23 de abril 2015

Clase 4 sobre funcionamiento de sistemas fotovoltaicos: bloque de carga y cableado

Introducción He decidido agrupar estos dos temas en un solo escrito porque, como veremos a continuación, los detalles relacionados con el tipo de componente a usarse en la carga dependen del mercado local, del cual, después de más de 50 años de ausencia, desconozco por completo. Respecto a los conductores cada país tiene su normas. […]


Introducción

He decidido agrupar estos dos temas en un solo escrito porque, como veremos a continuación, los detalles relacionados con el tipo de componente a usarse en la carga dependen del mercado local, del cual, después de más de 50 años de ausencia, desconozco por completo. Respecto a los conductores cada país tiene su normas. Mis observaciones, por lo tanto, tendrán un carácter genérico.

Bloque de Carga

Si el propietario de un sistema independiente nocturno quiere incorporar varios aparatos domésticos que no se consiguen en la versión de bajo voltaje de CC (12 V), entonces puede resultar mucho más económico convertir la carga en un circuito de CA.  Incorporar cargas como un refrigerador de tamaño éstandard, una aspiradora o una máquina de lavar la ropa, dictan el uso de un convertidor (CC a CA). Lógicamente, el costo del sistema se eleva substancialmente, no sólo por la adición de un nuevo componente, pero por el mayor uso energético dictado por la carga. Por otra parte, el cableado dentro de la casa se simplifica, debido al fácil acceso de cables de reducido diámetro, cajas de entrada con fusibles automáticos, los que se abren al aumentarse el consumo, pero pueden ser reactivados manualmente (circuit breakers), así como interruptores y enchufes con toma de tierra.

Cuando el consumo se reduce a dar un mínimo de iluminación, hacer funcionar un TV y/o una radio, puede que el mercado local ofrezca no sólo los focos del tipo LED, pero aparatos usados en las llamadas casas rodantes (RV, en inglés).  En EEUU se ofrecen pequeñas heladeras y congeladores de bajo voltaje (12V), así como otras que funcionan con gas de garrafa, lo que elimina totalmente la carga eléctrica. Esta solución requiere la existencia de una infraestructura de distribución para el gas envasado.

Caja de entrada

La practicidad que brinda la división de la carga es considerable, pero la implementación de la misma, si el mercado no ofrece un producto adecuado, debe tener en cuenta la protección ambiental (instalación exterior o humedad ambiente elevada), así como la necesidad de tener un interruptor de entrada, por si se necesita aislar la carga en forma temporaria. De ser posible, este interruptor debe ser del  tipo “rápido” (con acción a resorte) para minimizar el tiempo de duración del arco eléctrico que se forma cuando se abre un circuito de CC si circula corriente por el mismo.

En circuitos de bajo o mediano consumo pueden usarse llaves interruptoras para automotores que toleren corrientes máximas superiores a la de la carga (interruptores de batería). Los fusibles de la caja de entrada, si no se consiguen los del tipo automático, pueden ser los que se usan en los automotores. Para no crear resistencia óhmica, éstos deberán tener buenas superficies de contacto y un agarre seguro. Recuerde la necesidad de retornar el negativo a tierra, para evitar diferencias de voltaje entre el usuario (parado sobre tierra) y el aparato eléctrico con el que entre en contacto.

Cableado

Es importante respetar la polaridad del voltaje de CC.  Al respecto pueden marcarse con rojo el polo positivo en los enchufes y toma-corrientes. Otra solución es usar  las versiones de CA (220V) que tienen tres contactos (uno siendo el de tierra). Si incorpora estos componentes, disminuya el valor máximo especificado para la corriente un 10 a 15%, debido a los arcos eléctricos, los que no existen en circuitos de CA (polaridad oscilante).

Si necesita llaves interruptoras (luces, por ejemplo), use los diseñados para los automotores, ya que el valor especificado para la máxima corriente corresponde al valor de CC.

Normas para conductores

Las especificaciones dadas para los conductores varía en cada país, pero el concepto para su elección es universal.

Un cable conductor tiene, como mínimo, dos partes: la interior, que conduce la corriente; la exterior que provee aislación eléctrica. Muchos cables, usados dentro de conductos metálicos o plásticos, agregan una tercera capa de protección mecánica exterior para disminuír la fricción entre ambos. Otros tienen una tercera capa para defenderlos del medio ambiente (substancias químicas, rayos ultra-violetas, etc). Existen cables de tres capas que pueden ser enterrados sin protección alguna.

Parte conductora

El metal conductor de uso universal (CC o CA) es el cobre. Al respecto, nunca use cables de cobre en enchufes o toma-corrientes hechos para cables de aluminio. La diferencia entre metales crea un potencial entre ellos (potencial galvánico) que termina destruyendo a uno de los metales, creando un contacto con alta resistencia óhmica.

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El metal conductor más divulgado tiene una sección circular y puede ser sólido (alambre conductor) o multi-alambre (cable conductor). En este último la superficie conductora se obtiene retorciendo, suavemente, varios alambres de menor diámetro. Esta construcción dá al cable conductor una mayor flexibilidad, ya que los alambres exteriores se mueven respecto a los centrales al curvarse el cable conductor. En inglés a este tipo de cable se lo llama “stranded”. La Figura 3 ilustra estos dos tipos de conductores.

Figura 3- Alambre y cable multi-alambre

Las normas eléctricas clasifican a los conductores en función de la superficie de conducción, especificando su diámetro, al que se le asigna una determinada codificación que identifica su calibre. Diferentes calibres permiten diferentes valores para la máxima corriente que pueden tolerar, la que se vé limitada por la temperatura de trabajo.

Parte aisladora

Los alambres y cables modernos usan, casi con exclusividad, aislaciones plásticas (polivinilo, poliuretano, etc). La cubertura plástica suele tener marcaciones que definen el tipo de conductor usado, de acuerdo a las normas de un país o región (Europa, EEUU, etc). Los cables que permiten ser enterrados son muy útiles en los sistemas FVs, ya que, al colocarlos a un metro a metro y medio de profundidad, la temperatura exterior permenece prácticamente constante durante todo el año. Se aconseja colocar estos conductores sobre una base permeable (arena), y darles una suave ondulación para que puedan estirarse y retraerse sin ejercer tensión externa.

Si los paneles FVs son colocados en el techo de la casa, el conductor debe tener protección contra los rayos ultra-violetas (UV), los que alteran la estructura química del material aislante. Tan importante como los conductores son los terminales usados en sus extremos, los que ya sea usando presión o soldadura, deben ofrecer un contacto mecánico firme y de baja resistencia óhmica. Los cables que conectan los acumuladores dentro del BdA tienen terminales iguales o similares a los usados en los automotores.

Toma de tierra

La ejecución de una toma de tierra depende del grado de humedad del terreno y su constitución geológica (piedras o terreno penetrable). En la mayoría de los casos se puede obtener una buena conección a tierra usando una barra de acero recubierta de un depósito de cobre, la que alcanza un largo de aproximadamente 3 m, la que tiene un terminal especial, de cobre, anclado con un tornillo (no debe soldarse). A este conector se ancla un cable multi-alambre (de cobre) sin aislación (desnudo), de grueso calibre.

Eléctricamente la mejor conección a tierra es la que minimiza la resistencia óhmica entre la barra (electrodo) y el terreno. El diámetro de la misma varía entre los 13 y los 25 mm, dependiendo de las condiciones del terreno.  Si éste es rocoso, suele darse una inclinación a la barra para incrementar la superficie de contacto y, a la vez, evitar encontrar una formación rocosa.

Ing. Hector L. Gasquet

9 Comentarios

  1. Nelson Bauzan Booz

    sencillamente interesante lo increible que seria poder tener en casa uno de estos sistemas de energia

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  2. Hector L Gasquet

    DESEO
    Me gustaría que alguno de los grupos (o asociaciones) técnicos dedicadas a la energía solar en la Argentina complementaran la información dada en este último artículo haciendo conocer al consumidor local los tipos de productos que se ofrecen en la actualidad.
    El primer curioso es el autor de esta nota

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    • German Luis Maymo Assali

      Hola me gustaría contactar con usted
      Gracias

      Responder
  3. LUIS

    Como puedo hacer para ver las clases anteriores, gracias

    Las clases que he visto están muy buenas e interesantes.

    Gracias

    Att.

    Luis

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  4. edgar lara castillo

    Señor
    Hector Gasket
    Tenga usted un muy buen día le escribo desde Colombia para saludarlo y al mismo tiempo hacerle una pregunta en donde puedo encontrar todos los elementos para fabricar los paneles solares para suministro de Energía a casas y apartamentos claro esta que me gustaría que me recomendara una institución acá en Colombia en donde pudiese estudiar bien todo lo relacionado con las diferentes Energías renovables.
    De antemano te quedo altamente agradecido cualquier información al respecto cordialmente EDGAR LARA CASTILLO

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  5. julian alberto ponce

    suficiente ilustracion y me parece magnifico, pero como electricista industrial me gustaria ensayar en mi cas para ver resultados y seria muy bueno difundirlo dentro los clientes q tengo mi pais es colombia y estoy radicado en guadalajara de buga valle

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  6. Hector L Gasquet

    Los que quieran comunicación directa usen mi dirección;
    hector1931@austin.rr.com
    Recuerden que solamente conozco lo que se vende en los EEUU. Nada sé de otros países de America Latina.

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  7. Mauricio

    En las conecciones de los paneles fotovoltaicos se produce corrosion y se quedan enganchados, estos PV me han venido con los terminales a veces cortados pq no se pueden desenchufar.
    Esto se solucionaria simplemente con poner un poquito de grasa dielectrica en los enchufes antes de ponerlos.

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  8. FLORENTINO PRINCICH

    ME GUSTA LA ECOLOGÍA A PESAR QUE NO TUVE LA OPORTUNIDAD DE ESTUDIAR MANEJO LA ELECTROMECÁNICA HAGO REFRIGERACIÓN AUNQUE ME SIENTA LIMITADO AL NO TENER CERTIFICADO DE ESTUDIO Y HABILITACIÓN TENGO 60 ANOS Y TRATO DE RECICLAR TODO LO QUE ENCUENTRO POR EJEMPLO QUISIERA FABRICAR LADRILLOS DE LOS DESECHOS PLÁSTICOS PARECIDO A LOS CERÁMICOS Y QUE DESPUÉS SE PUEDAN CUBRIR CON MATERIAL COMÚN PARA SU PROTECCIÓN

    Responder

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