formulacion de un programa basico

UNIDAD DE PLANEACIÓN MINERO ENERGÉTICA
FORMULACION DE UN PROGRAMA BASICO DE
NORMALIZACIÓN PARA APLICACIONES DE
ENERGIAS ALTERNATIVAS Y DIFUSION
Documento ANC-0603-12-01
GUÍA DE ESPECIFICACIONES DE SISTEMAS
FOTOVOLTAICOS PARA LA ENERGIZACIÓN
RURAL DISPERSA EN COLOMBIA
Versión 01
Unión Temporal ICONTEC - AENE
Bogotá, D.C., Marzo de 2003
UNIDAD DE PLANEACIÓN MINERO ENERGÉTICA - UPME
Guía de Especificaciones de Sistemas Fotovoltaicos
Documento No. ANC-603-12
Rev. 01
Fecha: 21/03/03
TABLA DE CONTENIDO
PRIMERA PARTE
ASPECTOS TECNICOS
ESTRUCTURA DE UNA GUÍA TÉCNICA (PRACTICA RECOMENDADA) PARA
SISTEMA FOTOVOLTAICOS ..................................................................... 5
PRIMERA PARTE: GUÍA DE ESPECIFICACIONES DE SISTEMAS
FOTOVOLTAICOS PARA LA ENERGIZACIÓN RURAL DISPERSA EN
COLOMBIA. ................................................................................................ 7
1.
OBJETO:..................................................................................................... 7
2.
REFERENCIAS NORMATIVAS: ................................................................. 7
3.
DEFINICIONES:.......................................................................................... 8
4.
4.2
4.2.1
4.2.2
4.2.3
4.2.4
4.3
4.4
4.4.1
4.4.2
4.4.3
4.4.4
4.4.5
ASPECTOS TÉCNICOS: .......................................................................... 14
CARACTERÍSTICAS Y CONDICIONES GENERALES ............................. 14
Componentes del sistema (explicación con diagrama) .............................. 14
Condiciones de diseño .............................................................................. 15
Descripción general de los componentes .................................................. 16
Requisitos de fabricación .......................................................................... 19
CONDICIONES DE OPERACIÓN ............................................................. 28
MARCADO................................................................................................ 30
Módulo Fotovoltaico .................................................................................. 30
Baterías..................................................................................................... 31
Controlador de Carga ................................................................................ 31
Balasto ...................................................................................................... 32
Inversor ..................................................................................................... 32
5.
5.2
5.6
SERVICIOS E INFORMACIÓN REQUERIDOS......................................... 33
INFORMACIÓN QUE DEBERÍA ENTREGAR EL PROVEEDOR O
CONTRATISTA CON SU OFERTA PARA FACILITAR LA SELECCIÓN DE
EQUIPOS.................................................................................................. 33
Datos técnicos........................................................................................... 33
DOCUMENTOS Y/O MANUALES QUE EL PROVEEDOR O
CONTRATISTA DEBERÍA ENTREGAR CON LOS EQUIPOS. ................. 38
SERVICIOS QUE DEBERÍA PRESTAR EL PROVEEDOR O
DISTRIBUIDOR......................................................................................... 39
BASES BAJO LAS CUALES EL DISTRIBUIDOR O PROVEEDOR
DEBERÍA CAPACITAR A PERSONAL TÉCNICO Y/O AL USUARIO FINAL.39
SEGUIMIENTO PERIODICO DE LOS SISTEMAS EN OPERACIÓN........ 39
6.
6.1
6.2
6.3
MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN........................................................ 40
Módulo Fotovoltaico .................................................................................. 40
Baterías..................................................................................................... 41
Controlador de carga................................................................................. 42
5.2.1
5.3
5.4
5.5
2
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6.4
6.5
6.6
6.7
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Balasto ...................................................................................................... 43
Lámparas .................................................................................................. 43
Cables....................................................................................................... 44
Accesorios................................................................................................. 44
SEGUNDA PARTE: GUÍA PARA LA INSTALACIÓN DE SISTEMAS
FOTOVOLTAICOS (12 V D.C.) PARA LA ENERGIZACION RURAL
DISPERSA ................................................................................................ 45
1.
UBICACIÓN Y SOPORTE......................................................................... 45
2.
MÓDULO Y/O CAMPO FOTOVOLTAICO................................................. 46
3.
CONTROLADOR DE CARGA ................................................................... 48
4.
BATERÍA................................................................................................... 48
5.
CAJA DE CONEXIONES .......................................................................... 50
6.
LÁMPARAS............................................................................................... 50
7.
INVERSOR ............................................................................................... 51
TERCERA PARTE : RECOMENDACIONES PARA EL MANTENIMIENTO
PREVENTIVO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS (12 V D.C.) PARA LA
ENERGIZACION RURAL DISPERSA ....................................................... 52
1.
CONEXIÓN A TIERRA.............................................................................. 52
2.
ESTRUCTURA DE SOPORTE.................................................................. 52
3.
MÓDULOS FOTOVOLTAICOS ................................................................. 54
4.
CONTROLADOR DE CARGA ................................................................... 54
5.
BATERÍA................................................................................................... 55
6.
CAJA DE CONEXIONES .......................................................................... 56
7.
LÁMPARAS............................................................................................... 56
8.
INVERSOR ............................................................................................... 56
CUARTA PARTE : RECOMENDACIONES BASICAS PARA LOS USUARIOS DE
LOS SFV PARA ENERGIZACION RURAL DISPERSA EN CASO DE
FALLA DEL SISTEMA............................................................................... 58
QUINTA PARTE EJEMPLOS DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS PARA
ENERGIZACION RURAL DISPERSA EN LAS DIFERENTES ZONAS DE
COLOMBIA. .............................................................................................. 60
1.
EJEMPLOS DE SFV DE ENERGIZACION RURAL DISPERSA EN
COLOMBIA ............................................................................................... 62
2.
TIPO DE ENERGIZACIÓN: ILUMINACIÓN BÁSICA (TUBOS
FLUORESCENTES DE 20 W) Y RADIOGRABADORA. EL TV 12 V D.C.,
OPCIONAL CONDICIONADO................................................................... 62
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3.
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TIPO DE ENERGIZACIÓN: ILUMINACIÓN BÁSICA (TUBOS
FLUORESCENTES DE 20 W, 12 V D.C) Y EQUIPO DE SONIDO
COMPACTO, INVERSOR: ENTRADA 12 V D.C, SALIDA 115 V A.C, 150
W, TV COLOR (MÁX. 70 W), VÍDEO. ....................................................... 63
LISTA DE TABLAS
Tabla 1 Valores límite para condiciones de operación de baterías para.................. 41
Tabla 2 Opciones de Uso Racional Recomendado ................................................. 62
Tabla 3 Opciones de Uso Racional Recomendado 2 ............................................. 64
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 Representación esquemática de los elementos de una celda solar de silicio10
Figura 2 Conexión tipo bus ..................................................................................... 11
Figura 3 conexión tipo margarita ............................................................................. 11
Figura 4 Esquema de un SFV de energización rural disperso para iluminación y
entretenimiento. ..................................................................................... 15
Figura 5 Diferentes opciones de soporte de un sistema fotovoltaico ...................... 27
Figura 6 Mapa de Radiación Solar de Colombia ..................................................... 61
Figura 7 Diagrama Descriptivo Del Ejemplo 1 ......................................................... 63
Figura 8 Diagrama Descriptivo Del Ejemplo 2 ......................................................... 65
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ESTRUCTURA DE UNA GUÍA TÉCNICA (PRACTICA RECOMENDADA)
PARA SISTEMA FOTOVOLTAICOS
INTRODUCCIÓN
Los sistemas fotovoltaicos de pequeña y mediana escala que se venden e instalan
en Colombia adolecen, en una gran proporción, de algunas fallas inherentes en
parte a insuficiente información técnica entre los comercializadores (1), en parte a la
desinformación entre los usuarios y a la inexistencia de organismos de apoyo (1)
que deberían estar colaborando, ejerciendo algún tipo de veeduría sobre estas
instalaciones eléctricas. Concretamente, los diferentes problemas se originan en
situaciones como las siguientes:
a) Se ha estimulado la cultura facilista de que cualquier usuario va a la tienda,
compra lo que le ofrece el vendedor, llega a su casa y realiza la instalación de
energía solar fotovoltaica ignorando completamente elementales principios de
instalación.
b) Se ha generalizado la creencia de que al usar energía eléctrica continua de bajo
voltaje no se requieren cuidados ni precauciones técnicas.
c) El estado está completamente ausente en la verificación de este tipo de
instalaciones eléctricas.
d) Hay una carencia completa de información, de anuncios y de divulgación de la
forma como se debe utilizar la energía solar.
e) Gran parte de la información disponible en los centros de venta da a entender al
usuario que la energía solar fotovoltaica es fácilmente instalable, modificable y
mantenida por personal no experimentado.
f) Muchos comercializadores comercializan dispositivos baratos sin ningún tipo de
reconocimiento y/o de homologación.
Las tres partes implicadas en el buen desempeño de los sistemas fotovoltaicos
deberían estar unidos por lograr unos propósitos que a todos convengan. Estos
propósitos son: sistemas fotovoltaicos confiables, seguros y duraderos.
Confiables significa que prestarán el servicio para el cual han sido diseñados y
dimensionados; seguros, significa que no pondrán en ningún riesgo ni a usuarios ni
a viviendas; duraderos, que tendrán el desempeño esperado por los fabricantes y
los usuarios durante todo el período de vida para el cual fueron fabricados.
Para lograr los propósitos de sistemas fotovoltaicos confiables, seguros y duraderos
se requiere que:
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a)
Tanto distribuidores como instaladores se familiaricen con las normas y
recomendaciones técnicas.
b)
Es imperativo que haya una autoridad (sea local, regional o nacional) que
inspeccione las instalaciones fotovoltaicas.
c)
Que se comercialicen dispositivos homologados y/o reconocidos.
d)
Que se establezcan agremiaciones de fabricantes y comercializadores que se
propongan informar y educar a sus clientes, modificar la publicidad facilista y
que anime a todos a realizar instalaciones técnicamente adecuadas.
A continuación se presenta una serie de especificaciones y recomendaciones que
se deberían tener en cuenta al seleccionar y comprar sistemas fotovoltaicos.
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PRIMERA PARTE: GUÍA DE ESPECIFICACIONES DE SISTEMAS
FOTOVOLTAICOS PARA LA ENERGIZACIÓN RURAL DISPERSA EN
COLOMBIA.
1. OBJETO:
Establecer las especificaciones y características técnicas que se deberían tener en
cuenta en el proceso de selección de sistemas fotovoltaicos (SFV) que se emplean
en la energización rural dispersa en Colombia y los servicios que deberían
proporcionar las empresas proveedoras para garantizar la confiabilidad, seguridad y
larga vida de los sistemas a instalar.
Cubre los diseños básicos para iluminación, iluminación y entretenimiento para
sistemas familiares y para sistemas comunitarios con potencias menores de 250 W.
No cubre redes, ni redes interconectadas.
2. REFERENCIAS NORMATIVAS:
Las siguientes publicaciones referenciadas son indispensables para la aplicación de
este documento. Para referencias fechadas, se aplica únicamente la edición citada.
Para referencias no fechadas, se aplica la última edición del documento
referenciado
NTC 318: 1979, Tubos fluorescentes para alumbrado general.
NTC 2050: 1998, Código eléctrico Colombiano.
NTC 2883: 1991, Energía fotovoltaica. Módulos fotovoltaicos.
NTC 4405: 1998, Eficiencia energética. Evaluación de la eficiencia de los sistemas
solares fotovoltaicos y sus componentes.
IEC 60081: 2002, Double-capped fluorescent lamps - performance specifications
IEC 61427: 1999. Secondary cells and batteries for solar photovoltaic energy
systems - General requirements and methods of test
UL 1703: 2002, Flat-plate photovoltaic modules and panels
UL 1741: 1999, Static inverters and charge controllers for use in photovoltaic power
systems
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3. DEFINICIONES:
3.1 Acumulador: ver batería.
3.2 Ampacidad: capacidad de transporte de corriente eléctrica por parte de algún
elemento o conductor en un circuito eléctrico.
3.3 Amperio (A): unidad de medida de la corriente eléctrica en el sistema
internacional. Equivale al paso de 6,3x1018 electrones por segundo en alguna región,
zona o punto de un sistema. También se lo puede definir como la cantidad de
corriente eléctrica que atraviesa a un elemento cuya resistencia eléctrica sea de 1 Ω
(ohmio) y que esté sometido a una diferencia de potencial de 1 V (voltio).
3.4 Autodescarga: proceso mediante el cual la capacidad disponible de una batería
se reduce a causa de reacciones químicas parásitas internas. Dicho proceso se
acelera al aumentar la temperatura por razones ambientales y/o de uso.
3.5 Batería: dispositivo que convierte directamente la energía química de sus
componentes activos en energía eléctrica, mediante reacción electroquímica que
involucra el traspaso de electrones desde un material a otro, a través de un circuito
eléctrico.
3.6 Batería de plomo-ácido: denominación general que incluye las baterías
construidas con placas de plomo puro, plomo-antimonio o plomo calcio y un
electrolito ácido.
3.7 Batería abierta: aquella en la que el contenedor, o bien provee una tapa
superior removible, o bien tiene orificios de acceso a su interior con tapones
removibles, para verificar el nivel y la densidad del electrolito y/o para suministrar
agua en caso de disminución del nivel del electrolito, que evidentemente es líquido.
3.8 Batería sellada: batería cuyo electrolito queda confinado en un espacio con
cierre hermético provisto de una tapa de ventilación recerrable, denominada también
“batería hermética con regulación de válvula”. Carece de orificios de acceso a su
interior. En las baterías selladas el electrolito puede ser líquido, absorbido o
gelificado.
3.9 Batería sellada líquida: cumple la condición de batería sellada pero su
electrolito es líquido, como en las baterías abiertas.
3.10 Batería absorbida: el electrolito se halla confinado e inmovilizado en la
estructura microporosa de separadores sólidos que además, son altamente
absorbentes.
3.11 Batería gelificada: se le inmoviliza el electrolito por adición de sustancias que
le dan apariencia gelatinosa.
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3.12 Campo fotovoltaico: se indica con este término al módulo o conjunto de
módulos fotovoltaicos de una instalación de generación de electricidad con energía
solar fotovoltaica.
3.13 Candela: unidad de intensidad luminosa que equivale a 1/60 de la intensidad
de la radiación de un cuerpo negro emergiendo de 1 cm2 a la temperatura del punto
de solidificación del platino (2042 K).
3.14 Capacidad de batería: cantidad total de amperios-hora que se puede extraer
de una batería con carga completa.
3.15 Capacidad nominal de batería: cantidad máxima de energía que se puede
extraer de una batería con una rapidez determinada. Se le denomina también como
“capacidad de régimen de la batería”.
3.16 Carga: cantidad de energía eléctrica necesaria para poner en funcionamiento
de cualquier dispositivo o aparato eléctrico. A veces se asume que la carga es el
aparato mismo que recibe la energía.
3.17 Celda fotovoltaica: dispositivo compuesto de varios elementos
semiconductores que convierte directamente la irradiancia solar en energía
eléctrica. Se le denomina también “celda solar”. Véase Figura 1
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Figura 1 Representación esquemática de los elementos de una celda solar de silicio
3.18 Celda de silicio amorfo: celda fotovoltaica cuyo componente básico de
fabricación es el silicio sin estructura cristalina.
3.19 Celda de silicio cristalino: celda fotovoltaica cuyo componente básico de
fabricación es el silicio cristalino.
3.20 Celda de silicio monocristalino: celda fotovoltaica cuyo componente básico
de fabricación es el silicio crecido en lingote de una sola estructura cristalína.
3.21 Celda de silicio policristalino: celda fotovoltaica cuyo componente básico de
fabricación es el silicio crecido en lingote de muchos cristales.
3.22 Choque eléctrico: condición en la que puede producirse una corriente
eléctrica indeseable (o de fuga) y eventualmente peligrosa, cuando el potencial
eléctrico de algún dispositivo, parte de él o accesorio cercano, muestre un valor
mayor a 30 V d.c. con respecto a tierra; así, por ejemplo, en marcos, gabinetes y
otros, pueden formarse corrientes de fuga de al menos 10 µA y en partes de
circuitos, de al menos 1 mA. Esto no excluye la consideración de eventos en los que
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a menores potenciales se generen grandes corrientes eléctricas que pudieren
originar situaciones riesgosas.
3.23 Conexión en bus: se refiere a la interconexión de varios módulos de un
campo fotovoltaico que pueden estar en serie y/o paralelo en cuyo caso se conectan
como se muestra en el diagrama:
Figura 2 Conexión tipo bus
3.24 Conexión en margarita: se refiere a la interconexión de varios módulos de un
campo fotovoltaico que pueden estar en serie y/o paralelo en cuyo caso se conectan
como se muestra en el diagrama:
Figura 3 conexión tipo margarita
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3.25 Controlador: existen varias acepciones relacionadas con este concepto:
3.25.1 Advertencia de bajo voltaje: señal luminosa o audible que indica el bajo
voltaje de una batería.
3.25.2 Compensación de temperatura: función de un circuito que ajusta los
niveles de conexión o desconexión de una batería.
3.25.3 Controlador de carga: dispositivo que controla el régimen de carga de las
baterías.
3.25.4 Desconexión de alto voltaje: nivel de desconexión de voltaje máximo en
una batería para impedir su sobrecarga.
3.25.5 Desconexión de bajo voltaje: nivel de desconexión de voltaje mínimo de
una batería para impedir descarga excesiva.
3.25.6 Protección contra corriente de sentido inverso: dispositivo que impide el
flujo de corriente desde la batería al campo fotovoltaico.
3.26 Corriente de corto circuito: corriente que se genera en una celda, módulo o
campo fotovoltaico cuando se ponen en contacto las terminales de salida, sin
ninguna carga o resistencia.
3.27 Corriente de fuga: corriente que normal y naturalmente pierde una batería
cuando está fuera de operación.
3.28 Corriente de potencia máxima: corriente correspondiente al punto de
operación en la curva característica I-V, en el que el producto corriente-voltaje es
máximo.
3.29 Curva característica I-V: trazado gráfico de la variación de la corriente en
función de la variación del voltaje de una celda, o de un módulo o de un campo
fotovoltaico.
3.30 Densidad de energía: relación entre la capacidad energética de una batería y
su volumen (expresada en Wh/litro) o su peso (expresada en Wh/kg).
3.31 Densidad de potencia: relación entre la potencia nominal disponible en una
batería y su volumen (expresada en W/litro) o su peso (expresada en W/kg).
3.32 Descarga: entrega de energía eléctrica de una batería a alguna carga externa
o dispositivo de consumo.
3.33 Insolación: radiación solar que llega a una superficie en un periodo de tiempo.
Se expresa en kilovatio-hora por metro cuadrado (kWh/m2).
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3.34 Lúmen: es la unidad de flujo luminoso. Es igual al flujo luminoso a través del
ángulo sólido unitario (steradian) desde una fuente puntual de 1 candela. El
equivalente aproximado con el vatio en radiación luminosa es 1 vatio = 680
lúmenes.
3.35 Módulo: es el dispositivo formado por un conjunto de celdas fotovoltaicas
interconectadas, enmarcadas y encapsuladas apropiadamente. También se le
define como la unidad reemplazable más pequeña de un campo fotovoltaico.
3.36 Prensaestopas: accesorio que ubicado en caja o gabinete de entrada y salida
de conductores garantiza estabilidad mecánica en el cableado y eventualmente,
provee hermeticidad, aislamiento a prueba de agua y humedad.
3.37 Profundidad de descarga: porcentaje de energía extraída de una batería en
relación con su capacidad energética total.
3.38 Punto de potencia máxima: condición en la que un controlador de potencia
logra mediante regulación de voltaje, que un conjunto fotovoltaico funcione en su
máxima potencia.
3.39 Radiación difusa: Radiación que llega a la superficie terrestre procedente del
sol luego de sufrir dispersión por efecto de nubes, polvo, niebla u otras sustancia de
la atmósfera.
3.40 Radiación directa: Radiación que llega a la superficie terrestre procedente del
sol sin sufrir desviación, sin dispersarse ni reflejarse en la atmósfera.
3.41 Recurso solar: cantidad de insolación que recibe un lugar o región. Se
expresa kWh/m2 por día. Su expresión es más completa cuando se hace referencia
a la calidad de esa insolación, es decir, a sus componentes de radiación difusa y
directa.
3.42 Régimen de carga: rapidez con que se recarga una batería. Se expresa como
la razón entre la capacidad de la batería y el flujo de corriente que ingresa a ella.
3.43 Régimen de descarga: rapidez de extracción de corriente de una batería. Se
expresa como una relación entre la capacidad de la batería y el flujo de corriente
que sale de la batería.
3.44 Rendimiento de conversión: relación entre la energía eléctrica que produce
una celda fotovoltaica y la energía solar que ella recibe.
3.45 Semiconductor: dispositivo de material sólido que posee una capacidad
limitada de conducción de corriente eléctrica.
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3.46 Sistema fotovoltaico (SFV): instalación de módulos fotovoltaicos que tiene
asociados otros componentes, proyectada para generar potencia eléctrica a partir
de la energía de la radiación solar.
3.47 Sistema fotovoltaico autónomo: es el que funciona sin estar conectado a una
red de energía eléctrica ni con sistema auxiliar de otra fuente energética.
3.48 Vida útil: es el tiempo transcurrido entre el momento de iniciar el desempeño
con la eficiencia nominal, hasta el momento en que la eficiencia ha descendido al
80% del valor inicial, criterio que generalmente se aplica al panel fotovoltaico y/o a la
lámpara.
3.49 Voltaje de funcionamiento del sistema: potencial al cual entrega energía
eléctrica un sistema fotovoltaico.
3.50 Voltaje de circuito abierto: voltaje máximo que produce una celda, módulo o
campo fotovoltaico sin aplicación de carga.
3.51 Voltaje de corte: nivel de potencial (o voltaje) al cual un controlador
desconecta de la batería al campo fotovoltaico o a la carga.
4. ASPECTOS TÉCNICOS:
4.2 CARACTERÍSTICAS Y CONDICIONES GENERALES
4.2.1
Componentes del sistema (explicación con diagrama)
Un SFV para energización rural dispersa está conformado por los siguientes
componentes principales: un módulo o un campo fotovoltaico, una batería, un
controlador de carga, varias lámparas, un inversor, un televisor, cables y accesorios
para la instalación. En la Figura 4 se muestra esquemáticamente el sistema.
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Figura 4 Esquema de un SFV de energización rural disperso para iluminación y
entretenimiento.
Descriptivamente, el sistema funciona así: el campo de módulos fotovoltaicos
convierte en corriente eléctrica directa la energía solar que recibe durante el día.
Dicha corriente transporta y almacena la energía eléctrica en la batería para ser
utilizada en el momento que el usuario lo requiera para el televisor y/o la
iluminación. La energía eléctrica que los módulos fotovoltaicos envían a la batería y
que ésta suministra a la carga pasa por el controlador de carga, cuya función es
proteger a los otros elementos del sistema contra sobrecargas o descargas
excesivas, altas corrientes y bajos voltajes. Generalmente, el controlador provee
monitoría y señalización de las funciones en ejecución, además de que concentra el
cableado del sistema.
4.2.2
Condiciones de diseño
Las condiciones de diseño de un SFV deberían involucrar aspectos tales como:
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a)
Ser compatible con las características e intermitencia del recurso solar
disponible.
b)
Dimensionarse de acuerdo a la carga requerida.
c)
Dimensionar los límites mínimos de suministro de potencia y los tiempos
máximos de autonomía en el almacenamiento.
d)
Considerar que todos los elementos que componen el sistema, así como los
dispositivos e interfases entre ellos, estén construidos para asegurar un
desempeño eficiente, confiable y seguro durante toda su vida útil.
e)
Se debería partir del supuesto que la integración de sus partes no requiera de
asistencia técnica por largos periodos especialmente en lugares remotos o de
difícil acceso.
f)
Debería diseñarse para soportar la acción del ambiente local (como por
ejemplo, salinidad y contaminación, entre otras.).
g)
Debería proyectarse el tipo de funciones automáticas que debe desarrollar,
incluyendo (de ser necesario) la condición de prendido/apagado.
4.2.3
Descripción general de los componentes
4.2.3.1 Módulo fotovoltaico
El módulo fotovoltaico está constituido por un conjunto de celdas solares
interconectadas adecuadamente entre sí, con la función de generar energía
eléctrica en corriente directa transformando la energía electromagnética del sol, sin
elementos de concentración. Su geometría es plana y debería estar debidamente
protegido contra la acción del ambiente en el que trabaja, así mismo proveer
terminales de conexión por los cuales entrega su energía.
Un conjunto de módulos interconectados dentro de un sistema, constituye el campo
fotovoltaico del sistema.
4.2.3.2
Batería
La batería o acumulador se encarga de almacenar en forma electroquímica la
energía eléctrica fluctuante (no constante) que recibe del módulo o campo
fotovoltaico y proporcionarla (de manera casi constante y/o sostenida) a los
elementos de consumo como lámparas o televisor. Como acumulador de la energía
eléctrica generada en los módulos fotovoltaicos, la batería cumple las funciones de:
a) amortiguar las fluctuaciones de corta duración en la energía que recibe del
generador fotovoltaico.
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b) prolonga el lapso de tiempo de suministro de energía eléctrica por encima de los
periodos de generación,
c) da autonomía al SFV en los eventuales intervalos en los que no ocurra
generación (bien porque no hay sol, bien por ocurrencia de alguna falla),
d) determina la tensión a la que deberían operar los elementos de consumo.
Puesto que existen varios tipos de baterías, es conveniente utilizar baterías
especialmente diseñadas para trabajar en los regímenes que imponen las
intermitencias del suministro (recurso solar) y del consumo de energía. Aunque las
baterías de tipo automotriz tienen un desempeño aceptable (pero de muy corta
vida), no son recomendadas para ser usadas con SFV.
4.2.3.3 Controlador de carga
El controlador de carga es el dispositivo electrónico diseñado para:
a)
Proteger la batería contra posibles sobrecargas causadas por excedentes
provenientes del módulo y/o campo fotovoltaico;
b)
Evitar la sobredescarga en la batería por exceso de consumo, para así también
proteger los dispositivos de consumo;
c)
Eliminar las corrientes que puedan fluir desde la batería hacia el módulo
fotovoltaico, cuando éste no recibe energía solar.
d)
Centralizar el cableado del sistema por lo cual debe proveer los terminales
apropiados. De éste sale el cableado para la red del consumo.
e)
Proporcionar elementos de monitoría de sus funciones como pantalla
analógica o digital, testigos (leds) o alarmas.
4.2.3.4 Caja para conexiones
Es el accesorio que recibe el cableado del regulador y se convierte en el centro de
distribución de la red de consumo (lámparas, televisor etc.), garantizando una
adecuada interconexión entre el controlador de carga y los ramales de consumo.
Puesto que el cable que transporta la corriente proveniente del controlador de carga
es más exigente (mayor calibre), a la salida de la caja de conexiones cada circuito
tiene el cable apropiado, por lo cual garantiza identidad y especificidad para cada
rama del consumo.
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4.2.3.5 Balasto
El balasto es el circuito electrónico que recibiendo energía eléctrica de la batería,
adecúa las condiciones eléctricas para que se genere y mantenga sostenidamente
la ionización mediante la cual se emite la luz en la lámpara fluorescente.
Esencialmente, debe producir el potencial eléctrico mediante el cual se da origen a
la descarga ionizante en el tubo, luego limita la corriente con la cual se mantiene la
descarga y fija el potencial en el nivel de trabajo.
4.2.3.6 Lámparas
Las lámparas (de tipo fluorescente), conectadas al balasto, convierten la energía
eléctrica proveniente de la batería en luz artificial a partir de la ionización de un
material de trabajo en su interior (generalmente mercurio o una mezcla apropiada
para producir ionización y emisión de luz).
4.2.3.7 Inversor (opcional)
Es el dispositivo electrónico que convierte la corriente directa proveniente de la
batería (por ejemplo, 12 V d.c.) en energía eléctrica alterna (por ejemplo, 120 V
a.c.). Generalmente, la alternancia producida en el inversor es del tipo onda
cuadrada de 60 Hz, con deformidades (indeseables) o picos de voltaje lo que
supone una utilización prudente de este dispositivo especialmente con cargas
provistas de tarjetas de memoria.
4.2.3.8 Cables
Son los conductores eléctricos que transportan la energía eléctrica directa e
intercomunican los diferentes componentes del SFV. Puesto que existen cuatro
circuitos básicos en un SFV de energización rural, el calibre de los diferentes
conductores debería ceñirse a los requerimientos eléctricos de ampacidad en cada
parte del sistema. Los circuitos básicos son:
a) del campo fotovoltaico al controlador de carga;
b) del controlador de carga a la batería;
c) del controlador de carga a la caja de conexiones; y
d) de la caja de conexiones a los diferentes elementos de consumo.
4.2.3.9 Accesorios (soporte de módulos, de batería, interruptores, accesorios
para la instalación)
El SFV especificado incluye los siguientes accesorios:
a) soporte para el módulo o para el campo fotovoltaico;
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b) soporte o gabinete para la batería;
c) interruptores
d) accesorios para la instalación (interruptores, conectores. contactos (plugs)
grapas, tornillos, tubos, etc.).
4.2.4
Requisitos de fabricación
4.2.4.1 Módulo Fotovoltaico
Para los propósitos de esta guía se recomienda que los módulos fotovoltaicos sean
fabricados de acuerdo con los establecido en las normas NTC 2883, NTC 4405, UL
1703(2) u otras normas aplicables.
Tanto para el usuario particular y/o minorista, como para cualquier entidad se le
hacen las siguientes recomendaciones, como parte del conjunto de principios
elementales de obligatoria observancia:
a)
Los módulos deberían ser nuevos y de reciente fabricación (en el momento de
la compra no deberían tener más de dos años de fabricados y su ensamblaje
debe estar completo). Sus especificaciones eléctricas nominales deberían
ajustarse a lo que requiere la instalación proyectada.
b)
Deben inspeccionarse para verificar que no se aprecian daños en su
presencia física, como vidrios rotos o fisurados, empaques (y/o sellamientos)
despegados o “cristalizados”, marcos abollados, celdas quebradas,
encapsulamiento con burbujas (presumiblemente de aire), humedad interior
(entre cubiertas), corrosión u oxidación en sus contactos interceldas, contactos
desoldados y en general todo aquello que pueda conducir a la reducción de la
vida útil. Las celdas solares pueden ser de silicio monocristalino o de silicio
policristalino, de forma cuadrada o rectangular y su factor de ocupación
superficial debe ser el máximo posible.
c)
El enmarcamiento perimetral (marco o chasis) debería tener una estructura tal
que reduzca tensiones mecánicas y que amortigüe o resista posibles torsiones
durante la manipulación en el transporte e instalación del módulo.
d)
El marco o chasis debería proveer las facilidades que permitan su fácil
instalación mecánica al soporte (agujeros, orejas tornillos etc.), para que el
usuario (o el instalador) no lo intervenga o altere mecánicamente.
e)
El marco o chasis debería proveer el sitio en el cual se realice adecuadamente
una instalación a tierra.
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f)
El diseño del módulo debería ser tal que no facilite la generación de altas
temperaturas en su interior; ello implica que durante la instalación y/u
operación no se requiera remover cubierta, protección o aislamiento alguno.
g)
Las parte eléctricas externas integrantes del módulo deberían presentar una
sujeción tal que no haya posibilidad a que se aflojen, se giren o se desprendan
o a que eventualmente faciliten un cortocircuito no intencional.
h)
La caja o compartimiento de conexiones debería garantizar sellamiento a
prueba de agua y humedad y debe estar provista de prensaestopas.
i)
El diseño, estructura y materiales deberían ser tales que sus
características ópticas, fotoeléctricas, mecánicas y termofísicas no se alteren
apreciablemente durante un lapso de tiempo no inferior a 20 años.
4.2.4.2 Baterías
Se recomienda que las baterías asociadas a los SFV de energización rural sean
fabricadas de acuerdo con lo establecido en la norma IEC 61427 u otras normas
aplicables, además se deberían tener en cuenta las siguientes recomendaciones:
Las especificaciones aquí recomendadas se orientan a las baterías de plomo-ácido
que pueden ser abiertas o selladas. Sin embargo, las baterías selladas presentan
algunas ventajas técnicas y operativas mejores que las abiertas, como las
siguientes:
a) prácticamente, eliminan la evaporación y/o fugas del electrolito,
b) la emisión de gases es muy baja,
c) evitan que el electrolito se contamine y
d) los requerimientos del mantenimiento son muy simples. No obstante, tienen
algunas limitaciones como:
•
cuando por sobrecargas se presenta hidrolización, se alcanza a perder agua
que es imposible reponer,
•
no es posible verificar confiablemente su estado de carga,
•
se requiere mayor precisión en la operación del controlador de carga.
Tanto para las baterías abiertas como para las selladas deberían tenerse en cuenta
los siguientes aspectos:
a)
Estar debidamente certificada por una entidad autorizada para tal fin.
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b)
Deberían ser nuevas y libres de daños físicos al momento de instalarse lo cual
implica que la caja o contenedor no presente grietas o fisuras, abolladuras,
golpes, sus terminales no deben presentar deformaciones ni desajustes.
c)
La batería debería tener una capacidad de almacenamiento (en A-h) acorde con
las características del dimensionamiento que requiera el lugar o zona
dependiendo por ejemplo, del número de días consecutivos nublados. Para
satisfacer esa capacidad debería utilizarse el menor número posible de
baterías.
d)
Poder aceptar descargas diarias de profundidad equivalente al 12 % o mayor de
su capacidad nominal sin reducir el valor especificado de su vida útil.
e)
Su construcción debería ser tal que para su instalación no se requiera
modificación alguna en su estructura.
f)
Tener un régimen de autodescarga no mayor de 3 % por mes.
g)
Tener una densidad de energía no menor de 35 kWh/kg.
h)
Poder soportar al menos 8 eventos de descarga profunda (al 50 % de la
capacidad) por año sin que se reduzca el tiempo especificado de su vida útil.
i)
El material de construcción de la caja y de la tapa debería ser rígido y de
materiales retardantes de llama.
Las baterías abiertas deberían cumplir además con los siguientes aspectos:
a)
No contener en su interior electrolito u otro líquido como agua o ácido en el
momento de llegar al sitio de instalación.
b)
Deberían disponer de tapones de seguridad con cavidad para condensación y
capacidad de bloquear llamas.
c)
Se debería disponer de las dosis correspondientes de electrolito a base de
ácido sulfúrico cuya densidad debería estar en el rango de 1,2 a 1,3 g/cm3, y las
dosis de agua desmineralizada para reposición, dependiendo de la temperatura
media del sitio de operación.
d)
Ofrecer una vida útil superior a 1000 ciclos de carga-descarga a la profundidad
de descarga diaria.
e)
Tener indicadores de nivel máximo de electrolito en cada celda de manera que
se facilite el mantenimiento.
Las baterías selladas deberían cumplir además con los siguientes aspectos:
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a)
En el momento de la instalación no deberían haber transcurrido más de tres
meses desde el momento de su fabricación. Si la batería ha sido almacenada
por más de tres meses, de ninguna manera debería aceptarse si han
transcurrido más de 10 meses almacenada; en este caso debería someterse a
una carga previa antes de entrar en servicio.
b)
Deberían disponer de válvula de seguridad o de alivio de acción automática,
para regular la presión interna que puede incrementarse durante la operación.
c)
La batería no debería deformarse al adquirir la presión de diseño. Además el
sellado entre los postes y la tapa y entre ésta y la caja debería ser tal que no
presente fugas durante lapsos de tiempo de 5 horas a presiones internas de
hasta 5 veces la presión de operación especificada por el fabricante.
d)
Ofrecer una vida útil superior a 1200 ciclos de carga-descarga a la profundidad
de descarga diaria.
4.2.4.3 Controlador de Carga
Se recomienda que el controlador de carga sea fabricado de acuerdo con lo
establecido en la norma UL 1741 u otras normas aplicables.
Tanto para el usuario particular y/o minorista, como para cualquier entidad se le
hacen las siguientes recomendaciones, como parte del conjunto de principios
elementales de obligatoria observancia:
a)
Para las especificaciones de los SFV de instalaciones rurales aquí
considerados (hasta 250 W), el controlador de carga debería soportar corrientes
de módulo no menores de 15 A y corriente de carga no menor de 25 A.
b)
Debería tener fusible con ampacidad suficiente para proteger el sistema en
caso de descargas excesivas.
c)
Debería estar protegido contra polaridad invertida.
d)
Debería contar con elementos de bloqueo contra corrientes de sentido inverso.
e)
El controlador de carga debería operar únicamente en modo automático.
f)
El desempeño de las funciones de desconexión y reconexión de los módulos
fotovoltaicos y de la carga, deberían ubicarse dentro de los siguientes límites:
•
Desconexión del campo fotovoltaico: entre 13,90 V y 14,60 V
•
Reconexión del campo fotovoltaico: entre 12,60 V y 13,50 V
•
Desconexión de la carga: entre 11,45 V y 11,90 V
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•
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Reconexión de la carga: entre 13,20 y 13,60 V.
g)
Tener la facilidad de monitor (indicador o luz testigo) de corte de suministro de
energía, además de advertencia de bajo voltaje.
h)
Debería poder operar en ambientes cuya humedad relativa supere 90% y con
temperaturas desde –5 °C hasta 60 °C.
i)
Los circuitos electrónicos y los dispositivos eléctricos como conexiones y
fusibles deberían estar dispuestos en caja o gabinete hermético a prueba de
polvo y humedad y preferiblemente dotado de prensaestopas.
j)
Cada punto de conexión debería tener indicada la polaridad para los diversos
circuitos que interconecta. La caja debería proveer el diseño adecuado para que
una vez realizadas las conexiones apropiadamente, no sea fácil para el usuario
intervenirlas.
4.2.4.4 Caja para conexiones
Para las cajas de conexiones se recomienda tener en cuenta los siguientes
aspectos:
a)
La caja debería ser de material aislante como PVC, o metálica con las
provisiones de aislamiento eléctrico necesario, que garantice hermeticidad y
aislamiento contra eventos de intemperie y provista de los agujeros para fijación
a pared o columna, que igualmente, garanticen sellamiento en los puntos de
sujeción.
b)
Debería estar provista de prensaestopas de entrada, preferiblemente con
abrazadera (por el que pasa el cable que transporta la corriente total que será
distribuida en los ramales de consumo) y prensaestopas de salida para cada
circuito ramal, también preferiblemente con abrazadera, para garantizar
estabilidad mecánica contra jalones.
c)
Debería estar provista con riel (o puente) para soporte de la tira de conectores
que reciben y distribuyen la corriente.
d)
Los conectores deberían ser de presión y atornillables y cada uno llevar
indicada la polaridad que recibe o entrega.
4.2.4.5 Balasto
Puesto que para los sistemas de energización rural se recomiendan tubos
fluorescente y/o lámparas economizadoras de energía con potencia individual no
mayor de 20 W, también se recomienda un balasto para cada tubo fluorescente y
debería cumplir con las siguientes especificaciones:
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a)
Garantizar suministro de potencia (20 W) de manera óptima y en los rangos
adecuados de temperatura.
b)
Disponer de las facilidades adecuadas de conexión de corriente directa y de
salida de alterna, con los puntos debidamente identificados.
c)
Debería ajustarse a los valores nominales de corriente y operar adecuadamente
dentro de los límites de los voltajes de alimentación (entre 11,5 V y 15,0 V d.c.)
d)
Debería ser de encendido confiable.
e)
Disponer de dispositivo de corte automático en caso de que no ocurra la
ignición en el tubo.
f)
Disponer de protección contra polaridad invertida.
g)
Disponer de protección contra sobre voltaje.
h)
No debería generar interferencias en receptores de radio y/o televisión.
i)
La corriente suministrada debería mostrar perfil simétrico, sin componentes de
corriente directa y con factor de cresta inferior a 1,7.
j)
Debería ofrecer tiempo de precalentamiento de los electrodos de la lámpara.
k)
El circuito debería estar en caja, protegido contra los efectos ambientales,
l)
La caja debería proporcionar las facilidades para su instalación y recambio sin
necesidad de que el usuario la intervenga.
4.2.4.6 Lámparas
Se recomienda que las lámparas fluorescentes sean fabricadas de acuerdo con lo
establecido en las normas NTC 318, IEC 60081 u otras normas aplicables, además
se deberían tener en cuenta las siguientes recomendaciones:
a)
Deberían ser de tubo fluorescente o equivalente en las de alta eficiencia con
potencia nominal no mayor de 20 W.
b)
Entregar un flujo luminoso igual o mayor a 600 lúmenes (4)
c)
En asocio con su balasto el tubo fluorescente debería tener una vida útil mayor
a 9000 horas.
d)
La lámpara debe estar montada en un chasis que cumpla los requisitos de los
códigos eléctricos.
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e)
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El chasis debería proporcionar facilidades para su instalación fija y para el
recambio del tubo fluorescente.
4.2.4.7 Inversor
Se recomienda que el inversor sea fabricado de acuerdo con lo establecido en la
norma UL 1741 u otras normas aplicables, así mismo se deberían tener en cuenta
los siguientes aspectos:
a)
ofrecer un suministro de potencia no superior a 250 W a.c.
b)
Debería operar óptimamente al recibir en su entrada un potencial de 12 V
d.c..nominal y/o un mínimo de 11,5 V d.c, hasta un máximo de 13,5 V d.c.
c)
Ofrecer un voltaje a.c. de salida de 115 V con regulación de ± 3%
d)
Una regulación de frecuencia de ± 0,05.
e)
Un consumo interno no mayor de 2 W
f)
Debería poder operar en ambientes cuya humedad relativa supere 90 % y con
temperaturas desde –5 °C hasta 60 oC.
g)
Los circuitos electrónicos y los dispositivos eléctricos como conexiones y
fusibles deberían estar dispuestos en caja o gabinete hermético a prueba de
polvo y humedad.
h)
Disponer de protección contra polaridad invertida.
i)
Disponer de protección contra sobre voltaje.
j)
No debería generar interferencias en receptores de radio y/o televisión.
k)
Su operación debería ser silenciosa y no presentar ruidos inducidos por
transformadores y mucho menos por desajustes mecánicos.
l)
Se sugiere que disponga de circuito detector de falla en conexión a tierra y de
su respectiva señal de aviso.
4.2.4.8 Cables
Para los SFV de energización rural, los cables deberían cumplir con lo establecido
en la NTC 2050 Código Eléctrico Colombiano, capítulo 690, además se de deben
tener en cuenta los siguientes requerimientos:
a)
Necesariamente, los conductores deben ser de cobre.
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b)
El cable entre el campo fotovoltaico y el controlador de carga debería
seleccionarse de tal forma que su ampacidad sea 1,25 veces la corriente de
cortocircuito de todo el campo fotovoltaico. Igual para el cable entre el
controlador y la batería. Para los ramales de distribución a las lámparas se
permite cable de calibre 14 AWG, siempre y cuando las trayectorias que
recorran no sean de más de 10 m.
c)
Los cables deberían cumplir con el código de colores (rojo es positivo, negro es
negativo) o por lo menos identificar la polaridad.
d)
Para las conexiones a tierra, cuando se requieran, debe cumplir con lo
estipulado en la NTC 2050.
4.2.4.9 Accesorios.
a)
El soporte del módulo o del campo fotovoltaico es importante para ubicar estos
de manera estable. El soporte debería facilitar la ventilación adecuada de los
módulos FV, para minimizar el natural calentamiento de estos por la radiación
solar. Con frecuencia se utiliza la cubierta misma de la vivienda como soporte
de los módulos, pero no siempre se presenta esta facilidad por lo cual el
soporte debería ubicarse apropiadamente, de tal manera que se logren todos
los requisitos que convienen a un SFV, como orientación e inclinación entre
otros. De todas formas, se recomienda que el soporte sea una estructura
metálica liviana, rígida y que provea facilidades para orientar al módulo y dar el
ángulo de inclinación apropiado y fijo con el obvio propósito de optimizar la
captación de la radiación solar. Vease Figura 5
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Figura 5 Diferentes opciones de soporte de un sistema fotovoltaico
b)
El soporte o gabinete de la batería es conveniente para evitar corrientes de fuga
y descarga accidental rápida de la batería, golpes que puedan destruirla y
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además ayuda a garantizar la seguridad de los usuarios. Debería ubicarse en el
sitio en el que haya una adecuada ventilación y fácil acceso a la batería.
c)
Interruptores: deberían ser de paso, con función encendido-apagado (on-off) y
se insiste en que deberían ser de diseño especial para corriente d.c., evitando
el uso de los interruptores que normalmente se distribuyen para energía
eléctrica a.c. Debe tenerse en cuenta la ampacidad para evitar calentamiento
en su operación.
d)
Conectores: deben los adecuados para corriente d.c. Eventualmente, se utilizan
los de diseño para circuitería automotriz, pero se insiste en el uso de los de
norma específica. Igualmente se requiere coherencia entre su ampacidad y la
de la instalación.
e)
Enchufes o clavijas: Se insiste en el uso de los de diseño para d.c. y de todos
modos deberían ser del tamaño adecuado para garantizar ampacidad.
f)
Accesorios: son esencialmente elementos que complementan una instalación
d.c. para que se cumplan los requisitos de seguridad, tales como tubos
(conduit), grapas, clavos, sellantes, etc. Deberían adecuarse al tipo de
construcción en los que se hace la instalación y a sus materiales.
4.3 CONDICIONES DE OPERACIÓN
Sin perder de vista los propósitos de ésta guía, que son lograr confiabilidad,
seguridad y larga vida en los SFV para energización rural, éstos deberían
adecuarse técnicamente a las variadas condiciones ambientales y geográficas de
Colombia. La gran variedad climatológica de Colombia dificulta la posibilidad de dar
guías sencillas y generales de diseño y dimensionamiento de SFV para todo su
territorio.
Colombia está ubicada geográficamente así: en latitud, su extremo sur (Leticia) está
a 4º,09´ en latitud sur y su punto más norte (la isla Santa Catalina, en el caribe) está
a 13º, 23´ en latitud norte. Su extremo occidental está 81º,43´ con respecto al
meridiano de Greenwitch, correspondiente a la Isla de San Andrés en el mar Caribe,
mientras su extremo oriental se halla a 66º,50 con respecto al mismo meridiano.
a)
Desde el punto de vista de la disponibilidad del recurso solar(5), Colombia posee
los extremos establecidos por regiones como la Guajira en la que se tiene los
máximos valores promedio diario anual de aproximadamente 6 kWh/m2, con
escasos eventos de más de dos días seguidos de nubosidad (gran parte es
zona desértica), hasta los más bajos promedios diarios al año como los del
Chocó, con valores de aproximadamente 3 kWh/m2, con más de cinco días
continuos de alta nubosidad, pues es una de las regiones más lluviosas del
planeta. Además en los límites bajos se hallan las zonas de muy alta montaña
(más de 3000 msnm) en las que usualmente se ubican SFV para alimentar
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antenas de repetidoras y en las que no es raro encontrar viviendas de
campesinos; en esas zonas se pueden presentar eventos de nubosidad
superior a ocho días consecutivos. El resto del territorio colombiano muestra
promedios diarios anuales entre los límites anteriores, centrándose hacia los 4,5
kWh/m2, con número de días de nubosidad continua no mayor a tres.
b)
c)
Desde el punto de vista de temperatura(6), el 83% del territorio colombiano se
halla en zona cálida (entre 0 y 1000 msnm) con temperatura promedio anual de
23 oC, con poca fluctuación.
•
El 9% del territorio colombiano se halla en zona templada (entre 1000 y
2000 msnm) con temperaturas promedias entre 17,5 °C y 23 oC.
•
El 6% del país se halla en la zona fría (entre 2000 y 3000 msnm) con
temperaturas promedias entre 12 °C y 17,5 oC.
•
El 2% se halla en zona de páramo a más de 3000 msnm con temperaturas
inferiores a 12 oC.
Desde el punto de vista de la humedad relativa también se presentan algunas
diferencias entre regiones:
•
la zona pacífica (que involucra al Chocó), la hoya del río Orinoco, el Valle
del Río Magdalena y las riveras del Atrato, la humedad fluctúa entre el 75
% y el 90 %.
•
Otras regiones como la sabana de Bogotá, el Valle del Cauca y el gran
Tolima mantienen una humedad del 65 %.
•
La Guajira, a pesar de su régimen desértico tiene una humedad
relativamente alta (70 %), por su cercanía al mar.
d)
Desde el punto de vista de la precipitación, también hay diferencias abruptas
como entre Uribia en la Guajira con 330 mm de lluvia al año, mientras algunos
sitios del Chocó superan los 10 000 mm al año. El resto del país presenta
valores normales de precipitación con régimen bimodal, entre invierno y verano.
e)
Desde el punto de vista de los vientos, igualmente hay contrastes destacables
pues en muchas regiones (la mayor parte del territorio colombiano) el recurso
eólico es más bien pobre con velocidad media anual inferior a 2 m/s y con
potencia media anual menor de 10 W/m2 (7), mientras que en otras regiones
como la Guajira se presentan situaciones con velocidad media anual mayor de
6 m/s, con potencia media anual mayor de 250 W/m2.
En conclusión, los SFV en Colombia pueden estar sometidos a ambientes marinos
de muy alta precipitación y a ambientes marinos desérticos de viento húmedo de
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potencia media, lo cual exige condiciones constructivas rigurosas para todos los
componentes del SFV.
En algunas regiones deberán suministrar energía autónomamente hasta por ocho
días consecutivos sin sol, mientras que en otras, esta exigencia puede bajar a dos
días consecutivos sin sol.
De todas formas los SFV de energización rural en Colombia tendrán como usuarios
estratos socioculturales pobres, los que en una buena proporción no están
acostumbrados a utilizar dispositivos de alta tecnología; por añadidura, las regiones
donde operarán son en su mayoría, de difícil acceso, por lo cual la adquisición de
partes de repuesto y el servicio de mantenimiento son muy limitados. Esto exige que
los sistemas sean ampliamente confiables en cada uno de sus elementos.
Deberían poder operar automáticamente en todas sus funciones, exceptuando, claro
está, la de encendido-apagado de las lámparas o de otros elementos de consumo.
En gran medida, la durabilidad y seguridad del SFV dependerá de una adecuada
instalación.
4.4 MARCADO
4.4.1
Módulo Fotovoltaico
En particular, el módulo fotovoltaico debería mostrar claramente en una marcación o
etiqueta indeleble la siguiente información:
a)
Aspectos corporativos:
• nombre del fabricante, y/o del distribuidor o entidad responsable por el
desempeño del producto,
• el modelo,
• fecha de manufactura.
b)
Especificaciones eléctricas de desempeño: potenciales eléctricos (voltajes) de
circuito abierto, de operación y máximo permisible del sistema, así como,
corrientes de cortocircuito, de operación al voltaje especificado en
funcionamiento y potencia máxima.
c)
Aspectos operativos: identificación de polaridad en terminales y/o conductores
eléctricos (con “+” y “ – “ o POS y NEG o simplemente POSITIVO y
NEGATIVO), cerca de los puntos de conexión.
d)
Además, indicar claramente el tipo de alambre que debería utilizarse para la
instalación o interconexión en el campo fotovoltaico.
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e)
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El marco o chasis del módulo debe mostrar claramente el punto de conexión a
tierra con la palabra ¨GROUND¨ o ¨TIERRA¨, además del símbolo
internacionalmente aceptado.
4.4.2
Baterías
El etiquetado de la batería debería indicar la siguiente información:
a)
Aspectos corporativos:
•
nombre del fabricante, y/o del distribuidor o entidad responsable por el
desempeño del producto,
•
el modelo,
•
fecha de manufactura.
b)
Especificaciones eléctricas de desempeño: Tipo de batería, Clasificación
eléctrica y su capacidad en Ah, el potencial o voltaje de operación.
c)
Facilidades operativas: en la cercanía de los bornes de conexión de la batería
debería estar claramente identificada la polaridad (con “+” y “ – “ o POS y NEG
o simplemente POSITIVO y NEGATIVO).
4.4.3
Controlador de Carga
El etiquetado del controlador debería indicar la siguiente información:
a)
Aspectos corporativos:
•
nombre del fabricante, y/o del distribuidor o entidad responsable por el
desempeño del producto,
•
el modelo.
En la misma placa o autoadhesivo,
b)
Especificaciones eléctricas de desempeño: Tipo control que efectúa, los valores
extremos o límite en sus parámetros de control así como la corriente y
potencial de operación. Además, los accesorios asociados para las protección
contra cargas excesivas del sistema deben estar claramente identificados en
cuanto a clase o tipo y su corriente máxima.
c)
Facilidades operativas: en la cercanía de los terminales o conectores debería
estar claramente identificada la polaridad (con “+” y “ – “ o POS y NEG o
simplemente POSITIVO y NEGATIVO). Además, los terminales para conexión
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con los otros elementos del SFV, deberían estar etiquetados según el circuito al
que interconectan, así:
•
“Módulo Fotovoltaico” o “Mod. F.V.” o “Pánel solar”
•
“Batería”o “Bat”
•
“Carga” o “Consumo”
Todos los indicadores o testigos (leds) asociados deben estar claramente
identificados en cuanto a la función que realizan.
4.4.4
Balasto
El balasto debería estar etiquetado con la siguiente información:
a)
el nombre del fabricante o responsable de su desempeño
b)
indicación d.c. y potencia de suministro a la lámpara.
c)
Identificación de las entradas d.c. “+” y “ – “ y los terminales a la lámpara.
4.4.5
Inversor
El etiquetado del inversor debería indicar la siguiente información:
a)
Aspectos corporativos:
• nombre del fabricante, y/o del distribuidor o entidad responsable por el
desempeño del producto,
• el modelo.
b)
Especificaciones eléctricas de desempeño: Tipo inversión que efectúa
(inversor d.c. a a.c.), los valores extremos o límite en sus parámetros de
desempeño, como potencial d.c. de entrada (12 V d.c.) así como la corriente,
potencial a.c., frecuencia, tipo de onda fundamental (por ejemplo, onda
cuadrada) y potencia máxima que entrega (por ejemplo, 115 V a.c., 60 Hz, 200
W). Además, los accesorios asociados para la protección contra cargas
excesivas del sistema deberían estar claramente identificados en cuanto a
clase o tipo y su corriente máxima.
c)
Facilidades operativas: en la cercanía de los terminales o conectores para la
batería debería estar claramente identificada la polaridad (con “+” y “ – “ o
POS y NEG o simplemente POSITIVO y NEGATIVO).
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Todos los indicadores o testigos (leds) asociados deberían estar claramente
identificados en cuanto a la función que realizan.
5. SERVICIOS E INFORMACIÓN REQUERIDOS
5.2 INFORMACIÓN QUE DEBERÍA ENTREGAR EL PROVEEDOR O
CONTRATISTA CON SU OFERTA PARA FACILITAR LA SELECCIÓN DE
EQUIPOS.
El distribuidor o contratista debería ofrecer SFV completos y tener disponibilidad de
partes de repuesto y servicio de postventa. Debería ofrecerle al usuario la
posibilidad de capacitación para el buen uso, manejo y mantenimiento del sistema.
Sería deseable que en comunidades, caseríos o zonas en las que hay programas
de energización rural con SFV, hubiese una persona bien entrenada para prestar
servicios técnicos y asesoría o un representante del distribuidor con el propósito de
facilitar tanto asesoría como suministro de partes de repuesto.
5.2.1
Datos técnicos
El distribuidor, proveedor o contratista debería suministrar la información técnica de
cada uno de los componentes del SFV como se indica a continuación:
5.2.1.1 Módulo Fotovoltaico
a)
Marca y/o nombre del fabricante
b)
Denominación del modelo
c)
Potencia en condiciones standard
d)
Material de fabricación de las celdas fotovoltaicas
e)
Eficiencia nominal de operación del módulo en condiciones especificadas
f)
La corriente de cortocircuito y la de régimen
g)
La curva I-V, determinada en condiciones estándar
h)
Especificaciones constructivas del módulo, que incluyan tipo y característica
de los materiales empleados y la forma como se previenen los efectos del
ambiente.
i)
Requerimientos de una adecuada instalación
j)
Requerimientos de mantenimiento
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k)
Tiempo de vida útil esperado
l)
Copia del certificado de ensayos emitido por una entidad acreditada para tal
fin.
5.2.1.2 Baterías
a)
Marca y/o nombre del fabricante
b)
Tipo de batería
c)
Tipo de placas
d)
Tipo de electrolito
e)
Especificar si es sellada. Si no es sellada, informar los requerimientos de
mantenimiento
f)
Capacidad nominal
g)
Regímenes de carga y descarga
h)
Profundidad de descarga permisible
i)
Razón de carga descarga diaria
j)
Número de ciclos esperados a la profundidad nominal de descarga
k)
Rango de temperatura permisible de operación y efectos térmicos sobre el
voltaje en los terminales
l)
Régimen de reducción de temperatura
m)
Capacidad (Ah)
n)
Duración probable y factores de envejecimiento
o)
Peso en kilogramos
p)
Densidades de energía y de potencia
q)
Requerimientos de instalación
r)
Copia del certificado de ensayos emitido por una entidad acreditada para tal
fin.
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5.2.1.3 Controlador de Carga
a)
Marca y/o nombre del fabricante
b)
Denominación del modelo
c)
Voltaje nominal
d)
Corriente máxima en el circuito fotovoltaico
e)
Corriente máxima en el circuito de consumo
f)
Si dispone de punto de control ajustables dar las indicaciones pertinentes
g)
Valores de voltaje en corte y en reconexión
h)
Cómo destaca el bajo voltaje (alarma, bombillo etc)
i)
Tipo de protección contra corriente en sentido inverso
j)
Característica de funcionamiento en el punto de máxima potencia
k)
Si posee medidores de voltaje y/o de corriente especificar el tipo y
características
l)
Especificaciones del tipo de protección contra sobrecorriente
m)
Características y especificaciones del gabinete
n)
Requerimientos de instalación
o)
Requerimientos de mantenimiento
p)
Tiempo de vida útil esperado
q)
Copia del certificado de ensayos emitido por una entidad acreditada para tal
fin.
5.2.1.4 Balasto
a)
Marca y/o nombre del fabricante
b)
Denominación del modelo
c)
Voltaje nominal de operación
d)
Potencia máxima que puede suministrar
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e)
Característica de funcionamiento en el punto de máxima potencia
f)
Especificaciones del tipo de protección contra polaridad invertida
g)
Tipo de protección para evitar generar interferencias electromagnéticas en
equipos de radio y/o TV.
h)
Tipo de precalentamiento de electrodos al arranque.
i)
Tipo de dispositivo para apagado en caso de no encendido en el tubo.
j)
Características y especificaciones del gabinete
k)
Requerimientos de instalación
l)
Requerimientos de mantenimiento
m)
Tiempo de vida útil esperado
n)
Copia del certificado de ensayos emitido por una entidad acreditada para tal
fin.
5.2.1.5 Lámparas
a)
Marca y/o nombre del fabricante
b)
Denominación del modelo
c)
Voltaje nominal de operación
d)
Consumo de corriente en operación (12 V)
e)
Flujo luminoso en el punto de máxima potencia
f)
Características y especificaciones del chasis
g)
Requerimientos de instalación
h)
Requerimientos de mantenimiento
i)
Tiempo de vida útil esperado.
5.2.1.6 Inversor
a)
Marca y/o nombre del fabricante
b)
Denominación del modelo
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c)
Voltaje nominal de operación y rango de voltaje d.c. de entrada
d)
Potencia máxima que puede suministrar
e)
Eficiencia de operación
f)
Característica de funcionamiento en el punto de máxima potencia
g)
Especificaciones del tipo de protección contra polaridad invertida
h)
Tipo de protección para evitar generar interferencias electromagnéticas en
equipos de radio y/o TV.
i)
Especificar exigencias en el tipo de consumo que puede soportar (de tipo
resistivo, inductivo etc.)
j)
Especificar si el inversor puede suministrar energía a equipo informático sin
riesgo de daño para dicho equipo.
k)
Características y especificaciones del gabinete
l)
Requerimientos de instalación
m)
Requerimientos de mantenimiento
n)
Tiempo de vida útil esperado
o)
Copia del certificado de ensayos emitido por una entidad acreditada para tal
fin.
5.2.1.7 Cables
El proveedor debe entregar al usuario las especificaciones del cable que empleará
en cada circuito del SFV, indicando,
a)
Calibre
b)
Máxima longitud del cable en la instalación.
c)
Requisitos de instalación.
5.2.1.8 Soporte del Módulo Fotovoltaico
a)
Material de fabricación, calibre, dimensiones y acabados
b)
Tipo y geometría
c)
Ángulos de inclinación que puede proporcionar
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d)
Requisitos de instalación
e)
Protección y/o prevención contra corrosión
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5.2.1.9 Interruptores
a)
Marca o nombre del fabricante
b)
Tipo
c)
Materiales de fabricación, características y acabados
5.2.1.10 Cajas y Gabinetes
a)
Marca o nombre del fabricante
b)
Tipo
c)
Materiales de construcción, acabados y recubrimientos
d)
Geometría y dimensiones
e)
Requisitos de instalación.
5.2.1.11 Certificado de Prueba del SFV Completo
El proveedor debería mostrar al posible usuario la certificación de calidad y buen
desempeño del sistema total, emitida por la entidad autorizada paratal fin.
5.2.1.12 Garantías
Igualmente, el distribuidor o proveedor debería mostrar claramente sus garantías y
alcance, así:
a)
Certificados que respaldan al sistema y a cada una de sus partes en el sentido
de que cumplen especificaciones y normas; debe ser emitido por una entidad
autorizada para tal fin.
b)
Información sobre el tiempo de vida útil de cada uno de los elementos del
SFV.
5.3 DOCUMENTOS Y/O MANUALES QUE EL PROVEEDOR O CONTRATISTA
DEBERÍA ENTREGAR CON LOS EQUIPOS.
a)
Manual de instrucciones ajustado a las normas vigentes para instalación,
conexión, pruebas y operación del sistema, dirigido a personal técnico.
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Debería incluir también, aspectos relacionados con el mantenimiento,
diagnóstico en casos de falla y sus soluciones.
b)
Manual sencillo para el usuario final en el que se le informa acerca del servicio
que puede prestar el SFV y los límites que se deberían tener en cuenta. Debe
incluir también, instrucciones de la adecuada operación del sistema, de
diagnóstico básico en caso de fallas, del reemplazo de partes como baterías y
lámparas y balastos.
c)
Listado de distribuidores autorizados, representantes en otras localidades con
dirección y teléfono a los que se puede acudir en caso de requerir servicios
técnicos.
5.4 SERVICIOS QUE DEBERÍA PRESTAR EL PROVEEDOR O DISTRIBUIDOR
Para la entrega de los SFV el proveedor o contratista debería realizar la instalación
y prueba en el sitio, fecha y término que el usuario indique. Deberían quedar en
óptimo estado de operación a juicio de la interventoría o del personal encargado de
aprobar las instalaciones eléctricas en las viviendas.
El proveedor debería efectuar los servicios de mantenimiento que sean necesarios y
tener la disponibilidad de repuestos de tal forma que si se reporta un daño, el
problema se solucione a la mayor brevedad.
Además, el proveedor debería asegurar servicios de mantenimiento y suministro de
partes de repuesto por fuera de la garantía, de manera directa o por representantes
autorizados en la mayor cercanía posible a los sitios de instalación.
5.5 BASES BAJO LAS CUALES EL DISTRIBUIDOR O PROVEEDOR DEBERÍA
CAPACITAR A PERSONAL TÉCNICO Y/O AL USUARIO FINAL.
El proveedor, distribuidor o contratista debería suministrar capacitación y/o
adiestramiento a un equipo de ingenieros y personal técnico que realiza la compra
sobre todos los aspectos relacionados con, funcionamiento, instalación, operación y
mantenimiento de los SFV, dentro del mes siguiente a su instalación.
Igualmente, al momento de la instalación, el proveedor o contratista debería
suministrar capacitación al usuario final sobre los aspectos relacionados con,
servicios que presta el sistema, forma normal de operación, limitaciones del sistema,
diagnóstico de problemas, reemplazo de baterías, lámparas, balastos y cómo
resolver otros problemas que por experiencia, el distribuidor conoce.
5.6 SEGUIMIENTO PERIODICO DE LOS SISTEMAS EN OPERACIÓN
El personal técnico encargado de velar por la calidad y buen desempeño de los SFV
debería realizar inspecciones de los sistemas instalados para observar:
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a)
Calidad de la iluminación y número de horas de servicio
b)
Ausencia de interferencias electromagnéticas en equipos de radio y/o TV
c)
Desempeño en la recarga de la batería y el estado de la misma
d)
Desempeño del controlador de carga
e)
Desempeño del inversor
f)
Estado general de la instalación
g)
Operación correcta de los sistemas por los usuarios
h)
Cumplimiento de las garantías ofrecidas por el proveedor.
i)
Grado de satisfacción del usuario con el SFV.
6. MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN
6.1 Módulo Fotovoltaico
El módulo fotovoltaico está constituido por: a) las celdas o unidades fotovoltaicas, b)
la cubierta transparente y c) la estructura que garantiza aislamiento contra la
intemperie y facilita la manipulación y transporte.
a)
Celdas fotovoltaicas: Las celdas de los módulos fotovoltaicos más comerciales
y sobre los que hay mayor experiencia, están fabricadas en silicio, el cual
puede manufacturarse en forma monocristalina, en forma policristalina o en
forma amorfa. Esta última, aún no se recomienda para los sistemas de
energización rural, así como celdas de otros materiales, pues no hay suficiente
experiencia en cuanto a estabilidad y durabilidad. En general, las celdas
fotovoltaicas son elementos muy frágiles.
b)
Cubierta transparente: está constituida por la cubierta externa superior y por el
material encapsulante en el que la celda está sumergida.
La cubierta transparente puede ser de vidrio o de plástico o una combinación
de ellos y preferiblemente rígidos. Deben satisfacer requerimientos ópticos
(alta transmitancia y baja reflectividad angular), térmicos, mecánicos,
antiintemperie y de vida media larga. En principio es deseable que se integre a
la estructura y que soporte carga. En general, el vidrio resiste mejor aspectos
como la radiación UV (es altamente estable), y soporta más eficazmente el
efecto del polvo en vientos veloces (se raya menos).
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El material encapsulante es un polímero transparente que favorece la celda
contra los efectos climáticos y ambientales adversos como la humedad, la
corrosión, el polvo y otros que contribuyen a deteriorar superficies.
c)
Estructura: está constituida por el substrato y por el marco o chasis del
módulo. El substrato es la parte inferior del módulo sobre el cual se soporta el
material encapsulante con la celda. El substrato puede o no soportar carga,
pero es preferible que lo haga. El substrato puede ser vidrio, plástico, o
material polimérico que garantice aislamiento contra intemperie y en cuanto se
pueda, evitar el calentamiento del módulo por absorción de radiación.
El marco o chasis, usualmente de metal (puede ser alguna aleación de
aluminio o acero inoxidable), resguarda el resto del módulo contra acciones
mecánicas externas (choques, golpes) y facilita el hermetismo al generar una
presión adecuada entre el vidrio y el elemento sellante o empaque y entre el
substrato y el mismo empaque que es de material polímero.
6.2 Baterías
En los SFV de energización rural se utilizan baterías generalmente de plomo-ácido
(son las más comerciales y sobre las que se tiene mayor experiencia), cuyos
componentes constitutivos son, en lo esencial:
a) placas de plomo o de alguna aleación del mismo,
b) el electrolito,
c) el contenedor o caja. Aunque las hay de tipo automotriz, también las hay para
uso específico con SFV que por supuesto son las que se recomiendan.
• Las placas son un par de ellas, denominadas, cátodo y ánodo inmersas en el
electrolito para formar una celda electroquímica. Están hechas de plomo en
aleación con pequeñas cantidades de otros materiales como el calcio y el
antimonio, dependiendo del tipo de batería.
• El electrolito es una solución de ácido sulfúrico en agua con una densidad
entre 1,2 y 1,3 g/cm3. Debe tenerse en cuenta los rangos de temperatura y
humedad dentro de los cuales debe trabajar la batería. Véase la Tabla 1.
Tabla 1 Valores límite para condiciones de operación de baterías para
Tipo de batería
Plomo-ácido
Intervalo de temperatura
Humedad
-20 °C a +40 °C
< 95 %
Nota 1. Se debería consultar al fabricante acerca de las temperaturas fuera de este intervalo. Habitualmente, la
expectativa de vida de una batería plomo-ácido se divide por dos cada vez que la temperatura sube 10 °C por
encima de la temperatura de operación recomendada por el fabricante.
Nota 2. La temperatura baja reducirá el desempeño de la descarga y la capacidad de las baterías. Para más
detalles, es conveniente consultar al fabricante.
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•
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El contenedor o caja, fabricado generalmente con material plástico rígido,
resistente a los ácidos. En la presentación más usual, tienen en su parte
superior tapas o tapones de acceso al interior de la batería de cada celda,
facilitando la inspección y mantenimiento del electrolito. Dichos tapones son
de plástico rígido que permiten la salida de los gases que se generan cuando
la batería trabaja. Se fabrican también las baterías selladas, que como su
nombre lo indica, no disponen de tapas por lo cual no tienen acceso al
electrolito.
6.3 Controlador de carga
Las componentes principales de este dispositivo son:
a) circuitos y accesorios electrónicos,
b) circuitos y accesorios eléctricos,
c) relevos (relevadores o relais),
d) indicadores o testigos,
e) conectores,
f)
soportería interna,
g) gabinete.
•
circuitos y accesorios electrónicos: son los circuitos de seguimiento y control
con bajo consumo de energía, que se encargan de actuar sobre los circuitos
eléctricos que manejan y transportan toda la energía del SFV. Son los
circuitos que verifican que el sistema se mantenga dentro de ciertos niveles
de voltaje y de corriente; conectan o desconectan otras partes del SFV, y en
general todas las funciones de diseño “inteligente” que el fabricante ofrece.
Los accesorios de los circuitos electrónicos son esencialmente, diodos,
transistores, resistencias, condensadores, circuitos integrados y
eventualmente chips de memoria.
•
Circuitos y accesorios eléctricos: son los circuitos directamente en contacto
con toda la energía eléctrica que llega del campo fotovoltaico y que se lleva
al consumo. Los accesorios son cables conductores principalmente de cobre
y sus aleaciones, aislamientos eléctricos, eventualmente diodos de potencia
utilizados como protección contra corrientes inversas, contactos y terminales.
•
Los relevadores pueden ser electromecánicos o de estado sólido. Los
electromecánicos son de metales sólidos (cobre y sus aleaciones, contactos
de platino o tungsteno) o líquidos ( ya de poco uso, como el mercurio); los de
estado sólido son materiales semiconductores como germanio y silicio.
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•
Los indicadores y/o testigos. Los primeros pueden ser indicadores
analógicos de voltaje o de corriente o indicadores digitales. En cualquier
caso deben ser de materiales plásticos que cumplan las normas establecidas
para estos instrumentos y deben ser de fácil lectura para el usuario. Si el
controlador dispone de testigos es preferible que sean leds que son de bajo
consumo de energía y no de bombillos cuyo consumo puede llegar a ser
apreciable, además de que disipan calor.
•
Los conectores deben estar hechos de cobre y de aleaciones adecuadas a
cada necesidad.
•
Los soportes internos que deben ser rígidos, pudiendo ser de metal o de
plástico.
•
El gabinete o caja debe ser rígida, pudiendo ser de metal o de plástico.
6.4 Balasto
El balasto está constituido esencialmente por dispositivos electrónicos de estado
sólido, para regular voltajes y corrientes a fin de que la lámpara opere
adecuadamente. Usualmente estos dispositivos se ubican dentro de una pequeña
caja, embebidos en un material que los aísla del ambiente externo, pero que
eventualmente pueden dificultar una adecuada ventilación y/o disipación de calor.
En el caso de que no estén embebidos en material aislante, la caja en la que se
monta el circuito debería estar completamente sellada, pero dotada de un buen
disipador de calor, generalmente de aluminio.
6.5 Lámparas
La lámpara consta del tubo fluorescente y del chasis o portalámpara.
Para los SFV de energización rural se recomiendan las fluorescentes y/o las
economizadoras de energía. El tubo fluorescente está hecho de vidrio en cuyo
interior se ha depositado un material que absorbe las radiaciones UV , permitiendo
salir solo las visibles. El tubo debe ser hermético y sellado en sus extremos en los
que están los contactos para los electrodos.
El chasis o portalámpara puede ser fabricado en metal o plástico rígido y debe
contar con los conectores especiales y de norma para alojar los contactos del tubo
fluorescente. No se descartan los que utilizan casquillo de bombillo incandescente
normal. El chasis debería contar con el espacio para albergar el balasto de manera
fija y segura. Es recomendable que el chasis disponga de elemento reflectante para
el tubo y que eventualmente disponga de cubierta plástica transparente para el
mismo, con el propósito de que no se ensucie por partículas de polvo o por la
presencia de insectos.
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6.6 Cables
Los cables o alambres conductores deberían estar de acuerdo con lo establecido en
la NTC 2050 capitulo 690. Su calibre y longitud dependen del circuito en el que se
encuentren instalados y de las pérdidas máximas de tensión permitidas.
6.7 Accesorios.
El soporte del módulo o del campo fotovoltaico fabricado en metal (generalmente,
de aluminio o de alguna aleación de este, o de hierro) debería estar provisto de un
recubrimiento anticorrosivo.
El soporte de la batería o del banco de baterías puede ser metálico (generalmente,
de hierro tratado anticorrosivamente y su base forrada en neopreno), de plástico o
de otro material, pero en todo caso, provisto de las medidas adecuadas para evitar
corrosión y eventuales riesgos de incendio.
El chasis de los interruptores debería ser de plástico rígido y sus elementos
conductores de cobre o de aleaciones de éste.
REFERENCIAS
1) INEA., Censo y Evaluación de Sistemas Solares Fotovoltaicos Instalados en
Colombia. Bogotá, 1996.
2) Norma UL 1703
3) Criterios recomendados ANSI/IEEE Std. 928- 1986
4) Ramírez Vásquez José. Lámparas Eléctricas. Ediciones Ceac. 1974.
5) INEA., Atlas de Radiación Solar de Colombia. Bogotá, 1993.
6) Victor Olgyay, Clima y Arquitectura en Colombia. Cali 1968.
7) Rodríguez J. M., coautor de Energía, sus Perspectivas y Utilizaciones en
Colombia, Universidad Nacional de Colombia, EEEB, 1996.
8) Informe Sandia; SAN96-2797-UC120; impreso Diciembre del 96; Sistemas de
energía fotovoltaica y Código Eléctrico Nacional
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SEGUNDA PARTE: GUÍA PARA LA INSTALACIÓN DE SISTEMAS
FOTOVOLTAICOS (12 V D.C.) PARA LA ENERGIZACION RURAL DISPERSA
1. UBICACIÓN Y SOPORTE
Es indispensable que el sitio en el que se ubicará el campo fotovoltaico no reciba
sombras durante el día, en ninguna época del año.
Dadas las condiciones de operación y la ubicación geográfica de Colombia, el
módulo o el campo fotovoltaico debería orientarse de tal manera que las regiones de
Colombia que están en el hemisferio norte tengan una inclinación no mayor de 15º
con respecto a la horizontal y orientados hacia el sur. Para las regiones ubicadas en
el hemisferio sur la inclinación no debería ser mayor de 12º con respecto a la
horizontal y orientados hacia el norte. En todo caso, se recomienda que la
inclinación no sea menor de 10º.
Si el campo fotovoltaico se pretende ubicar sobre el techo de la vivienda, se deben
observar los siguientes aspectos:
a.
Verificar que se Facilita el cumplimiento de orientación e inclinación descritas
anteriormente
b.
Que su estructura sea adecuada para soportar los módulos y el peso de la
persona o personas que los instalarán. No se recomienda colocarlos sobre la
cubierta de la casa cuando ésta es de paja, de teja de asbesto-cemento con
escaso soporte, y menos aún en el caso de cartón asfaltado.
c.
Si los anteriores aspectos son favorables, debería tenerse en cuenta que al
instalarlos, tengan una adecuada ventilación, que facilite la disipación de calor
generado por la acción de la radiación solar o de la vivienda misma. En este
caso, es ampliamente recomendable que haya alarma contra incendio en el
SFV.
Si definitivamente se desecha la cubierta de la vivienda como soporte de los
módulos, es necesario montarlos en otro soporte que al menos cumpla con los
siguientes aspectos:
a.
Sea una estructura de madera (postes) o metálica, pero liviana y de geometría
adecuada para dar al módulo o campo fotovoltaico la orientación e inclinación
propicios a la máxima captación de radiación solar durante el año.
b.
Anclaje y rigidez suficientemente fuertes como para soportar cargas eólicas
generadas con vientos de hasta 80 km/h.
c.
Si se usa poste de madera debería haber sido curado contra deterioro
biológico. Si la estructura es metálica, debería estar provista de elementos y/o
tratamientos que prevengan la corrosión.
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d.
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Proporcionar todas la facilidades de montaje de los módulos de tal forma que
no sea necesario intervenirlos mecánicamente.
2. MÓDULO Y/O CAMPO FOTOVOLTAICO
a)
El módulo o campo fotovoltaico no debería fijarse de forma permanente, es
decir, no debe soldarse.
b)
Aunque los métodos de conexión varían de un fabricante a otro, no se exige
cablear en tubo en la inmediata vecindad de los módulos, pero se debería
disponer de prensaestopas y abrazaderas a prueba de humedad, al pasar los
cables por los huecos de la caja de conexiones.
c)
Para el cable de salida de los módulos fotovoltaicos debería tenerse en cuenta
los siguientes aspectos:
d)
•
que sea de cobre multifilar flexible. No usar cable rígido.
•
Se recomienda utilizar conductores calibre 12 AWG u otro que se ajuste a
una ampacidad del 125% de la corriente de cortocircuito del campo
FV.
•
su aislamiento debería ser resistente a la radiación solar (en particular al
UV) y soportar sin deteriorarse, temperaturas
de hasta 90oC, se
recomienda entonces el RHW-2, que además soporta la humedad. En caso
de no disponer de esta referencia, podría utilizarse el USE-2 bajo tubo.
Debe seguirse el código de colores. Así, los cables positivos deberían
ser rojos pero se permite cualquier otro color excepto verde y blanco. Los
cables negativos son negros, pero si hay conexión a tierra el negativo
debería ser blanco, puesto que se asume que éste está conectado a tierra.
Por lo general cuando se tiene un arreglo con tres colores el rojo es
positivo, el negro es negativo y el blanco es tierra.
•
se recomienda que los cables estén “grimpados” (conexión a presión) con
terminales coherentes con la ampacidad del cable. Si no se “grimpan”,
deberían estañarse antes de hacer las conexiones en las cajas de
conexiones. En caso de estañar, deberían retorcerse firmemente antes de
estañar.
Aunque para SFV de bajo voltaje (menores de 30 V d.c.) no es obligatoria la
conexión a tierra, si se considera necesaria y/o recomendable, al iniciar
conexiones, lo primero que se debe conectar es la puesta a tierra.
Alternativamente, es lo último que debería desconectarse, cuando sea
necesario hacer mantenimiento o reparaciones. El cable de puesta a tierra
debería ser de calibre mayor a 6 AWG (dependiendo del tamaño del SFV) y su
aislamiento de color blanco o gris. La puesta a tierra de la estructura soporte
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puede hacerse en cable desnudo o forrado de aislante verde con rayas
amarillas.
Entre las situaciones que implican la puesta a tierra en SFV se cuenta la de que si
se monta en poste o bases no metálicas y la altura de éstos supera en 2 m o más la
altura de la vivienda, debería realizarse la puesta a tierra.
Como al parecer no es extraña (pero sí indeseable) la situación de que alguien
instale módulos FV en la copa de árboles, con mayor razón en estos casos se
requiere la puesta a tierra por el gran riesgo de descarga eléctrica atmosférica. En
estos casos, es recomendable que la conexión a tierra arranque desde el marco o
chasis del módulo o módulos y vaya directamente a tierra.
El electrodo de tierra debería ser una varilla metálica (preferiblemente de cobre) de
al menos 1,8 cm de diámetro y una longitud que le permita entrar al menos 2,5 m
por debajo de la superficie del piso. La inclinación de la varilla no debería ser de
más de 45º con respecto a la vertical.
e) La interconexión de módulos para bajos potenciales, según lo especificado
anteriormente, puede realizarse en “cadena margarita”; sin embargo, puede no
ser lo más recomendable cuando se hace puesta a tierra, en cuyo caso se exige
la “conexión en bus”. Esta garantiza que al desconectar un módulo, no se
desconectan de tierra otros o una parte del campo FV. Esta condición es muy
exigente en grandes SFV.
f) Para uniones, se aceptan uniones mecánicas con conectores de tornillo o
regletas de conexiones de presión o de conectores para “grimpar” (conexión a
presión). Estas uniones deberían estar debidamente protegidas de la intemperie
o sus cajas deberían tener aprobación de entidades competentes. No se aceptan
las de cable retorcido en receptáculo cónico, porque han ocasionado fallas en
SFV de bajo voltaje al no operar adecuadamente bajo tensión térmica y
oxidación.
g) El cableado desde el campo fotovoltaico hacia el interior de la vivienda, en el
caso de bajas tensiones (12 V d.c.) puede o no hacerse con tubo. De hacerse
con tubo, debería tenerse en cuenta que no puede darse la posibilidad de
apozamiento o almacenamiento de agua en su interior. El tubo puede ser conduit
metálico o de PVC. No utilizar tuberia de fontanería.
h) Varios códigos eléctricos de SFV recomiendan usar una caja desconectadora del
campo fotovoltaico antes de llegar al controlador de carga. Todos los dispositivos
eléctricos y los desconectadores de esta parte del circuito deberían cumplir la
condición de ampacidad mencionada anteriormente para los cables.
i) Cuando existe conexión de puesta a tierra, ésta no debería pasar por la caja
desconectadora. Debe ir desde el punto elegido, directo a tierra. El punto a elegir
puede ser la salida del campo fotovoltaico, aunque se acepta que esté a la salida
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del controlador de carga, es decir entre la batería y el controlador de carga,
cuando el soporte del SFV es metálico.
3. CONTROLADOR DE CARGA
a) Debería ubicarse en un lugar seguro, preferiblemente protegido contra la
intemperie, y fijarse a un muro o columna de tal forma que los tornillos de fijación
no permitan la entrada de agua.
b) Los cables que traen la energía del campo fotovoltaico (descritos en la sección
anterior), deberían conectarse en los sitios identificados cumpliendo el código de
colores, los requisitos de conectividad y de ampacidad y preferiblemente
provistos de abrazaderas o prensaestopa.
c) Si el SFV involucra conexión a tierra, es conveniente que en el controlador el
cable que porta la conexión a tierra no sufra ninguna interrupción y que el cable
negativo se conecte a tierra para que todos los potenciales queden referenciados
con tierra. En caso de que la puesta a tierra no se haya realizado directamente
desde los módulos FV, puede realizarse inmediatamente después del controlador
(es decir, entre el controlador y la batería), como se indicó anteriormente.
d) La conexión del circuito de batería debería realizarse en cable 10 AWG o
superior (dependiendo de la dimensión del SFV). Se recomiendan cables
flexibles (USE-RHW). Es recomendable incluir un interruptor con fusible
adecuado, que facilite una desconexión rápida y oportuna de la batería.
e) Todos los cables que entran y salen del controlador deberían fijarse de tal
manera que no haya posibilidad de que sean manipulados y se generen
tensiones mecánicas sobre ellos y/o sobre el campo fotovoltaico. Si los cables se
instalan bajo tubo deberían tenerse en cuenta las precauciones de reducir el
riesgo de apozamiento de agua.
f) Los cables de salida para el circuito de consumo deberían cumplir con el requisito
de ampacidad, de acuerdo a 125% de la máxima corriente total calculada en
consumo y deberían llegar a la caja de conexiones o distribución para de allí
repartir a cada ramal de consumo.
4.
a)
BATERÍA
La batería o baterías deberían confinarse en un contenedor de tamaño
adecuado, pudiendo ser desde una caja hasta un cuarto que brinde seguridad,
ventilación y preferiblemente, de poco transito y/o permanencia de personas.
La ventilación puede ser natural, pero de ser necesario puede inducirse por
algún método. De otro lado, debería procurarse que la temperatura del sitio de
las baterías permanezca cercano a 25oC. De todas formas, deberían evitarse
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temperaturas extremas (menos de 4oC y más de 33oC). Tampoco es aceptable
que haya fuentes de calor en la cercanía de las baterías, ya que se pueden
presentar diferencias de temperatura entre sus celdas y no es conveniente
que tales diferencias sean mayores de 3oC. La iluminación en el cuarto o en el
contenedor debe ser óptima.
b)
El contenedor con la batería o el cuarto de baterías debería estar ubicado lo
más cerca posible del sistema de generación de electricidad, de los elementos
de consumo y del inversor, si se instala. La localización de la batería debería
planearse de tal forma que no haya riesgo de contaminación a suministros de
agua, en la eventualidad de derrame de electrolito.
c)
La batería no debería colocarse directamente sobre piso de concreto o tierra,
ya que en caso de humedecimiento de estos, la batería puede descargarse
más fácilmente.
d)
El contenedor debería proveer suficiente espacio entre sus paredes y la
batería para facilitar la manipulación en la instalación y en labores de
mantenimiento.
e)
La base del contenedor debería presentar rigidez estructural para soportar la
batería y no debería propiciar vibraciones.
f)
El material del contenedor debería ser resistente a la corrosión del electrolito.
g)
Debería proveerse las medidas de seguridad para que personas no
autorizadas accedan a las baterías o a su contenedor. Acceso limitado y
selectivo.
h)
El contenedor debería contribuir a aislamiento eléctrico a la batería.
i)
El cableado de conexión con el controlador de carga debería quedar instalado
de tal forma que no incomode en labores de mantenimiento. Tampoco debería
generar tensiones mecánicas en los bornes de la batería.
j)
En el cableado debería proveerse protección contra sobrecorrientes.
k)
En un SFV puede requerirse más de una batería, por lo que se haría
necesario conectar baterías en serie y/o en paralelo. En estos casos, las
baterías deberían ser del mismo tipo y capacidad. Al conectar baterías en
paralelo sus potenciales eléctricos y sus capacidades deberían ser idénticos.
Cuando se requiera simultáneamente, conexión en serie y en paralelo, debería
realizarse primero la serie.
l)
Dentro de los SFV de energización rural el elemento que presenta más riesgos
para la seguridad del usuario es la batería, los cuales son de índole eléctrica y
de índole química. Por ello, el personal calificado que debe realizar la labor
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de instalación y de mantenimiento posterior, debe seguir todas las
normas y procedimientos relacionados con el adecuado manejo de este
artefacto y disponer de todos los equipos de manipulación (guantes y botas de
plástico, herramientas con mangos aislados eléctricamente, etc.), prevención
(protectores de ojos, ropa protectora, extinguidor, etc) y de atención de
emergencias (agente neutralizador de ácido, equipo lavaojos, etc.).
m)
Cerca de las baterías se debería colocar un aviso de advertencia sobre los
riesgos de fumar en la cercanía de la batería, de manipulación inadecuada, y
de disminución o suspensión de la ventilación.
5. CAJA DE CONEXIONES
a)
La caja de conexiones debería ubicarse en un lugar seguro, fácilmente
accesible y a una distancia del controlador de carga, tal que no genere
pérdidas de potencial superiores al 3% entre sus extremos, tanto en el circuito
del controlador como en los ramales de consumo.
b)
Los cables que llegan del controlador (ya especificados) deberían asegurarse
con prensaestopa o abrazadera y pueden ir bajo tubo.
c)
Cada cable que sale a los ramales de consumo debería cumplir con el
requisito de ampacidad de acuerdo al 125% de la corriente máxima del
elemento de consumo que se va a alimentar y debería ir protegido con el
fusible apropiado, así mismo cumplir con el código de colores.
d)
Cada ramal de consumo debería quedar identificado o etiquetado en el riel o
en la regleta de conectores, al igual que la ampacidad de cada fusible.
e)
Cada ramal de consumo debería de estar provisto de interruptor.
6. LÁMPARAS
a)
Deberían ubicarse en el sitio más favorable para la iluminación deseada.
b)
Deberían fijarse de tal manera que no se propicie portabilidad de sitio en sitio.
c)
El cableado debería realizarse bajo tubo.
d)
como se indicó en la sección anterior, su calibre debe ser al menos de 14
AWG, y longitud no mayor de 7 m.
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7. INVERSOR
a)
Debería ubicarse en lugar seguro, siguiendo las recomendaciones del
fabricante, asegurándolo de tal forma que no se generen vibraciones
mecánicas durante su operación.
b)
El cable que conecta la caja de conexiones con el inversor debería ser al
menos de calibre 8 AWG, tener una longitud no mayor de 6 m y cumplir con el
código de colores.
c)
La conexión a tierra del inversor debería cumplir las recomendaciones del
fabricante. Si está debidamente homologado, realizar la puesta a tierra según
las normas para equipo de 110 V a.c. y para corriente continua (d.c.).
d)
Las salidas de 115 V a.c. deben conectarse al consumo de forma tal que no
aparezcan circuitos paralelos de puesta a tierra. Si el inversor provee las
salidas de puesta a tierra en a.c., es casi seguro que los conductores neutro y
de protección se conecten a la carcasa, en cuyo caso, quedan puestos a tierra
dentro del inversor, lo cual sería más recomendable para la operación segura
de equipos enchufables.
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TERCERA PARTE : RECOMENDACIONES PARA EL MANTENIMIENTO
PREVENTIVO DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS (12 V D.C.) PARA LA
ENERGIZACION RURAL DISPERSA
Las condiciones de operación de los SFV en Colombia exigen que se haga
mantenimiento preventivo y seguimiento a las partes que lo componen para cumplir
con los propósitos fijados: confiabilidad, seguridad y larga vida.
Dependiendo de la condición climática de la zona o lugar donde se halla ubicado el
SFV, se debería hacer un procedimiento de observación y de prevención de fallas,
procedimiento que no es posible generalizar especialmente en cuanto a la
frecuencia con la cual se debería realizar, por la variedad de climas y condiciones
que posee el territorio nacional. Sin embargo, se recomienda que al menos dos
veces por año, o en el peor de los casos (costos y dificultad de acceso), se revise
preventivamente el SFV una vez por año, a menos, claro está, que se presente
alguna falla o emergencia en el sistema. Seguramente, en algunas localidades se
requiere de una mayor frecuencia preventiva, debido por ejemplo, a demasiado
material particulado en el aire, que ocasiona deposición de suciedad en los módulos
o efectos adversos por exceso de humedad y/o salinidad en diferentes partes del
sistema.
El mantenimiento preventivo debería ser realizado por personal calificado.
1. CONEXIÓN A TIERRA
Si el sistema está dotado de conexión a tierra, es lo primero que se debería revisar,
en cuyo caso se recomienda tener en cuenta los siguientes aspectos:
a)
Revisar los contactos en los módulos. Deberían estar fijos, no presentar
desajuste, ni oxidación, ni corrosión. Si alguno de estos síntomas se observa,
corregirlo.
b)
El cable no debería mostrar deterioro por oxidación o por causas mecánicas.
c)
la conexión a la varilla de tierra debe quedar en perfectas condiciones de
sujeción y de limpieza.
d)
Revisar bajo los mismo criterios el resto de la puesta a tierra del SFV.
2. ESTRUCTURA DE SOPORTE
Si el campo fotovoltaico está montado sobre madera o postes de madera se
recomienda tener en cuenta los siguientes aspectos::
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a)
Revisar que no haya agrietamiento en la estructura que ponga en peligro la
estabilidad del montaje. Si hay agrietamiento evaluar qué tan grave es, para
decidir si se cambia la estructura o si simplemente, se refuerza. En todo caso,
revisar que no se haya cambiado la orientación del campo fotovoltaico.
b)
Revisar los puntos de anclaje y de soporte de los módulos, para verificar que
no hay corrosión, ni aflojamiento de los puntos de sujeción. De todas formas
limpiar y apretar tuercas y aplicar alguna sustancia anticorrosiva.
c)
Revisar el cuerpo de la estructura, pero especialmente la base con el fin de
observar que no se haya diluido o desaparecido el tratamiento de curado de la
madera. Si ello está ocurriendo, aplicar la sustancia comercial apropiada en la
forma que recomienda el fabricante.
d)
Revisar que en el cuerpo no haya crecimiento de hongos y/o plantas. En la
base revisar además, que no haya pasto o maleza en la inmediata cercanía. Si
esto ha ocurrido, limpiar la estructura y su base de este tipo de plantas y
aplicar los correctivos con matamalezas.
Si el campo fotovoltaico está montado sobre estructura metálica se recomienda
tener en cuenta los siguientes aspectos::
a)
Revisar todo el cuerpo de la estructura para verificar que no haya partes
dobladas, flojas o corroídas. En cualquier eventualidad, realizar el correctivo
adecuado y verificar que no se ha afectado la orientación de los módulos.
b)
Revisar que no estén creciendo hongos o plantas en la estructura ni en la
base. En ésta, revisar que el tratamiento anticorrosivo esté en buen estado y
aplicar matamaleza para garantizar que durante algún tiempo no crecerán
plantas en su cercanía.
c)
Revisar todos los puntos de sujeción de los módulos a la estructura, limpiarlos
y aplicar anticorrosivo.
Si el campo fotovoltaico está montado sobre la cubierta de la vivienda se
recomienda tener en cuenta los siguientes aspectos::
a)
Revisar los puntos de apoyo y/o sujeción de los módulos y evaluar si se
deberían realizar correctivos.
b)
Verificar que no estén creciendo plantas entre la cubierta y los módulos. De
existir plantas, eliminarlas y limpiar muy bien el lugar.
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3. MÓDULOS FOTOVOLTAICOS
a)
Observar la cubierta de los módulos para verificar el estado de limpieza de su
superficie. De todas formas limpiar muy bien los módulos y especialmente, su
superficie transparente, constatando que no queden partes grasosas o
adherencias indeseables sobre alguna celda. La superficie debería tener una
apariencia homogénea. Por supuesto, no debería haber rotura o agrietamiento
en la cubierta transparente. Si lo hubiere, informar por escrito al distribuidor o
proveedor y a la entidad encargada de velar por el buen desempeño de los
SFV.
b)
Observar que en la vecindad del SFV no hayan crecido árboles o se hayan
colocado objetos o construcciones que generen sombras sobre el campo
fotovoltaico o sobre parte de él.
c)
Una vez que la superficie esté limpia, observar al interior del módulo, teniendo
especial cuidado en descubrir, 1) corrosión en contactos y/o conexiones
eléctricos, 2) celdas quebradas, 3) humedad en el interior o cualquier situación
que muestre cambio en la apariencia general o parcial del interior del módulo.
Si se observa algún cambio, se debería reportar por escrito al distribuidor o
proveedor y a la entidad encargada de velar por el buen desempeño de los
SFV.
d)
Proceder a revisar las conexiones eléctricas y el cableado del campo
fotovoltaico. 1) Revisar prensaestopas y abrazaderas, 2) el interior de la caja
de conexiones de cada módulo; no debería haber humedad y mucho menos
hongos o suciedad en su interior. Si la hay, limpiar y analizar el porqué. 3)
Revisar tornillos, terminales y contactos; no deberían mostrar corrosión u
oxidación. Si la hay, aplicar los correctivos y ajustar todos los contactos. 4) Los
aislamientos del cableado no deberían presentar fisuras o agrietamiento ni
tener apariencia rígida. Deben estar flexibles. En caso de observar fallas en
los cables, se debería evaluar qué tanto puede resistir esta situación, sin
ocasionar problemas de fugas de corriente, o proceder a cambiarlos.
e)
Medir el potencial de circuito abierto y evaluar la pertinencia del valor
registrado. Comparar este valor con el esperado según los rangos dados por
el fabricante. De observar algún síntoma dudoso o adverso comunicar al
distribuidor.
4. CONTROLADOR DE CARGA
a)
Revisar bajo los criterios anteriores, 1) el extremo del cable que llega al
controlador de carga, 2) el interruptor que desconecta al campo fotovoltaico, 3)
medir el potencial que llega del campo fotovoltaico a los contactos del
controlador, para verificar que se está dentro de los rangos de voltaje
especificados por el fabricante o proveedor.
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b)
Revisar los puntos de sujeción del controlador al muro o columna. Deberían
presentar buen sellamiento y si no, reforzarlo.
c)
Revisar los contactos y cables que salen a la batería. Los contactos deberían
estar limpios y no presentar corrosión; los cables no deberían presentar
agrietamiento ni endurecimiento en su aislamiento.
d)
Medir el potencial en los contactos de salida a la batería. Debería estar dentro
de los límites especificados. Si no se halla en los límites especificados, evaluar
la razón. Si no es justificable, informar al proveedor para tomar los correctivos
oportunamente.
e)
Con los mismos criterios anteriores revisar los contactos y los extremos de los
cables que salen a la caja de conexiones.
f)
Medir el potencial en los contactos de salida a la caja de conexiones. Debería
estar dentro de los límites especificados por el proveedor.
5. BATERÍA
Para el mantenimiento de la batería se deberían observar todas las normas de
seguridad personal para evitar los riesgos eléctricos y químicos ya mencionados en
la guía de instalación.
a)
Revisar que no haya humedad dentro del contenedor o piso en el que se
encuentra la batería, si la hay, eliminarla e investigar porqué se originó, para
hallar solución final al problema.
b)
Revisar la caja o chasis de la batería. No debería presentar deformidades. Si
las hay, informar al proveedor y/o a la entidad encargada de velar por el buen
desempeño de los SFV.
c)
Medir el potencial entre bornes, el cual debería estar dentro de los límites
establecidos por el proveedor. Si está por debajo del límite, investigar porqué.
d)
Observar que no haya sulfatación en los bornes. Si la hay, eliminarla y aplicar
los correctivos para evitarla o amortiguar su presencia.
e)
Revisar los cables de conexión y sus respectivos terminales, éstos no
deberían presentar sulfatación, ni corrosión, ni oxidación. Los aislamientos
deberían estar en buenas condiciones de flexibilidad y de uniformidad. No
deberían presentar fisuras ni agrietamiento.
f)
Si la batería es sellada y presenta persistencia de voltaje por debajo del límite
inferior, informar al proveedor y/o a la entidad encargada de velar por el buen
desempeño del SFV.
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g)
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Si la batería es abierta, a) verificar el nivel del electrolito; si está bajo, restituir
su nivel. b) Verificar la densidad del electrolito; debe estar dentro de los límites
especificados. Si no está analizar las causas (puede ser efecto térmico
ambiental (alta o baja temperatura)), el estado de carga de la batería, etc. Si
no hay justificación, informar al proveedor y/o a la entidad encargada de velar
por el buen desempeño de los SFV.
6. CAJA DE CONEXIONES
En la caja de conexiones, revisar tanto los contactos como los extremos de los
cables que entran y salen de la misma, con los mismos criterios ya aplicados a los
extremos del cableado de los circuitos anteriores. Igualmente, los fusibles de cada
ramal de consumo deberían presentar apariencia adecuada de operación. Si sobre
alguno se presentan dudas, reemplazarlo.
7.
LÁMPARAS
a)
Informarse si ha habido necesidad de cambiar frecuentemente los tubos
fluorescentes. En caso afirmativo, con qué frecuencia; si la frecuencia es alta,
observar algún tubo dañado, para saber si el balasto los quema. Si algún
extremo del tubo se observa negro, puede culparse al balasto. Proceder a su
reemplazo.
b)
Investigar si durante su operación el balasto interfiere equipos de radio y/o TV.
Si es afirmativo, proceder por su reemplazo.
c)
Si se observa agrietamiento en el relleno del circuito, proceder a su
reemplazo.
Si las fallas anteriores han sido persistentes en los tubos y/o balastos, informar al
proveedor y/o a la entidad encargada del buen desempeño de los SFV.
8. INVERSOR
a)
Revisar el estado exterior del chasis. Debería estar limpio de polvo y
humedad, especialmente los disipadores de calor.
b)
Revisar el extremo de los cables que llegan de la caja de conexión y sus
contactos con los criterios ya aplicados a los otros circuitos. Corregir las fallas
si las hay.
c)
Revisar las tomas de a.c. Deben estar fijas y no presentar Desajustes. Si
alguna presenta desajuste, corregir la falla.
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d)
En operación el inversor no debería presentar ruidos fuertes por vibraciones.
En caso de observar o escuchar vibraciones, buscar la causa y eliminarla.
e)
Observar que no presente calentamiento por encima del valor especificado por
el fabricante. De presentarse, informar al proveedor y/o a la entidad encargada
de velar por la calidad de los SFV.
f)
Observar que no produzca interferencias electromagnéticas sobre equipos de
radio y/o TV. Si las produce informar a las instancias pertinentes.
g)
Medir el potencial a.c. que entrega a los elementos de consumo a.c. el cual
debería estar dentro del rango especificado por el fabricante. Si esto no
ocurre, informar a las instancias pertinentes.
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CUARTA PARTE : RECOMENDACIONES BASICAS PARA LOS USUARIOS
DE LOS SFV PARA ENERGIZACION RURAL DISPERSA EN CASO DE
FALLA DEL SISTEMA
Si bien, no es recomendable que el usuario intervenga las partes y componentes
del SFV que le suministra la energía eléctrica, en particular, para no afectar las
garantías que comprometen al proveedor, para no familiarizarse con el SFV al punto
que, decida agregar elementos de consumo no recomendados o cualquier otra
acción que pueda poner en peligro el desempeño adecuado o la durabilidad de las
partes del sistema, o aún su propia seguridad personal, la de otras personas y/o la
de la vivienda, sí es conveniente y necesario que tenga presente algunas
acciones básicas y fundamentales en caso de falla del sistema.
En caso de presentarse una falla en el suministro de energía en algún ramal de
consumo, debería tener en cuenta el siguiente procedimiento:
a)
Si es en un punto de iluminación (una lámpara):
•
Verificar que el tubo no esté ennegrecido en alguno (o ambos) de sus extremos.
Si ello ocurre, reemplácelo.
•
Si la falla continua, revise los contactos, el balasto y el interruptor de la lámpara,
para verificar que no haya desconexiones o cortes en el cable. Si descubre
alguna falla, rectifíquela.
•
Si la falla persiste, revisar el fusible correspondiente en la caja de conexiones. Si
el fusible se fundió, reemplazarlo.
•
Si la falla persiste o el fusible vuelve a fundirse, revisar los extremos del cable
para constatar que no se presenta un corto circuito. Si lo hay, eliminarlo.
•
Si la falla persiste, solicitar servicio técnico.
b)
B) Si es en ramal de consumo de 115 V a.c:
•
Verificar que el inversor está encendido. Si lo está y la falla continua,
•
Revisar el enchufe o toma de 115 V a.c, para verificar que sí hay buen contacto
en los terminales. Si no hay buen contacto o hay duda de buen contacto,
asegurarse de que realmente está bien.
•
Si la falla persiste, revisar el fusible de entrada. Si está quemado, reemplazarlo.
•
En caso de que el inversor no encienda y sus fusibles están bien, revisar las
conexiones de suministro que vienen de la caja de conexiones; revisar fusibles
de ese circuito, los contactos y extremo de los cables. Si se encuentra alguna
falla corregirla.
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•
c)
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Si la falla persiste, solicitar servicio técnico e informar al proveedor y/o a la
entidad encargada del buen desempeño de los SFV.
Si falla el suministro total:
•
En el controlador de carga revisar el fusible de consumo. Si está quemado
reemplazarlo. De paso, revisar el cable y los contactos que van desde el
controlador de carga a la caja de conexiones. Si hay algún contacto flojo,
ajustarlo; si se observa cable cortado, corregirlo.
•
Si no es el fusible del controlador de carga, revisar si el testigo de carga de la
batería indica falla. Si efectivamente muestra falla en la batería, se debería
evitar el consumo por uno o dos días para recuperar la carga en la batería.
•
Igualmente, revisar en el controlador de carga que el testigo o indicador de
corriente desde el módulo fotovoltaico esté indicando funcionamiento correcto en
ese circuito.
•
Si indica falla, revisar contactos de cables y cables en el circuito del módulo.
•
Si todo se observa funcionando correctamente, pero el controlador de carga
sigue indicando falla en el circuito del módulo FV, debería solicitar servicio
técnico.
•
Si la desconexión del consumo total lo realiza el controlador varias noches
continuas o con frecuencia, puede ser síntoma de que la batería está operando
deficientemente (requeriría cambio) o está subdimensionada. Debería solicitar
servicio técnico.
De todas formas cuando haya avería en alguno de los elementos de suministro de
energía del SFV, debe averiguar por el alcance de los derechos que le otorga la
garantía.
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QUINTA PARTE EJEMPLOS DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS PARA
ENERGIZACION RURAL DISPERSA EN LAS DIFERENTES ZONAS DE
COLOMBIA.
En la Figura 6 se presenta el mapa de radiación solar de Colombia (1), en el cual se
pueden clasificar las siguientes regiones, de acuerdo a la cantidad de radiación
solar en rangos de promedio diario anual (kWh/m2 día):
a)
Alta Guajira entre 5,5 y 6,0 kWh/m2 día
b)
Costa Atlántica y Valle del Magdalena entre 5,0 y 5,5 kWh/m2 día
c)
Llanos Orientales (Valle río Orinoco) y sabanas de Sucre, Cordoba, Valledupar
y las riveras del río Cauca, entre 4,5 y 5,0 kWh/m2 día
d)
Región Andina y sabana de Bogotá entre 4,0 y 4,5 kWh/m2 día
e)
Amazonas y pié de monte Andino, entre 3,8 y 4,2 kWh/m2 día
f)
Región Pacífica y muy alta montaña (más de 3000msnm), entre 3,0 y 3,8
kWh/m2 día
60
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Figura 6 Mapa de Radiación Solar de Colombia
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1. EJEMPLOS DE SFV DE ENERGIZACION RURAL DISPERSA EN COLOMBIA
2. TIPO
DE
ENERGIZACIÓN:
ILUMINACIÓN
FLUORESCENTES DE 20 W) Y RADIOGRABADORA.
OPCIONAL CONDICIONADO.
BÁSICA
(TUBOS
EL TV 12 V D.C.,
Componentes activos básicos de generación:
a) Un SFV con módulo de 55 Wp, 12 V d.c.
b) Un controlador de carga 12 V d.c., 10 A.
c) Una batería estacionaria plomo-ácido (abierta o sellada) 70 Ah, 12 V.
Tabla 2 Opciones de Uso Racional Recomendado
Disponibilidad solar
(kWh/m2 día)
Región
Disponibilidad
batería (Ah/día)
3,5
6
11,67
4,0
5
13,32
4,5
3 y 4**
14,99
5,0
2
16,65
5,5
1
18,32
para Opciones
de
Uso
Racional
Recomendado (h/día)*
1) 2 lámparas durante 3 h +
1 radiograbadora. pequeño 2 h
2) 3 lámparas durante 2 h + +
1 radiograbadora. pequeño 2 h
1) 3 lámparas durante 2 h +
1 radiograbadora. pequeña 5 h
2) 2 lámparas durante 2 h +
1 lamp. durante3h+
1radiograbadora. pequeña 1 h
1)3 lámparas durante 2 h +
1 TV 12 V d.c durante 2 h +
1 radioreceptor pequeña 3 h
2)2 lámparas durante 3 h +
1 TV 12 V d.c durante 3 h +
1)3 lámparas durante 3 h +
1 TV durante 1h
2)3 lámparas durante 3 h ++
1 radiograbadora. Pequeña 3 h
1)3 lámparas durante 3 h +
1 TV durante 2 h
2)3 lámparas durante 3 h +
1 radiograbadora. durante 3 h +
1 TV 12 V d.c durante 1 h
*Si en la iluminación se emplean lámparas economizadoras de energía (las cuales son más
costosas) el tiempo de uso puede multiplicarse por 2.
** Se ha incluido en un solo grupo estas dos regiones (3 y 4) con alguna diferencia en clima
(cálida la 3, fría la 4) y radiación solar (un poco mayor en la 3), debido a que estas dos
condiciones dentro del módulo fotovoltaico, tienen efectos antagónicos: en clima frío (región
4) el módulo FV se comporta más eficiente, pero en la 3 recibe mayor radiación solar. De
otro lado, la diferencia en temperatura determinaría diferencia en el cableado de las
instalaciones en estas regiones, pero por simplicidad y seguridad se emplea el de mayor
calibre, como se observa en la figura 2.
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Guía de Especificaciones de Sistemas Fotovoltaicos
Documento No. ANC-603-12
Rev. 01
Fecha: 21/03/03
En la Figura 7 se muestra un diagrama descriptivo del ejemplo 1, en el que se
destacan los elementos típicos de consumo en regiones como, Llanos Orientales
(Valle río Orinoco) y sabanas de Sucre, Córdoba, Valledupar y las riveras del río
Cauca, que conforman la región (3) y la Andina, que básicamente es la (4).
Módulo fotovoltaico
Potencia: 55 Wp.
Cable conexión tipo
RHW-2, cal. 10 AWG
long. máx. 7 m
Controlador de
carga 12 V, 10A
Caja conexiones y
fusibles
Radiograb
10 AWG
Puesta a
Tierra cable
cal. 6 AWG o
mayor
La puesta a tierra se
requiere si el soporte
es de madera y más
alto que la vivienda.
Televisor 20 W,
12 V d.c. Cable
12 AWG, 5m
Batería 70 Ah, 12V
cable
conexión
cal. 10 AWG, long.
máx 4m
Red lámparas 20 W,
12 V d. c. Cable
conexión tipo THW cal.
14 AWG, long. máx. 7m
Figura 7 Diagrama Descriptivo Del Ejemplo 1
3. TIPO
DE
ENERGIZACIÓN:
ILUMINACIÓN
BÁSICA
(TUBOS
FLUORESCENTES DE 20 W, 12 V D.C) Y EQUIPO DE SONIDO COMPACTO,
INVERSOR: ENTRADA 12 V D.C, SALIDA 115 V A.C, 150 W, TV COLOR (MÁX.
70 W), VÍDEO.
Componentes activos básicos de generación:
a)
Un SFV con campo fotovoltaico de 4 módulos de 50 Wp, esto es, 200 Wp, 12
V d.c.
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b)
Un controlador de carga 12 V d.c, 30 A.
c)
Dos baterías estacionarias plomo-ácido (abierta o sellada) cada una de 180
Ah, 12 V
Tabla 3 Opciones de Uso Racional Recomendado 2
1.2 Disponibilidad solar
1.3 Región
2
(kWh/m día)
Disponibilidad
para batería
(Ah/día)
Opciones de Uso Racional
Recomendado (h/día)*
1) 2 lámparas durante 4h+
equipo sonido compacto 2h + inversor
con TV-video, 2h
3,5
6
40,88
2) 2 lámparas durante 3h+
1 lámpara durante 2h+
equipo sonido compacto 2h
+inversor con TV-video, 2h
1) 3 lámparas durante 3h+
equipo sonido compacto 1h
4
5
46,72
+ inversor con TV-video2,5h
2) 4 lámparas durante 2h+
equipo sonido compacto 2h
+inversor con TV-video, 2,5h
1) 4 lámparas durante 2h+
equipo sonido compacto 2h
4,5
3y4
52,56
+inversor con TV-video, 3h
2) 3 lámparas durante 3h+
equipo sonido compacto 1h
+inversor con TV-video, 3h
1) 4 lámparas durante 3h+
equipo sonido compacto 1h
5
2
58,4
+inversor con TV-vide, 3,5h
2) 3 lámparas durante 3h+
equipo sonido compacto 1h
+inversor con TV-vide, 4h
1) 4 lámparas durante 3h+
equipo sonido compacto 1h
5,5
1
64,24
+inversor con TV-video, 3,5h
2) 3 lámparas durante 4h+
equipo sonido compacto3h
+inversor con TV-video, 3h
*Si en la iluminación se emplean lámparas economizadoras de energía (son más costosas)
el tiempo de uso puede multiplicarse por 2.
** Se ha incluido en un solo grupo estas dos regiones (3 y 4) con alguna diferencia en clima
(cálida la 3, fría la 4) y radiación solar (un poco mayor en la 3), debido a que estas dos
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Fecha: 21/03/03
condiciones dentro del módulo fotovoltaico, tienen efectos antagónicos: en clima frío (región
4) el módulo FV se comporta más eficiente, pero en la 3 recibe mayor radiación solar. De
otro lado, la diferencia en temperatura determinaría diferencia en el cableado de las
instalaciones en estas regiones, pero por simplicidad y seguridad se emplea el de mayor
calibre, como se observa en la figura 3.
En la Figura 8 se muestra un diagrama descriptivo del ejemplo 2, en el que se
destacan los elementos típicos de consumo en regiones como, Llanos Orientales
(Valle río Orinoco) y sabanas de Sucre, Córdoba, Valledupar y las riveras del río
Cauca, que conforman la región (3) y la Andina, que básicamente es la región (4)
Campo Fotovoltaico
Potencia250 Wp.
Cable conexión tipo
RHW-2, cal. 6 AWG
long. máx. 4 m
Controlador de
carga 12 V, 30A
Caja conexiones y
fusibles
Equipo sonido
compacto
Inversor 150 W
entrada 12 V d.c,
cable 8 AWG de
6m long. máx.
salida115 V a.c
6 AWG
Televisor 70 W,
115 V a.c. Cable
18 AWG, normal
2 Baterías 180 Ah,
12 V cable conexión
cal. 6 AWG, long.
máx. 4m
Puesta a
Tierra cable
cal. 4 AWG o
mayor
La puesta a tierra se
requiere si el soporte es
de madera y más alto
que la vivienda.
VHS
Red lámparas 20 W, 12
V d.c. Cable conexión
tipo THW cal. 14 AWG,
long. máx. 7m
Si
el
soporte
es
metálico, recomendable
que la conexión a tierra
esté entre el inversor y
la batería.
Figura 8 Diagrama Descriptivo Del Ejemplo 2
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REFERENCIAS
1) INEA-IMAT., Atlas de Radiación Solar de Colombia. Bogotá, 1993
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