Instalación y montaje de instalaciones solares fotovoltaicas aisladas a la red – Francisco Javier Pulido Donoso - ISSN: 1989-9041, Autodidacta©

INSTALACIÓN Y MONTAJE DE INSTALACIONES SOLARES FOTOVOLTAICAS AISLADAS DE RED. Francisco Javier Pulido Donoso I.E.S. Meléndez Valdés [email protected]

1.-ESTRUCTURAS SOPORTE PARA PANELES FOTOVOLTAICOS La estructura soporte nos asegura un buen anclaje del generador solar, a la vez que no sólo la orientación necesaria, sino también el ángulo de inclinación idóneo para el mejor aprovechamiento de la radiación. Estos elementos son los encargados de hacer a los módulos y paneles fotovoltaicos resistentes a la acción ejercida por los agentes atmosféricos. Además de la acción del viento sobre los soportes y estructuras, también debemos de tener cuidado con la nieve, lluvia, heladas, tipo de ambiente donde se encuentra la instalación, etc. Algunas de las acciones descritas anteriormente (nieve, lluvia) afectan al emplazamiento y forma de soporte de sustentación mientras las heladas o determinados ambientes (por ejemplo: los cercanos a la costa), nos afectan más al tipo de materiales empleados para la construcción de las estructuras. Como se ha mencionado anteriormente, el soporte del panel fotovoltaico cumple una doble misión. Por una parte mecánica, al asegurar el perfecto ensamblaje y afianzamiento, y por otra el proporcionar la orientación precisa, así como el ángulo o ángulos idóneos para aprovechar la máxima radiación o la radiación más interesante para la aplicación a la cual se destine. La orientación ha de ser siempre Sur (si estamos en el hemisferio Norte), pues es la única posición donde aprovechamos, de una forma total, la radiación emitida por el Sol, ya que cualquier otra posición afectara mediante alguna sombra al modulo o módulos fotovoltaicos. 2.-TIPOS DE ESTRUCTURAS Se puede hacer varias clasificaciones al hablar de soportes, pero es más interesante hacer las distinciones en función de la forma de situación. 1) Suelo: Es la clásica forma de instalar los grandes conjuntos de módulos fotovoltaicos, puesto que otro método acarrearía mayores inconvenientes para su montaje. Este tipo de estructuras es muy robusto y no debemos olvidar que en esta disposición la acción del viento es menor, pues como todos sabernos,

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cuanto mas altura mayor es la fuerza del aire, ya que en las capas bajas queda más atenuado. Presenta, además, esta forma de montaje una gran facilidad para la instalación, tanto de la propia estructura soporte como de los paneles fotovoltaicos, ya que se trabaja a ras de suelo. Como inconveniente presenta la fácil accesibilidad y la mayor probabilidad de que puedan producirse sombras parciales. El montaje de este tipo de sustentación del conjunto solar no es demasiado bueno para aplicaciones en montaña, donde pueda producirse la presencia de nieve, ya que esta, caída en grandes cantidades, podría llegar a tapar total o parcialmente los paneles solares. No obstante, este inconveniente puede verse subsanado por la creación de unos asientos mas elevados, de acuerdo con la altura que puedan alcanzar las precipitaciones en forma de nieve. 2) Poste: Este sistema de sustentación es usado principalmente en instalaciones donde ya se disponga de un mástil, aunque no queda descartada la posibilidad de un montaje especial, dada la facilidad y simplicidad que presenta. Las instalaciones para las cuales es recomendado este tipo de implementación no deben ser excesivamente grandes, con un poco mas de un metro cuadrado de superficie de módulos, ya que si esta superficie se ve rebasada, nos obligaría a sobredimensionar e incluso arriostrar el mástil, con lo cual cabria la posibilidad de que otro sistema pudiera ser más económico y de mas fácil instalación. 3) Pared: Otra forma, cada vez más utilizada sobre todo en instalaciones domésticas consiste en acoplar la estructura a una de las paredes del recinto que va a instalar energía solar fotovoltaica. Presenta este método evidentes ventajas, no solo en seguridad debido a la altura a la cual se puede instalar, sino también en la liviana estructura que se utiliza, ya que la base presenta un buen punto de anclaje, que además esta construido. Puede este sistema adaptarse mediante tacos de expansión o bien realizando una pequeña obra donde se inserte la estructura. La acción del viento queda drásticamente disminuida, ya que no se puede incidir prácticamente por la parte posterior y un viento frontal no hará más que ejercer fuerza directa sobre los puntos de apoyo. 4) Tejado: la instalación en la cubierta de un edificio es uno de los métodos más usuales a la hora de realizar el montaje de un equipo solar, ya que normalmente siempre podremos disponer de lugar adecuado para garantizar la perfecta orientación, además de suficiente espacio. Lo comentado para el caso de instalación sobre el suelo, respecto a los problemas con nieve, debe ser tenido en este caso también en cuenta. El anclaje normalmente no presenta inconvenientes, pero debemos de asegurar el perfecto restablecimiento de la impermeabilidad y no permitir que puedan producirse depósitos de agua que perjudiquen posteriormente. Un sistema rápido y seguro, es taladrar el techo introduciendo un espárrago roscado con sus tuercas y arandelas, tanto por abajo como por arriba, dejando firmemente seguro el anclaje de la estructura. Para dejar el conjunto perfectamente impermeabilizado, se sellan con silicona todas las uniones para impedir el paso de agua. Los diferentes tipos de estructuras capaces de contener a los módulos fotovoltaicos pueden estar construidas de diversos materiales, en función de la

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climatología o ambientes a los cuales puede verse sometida. Principalmente se utilizan tres tipos, el aluminio, el hierro y el acero inoxidable.

3.-PUNTOS DE APOYO Uno de los aspectos más importantes a tener en cuenta respecto a las estructuras son los puntos de apoyo, pues de ellos depende la solidez del conjunto. De nada sirve calcular un angular que soporte vientos muy fuertes, si no afianzamos de forma segura la estructura del suelo, cubierta o cualquier otro lugar. En el caso de utilizar mástil debemos pensar la posibilidad de arriostrar este y dotarle de una base sólida. Se puede acoplar la pata de la estructura al cimiento mediante tornillos. Existe otro procedimiento muy usado también, y que consiste en introducir unas piezas metálicas en la base de hormigón, de tal forma que al fraguar éste quedarán sólidamente unidas. Estas piezas disponen de uno o varios espárragos roscados, donde se introducen las patas de la estructura soporte, abrochándolas posteriormente mediante tuercas. Como es lógico, soldadas a esta pieza y por la parte de abajo estarán las garras introducidas en el hormigón que aseguran la perfecta unión.

4.-INSTALACIÓN DEL PANEL FOTOVOLTAICO Los rayos solares inciden sobre la Tierra con diferentes ángulos de inclinación, variables no solo por la posición del observador, sino también por la época del año en la cual nos encontramos. Las instalaciones situadas en el hemisferio norte (caso de España), la orientación del modulo solar será Sur, mientras que si esta se encuentra en el hemisferio Sur la orientación será Norte (caso de gran parte de Sudamérica y también África). De cualquier forma, como los paneles producen la máxima energía cuando los rayos solares inciden perpendicularmente a la superficie del panel, deberemos buscar el ángulo de inclinación tal que nos produzca la máxima corriente eléctrica una vez orientado en su posición. Lógicamente, este ángulo de inclinación será variable a lo largo de los meses del año, puesto que la inclinación de estos rayos va siendo mayor cuanto mas se acerque el verano y viceversa. Por tanto, y para España, los ángulos variaran entre los 20-25 a los 55-60 grados respecto a la horizontal según sea verano o invierno respectivamente. Lo mejor para conseguir siempre la máxima producción seria variar el ángulo mes a mes, pero como esto resulta bastante molesto, en la mayoría de las instalaciones se opta por el ángulo mas idóneo dependiendo de la época en la cual se va a utilizar con más frecuencia, o bien dar una inclinación grande, para aprovechar más al máximo el Sol invernal si el consumo es igual para todos los meses del año. En algunos casos es posible, y no resulta especialmente molesto, dar dos inclinaciones al año, una de invierno (55-60º) y otra de verano, que se encuentre alrededor de los 25-30º. Una vez que disponemos del ángulo idóneo para el mejor aprovechamiento de la radiación, pasaremos a describir la conexión eléctrica entre paneles. Como todos sabemos, la interconexión entre los módulos puede ser de dos tipos: en serie (para

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aumentar la tensión) o bien en paralelo (con lo cual aumentamos la intensidad producida). No obstante, con excesiva frecuencia se ha de disponer de una mezcla de los dos tipos de conexiones descritas, para poder conseguir la intensidad y tensión idónea para cada caso en particular. De todos es conocido que al conectar dos módulos en paralelo la tensión resultante es la misma que la de uno, pero, por el contrario, la intensidad eléctrica es doble. Si en cambio los dos módulos se conectan en serie, la tensión será el doble, mientras que la intensidad eléctrica producida corresponderá a la de uno de ellos. En la siguiente figura se pueden apreciar algunos ejemplos que ilustran lo anteriormente expuesto, siendo el común denominador de todos ellos la utilización de un módulo cuya tensión nominal es de 12 V y su corriente de 2 A, que resulta una condición imprescindible para la conexión de paneles en serie, paralelo o mezcla de estas dos formas. Resulta obvia la importancia de unas buenas conexiones eléctricas que nos aseguren una fiabilidad elevada, en previsión de posibles fallos con respecto a caídas de tensión producidas en las uniones. Esta avería, que suele resultar mas frecuente de lo que en principio podemos pensar, se elimina disponiendo de los terminales adecuados para cada tipo de conexión, por lo que debemos de huir de los arrollamientos del hilo conductor sobre los terminales que tan poca seguridad nos pueden ofrecer. Tampoco debemos olvidar la protección contra los agentes atmosféricos de los conductores eléctricos, especialmente a los que interconexionan los módulos y los que los unen con el sistema de regulación. Son precisamente estos los que sufrirán más directamente las inclemencias atmosféricas, por lo cual la elección no debe plantear dudas, ya que, en cualquier caso, se debe instalar los de mejor calidad respecto a sus aislantes exteriores. Una buena regla consiste en introducirlos bajo tubo, al menos en el tramo que se va a encontrar a la intemperie.

5.-INSTALACIÓN DE LOS ACUMULADORES Todo lo expuesto respecto a la conexión en serie, paralelo, o mezcla de estas formas para conseguir los voltajes adecuados, es trasladado íntegramente para la conexión de los acumuladores, con la salvedad de que en vez del término corriente, lo que se suman son las capacidades. Por ejemplo, si disponemos de dos acumuladores, de 6 V y 500 AH y los conectamos en serie, el resultado final será de 12 V y 500 AH. Si por el contrario, su acoplamiento lo hacemos en paralelo, el resultado quedara en 6 V y 1000 AH de capacidad. Habitualmente los dos tipos más usados de baterías son los estacionarios, compuesto por elementos de una tensión de 2 V nominales entre sus bornas, y los monobloc, cuya tensión suele ser de 12 V, pero que también pueden encontrarse en las versiones de 6 a 24 V. Lógicamente existe una amplia gama de capacidades que nos cubrirán nuestras necesidades, tanto en el caso de las baterías tipo estacionarias, como en las otras. La instalación de los acumuladores no presenta especiales cuidados, pero debemos de tener en cuenta algunos puntos básicos, como son: Situación y conexionado:

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Los acumuladores deben acomodarse lo más cerca posible del conjunto de módulos fotovoltaicos para evitar las posibles caídas de tensión que pudieran producirse.

Al igual que lo mencionado para los paneles, debe procurarse realizar bien las conexiones, ya que en muchos casos son estas las causantes de caídas de tensión, utilizando los terminales adecuados y las pletinas de interconexión que se suministran para estos efectos. Bancada Deberemos siempre aislar la batería del suelo mediante una bancada de madera o material resistente al ácido. Puede también disponerse los elementos de acumulación en estanterías, para poder reducir el espacio ocupado si el número de acumuladores fuera elevado. Ventilación Cualquier lugar razonablemente ventilado posee la suficiente corriente de aire como para evitar la acumulación de hidrógeno y oxígeno, que siempre se desprende en la parte final de la carga de la batería, si bien es cierto que, al ser la carga de los paneles solares lenta, no se produce una excesiva gasificación. De cualquier forma, si la capacidad fuese elevada y esto nos obligara a disponer de aberturas de ventilación, estas deben situarse siempre en la parte superior de las paredes, ya que el hidrogeno es menos pesado que el aire y, por lo tanto, asciende una vez liberado. Temperatura El lugar destinado a albergar los acumuladores deberá mantenerse entre los 15º y 25º si es posible. Una temperatura más baja producirá una disminución de la capacidad disponible de la batería (pensemos que a 5°C la capacidad ha disminuido aproximadamente al 80% de su valor), y una mas elevada generara un acortamiento de la vida útil. El rendimiento óptimo del acumulador se produce aproximadamente a los 20°C. Manipulación Debemos pensar que el electrolito de las baterías contiene acido y que este resulta sumamente corrosivo. Este hecho nos aconseja que los acumuladores se manejen con sumo cuidado, para evitar quemaduras tanto en la piel como en la ropa, suelo, etc. Pero quizá sea en el transporte donde se deban tomar mas precauciones, debido fundamentalmente a que, en su mayoría, los sistemas fotovoltaicos se encuentran alejados de carreteras y el acceso por caminos o sendas puede acarrear problemas de fuga de electrolito. Para estos casos extremos las baterías pueden adquirirse cargadas en seco, si así se especifica al fabricante, ya que de esta manera podemos transportar los recipientes mejor (debido a su peso disminuido) y sin riesgos. El acido en estos casos es transportado en botellas independientes, para proceder al

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rellenado de los acumuladores una vez que han sido instalados en su correspondiente bancada.

6.-INSTALACIÓN DE SISTEMAS DE REGULACIÓN Y CONTROL Los equipos que van a constituir el sistema de regulación y control (reguladores de carga, sistemas de alarma, voltímetros, amperímetros, desconectadores, etc.), deben integrarse en un pequeño armario de control que reúna toda la información precisa para que de un golpe de vista podamos conocer el estado general de los componentes que forman el equipo fotovoltaico. Como elementos diríamos que imprescindibles, se encuentran un regulador de carga y un voltímetro u otro elemento que nos de referencia del estado de carga aproximado al que se encuentra la batería. Usualmente, estos cuadros de control suelen ser construidos por cada montador, adecuándolos a las necesidades propias de la instalación. Como norma muy amplia podríamos diferenciar dos tipos de instalaciones; las habitadas o donde frecuentemente existe personal, y aquellas otras que están alejadas y carecen de personas que las atiendan o las usen directamente. Las primeras constarán de todos aquellos equipos que nos den datos de su funcionamiento, como pueden ser voltímetros, amperímetros, desconectadores por baja tensión, fusibles o magnetotérmicos de protección, etc., que lógicamente estarán en total consonancia con el tamaño e importancia de la instalación. Por el contrario, en todos aquellos usos donde el equipo se encuentre desatendido, seria completamente absurdo disponer de una gran cantidad de aparatos para señalizar datos que nadie va a ver. Se recomienda en estos casos el uso del regulador como elemento imprescindible y un desconectador por baja tensión capaz de proteger a la batería en caso de descarga excesiva. Existen unos equipos muy interesantes como son los contadores Amperios-Hora, que nos permiten controlar bien la cantidad de Ah que fluyen del panel solar a la batería, los de batería a la carga, o ambos. Estas medidas resultan muy útiles sobre todo si llevamos una contabilidad mensual o semanal, pudiendo darnos datos reales de la instalación solar o incluso del consumo del equipo conectado. Mediante los contadores de amperio-hora podremos hacer un análisis del balance de producción-gasto durante todas las épocas del año y resulta muy útil para instalaciones donde no existen datos de radiación o en aquellas otras ocasiones donde se desconoce el uso que se va a realizar de un determinado equipo, pudiendo sacar conclusiones interesantes de estos elementos.

7.-INSTALACIÓN DE CONVERTIDORES Todo lo mencionado en apartados anteriores corresponde al conjunto solar fotovoltaico pero, una vez situados en bornas de la batería de almacenamiento, lo que le sigue corresponde a una instalación eléctrica convencional en corriente continua. Los equipos convertidores o inversores, tanto senoidales como de onda cuadrada, deben instalarse siempre lo mas cerca posible de las baterías que se pueda, de esta forma se disminuirán las pérdidas en el conductor.

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8.-CABLEADO Todo el cableado cumplirá con lo establecido en la legislación vigente. Los conductores necesarios tendrán la sección adecuada para reducir las caídas de tensión y los calentamientos. Concretamente, para cualquier condición de trabajo, los conductores de la parte CC deberán tener la sección suficiente para que la caída de tensión sea inferior, incluyendo cualquier terminal intermedio, a los valores especificados a continuación (referidos a la tensión nominal continua del sistema):

1. Caídas de tensión máxima entre generador y regulador/inversor: 3% 2. Caídas de tensión máxima entre regulador y batería: 1% 3. Caídas de tensión máxima entre inversor y batería: 1% 4. Caídas de tensión máxima entre regulador e inversor: 1 % 5. Caídas de tensión máxima entre inversor/regulador y cargas: 3% Se incluirá toda la longitud de cables necesaria (parte continua y/o alterna) para cada aplicación concreta, evitando esfuerzos sobre los elementos de la instalación y sobre los propios cables. Los positivos y negativos de la parte continua de la instalación se conducirán separados, protegidos y señalizados (códigos de colores, etiquetas, etc.) de acuerdo a la normativa vigente. Los cables de exterior estarán protegidos contra la intemperie.

BIBLIOGRAFÍA: Roldan Viloría J. (2010). Paraninfo.

Instalaciones Solares Fotovoltaicas. Madrid. Ediciones

Moro Vallina M. (2010). Instalaciones Solares Fotovoltaicas. Madrid. Ediciones Paraninfo.

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