Puesta a tierra de sistemas fotovoltaicos: Seguridad eléctrica
La puesta a tierra de los paneles fotovoltaicos es un aspecto importante para la seguridad, la funcionalidad y la fiabilidad eléctrica del sistema fotovoltaico
Los sistemas fotovoltaicos suelen instalarse en techos o en campo abierto y, como consecuencia de esta posición expuesta, son particularmente susceptibles al riesgo de rayos y sobretensiones. La falla de un sistema debido a daños por sobretensión conlleva:
- Por un lado, una pérdida de ganancias durante el tiempo de reparación
- Por otro lado, la necesidad de asumir costes adicionales, por ejemplo, debido a la sustitución del inversor o de un panel defectuoso.
En la fase de diseño de un sistema fotovoltaico, es necesario prever, cuando sea necesario, la protección de las diferentes secciones del sistema contra sobrecorrientes y sobretensiones de origen atmosférico.
La puesta a tierra, en particular, es un componente esencial para la seguridad de los sistemas fotovoltaicos, tanto para proteger a las personas como a los equipos eléctricos, considerando la exposición de estos sistemas a condiciones atmosféricas variables y la presencia de corrientes eléctricas significativas. Se trata de un aspecto fundamental a considerar para garantizar la seguridad y la durabilidad del sistema.
Para asegurarte de incluir todos los dispositivos de protección necesarios, incluyendo los descargadores de sobretensión en las diferentes secciones del sistema, utiliza un software BIM fotovoltaico que te permite obtener automáticamente el esquema unifilar del sistema fotovoltaico diseñado, en el que solo será necesario elegir las protecciones a incluir y en qué punto colocarlas.
Índice
¿Qué es un sistema de puesta a tierra?
El sistema de tierra, conocido también como puesta a tierra, es un sistema de seguridad esencial para cualquier instalación eléctrica, diseñado para garantizar la protección del propio sistema y, sobre todo, la seguridad de las personas que lo utilizan.
Su objetivo es proteger a los usuarios del riesgo de electrocución, estableciendo una conexión eléctrica segura entre el suelo y las partes del sistema que, aunque normalmente no están activas, podrían volverse eléctricamente cargadas en caso de fallos o malfuncionamientos.
En esencia, la puesta a tierra mantiene el potencial eléctrico de las partes metálicas al nivel del suelo, impidiendo que existan diferencias de tensión entre ellas o respecto a la tierra.
¿Qué se entiende por puesta a tierra de paneles fotovoltaicos?
En el contexto de un sistema fotovoltaico, la puesta a tierra puede referirse tanto a las masas (como la estructura metálica de los módulos) como al sistema eléctrico de producción (por ejemplo, las celdas fotovoltaicas). Un sistema fotovoltaico puede estar conectado a tierra solo si existe una separación galvánica respecto a la red eléctrica, realizada generalmente a través de un transformador.
Aunque un sistema fotovoltaico aislado podría parecer más seguro para las personas que podrían entrar en contacto con partes activas, en realidad la resistencia de aislamiento hacia tierra de los componentes activos no es infinita.
Como consecuencia, una persona puede ser atravesada por una corriente que se cierra a través de la resistencia de aislamiento. Esta corriente aumenta a medida que aumenta la tensión hacia tierra del sistema y sus dimensiones, ya que una mayor extensión reduce la resistencia de aislamiento hacia tierra.
Además, el envejecimiento de los aislantes y la presencia de humedad con el tiempo disminuyen aún más esta resistencia. Por lo tanto, en sistemas de gran tamaño, una persona en contacto con una parte activa podría sufrir una electrocución. En consecuencia, la ventaja de los sistemas aislados respecto a los conectados a tierra resulta significativa solo para sistemas de pequeñas dimensiones.
Puesta a tierra de paneles fotovoltaicos: Sistemas con transformador
En los sistemas con transformador, además del análisis del sistema fotovoltaico aislado o puesto a tierra, debe diferenciarse la masa situada en la parte anterior y posterior en función de la energía eléctrica producida por el sistema fotovoltaico para la protección contra contactos indirectos.
Masas antes del transformador (sistema IT)
En una instalación con sistema IT, las partes activas están aisladas de tierra, mientras que las masas están conectadas a tierra.
La resistencia de tierra (Ra) debe cumplir la siguiente relación (CEI 64-8):
Ra ≤ 120/Id
donde Id es la corriente de primer fallo a tierra, no conocida a priori, pero generalmente muy pequeña en sistemas de dimensiones modestas.
En el caso de doble fallo a tierra, siendo el generador fotovoltaico un generador de corriente, la tensión asumida por las masas interconectadas debe ser inferior a:
Icc · Reqp ≤ 120V
donde:
- Icc es la corriente de cortocircuito de las celdas afectadas;
- Reqp es la resistencia del conductor que conecta entre sí las masas afectadas por el fallo.
Masas después del transformador (sistema TN)
En este tipo de sistema, las partes activas y las masas están conectadas al mismo sistema de tierra (sistema de tierra de la instalación utilizada). De esta manera, se está en presencia de un sistema TN del lado continuo. En caso de un fallo a tierra, se produce un cortocircuito como en los sistemas TN habituales, pero esta corriente puede no ser detectada por los dispositivos de máxima corriente porque la característica de los sistemas fotovoltaicos es generar corrientes de fallo con valores no muy superiores a la corriente nominal.
Masas antes del transformador (sistema TT)
Consideremos un sistema de conexión entre red y usuario de tipo TT. En este contexto, las masas del sistema utilizado están protegidas por un interruptor diferencial, situado al inicio del sistema, que garantiza la seguridad tanto respecto a la red eléctrica como al generador fotovoltaico.
No es posible colocar masas entre la red y el generador fotovoltaico, ya que esto violaría el requisito normativo de que todas las masas de un sistema utilizado en un sistema TT deben estar protegidas mediante un interruptor diferencial.
Para las masas situadas antes, como por ejemplo las del transformador o del inversor integrado al transformador, es necesario insertar un diferencial que pueda detectar posibles corrientes de fuga derivadas tanto de la red como del generador fotovoltaico.
En caso de fallo a tierra, la intervención del diferencial provoca la entrada en modo de espera del inversor debido a la interrupción del suministro de la red. Si, en cambio, el sistema de conexión red-usuario es de tipo TN, tanto el suministro de la red como el del generador fotovoltaico no requieren el uso de interruptores diferenciales, siempre que las corrientes de fallo del lado alterno activen oportunamente los dispositivos de protección contra sobrecorrientes, respetando los tiempos previstos por la normativa.
Puesta a tierra de paneles fotovoltaicos: sistemas sin transformador
En ausencia del transformador de separación entre el sistema fotovoltaico y la red, el sistema fotovoltaico mismo deberá estar aislado de tierra en sus partes activas y se convierte en una extensión de la red de alimentación, la cual generalmente tiene un punto de puesta a tierra (sistema TT o TN).
En el lado c.c., un fallo a tierra en las masas determina la intervención del interruptor diferencial situado después del inversor. Después de la intervención del diferencial, el inversor entra en modo de espera por falta de tensión de red y el fallo sigue siendo alimentado por el generador fotovoltaico.
