Empezaremos con una introducción y repaso de algunos de los conceptos fundamentales de sistemas fotovoltaicos, cubiertos en el curso FV101 de SEI. FV202 elaborará rápidamente sobre esta base de conocimiento, por lo que es fundamental comprender términos, cálculos y esquemas eléctricos básicos; las maneras en que los módulos se configuran y se montan en arreglos FV; los fundamentos del dimensionamiento y diseño del sistema; terminología y características de conductores; puesta a tierra; prácticas seguras de instalación y puesta en marcha; y más.

Después de un breve repaso, profundizaremos en algunos requisitos del Código Eléctrico Nacional (NEC), algunos son específicos para sistemas FV, ​​otros se aplican a todo tipo de instalación eléctrica. Esto establecerá un estándar que se debe cumplir para que las instalaciones sean seguras, incluidos temas tales como listados de equipos, espacios de trabajo y métodos de cableado. Muchos otros requisitos específicos del Código se abordarán en lecciones posteriores.

Esta lección tiene dos presentaciones que se enfocarán en tableros eléctricos de CA y los requisitos para interconectar sistemas fotovoltaicos interactivos a la red eléctrica.

El primer paso es entender las diferentes tensiones de red e identificar la configuración en un sitio determinado. El servicio monofásico de 120/240 VCA es típico de los sistemas residenciales en EEUU; en aplicaciones comerciales, es probable que esté presente uno de varios servicios trifásicos, y los transformadores del sitio pueden decirnos que existe más de un voltaje y configuración de servicio en una ubicación particular. A medida que aumenta el tamaño del sistema, la complejidad y las opciones de interconexión también incrementan.

Para conectar la salida CA del sistema fotovoltaico al servicio eléctrico de un sitio, se deben cumplir los requerimientos del NEC con respecto al punto de interconexión, y el tamaño, la ubicación y el etiquetado del equipo utilizado. Se deben realizar cálculos para determinar si el tablero de distribución existente es adecuado o, de ser necesario, especificar el tamaño del equipo requerido.

Esta lección tiene tres presentaciones que cubrirán la terminología y artículos del Código, así como cálculos, ubicaciones, etiquetado y otros detalles relacionados con el voltaje máximo del sistema, desconexiones y protecciones contra sobrecorriente para sistemas fotovoltaicos.

El NEC requiere que la tensión CC del sistema fotovoltaico no exceda 600 V en viviendas de una y dos familias, pero los sistemas de 1,000 VCC son muy comunes en aplicaciones comerciales y de escala de servicios públicos más grandes. A medida que la temperatura de una celda fotovoltaica disminuye, su tensión aumenta y debemos realizar cálculos para garantizar que la tensión máxima del sistema no exceda el máximo permitido por el NEC y por el equipo utilizado.

Las desconexiones y las protecciones contra sobrecorriente son parte de todos los sistemas eléctricos. Se cubrirán sus requerimientos generales, así como los específicos para sistemas FV.

Los sistemas FV interactivos requieren sistemas electrónicos de potencia (inversores) para cambiar la potencia CC del arreglo fotovoltaico a potencia CA y sincronizarla con la tensión y frecuencia de la red eléctrica. El mercado de inversores interactivos ha cambiado drásticamente en los últimos años: desde sistemas puestos a tierra y no puestos a tierra, microinversores y convertidores CC-CC, hasta una amplia gama de inversores de cadena e inversores centrales.

Cada inversor tiene ventajas, limitaciones, consideraciones de diseño y tipos y tamaños de sistemas para los que es más apropiado. Sin embargo, no siempre hay una respuesta correcta o incorrecta. Por otro lado, cada vez hay más sistemas medianos y grandes que utilizan varios inversores pequeños – cada diseñador puede elegir un tipo de inversor diferente para el mismo tamaño y tipo de sistema. Esta lección se centrará en la selección de inversores para todo tamaño de sistema fotovoltaico.

En esta lección se ahondará en dos temas de seguridad importantes: los accesos para lucha contra incendios en sistemas FV, y el paro sistemático rápido para la seguridad en sistemas FV.

Cuando se instala un sistema FV sobre el techo de una residencia o de un edificio comercial, esencialmente se está instalando una planta de generación que opera a altas tensiones y en CC en sitios donde se expone a personas. Se estudiarán los requerimientos del Código Internacional Contra Incendios (IFC) y de otros códigos importantes como el Código Internacional de Residencias y el Código Internacional de Construcción, relativos a acceso a sistemas FV. El Paro Sistemático Rápido es uno de los principales requerimientos de seguridad para crear un ambiente seguro de trabajo en caso de cualquier tipo de emergencia en un edificio que tenga un sistema FV. Como parte importante de esta lección se estudiarán los requerimientos de apagado sistemático rápido del NEC, tanto los del ciclo NEC 2014 como los más actuales de NEC 2017. Este ha sido un tema controversial en la industria los últimos años, y en esta lección aclaramos la evolución de los requerimientos y que debe hacer un diseñador para cumplirlos.

Los sistemas FV interactivos deben cumplir con los requisitos del NEC relacionados a puesta a tierra de CA y CC. La primera presentación de esta lección se enfocará en el dimensionamiento e instalación de los conductores de los electrodos de puesta a tierra y puesta a tierra de equipos, así como los diferentes tipos de sistemas de electrodos de puesta a tierra que están permitidos.

La segunda presentación de esta lección cubrirá los requerimientos y opciones para protecciones contra fallas a tierra, fallas de arco y picos de corriente. Todo sistema FV interactivo debe contar con protección contra fallas a tierra, y todo circuito FV CC operando a más de 80 volts deberá contar con protección contra fallas de arco. Desafortunadamente, las fallas son relativamente comunes, y pueden ser peligrosas y difíciles de solucionar. Varios sistemas también utilizan protección contra picos de corriente para disminuir la probabilidad de daño a equipos, ya sea que los picos provengan de descargas atmosféricas o de la red eléctrica.

Esta lección tiene tres presentaciones que cubren una amplia gama de consideraciones de diseño para arreglos FV instalados sobre techo y sobre suelo. La primera parte de la lección aplica para todo tipo de instalación que se haga sobre una superficie plana: el cálculo de espacio entre filas de módulos FV para evitar que haya sombra entre filas durante la ventana solar deseada. Los sistemas de montaje disponibles comercialmente son escalables y pueden usarse tanto en proyectos pequeños como grandes, y se estudiarán muchos en esta lección. Se analizarán detalles de diseño para estructuras con lastre, pilotes, grandes estructuras de montaje sobre tierra y sistemas con rastreadores, así como las consideraciones de pesos dinámicos y estáticos. Las consideraciones varían dependiendo de dónde y cómo esté instalado el sistema FV, y en esta lección ponemos en la mente del diseñador mucho de lo que debe considerar.

Esta lección cubre el dimensionamiento de conductores y sus respectivos dispositivos de protección contra sobrecorrientes. El dimensionamiento de conductores y los dispositivos de protección contra sobrecorriente suele ser complicado; por otro lado, los circuitos de un sistema fotovoltaico a menudo están expuestos a condiciones más extremas que las de otros sistemas eléctricos. El NEC es la guía para este proceso de seis pasos.

Todo sistema eléctrico debe contar con señalización y etiquetas que alerten al personal técnico y no técnico sobre los peligros presentes, e informen sobre detalles importantes de la instalación. El NEC tiene requerimientos muy específicos sobre señalización mínima para sistemas FV, puntos de interconexión, medios de desconexión, etc., distribuidos en muchas secciones diferentes y dependientes del tipo de sistema FV, metodología de interconexión, y otras características del sistema y los equipos. En esta lección presentamos estos requerimientos de forma gráfica, clara y ordenada para ahorrarle mucho tiempo y trabajo de investigación, y de forma que todos sus sistemas FV pueden cumplir con estos requerimientos.

Diseñar un sistema FV es mucho más que indicar cuántos módulos y qué tamaño de inversor usar; se debe ser analítico para determinar cuántos y qué configuración de un módulo FV en particular se puede conectar a un inversor específico, con base en condiciones del sitio. A pesar de que existen herramientas digitales de fabricantes de inversores para el dimensionamiento de circuitos fuente FV, un buen profesional en sistemas FV debe ser capaz de realizar los cálculos para revisar y optimizar las opciones de configuración. En esta lección se estudia el procedimiento completo para dimensionar circuitos fuente FV y comprender los pormenores de toma de decisiones que un software de diseño no puede hacer por usted.

Las pruebas y puesta en marcha de un sistema FV es el último paso en el proceso de instalación. También es uno de los más peligrosos, ya que se deben realizar pruebas eléctricas con componentes “vivos”. Esta lección tiene dos presentaciones, que cubren el proceso de puesta en marcha y los procedimientos para analizar el rendimiento de un sistema fotovoltaico.

Se deben usar los procedimientos, la documentación, los medidores y el equipo de seguridad adecuados cuando se pone en marcha un sistema FV, con el objetivo de verificar que esté instalado correctamente antes de entregarlo al propietario o usuario final. Una vez que está encendido y funcionando, el objetivo del análisis de producción es verificar que el sistema funcione correctamente, dados los componentes y las condiciones ambientales.