligrosas y que, en interconectadas con red con neutro a tierra, el esquema sea TT con las masas a una tierra independiente de la del neutro de la red (ap. 8.2.3). Muchos fabricantes de módulos exigen además la puesta a tierra del marco para mantener la garantía.

Fórmulas

Qué dice el REBT

En la práctica

Para practicar

• Test: Test · Fotovoltaica
• Flashcards: Flashcards · Fotovoltaica
• Casos prácticos: CP21 · Protecciones de continua de tres strings
• Relacionado: Strings en serie y en paralelo · Protección contra sobretensiones · Conductores, resistividad y sección · ITC-BT-40 · Instalaciones generadoras de baja tensión