Solución de problemas de los sistemas fotovoltaicos: tres problemas típicos

04-29-2011 | Climatización

With the push to energy independence and renewable energy sources, HVAC technicians need to know how to troubleshoot photovoltaic systems

Este conducto eléctrico conecta un número de conjuntos de celdas solares entre sí.

Con una tendencia cada vez mayor hacia la autonomía energética y las fuentes de energía renovable, los técnicos de climatización necesitan saber cómo solucionar los problemas de los sistemas fotovoltaicos

De Ron Auvil

Dados los problemas y la situación de la energía en los años recientes ha habido un esfuerzo importante para aumentar la cantidad de energía que se obtiene de fuentes renovables. Las políticas de los gobiernos federal y estatal exigen el aumento del uso de energía solar en muchas áreas. Un técnico de climatización que dé mantenimiento a otros equipos en el edificio puede encontrarse con sistemas de energía solar. Como los conceptos y disposiciones de estos sistemas son nuevos para los técnicos de climatización, vale la pena dar información general de los sistemas y componentes brevemente.

Los sistemas fotovoltaicos convierten la luz del sol (foto) en energía eléctrica (voltaico). La luz del sol que incide en el material semiconductor de las celdas individuales hace que los electrones se desplacen a través de un cable. La electricidad generada que generan los sistemas fotovoltaicos puede utilizarse para hacer funcionar una variedad de equipos, desde electrodomésticos hasta equipos comerciales de producción.

Existen muchas variables dentro de un sistema fotovoltaico, pero normalmente los conjuntos fotovoltaicos se instalan en techos orientados hacia el sur, en la medida de lo posible. Se evitan las obstrucciones. Tenga en cuenta que en invierno se genera menos energía que en verano, pues los días son más cortos. Además, el máximo de energía se genera al medio día, más que en la mañana o en el atardecer.

Como parte de la instalación fotovoltaica, algunas instalaciones cuentan con una pantalla de ordenador en "tiempo real" que muestra la cantidad de energía generada por el conjunto, el dinero ahorrado y la cantidad de combustibles fósiles que se evitó utilizar. Es satisfactorio saber que las instalaciones están liderando el camino hacia la autonomía energética cada vez más y reduciendo los contaminantes que se liberan a la atmósfera.

La electricidad que genera un sistema fotovoltaico puede utilizarse de inmediato dentro de la instalación, almacenarse o, en algunos casos, venderse a la empresa pública de electricidad.

Es normal que las instalaciones que cuenten con estos sistemas esperen que los técnicos de climatización conozcan al menos los fundamentos de los sistemas fotovoltaicos. A medida que estos sistemas se vuelven más frecuentes, se espera que seamos capaces de solucionar los problemas básicos.

Los componentes de un sistema fotovoltaico

Los sistemas fotovoltaicos constan de los componentes generales siguientes:

Celdas individuales. Una celda individual es una pequeña pieza de un sistema fotovoltaico. Una celda consta del material semiconductor, una estructura de soporte y un material transparente que permite que la luz del sol incida en el material semiconductor. La celda debe ser sólida, pues está expuesta a la intemperie. El material transparente que cubre la celda también debe repeler las manchas y el polvo. Cada celda individual tan solo produce unos pocos vatios de electricidad.

Módulos y conjuntos. Un módulo está compuesto por un número de celdas conectadas entre sí de lado a lado. Los módulos pueden estar conectados en serie o en paralelo, según sea necesario para obtener la tensión y la corriente que se deseen. Como cada celda individual solo produce una pequeña cantidad de electricidad, se necesitan muchas de ellas juntas para obtener cantidades de electricidad importantes. Como puede imaginarse, estos módulos se hacen bastante grandes y se ven limitados por el tamaño del techo dedicado a su uso. Los conjuntos son módulos instalados juntos. Las celdas individuales se conectan con cables para formar estos conjuntos. Los conjuntos a su vez se cablean a un punto central.

Concentradores y combinadores.Un concentrador o combinador es un punto de cableado central para las celdas y los módulos. Representa la salida de energía total de todo el conjunto solar. Aunque la salida de cada celda solar es pequeña, hay presencia de muchos amperios de corriente en el punto donde se conectan varios módulos. También pueden tener lugar en el concentrador la medición y acondicionamiento de la energía. El concentrador después se conecta al almacenamiento eléctrico o a un inversor. El almacenamiento puede estar compuesto por un gran número de baterías.

Inversores. Un sistema fotovoltaico produce CC. La gran mayoría de las cargas de un edificio es de CA. Se utiliza un inversor para convertir la CC generada por los módulos en CA que se pueda utilizar. La salida del inversor también puede conectarse al servicio público local, de modo que el excedente de energía se devuelva a la red eléctrica y lo compre la empresa de servicios públicos, a fin que lo aprovechen otros usuarios. Los equipos de medición y supervisión también se instalan en este punto.

Pocas cosas pueden fallar en los sistemas fotovoltaicos, pues constan de muy pocos componentes. Como se mencionó anteriormente, los componentes principales son las celdas, los módulos, los conjuntos, el concentrador/combinador y el inversor. El sistema fotovoltaico de un edificio puede suministrar energía al equipo de climatización o afectar a la calidad eléctrica del edificio. Lo que significa que los técnicos de climatización necesitan tener conocimientos básicos de solución de problemas. (Después de todo, se espera que sepa trabajar en todos los componentes que estén colgados del techo ¿no?)

Tres situaciones típicas de solución de problemas de sistemas fotovoltaicos

Un técnico fija la sonda flexible de corriente iFlex™ de un medidor 381 mientras se prepara para diagnosticar un sistema fotovoltaico.

En los ejemplos siguientes, la persona que realiza la solución de problemas aprovecha las características de la nueva pinza amperimétrica de verdadero valor eficaz con pantalla desmontable 381 de Fluke con iFlex™. Si bien puede utilizar una pinza amperimétrica de CC/CA de verdadero valor eficaz con capacidad de tensión para realizar la mayor parte del trabajo, usamos la 381 de Fluke por su característica inalámbrica (lectura y pantalla desmontables) y la sonda flexible de corriente iFlex™. La sonda iFlex™ es absolutamente indispensable para diagnosticar los problemas de los sistemas fotovoltaicos. Debido a que numerosos cables conectan cada módulo y cada conjunto a la caja del concentrador, las cajas de empalmes se llenan de cables individuales. La sonda iFlex™ hace que la medición de los cables individuales del módulo sea MUCHO más fácil, ahorrando así tiempo y aumentando la exactitud.

Dificultad de solución de problemas 1: celda/módulo/conjunto

Como con cualquier otra solicitud de solución de problemas, intente obtener tanta información del cliente como sea posible. Intente averiguar cuándo ocurrió el problema y cuándo funcionó el sistema fotovoltaico normalmente por última vez. Obtenga toda la información que pueda, como impresiones y diagramas del cableado y de las salidas.

Un buen comienzo es la comprobación de la salida de todo el sistema en el sistema de medición o en el inversor. Antes de subir al techo, compruebe y registre la tensión de entrada del inversor y el nivel de corriente del conjunto. Si todo el sistema fotovoltaico está fuera de servicio y no produce energía, puede tratarse de un problema del inversor. Si el sistema fotovoltaico funciona con una salida de energía reducida, el problema puede encontrarse en uno de los conjuntos o módulos. Tendrá que seguir el cableado de esa derivación de vuelta hasta el concentrador. De nuevo, la sonda iFlex™ facilita esta tarea.

Para medir la salida de corriente de esta celda fotovoltaica, un técnico coloca la sonda flexible de corriente 381 iFlex™ alrededor del conductor.

Cuando llegue al techo, compruebe la presencia de cualquier daño evidente en todo el sistema visualmente. Además, tenga en mente que alguien podría haber desconectado los cables accidentalmente al dar mantenimiento a otro dispositivo en el techo. Una vez que encuentre el módulo o el conjunto que no esté produciendo energía, revise todos los cables, interruptores, fusibles y disyuntores. Sustituya los fusibles abiertos y restablezca los disyuntores e interruptores. Tenga en mente que dado que el sistema fotovoltaico se encuentra en el techo, la caída de un rayo o una sobretensión podría haberlo afectado. Dada la presencia de una gran cantidad de cables, compruebe si hay cables rotos y conexiones sucias o flojas. Sustitúyalos y límpielos según sea necesario. Preste especial atención a las tuercas para cables que conectan los módulos entre sí. Es posible que se hayan aflojado y provoquen que no haya contacto.

Los concentradores pueden ser un excelente sitio para diagnosticar el sistema, pues los cables individuales de los módulos se dirigen ahí. Cada módulo puede tener un fusible que hay que comprobar con el medidor 381.

Los problemas de cableado y las conexiones flojas también pueden causar que un módulo en particular produzca una tensión demasiado baja. De nuevo, hay que comprobar todas las conexiones de los cables. Si la salida de un módulo en particular es baja, puede ser que una sección de celdas no funcione. Es posible localizarlas usando el medidor 381 en la caja de empalmes hasta encontrar el causante del problema.

Cualquier suciedad en los módulos puede causar una reducción en la salida, así como que los módulos estén bajo la sombra. Aunque los módulos suelen estar diseñados para no necesitar mantenimiento durante años, puede que haya que limpiarlos. El polen puede ser un problema en algunas áreas del país. Compruebe el sistema con el medidor 381 después de hacer cualquier corrección.

Dificultad de solución de problemas 2: la carga

Recuerde que el sistema fotovoltaico se usa para operar las cargas eléctricas del edificio. Cualquier problema con las cargas también tendrá un impacto en el sistema. El primer paso es comprobar los fusibles y disyuntores de carga. Con el voltímetro del 381, compruebe la presencia de la tensión correcta en la conexión de la carga. A continuación, use el 381 para comprobar los fusibles y disyuntores. Si hay fusibles abiertos o disyuntores activados, localice la causa y repare o remplace el componente que esté fallando. Si la carga es un motor, es posible que se haya disparado un disyuntor térmico interno o que haya un devanado abierto en el motor. Como prueba, conéctelo en otra carga para verificar que funcione correctamente.

Como con cualquier otro sistema eléctrico, compruebe la presencia de cables rotos y conexiones flojas. Limpie todas las conexiones sucias y remplace todos los cables que no funcionen. Con la corriente desconectada, compruebe y repare todos los fallos de conexión a tierra. Si algún fusible o disyuntor se abre de nuevo, hay un problema de cortocircuito que hay que localizar y reparar.

Si la carga aún no funciona correctamente, use el medidor 381 para comprobar la tensión del sistema en la conexión de la carga. Es posible que haya que cambiar los cables por unos de una circunferencia mayor. También es posible que las longitudes de los cables sean excesivas. Esto se traducirá en una baja tensión en la carga. En tal caso, puede reducir la carga en el circuito o tender un cable más grande.

Dificultad de solución de problemas 3: el inversor

Muchos técnicos de climatización trabajan con distintos variadores de velocidad cada día, de modo que están acostumbrados a comprobar alimentaciones de CC y CA. El inversor de un sistema fotovoltaico también puede fallar y causar problemas. El inversor convierte la corriente continua del sistema fotovoltaico en energía de CA para el uso del edificio. Si el inversor no produce la salida correcta, primero use el voltímetro y amperímetro de CC del 381 para comprobar y registrar la tensión de entrada de CC y el nivel de corriente del inversor. En el lado de CA, use la pinza amperimétrica 381 para comprobar la tensión de salida y los niveles de corriente del inversor. Como se mencionó anteriormente, muchos de estos sistemas tienen una pantalla que indica el rendimiento actual del sistema y el inversor. Recuerde que la pinza amperimétrica 381 genera lecturas de valor real; puede utilizar la tensión y la corriente para medir y registrar la salida de kilovatios (kW). De ser posible, use la pantalla del inversor para visualizar el total de kilovatios-hora (kWh) actual. Entonces puede anotar este valor y compararlo con el que se registró durante la última inspección.

Si el inversor no produce la cantidad correcta de energía, esto puede deberse a una variedad de problemas, que se pueden comprobar fácilmente con el medidor 381:

  • fusible fundido
  • disyuntor activado
  • cables rotos

Además, use la pinza amperimétrica 381 para medir el lado de salida de CA del inversor, pues la carga en el inversor puede tener una demanda de corriente demasiado alta. Entonces, la opción es reducir las cargas o instalar un convertidor más grande.

Con la corriente desconectada, compruebe y repare todas los fallos de conexión a tierra antes de iniciar el inversor de nuevo.

Recuerde que el inversor puede estar conectado al suministro de la empresa de servicios públicos. La salida de corriente alterna del inversor fluctúa con el nivel de entrada de luz solar al conjunto. El inversor mantiene la tensión de salida y la fase correctas hacia el suministro de la empresa de servicios públicos. Cualquier problema de tensión del suministro de la empresa de servicios públicos puede hacer que el inversor se apague. Si esto sucede, póngase en contacto con la empresa pública para que haga reparaciones.