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Los 3 principales riesgos de seguridad de la energía solar fotovoltaica y cómo evitarlos

29 Oct 2021 | Energía renovable

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.

Precauciones de seguridad de los paneles solares sobre el terreno

A continuación se muestran tres de los peligros eléctricos más comunes en los sistemas fotovoltaicos, junto con las medidas de control específicas que puede tomar para reducir su riesgo.

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 Ω. 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.

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 Ω (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.

EPI básico para electricistas y técnicos de sistemas fotovoltaicos solares: incluye el multímetro industrial Fluke 87-V.

EPI básico para electricistas y técnicos de sistemas fotovoltaicos solares: incluye el multímetro industrial Fluke 87-V.

Elija el equipo adecuado

La protección de los trabajadores y del sistema fotovoltaico frente a riesgos eléctricos requiere el cumplimiento de las prácticas de trabajo seguras y la garantía de que el equipo está aprobado para soportar estos riesgos potenciales. Esto significa que todos los multímetros, cables de prueba y fusibles deben estar aprobados para la aplicación en la que esté trabajando. A continuación se indican algunas directrices básicas:

  • Equipo adecuado para CAT: Elija un instrumento con la categoría de seguridad (CAT) y el nivel de tensión adecuados para su aplicación. El multímetro debe ser capaz de soportar niveles de tensión medios y picos de tensión altos y transitorios que puedan producir una descarga o un arco eléctrico. La pinza amperimétrica de verdadero valor eficaz Fluke 376 FC tiene una categoría CAT IV 600 V y CAT III 1000 V, por lo que es adecuada para sistemas fotovoltaicos pequeños, medianos y muchos a gran escala. Además, este instrumento puede comprobar corriente y tensión de CC y CA, lo que resulta útil para aplicaciones fotovoltaicas. También está equipado con funciones inalámbricas Fluke Connect™, lo que permite supervisar las medidas desde una distancia segura en su smartphone.
  • Cuestiones acerca de una altitud elevada: Los equipos CAT III y IV deben utilizarse para sistemas fotovoltaicos a altitud elevada, ya que el aire se vuelve menos aislante y menos denso a medida que se asciende, lo que reduce su capacidad de refrigeración. Esto significa que la tensión de ruptura (la tensión mínima que provoca que un aislante sea eléctricamente conductivo) disminuye con la altitud. Por ejemplo, para un espacio de 1 cm entre conductores, la tensión de ruptura sería de 30 kV a nivel del mar, 1,2 kV a 15.000 m (50.000 pies) y 300 V a 45.000 m (150.000 pies).
  • Cables de prueba de alta calidad: Seleccione cables de prueba con una categoría CAT que coincida o supere la CAT del multímetro digital.
  • Sustitución de fusibles de alta energía: Sustituya siempre los fusibles de alta energía por piezas de la misma calidad y corriente. Estos fusibles están diseñados para mantener la energía generada por un cortocircuito eléctrico dentro de su carcasa. Son salvavidas y nunca deben sustituirse por fusibles genéricos más baratos.
  • Sondas y accesorios para sondas: Utilice sondas retráctiles, cubiertas de punta de sonda o sondas con puntas más cortas para evitar que haya contacto entre metales accidentalmente y se provoque un cortocircuito
  • Equipo de protección individual: Lleve el EPI adecuado, incluyendo ropa resistente a arcos eléctricos, guantes, viseras o gafas de seguridad, protección auditiva y calzado de cuero, según sea necesario para la tensión con la que esté trabajando. La Tabla 130.7(C)(15)(c) de la Norma 2018 NFPA 70E identifica una lista completa de categorías de EPI y la ropa adecuada resistente a arcos eléctricos para cada categoría.

Estos son solo los aspectos destacados de cómo trabajar de forma más segura al realizar tareas de mantenimiento en sistemas fotovoltaicos. Asegúrese de seguir todos los reglamentos y normativas de seguridad pertinentes, las instrucciones del fabricante y los procedimientos de seguridad de su empresa al realizar tareas de comprobación o mantenimiento en equipos eléctricos.

Acerca del experto

Michael Ginsberg es un experto en energía solar, formador del Departamento de Estado de EE.UU., autor y candidato a doctor en Ingeniería por la Universidad de Columbia. También es director ejecutivo de Mastering Green,, donde ha formado a casi mil técnicos de todo el mundo en la instalación, mantenimiento y funcionamiento de sistemas de energía solar fotovoltaicos.

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