Aunque gran parte de la población puede pensar que la radiación solar se transforma mágicamente en electricidad que alimenta todo tipo de equipos y dispositivos, los técnicos solares saben que hay mucho más detrás de esto.
En las instalaciones fotovoltaicas, la corriente es ?salvaje? y no está limitada por sistemas electrónicos, lo que tiene implicaciones en cuanto a las averías de puesta a tierra ocultas y el tamaño de los cables, y exige un apagado rápido. Las medidas de control y las prácticas recomendadas para mitigar los riesgos varían cuando se trabaja con instalaciones fotovoltaicas en comparación con cualquier otro tipo de recurso de generación de energía.
Peligro 1. Descarga o electrocución por conductores con tensión
Al igual que con otros sistemas de generación de energía eléctrica, los sistemas fotovoltaicos presentan el riesgo de descarga y electrocución cuando la corriente atraviesa un camino no deseado por el cuerpo humano. Una corriente de tan solo 75 mA a través del corazón resulta letal. El cuerpo humano tiene una resistencia de unos 600 ?. Según la ley de Ohm, la tensión (V) es igual a la corriente (I) multiplicada por la resistencia (R), por lo que V = I*R.
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Para calcular la cantidad de corriente que atravesaría el cuerpo de una persona si se expone a 120 V, solo hay que dividir 120 V entre 600 ohms (I = V/R), lo que equivale a 0,2 A o 200 mA. Esto supone más de 2,5 veces el límite letal de 75 mA, por lo que es fundamental protegerse a sí mismo y a sus trabajadores frente a este tipo de fenómenos.
Las descargas eléctricas suelen estar causadas por un cortocircuito resultante de cables y conexiones corroídos, cables sueltos y conexiones a tierra inadecuadas. Entre los principales lugares a la hora de buscar estas condiciones en un sistema fotovoltaico se encuentran la caja combinadora, los conductores del circuito de salida y de la fuente fotovoltaica, y el conductor de puesta a tierra del equipo. El conductor de puesta a tierra une todos los componentes metálicos (y, en última instancia, a tierra) a través del conductor del electrodo de puesta a tierra y el electrodo de puesta a tierra.
Medidas de control: Sistemas de apagado rápido
La energía producida por los sistemas de cadenas fotovoltaicas varía directamente con el sol. A fin de reducir el riesgo de descarga eléctrica para los técnicos y el personal de emergencias, necesitamos una forma de desconectar esas cadenas durante un cortocircuito o un corte de corriente. La Sección 690.12 del Código Eléctrico Nacional (NEC) de 2017 requiere el ?apagado rápido? de los sistemas fotovoltaicos tanto dentro como fuera de los límites de la matriz fotovoltaica.
De acuerdo con la sección 690.2 de dicho código, los límites de la matriz fotovoltaica son un conjunto integrado mecánicamente de módulos o paneles con una base y estructura de soporte, un rastreador y otros componentes que forman una unidad de producción de CC o CA. Esto incluye los conductores controlados ubicados dentro de los límites o hasta un metro (tres pies) desde el punto en el que penetran en la superficie del edificio.
A partir de 2019, el NEC hizo estos requisitos más estrictos al exigir lo siguiente:
- Los módulos y las piezas conductoras expuestas dentro de los límites de la matriz fotovoltaica se deben reducir a 80 V en 30 s.
- Los conductores situados fuera de los límites de la matriz deben limitarse a 30 V en 30 s.
Los dispositivos de apagado rápido deben estar situados en la desconexión del servicio o debe haber un interruptor de apagado rápido especial. Existe una excepción para los sistemas que se controlan mediante equipos electrónicos de potencia a nivel de módulo, como microinversores y optimizadores de potencia, que reducen la tensión. No es necesario que las matrices sin piezas conductoras expuestas y situadas a más de 2,5 m (8 pies) de las piezas conductoras con conexión a tierra expuestas cumplan los requisitos.
Además, muchas regiones de EE.UU. exigen que las matrices fotovoltaicas de los tejados tengan retranqueos que permitan a los bomberos acceder al sistema. Por ejemplo, el Código de Incendios Residenciales de California requiere que los módulos fotovoltaicos estén situados como mínimo a 90 cm (3 pies) de la cresta del tejado.
Peligro 2. Arcos eléctricos que generan incendios
Como sucede con cualquier sistema eléctrico, el fuego siempre es un peligro potencial. Quizás una de las causas más comunes son los fallos de arco eléctrico, que son descargas eléctricas de alta potencia entre dos o más conductores. El calor causado por esta descarga puede hacer que el aislamiento del cable se deteriore y, por tanto, provocar una chispa o un ?arco? que provoque un incendio.
Los sistemas fotovoltaicos están sujetos a fallos de arco en serie causados por una interrupción en la continuidad de un conductor o fallos de arco en paralelo causados por corriente no intencionada entre dos conductores, a menudo debido a una avería de puesta a tierra.
Medidas de control: Interruptores de circuito de fallo de arco
Un fallo de arco puede provocar un cortocircuito o una avería de puesta a tierra, pero quizá no sea lo suficientemente potente como para activar un disyuntor o un interruptor del circuito de fallos de conexión a tierra (GFCI). Para proteger contra fallos de arco, debe instalar una toma de interruptor de circuito de fallo de arco (AFCI) o un disyuntor AFCI. Los AFCI detectan corrientes de arco peligrosas de bajo nivel, y apagan el circuito o la toma para reducir las posibilidades de que el fallo de arco produzca un incendio eléctrico.
La Sección 690.11 de NEC establece que los sistemas fotovoltaicos que funcionan a 80 V CC o más entre dos conductores cualesquiera estén protegidos por un AFCI fotovoltaico indicado o un componente de sistema equivalente. El sistema de protección debe ser capaz de detectar fallos de arco resultantes de un fallo en la continuidad prevista de un conductor, módulo de conexión u otro componente en los circuitos de CC del sistema fotovoltaico.
Peligro 3. Arco eléctrico que provoca explosiones
Las matrices fotovoltaicas a gran escala con niveles medios y altos de tensión son susceptibles a arcos eléctricos. Esto se da especialmente cuando un técnico comprueba si hay fallos en las cajas combinadoras bajo tensión en las que los circuitos de fuente fotovoltaica se combinan en paralelo para aumentar la corriente, y al comprobar los transformadores y los conjuntos de interruptores de media y alta tensión.
Un arco eléctrico emite gases calientes y energía radiante concentrada que pueden multiplicar hasta por cuatro la temperatura de la superficie del sol y llegar a los 19.500 °C (35.000 °F). Se produce cuando hay una gran cantidad de energía disponible para un fallo de arco, tanto en conductores de CC como de CA.
El arco eléctrico es un problema en sistemas superiores a 400 V, por lo que tanto los inversores residenciales, que normalmente tienen una tensión de entrada máxima de 500 V, como los inversores a gran escala con un máximo de 1500 V, están en riesgo. Antes de la aparición de los sistemas de energía solar a gran escala, el arco eléctrico se consideraba únicamente un problema de CA, ya que la tensión de CC se limitaba a aplicaciones fuera de la red eléctrica en las que se utilizaban baterías de menos de 100 V.
La Norma 70E de la Asociación Nacional de Protección contra Incendios (NFPA) exige que se realice un análisis de riesgos de arco eléctrico y que se utilice equipo de protección individual (EPI) para sistemas de CC superiores a 100 V.
Medidas de control: Mitigación de la sección de CA y de CC
La mitigación de arcos eléctricos en sistemas fotovoltaicos se divide entre CC (antes del inversor) y CA (después del inversor). La mitigación del lado de CC para matrices solares de gran tamaño (100 kW o más) es especialmente importante en la caja combinadora, donde se combinan varias cadenas de paneles solares en paralelo para aumentar la corriente.
Para reducir el potencial de arco eléctrico, los sistemas a gran escala pueden utilizar varios inversores de cadena que pueden conectar varias cadenas en paralelo, en lugar de utilizar uno o dos inversores centrales grandes que requieren cajas combinadoras. La mitigación del lado de CA incluye un conjunto de interruptores resistente a arcos, que redirige la energía del arco eléctrico a través de la parte superior de la carcasa, lejos del personal y del equipo.
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