Guía definitiva para la protección fotovoltaica de CC

En el impulso mundial hacia las energías renovables, los sistemas solares fotovoltaicos (FV) han pasado de ser una tecnología de nicho a una parte fundamental de la infraestructura energética moderna. Para los propietarios de viviendas y las empresas, la instalación de paneles solares es una importante inversión a largo plazo en energía sostenible e independencia económica. Sin embargo, la eficiencia y la seguridad de un sistema fotovoltaico dependen en gran medida de un elemento que a menudo se pasa por alto: protección eléctrica robusta.

A diferencia de la corriente alterna (CA) utilizada en los hogares, la corriente continua (CC) generada por los paneles solares presenta retos de seguridad únicos y complejos. Esta guía desglosa todo lo que necesita saber sobre la protección fotovoltaica de CC, desde las diferencias clave entre la alimentación de CC y CA hasta la construcción de un sistema de protección completo y conforme a la normativa.

1. Por qué Protección fotovoltaica de CC Cuestiones: Corriente continua frente a corriente alterna

Para entender la necesidad de una protección especializada de CC, primero tenemos que aclarar las diferencias fundamentales entre la alimentación de CC y CA, y cómo estas diferencias afectan a la seguridad.

Principales diferencias entre la corriente continua y alterna

Los peligros de los sistemas de corriente continua sin protección

Los dispositivos de protección de CA estándar no están diseñados para manejar las propiedades únicas de la CC:

• A Arco CC carece de interrupción natural, creando plasma a alta temperatura que puede provocar incendios.
• A Choque CC provoca una contracción muscular continua, lo que aumenta el riesgo de quemaduras graves y daños internos.

Sin una protección de CC especializada, incluso los fallos eléctricos menores de un sistema fotovoltaico pueden convertirse en problemas catastróficos.

2. Principales amenazas para los sistemas solares de CC

El lado de CC de un sistema fotovoltaico (desde los paneles solares hasta el inversor) se enfrenta a tres riesgos eléctricos principales. Comprender estas amenazas es el primer paso para crear una estrategia de protección eficaz.

1. Sobreintensidades: Cortocircuitos y sobrecargas

Una sobrecorriente se produce cuando la corriente supera el límite de seguridad de un circuito. Tiene dos formas comunes:

• Cortocircuitos: Una ruta de baja resistencia no intencionada (por ejemplo, cableado dañado, contacto del conductor con el marco de un módulo) provoca un aumento repentino y masivo de la corriente. En cadenas fotovoltaicas en paralelo, las cadenas sanas "retroalimentan" la corriente hacia el fallo, sobrecalentando los conductores y provocando incendios.
• Sobrecargas: Un aumento moderado y sostenido de la corriente (por ejemplo, un tamaño excesivo de los paneles fotovoltaicos en relación con la capacidad del inversor) provoca una acumulación gradual de calor. Esto degrada los componentes, funde el aislamiento y, a la larga, provoca incendios.

2. Sobretensiones: Sobretensiones transitorias y permanentes

Las sobretensiones son picos de tensión o altos voltajes sostenidos que dañan los componentes sensibles:

• Sobretensiones transitorias: Picos de tensión breves y de gran magnitud (por ejemplo, caídas de rayos, conmutaciones de la red eléctrica). Incluso las sobretensiones que duran microsegundos pueden destruir los inversores, mientras que las pequeñas sobretensiones repetidas degradan los componentes con el tiempo.
• Sobretensiones permanentes: Condiciones sostenidas de alta tensión (por ejemplo, fallos del conductor neutro en sistemas trifásicos). Esto obliga a los componentes a consumir más corriente, lo que provoca sobrecalentamiento y quemaduras.

3. Fallos de arco de CC: El peligro de incendio silencioso

Un fallo de arco de CC es una descarga eléctrica involuntaria a través de un pequeño hueco del circuito. Es especialmente peligroso por dos razones:

1. No hay extinción natural del arco (a diferencia de la CA), por lo que los arcos arden indefinidamente hasta que el circuito se interrumpe manualmente.
2. El arco crea plasma de baja resistencia, lo que le permite crecer incluso cuando los conductores se separan.

Los fallos de arco suelen comenzar con un fallo a tierra (conductor de CC que toca una superficie conectada a tierra, por ejemplo, el bastidor de un módulo). Un segundo fallo a tierra en un conductor diferente elude la protección del inversor, lo que desencadena una subida masiva de corriente y un arco persistente, una de las principales causas de incendios en la energía solar fotovoltaica.

3. Los cuatro pilares de la protección de CC: Desglose técnico

Un sistema fotovoltaico seguro depende de cuatro dispositivos de protección básicos, cada uno de los cuales desempeña una función distinta. A continuación se detalla su funcionamiento, sus ventajas e inconvenientes y dónde colocarlos.

A. Fusibles de CC: La primera línea de defensa

Los fusibles de CC son dispositivos pasivos de un solo uso diseñados para detener las sobrecorrientes. Contienen un hilo/tira metálica calibrada que se funde cuando la corriente supera un límite establecido, interrumpiendo el circuito.

Especificaciones principales de los fusibles de CC

• Tensión nominal (VCC): Debe ser igual o superior a la tensión máxima en circuito abierto del campo fotovoltaico (evita los arcos eléctricos tras la fusión).
• Corriente nominal (A): Tamaño a 125% de la corriente continua máxima del circuito (evita falsos disparos).
• Capacidad de interrupción (CI): La corriente de fallo máxima que el fusible puede detener con seguridad (los fusibles fotovoltaicos modernos suelen soportar ≥200.000 amperios).

Ventajas e inconvenientes

• ✅ Rápida respuesta a los cortocircuitos; alto CI; rentable para la protección de cadenas.
• ❌ De un solo uso (requiere sustitución); sin desconexión manual.

Colocación estratégica

• Cajas combinadoras interiores para cada cadena fotovoltaica paralela (aísla las cadenas averiadas mientras funcionan las demás).
• Cerca de los bornes de la batería (protege los sistemas basados en baterías de cortocircuitos).
• Ambos conductores positivo/negativo en sistemas sin conexión a tierra.

B. Disyuntores de CC: El protector reutilizable

Los disyuntores de CC son dispositivos automáticos reiniciables que utilizan mecanismos térmicos y magnéticos para disparar los circuitos:

• Elemento térmico: Una banda bimetálica se dobla bajo sobrecargas sostenidas, disparando el disyuntor.
• Elemento magnético: Un solenoide provoca un disparo inmediato en caso de cortocircuito.

Para manejar los arcos persistentes de CC, los disyuntores utilizan tecnología especializada:

1. Reventones magnéticos: Una bobina magnética aleja los arcos de los contactos, alargándolos.
2. Arco de toboganes: Las placas metálicas de una cámara enfrían y dividen los arcos hasta extinguirlos.

Especificaciones

• Tensión nominal ≥ tensión máxima del sistema.
• Corriente nominal ≥125% de corriente continua máxima.
• Corriente nominal de cortocircuito (SCCR) > corriente de defecto máxima disponible.

Ventajas e inconvenientes

• Reiniciable; indicador visual de disparo; funciona como desconexión manual.
• ❌ Más lentos que los fusibles; mayor coste inicial; diseño complejo de extinción de arcos.

Colocación estratégica

• Cajas combinadoras (protección de cadenas).
• Circuitos de salida del conjunto principal (protección centralizada contra sobreintensidades).

C. Interruptores-seccionadores de CC: El aislador de seguridad

Los seccionadores de CC (o seccionadores fotovoltaicos) son interruptores manuales que crean una interrupción física y visible en el circuito. Su función principal no es la protección contra sobrecorriente, sino la seguridad para el mantenimiento y las emergencias.

Por qué son esenciales

• Los paneles solares generan energía mientras están expuestos a la luz solar, lo que crea riesgos para los técnicos. Los seccionadores aíslan el conjunto, eliminando los riesgos de descarga durante las reparaciones.
• En caso de incendio o inundación, los primeros intervinientes utilizan desconectadores para desactivar rápidamente el sistema.

Ventajas e inconvenientes

• ✅ Punto de aislamiento visible; se puede cerrar con llave para garantizar la seguridad a largo plazo; fundamental para la respuesta en caso de emergencia.
• ❌ Sin protección automática contra sobrecorriente; requiere operación manual.

Colocación estratégica

• Entre los paneles solares y el inversor.
• Múltiples ubicaciones (por ejemplo, el tejado cerca de los paneles, el suelo cerca del inversor) para facilitar la accesibilidad.
• Integrado en algunos inversores modernos para simplificar la instalación.

D. DC SPD (Dispositivos de protección contra sobretensiones): El pararrayos

Los SPD de CC protegen contra las sobretensiones transitorias (por ejemplo, los rayos) utilizando un Varistor de óxido metálico (MOV):

• En condiciones normales: El MOV tiene alta resistencia, aislando el SPD.
• Durante una sobretensión: La resistencia del MOV cae instantáneamente, desviando el exceso de corriente a tierra.
• Después de la sobretensión: MOV vuelve a alta resistencia, listo para futuros eventos.

Especificaciones

• Tensión nominal (VCC): ≥ tensión continua máxima del sistema.
• Corriente de sobretensión máxima (Imax): Corriente de pico (en kA) que el SPD puede desviar en un evento.
• Corriente nominal de descarga (In): Actual el SPD maneja repetidamente (objetivo para In ≈ 50% de Imax).
• Capacidad de sobretensión (julios): Capacidad de absorción de energía (MOV más grandes = mayor capacidad en julios).

Ventajas e inconvenientes

• ✅ Tiempo de respuesta de nanosegundos; reutilizable; protección pasiva.
• ❌ Sin protección contra sobrecorriente; capacidad de energía limitada; se degrada con sobretensiones repetidas.

Colocación estratégica

• Cerca del inversor (para tramos de cable <10 metros).
• Caja combinadora (para tramos >10 metros-protección doble en ambos extremos).
• SPD de tipo 1 (protección directa contra rayos) en la entrada de alimentación principal; SPD de tipo 2 (sobretensiones indirectas) en las cajas combinadoras (común para sistemas residenciales/comerciales).

4. Construcción de un sistema completo de protección de CC: Código y diseño

Un sistema eficaz de protección de CC no es sólo un conjunto de dispositivos, es un red coordinada de acuerdo con las normas del sector. A continuación te explicamos cómo diseñarlo y los principales requisitos del código.

Diseño paso a paso del sistema de protección de CC

1. Conjunto fotovoltaico a caja combinadora:
   • Conecte los paneles en serie (cadenas) para aumentar la tensión; cadenas en paralelo para aumentar el amperaje.
   • Instale fusibles/disyuntores de CC para cada cadena paralela (evita la retroalimentación).
   • Añade un DC SPD (Tipo 2) para bloquear sobretensiones.
2. Caja combinadora a seccionador de CC:
   • Dirija la alimentación de CC agregada a un seccionador (punto de aislamiento manual).
   • Coloque los seccionadores en lugares accesibles (techo + tierra).
3. Seccionador a inversor:
   • Envía energía al inversor (convierte la CC en CA).
   • Añade un segundo SPD de CC cerca del inversor (para tendidos de cable largos).
   • Confíe en la protección interna del inversor para la seguridad final.

Requisitos clave de los códigos (NEC e IEC)

El cumplimiento de los códigos eléctricos no es opcional, sino obligatorio para la seguridad y la validez de la garantía. Estas son las normas más importantes:

5. Conclusión: La mejor rentabilidad para su sistema solar

Invertir en protección fotovoltaica de CC no es un coste adicional, es una ventaja. proteja su inversión solar. Un sistema bien diseñado:

• Evita costosos daños en los equipos y riesgos de incendio.
• Garantiza que su sistema fotovoltaico funcione de forma fiable durante décadas (protegiendo las garantías).
• Garantiza la seguridad de los técnicos y los socorristas.

Los cuatro pilares de la protección de CC -fusibles, disyuntores, seccionadores y SPD- trabajan conjuntamente para convertir su instalación solar en una fuente de energía segura y eficiente. Si sigue los códigos del sector y da prioridad a un diseño profesional, ganará algo más que energía limpia: ganará en tranquilidad.

Tanto si eres un propietario que instala un sistema en el tejado como si eres un profesional que diseña un conjunto comercial, recuerda: una sólida protección de CC es la base del éxito de una inversión solar.