Instalar un Sistema Solar Fotovoltaico

Montar paneles solares y colocar los aparatos es fácil

Instalar un sistema solar pequeño en su casa no es difícil y algunos prefieren hacerlo sin ayuda - no solamente se puede ahorrar, también se aprende. No nos oponemos esta idea, al contrario. Pero por razones de seguridad, calidad y de las garantías, es preferible que personal calificado les acompaña, evitando cualquier problema.

preparacion de un panel solar

Si se atreve hacerlo solo, toda la responsabilidad, incluyendo lo legal y el riesgo es suyo. Puede afectar las garantías. No somos responsables por cualquier daño que pueda ocurrir.

Todos los equipos de calidad vienen con un manual de instalación donde se indican los procedimientos y como ajustarlos. A veces, estos manuales existen solamente en inglés. Hay que seguirlos.

Se requiere herramientas adecuadas que incluyen pinzas especiales para colocar los terminales o los conectores fotovoltaicos. Si conocemos sus necesidades, podemos enviar los cables ya confeccionados según sus indicaciones.

Componentes de un sistema fotovoltaico simple

Los componentes de un sistema solar deben ser dimensionados según requerimientos y condiciones locales. Nuestra calculadora solar puede ayudar. Los equipos deben tener las certificaciones según las normas vigentes (en el Perú son las Normas Técnicas Peruanas NTP, normas IEC, NEC o similar). Este no es garantizado para productos comprados en algunos mercados famosos, donde se encuentran los que no pasaron las clasificaciones. No se dejen guiar solamente por precios!

Un sistema tradicional simple (acoplamiento DC) de bajo voltaje consiste de

  • paneles (o módulos) solares, a colocar sobre una montura en el techo o poste,
  • un controlador que regula la corriente fotovoltaica y protege las baterías,
  • baterías aptas para el uso ciclico de cargar y descargarlas diariamente,
  • un inversor de onda sinusoidal (si se requiere 220V). Cuidado, inversores baratos afectan la vida de los aparatos y pueden romperlos (eg. compresoras en neveras),
  • fusibles (breakers),
  • cables y conectores,
  • la distribución de la energía con cajas de paso, etc.,
  • una conexión a tierra y,
  • una protección contra rayos donde pueden ocurrir tormentas,

Instalaciones más grandes, sobre todo las que manejan un voltaje más elevado, requieren una atención especial que solamente personal calificado puede brindar.

La Instalación

El Sitio

Con excepción de los paneles solares, todos los equipos se instalan en un sitio protegido de la intemperie, seco, fresco, ventilado y sin polvo. Normalmente se coloca todo en un rincón no usado dentro de la casa o bajo otra protección.

La instalación debe ser protegido contra todos los riesgos de daños a otros y al sistema mismo. Sobre todo hay cuidarse que personas no familiarizadas, sobre todo niños, no puedan manipular los equipos para que no ocurran accidentes. Animales no deben tener acceso. Tampoco hay que olvidar eventos ocasionales como sismos, inundaciones, etc.

Sistemas solares pueden causar fuegos y baterías son tóxicas, contienen ácidos y un corte eléctrico puede causar fuego y quemaduras severas.

Instalaciones en alturas

Es un punto importante para el Perú, donde gran parte de la población vive en alturas extremas. Hasta aproximadamente 2000 metros sobre el nivel del mar no hay problemas. Equipos electrónicos de calidad frecuentemente son certificados hasta 3000 metros (IEC 60721-3-4 o similar), pero muy pocos hasta 4000 metros o más. La altura de instalación influye al funcionamiento de los aparatos por dos factores:

  • la densidad del aire es reducido y disminuye la capacidad de enfriar los equipos. Se pueden calentar, incluir quemarse. Buenos equipos reducen en estos casos la potencia y se apaguen si la temperatura es excesiva.
  • la menor presión atmosférica afecta el aislamiento en los componentes electrónicos. En la altura, la rigidez dieléctrica es reducida. Así pueden aparecer fugas eléctricas o saltan chispas, rompiendo los aparatos.

Conseguir equipos certificados para la altura prevista es importante para asegurar un buen funcionamiento y para mantener la garantía del fabricante. Si no es posible, hay que sobredimensionarlos para que nunca funcionen con su capacidad máxima. Ponerlos en un sitio fresco, seco y bien ventilado es de suma importancia. Nuestra instalación más alta es a 4867 metros y funciona sin problemas.

Tipo de electricidad

En sistemas fotovoltaicos pequeños se usa corriente continua (CC o DC, la abreviación del inglés). Tiene un comportamiento diferente que la corriente común de 220V AC. Por ejemplo fusibles de corriente alterna (AC) disparan bajo corriente DC con otros valores. No hay que equivocarse con el polo positivo y el polo negativo. Una conexión incorrecta puede destruir equipos electrónicos de inmediato. Algunos, pero no todos, llevan una protección.

Todos los equipos son debidamente marcados para evitar una conexión no correcta. A veces llevan etiquetas con los símbolos ‘+’ (positivo) y ‘–‘ (negativo). Adicionalmente, el instalador coloca cables de colores o los marca en una forma bien visible para evitar una confusión. Cable rojo se usa para los polos positivos, cable negro (a veces azul) se usa para el polo negativo.

Sistemas pequeños con módulos cristalinos de hasta 500Wp pueden llegar a un voltaje de aproximadamente 72V que no representa un peligro a la vida (pero es suficiente para un fuerte susto). Con más módulos en serie, y con algunos paneles de la tercera generación (por ejemplo los amorfos), el voltaje es más alto y peligroso. Precauciones adecuadas son necesarias! Con un inversor de 220V se requiere la misma atención como una instalación conectada a la red.

Cables y conectores

Cables conducen la corriente, y mal conectados o danados, pueden causar perdidas y daños. Muchos de los problemas no se presenten al inicio, vienen con el tiempo.

En instalaciones fotovoltaicas fijas, no se usan cables muy flexibles (por ejemplo los que se usan para soldar). Con cables muy flexibles, las conexiones son menos fiables, menos seguros y su pérdida es algo mayor. Las conexiones deben ser buenas y hay que usar terminales adecuados.

Siempre hay pérdidas de electricidad en los cables. La cantidad de la pérdida depende principalmente del voltaje, la corriente y la longitud. En sistemas de bajo voltaje, deben ser considerablemente más gordos que en instalaciones normales (piensan en los cables gruesos de baterías en coches). Aunque una máxima pérdida de 3% es permitido, es mejor quedarse con un valor menor. En caso de dudas, siempre hay que elegir el cable más grueso. Hay varios sitios en el internet que permiten calcular las dimensiones de los cables. Para optimizar una instalación se trata:

  • mantener los cables lo más cortos posibles,
  • usar un diámetro de los cables (medido en mm2 o AWG) suficiente para evitar perdidas y que el cable se calienta.

Conexiones

Son de alta importancia y frecuentemente causan fallos. Para evitar una corrosión y asegurar un buen contacto sobre años, cable flexible requiere terminales. Clemas o conectores de torsión son requeridos para asegurar una conexión fiable. Simplemente juntar cables sin conectores poniendo cinta aislante no es una solución duradera. El imágen muestra una caja de conexión usando los excelentes conectores tipo 'Wigo'.

Lluvia y la humedad del rocío en la mañana causan que agua se pega a los cables. Para evitar que entra en los equipos electrónicos, la mayoría de los conexiones se colocan por debajo de la caja para que el agua no puede infiltrar. Si este no es el caso, hay que poner un bucle para que el agua queda afuera. Muchos equipos además tienen tapas de goma para inhibir que el agua (y animales como arañas) entre.

Hay una regla importante: nunca se permite una fuerza sobre conexiones. Se coloca los cables siempre en una manera que por ejemplo tirarlas no causan fuerzas sobre las conexiones. Frecuentemente se deja un bucle de seguridad o se usa otros medidos para evitar estas fuerzas.

Para pasar los cables de los paneles solares de afuera por la muralla o una ventana, vale el mismo principio: mantener el agua afuera. Inclinar la perforación hacia fuera y poner un bucle, evita que el agua entre. Un aislamiento adicional es ventajoso.

Caja de distribucion con buenas conectors WigoPor supuesto, hay que fijar los cables para que sean protegidos, que no se muevan excesivamente con el viento y que estén fuera del camino sin poner un peligro. Amarracables que resisten la radiación ultravioleta son de gran ayuda. Cable especial fotovoltaico y el cable vulcanizado se pueden poner sin una protección especial con grapas, cable suelto requiere una tubería. En la intemperie es muy importante proteger cable normal contra la radiación ultravioleta que en pocos años puede destruir el aislante, primero se pone duro, después se rompe.

Paneles solares

Manejo de los módulos

La mayoría de los módulos no se rompen durante el uso, se dañan durante el transporte o la instalación. No hay que poner peso sobre los módulos y para el transporte deben ser protegido contra cualquier golpe. Aunque módulos de calidad aguantan el peso de un hombre sin que el vidrio se rompe, las muy pequeñas conexiones dentro de los módulos son muy sensibles y cualquiera deformación las puede dañar que reduce el rendimiento. Estos daños frecuentemente no son visibles, se requiere instrumentos especiales para detectar.

Orientación

La orientación de los paneles solares al sur del ecuador esta hacía el norte. El máximo de energía se capta si la inclinación coincide con la altitud geográfica del lugar de su instalación. Esta, por ejemplo para Arequipa es de 16º y para Piura 5º.

En la realidad se inclina el panel más, entre aproximadamente 20º y 25º, aceptando una reducción del rendimiento anual. Hay dos razones:

  • La declinación del sol varía entre invierno y verano con 47º (±23.45º), además los días en el invierno son más cortos. Para mejorar el rendimiento en el invierno cuando hay menos sol y se necesita más luz, se aumenta la inclinación de los paneles para captar más energía en este periodo.
  • Paneles sucios deben ser limpios para no perder energíaSuciedad reduce el rendimiento de los paneles solares. En algunos sitios, por ejemplo al lado de una carretera no pavimentada, puede ser muy fuerte. Lo más inclinados, lo menos se ensucian. En zonas de lluvias se aprovecha además de la ‘auto-limpieza’: una lluvia normal lava un panel automaticamente si la inclinación es más de 20º.

Condiciones especiales también influyen en la orientación. Se puede adaptar el mejor rendimiento del panel a las horas del uso máximo de la energía durante el día. Si montañas tapan el sol en las primeras horas de la mañana, girar los paneles puede optimizar el rendimiento.

Montura para paneles

Se puede montar los paneles en cualquier sitio (evitando sombras), normal es sobre un techo o un poste. Las estructuras deben ser suficiente fuertes para resistir a

  • los vientos más fuertes que pueden ocurrir en la zona,
  • eventos sísmicos, y
  • otras fuerzas como golpes, etc.

Evitar robos puede ser importante. Hay varios soluciones, por ejemplo tornillos especiales que requieren una llave especial (similar a la protección contra robo de llantas de carros) o se puede encapsular los módulos.

Se recomienda usar tornillos de acero inoxidable para una instalación duradera.

Ventilación de los módulos solares

Mientras más frío, mejor es el rendimiento, porque en temperaturas elevadas los paneles producen menos (excepción son paneles orgánicos, no usados en sistemas normales). Paneles solares se calientan no solamente por la temperatura del ambiente, producen su propio calor. Gran parte de la radiación no convertida en electricidad se transforma en calor!

Sin ventilación, paneles pueden calentarse fácilmente a más de 50ºC y así pierden más de 10% de energía. Módulos de baja calidad pueden perder hasta el doble.

Es de gran importancia instalar los paneles en tal manera que el calor no se acumula dejando espacios. Es de ventaja si una brisa de aire apoya el enfriamiento.

Baterías

Baterías requieren un sitio fresco para mantener en lo posible una temperatura entre 20 y 25ºC. Una temperatura menor (pero nunca debajo del punto de congelación) no daña la batería, solamente reduce la capacidad. Una temperatura mayor reduce fuertemente su vida (por ejemplo a 35ºC, la vida ya es la mitad).

Baterías se deben instalar en un lugar ventilado, porqué todas las baterías a base de plomo siempre producen hidrógeno, un gas explosivo. Causa es el proceso químico que ocurre mientras la carga y descarga.

En baterías tipos VRLA (las de Gel y AGM) se combinan los gases internamente y si no hay una sobrecarga, gases no pueden salir. Ninguna batería es completamente sellada, tienen válvulas para el caso de una sobrecarga. Baterías liquidas, selladas o no, no tienen esta recombinación y la cantidad de gases que escapan puede ser mucho mayor.

Baterías cargadas tiene mucha energía, suficiente para producir fuego. Es de suma importancia evitar cualquier corto circuito. Por ejemplo una llave puesta por error sobre los polos, o un niño jugando sin saber, pueden causar terribles accidentes.

Las conexiones de las baterías deben llevar una grasa especial o alternativamente vaselina para evitar una sulfatización y corrosión de los polos.

Fusibles DC

Para asegurarse el sistema contra cortes eléctricas, siempre se coloca fusibles entre baterías y controlador/consumidores. Su capacidad se determina tomando la corriente máxima más un 15 a 20%.

Fusible DCExisten fusibles para altas corrientes tipo DC, pero estos a veces son difíciles de conseguir en el mercado local. Alternativas son fusibles que se usan para amplificadores de sonido en carros, o fusibles que se usan en la marina.

Se puede instalar fusibles comunes para el uso en sistemas AC pero hay que estar consciente que estos fusibles termo-magnéticos disparan bajo una corriente DC con diferentes valores. Los buenos fabricantes dan los valores para DC en las especificaciones técnicas.

Anotación: Aunque fusibles o ‘breakers’ modernos se pueden usar ocasionalmente como interruptor, no aguantan una alta cantidad de prender o apagar. La causa es el material de los contactos que es optimizado para reducir pérdidas. Si existe una necesidad de conectar y desconectar las batería frecuentemente, hay que instalar un interruptor aparte.

El Controlador

El controlador convierte la corriente DC de los paneles a una corriente apta para las baterías. Las protege contra una sobrecarga y una descarga excesiva. Sin esta protección, las baterías pueden calentarse más de lo normal, pierden el liquido y producen gases explosivos en exceso: pueden explotar. Una sobrecarga además reduce la vida. Al otro lado es importante que las baterías se cargan por completo para evitar una sulfatización rápida.

Diferentes baterías requieren diferentes formas de cargarlas.

La tensión de carga (voltios) y la corriente (amperes) varían y depende de

  • estado de carga de las baterías,
  • tipo de batería. Baterías líquidas (selladas o no) y de AGM requieren un voltaje diferente que baterías de Gel,
  • temperatura. Mientras más caliente el ambiente, más se de debe reducir el voltaje para evitar la gasificación,
  • edad de las baterías.

Controladores buenos se ajustan a diferentes tipos de baterías y tienen un sensor de temperatura.

Estos factores pueden hacer una diferencia de varios años sobre la vida de su batería. Un buen controlador desconecta los consumidores, una vez que la carga de la batería baja a cierto nivel. Por eso, en instalaciones normales, la salida de electricidad para el uso de la electricidad es desde el controlador.

A veces, por ejemplo si se conecta un inversor que supera el límite la corriente del controlador, se puede conectar los consumidores directamente a la batería. En este caso hay que asegurarse que la batería es desconecta en forma automática cuando llega a su límite de descarga. Buenas inversores tienen este control incorporado, pero los baratos no. Hemos visto varias baterías matadas en poco tiempo por este descuidado.

Instalación del controlador

Controladores frecuentemente vienen para diferentes voltajes de baterías. Muchos manejan baterías de 12 y 24 voltios, algunos hasta 48 voltios y más. La mayoría de los controladores se ajustan automáticamente al voltaje nominal de las baterías. Por esto, es importante que se conecta el controlador primero a las baterías y solamente después a los paneles solares.

En algunos controladores hay pequeños interruptores (‘dip switch’) que se debe ajustar según el voltaje y el tipo de las baterías, hay otros que tienen puentes de conexión que se debe colocar según los requerimientos.

Siempre hay que cuidarse de conectar correctamente los polos positivo y negativo. Controladores que no tienen una protección contra una mala conexión se pueden dañar de inmediato.

Si es posible, hay que usar terminales para conectar los cables. Esto asegura una buena conexión y evita una oxidación sobre el tiempo que causa perdidas y a veces es razón para chispas y un redimiento reducido.

En controladores más potentes, el sensor de temperatura viene separado para colocarlo directamente a las baterías. Si hay varias baterías instaladas, se busca un lugar entre las baterías que refleja bien la temperatura máxima de las baterías y no la del ambiente. A veces el cable para el sensor es muy largo, este no hay que cortar, porque el cable forma parte del sistema.

El inversor

Recomendamos fuertemente conseguir un inversor con onda sinusoidal, porque los baratos no sinusoidales o semi-sinusoidales acortan la vida y pueden dañar aparatos sensibles como por ejemplo compresores de neveras y otra electrónica. Cuestan más, pero el costo adicional es justificado. Inversores de calidad además vienen con toda la protección para las baterías, contra malas conexiones, sobrecarga y contienen fusibles que aumentan la seguridad.

La conexión

Un inversor se conecta al controlador si la salida del controlador puede mantener los amperes que el inversor requiere para su máxima potencia. Frecuentemente este no es el caso y se pone directamente a la batería en paralelo al controlador. Para esto se usan conectores de baterías que permiten la conexión de ambos cables en una forma limpia para asegurar buenos contactos. Las conexiones de 220V de la salida del inversor se realiza igual que una instalación común de 220V. No hay que olvidar los fusibles!

 

Esperamos que estos puntos le ayuden a realizar una instalación funcional con eficiencia, de alta calidad y sobre todo segura. Una gran satisfacción resulta si todo funciona bien sobre muchos años.

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