Elements elèctrics en les instal·lacions fotovoltaiques

Les instal·lacions fotovoltaiques són instal·lacions generadores de baixa tensió i, com a tal, estan subjectes al compliment de l’actual Reglament electrotècnic de baixa tensió (REBT) i específicament la ITC-BT 40 sobre Instal·lacions generadores de baixa tensió que regula i determina els elements elèctrics preceptius per a aquestes instal·lacions.

També es poden utilitzar com a referència, en tot el que no estigui definit per la normativa, les guies desenvolupades per l’Institut per a la diversificació i l’estalvi de l’energia, l’IDAE.

Les principals instruccions tècniques complementàries (ITC) de l’REBT d’interès en les instal·lacions solars fotovoltaiques són les següents:

• ITC-BT-18. Instal·lacions de posada a terra.
• ITC-BT-19. Instal·lacions interiors o receptores. Prescripcions generals.
• ITC-BT-22. Instal·lacions interiors o receptores. Protecció contra sobreintensitats.
• ITC-BT-23. Instal·lacions interiors o receptores. Protecció contra sobretensions.
• ITC-BT-24. Instal·lacions interiors o receptores. Protecció contra els contactes directes i indirectes.
• ITC-BT-30. Instal·lacions en locals de característiques especials.
• ITC-BT-40. Instal·lacions generadores de baixa tensió.

Les instal·lacions solars fotovoltaiques, com a instal·lacions generadores d’electricitat en baixa tensió, estan subjectes a aquesta ITC-BT-40. Les tipologies de generadors en baixa tensió que s’inclouen són les següents:

• Instal·lacions generadores aïllades de la xarxa elèctrica. Aquestes instal·lacions no presenten cap tipus de connexió amb la xarxa elèctrica i corresponen a sistemes autònoms de generació d’electricitat. Un exemple d’aquest tipus d’instal·lació generadora és una instal·lació solar fotovoltaica autònoma.

• Instal·lacions generadores interconnectades a la xarxa elèctrica. Són instal·lacions que habitualment estan interconnectades amb la xarxa elèctrica i hi treballen en paral·lel. Els exemples típics són les instal·lacions fotovoltaiques d’autoconsum i les centrals solars fotovoltaiques.

Actualment, està en desenvolupament una nova instrucció tècnica complementària de l’REBT, la ITC-BT-53 sobre instal·lacions de sistemes en corrent continu.

Exemples d’instal·lacions de corrent continu dins del camp d’aplicació d’aquesta ITC són:

• Les instal·lacions elèctriques d’un sistema de generació en corrent continu, des d’un mòdul o conjunt de mòduls de generació, passant pels seus circuits de connexió, fins a la seva connexió a l’inversor.
• Les instal·lacions elèctriques d’un sistema d’emmagatzematge en corrent continu, mitjançant bateries d’ús domèstic, industrial o d’automoció, des d’un mòdul o conjunt de mòduls d’emmagatzematge, passant pels circuits de connexió, fins a la connexió a l’inversor.
• Altres tecnologies de sistemes de generació o emmagatzematge en corrent continu.

L’àmbit d’aplicació de la ITC-BT-22 és la protecció de les instal·lacions elèctriques interiors contra les sobreintensitats.

Les sobreintensitats poden ser provocades per les causes següents:

• Sobrecàrregues degudes als aparells d’utilització o defectes d’aïllament de gran impedància.
• Curtcircuits.
• Descàrregues elèctriques atmosfèriques.

L’objectiu de la protecció contra les sobreintensitats és la de protegir a les instal·lacions de sobrecàrregues i curtcircuits:

• Protecció contra sobrecàrregues. El límit d’intensitat de corrent admissible en un conductor ha de quedar en tot cas garantida pel dispositiu de protecció utilitzat. El dispositiu de protecció podrà estar constituït per un interruptor automàtic de tall omnipolar amb corba tèrmica de tall, o per tallacircuits fusibles calibrats de característiques de funcionament adequades.
• Protecció contra curtcircuits. A l’origen de tot circuit s’establirà un dispositiu de protecció contra curtcircuits la capacitat de tall del qual estarà d’acord amb la intensitat de curtcircuit que es pugui presentar al punt de la seva connexió.

La protecció envers curtcircuits i sobrecàrregues pot realitzar-se mitjançant fusibles o interruptors automàtics magnetotèrmics. Aquests dispositius presenten les característiques següents:

• Bases portafusibles: incorporen els fusibles de protecció contra les sobreintensitats, permeten la desconnexió d’un circuit però no pot fer aquesta maniobra en càrrega, per tant, cal desconnectar abans l’interruptor general o el seccionador d’una instal·lació.
• Interruptors automàtics. A més de la protecció contra sobrecàrregues i curtcircuits, permeten obrir el circuit en càrrega.

Podem diferenciar dos tipus de sobretensions:

• Sobretensions permanents o temporals: sobretensions que provoquen un augment de la tensió superior al 10% de la tensió nominal de la xarxa de distribució i tenen una durada superior a diversos cicles de senyal o són permanents. Aquestes sobretensions són provocades per un desequilibri de les fases, normalment causada pel trencament del neutre, defectes en la connexió del conductor neutre o fallades als centres de transformació.
• Sobretensions transitòries: sobretensions de molt curta durada que provoquen un augment molt gran de voltatge, mesurat entre dos conductors o entre un conductor i terra. Normalment, són degudes a les descàrregues elèctriques atmosfèriques produïdes pels llamps.

Per a una correcta protecció contra sobretensions transitòries, cal una protecció escalonada i coordinada, amb diverses etapes de protecció que actuïn seqüencialment, de manera que siguin capaços, d’una banda, de suportar la sobretensió i, de l’altra, de deixar una tensió residual no perjudicial per als equips connectats a la sortida. Per tant, podem trobar diferents tipus de dispositius de protecció contra sobretensions transitòries:

• Tipus 1. Protectors amb capacitat per derivar a terra corrents alts que s’assagen amb una corba 10/350 µs, simulant els efectes de la descàrrega directa de llamps. Ofereixen un nivell de protecció alt i s’utilitzen en aquelles instal·lacions on cal esperar la possibilitat d’una descàrrega directa de llamp.
• Tipus 2. Protectors amb capacitat per derivar a terra corrents alts que s’assagen segons una corba 8/20 μs, simulant els efectes secundaris del llamp. El seu nivell de protecció és mitjà i són els més utilitzats a causa de la seva compatibilitat amb la majoria d’equips d’una instal·lació.
• Tipus 3. Protectors amb capacitat per derivar a terra corrents mitjans, que s’assagen amb ona combinada d’impulsos de tensió i corrent, simulant sobretensions ja esmorteïdes. El seu nivell de protecció és baix i s’instal·len quan cal protegir equips sensibles, conjuntament amb un protector de tipus 2.

La figura mostra el principi de funcionament de la protecció escalonada contra sobretensions transitòries.

Com podeu veure a la figura hi ha dos tipus diferents de contactes elèctrics:

• Contacte elèctric directe. Aquest contacte es produeix quan el treballador o l’usuari toca alguna cosa que normalment està sota tensió (línies d’alta o baixa tensió, esteses provisionals d’obra, etc.).
• Contacte directe indirecte. Aquest tipus de contacte es produeix quan el treballador o l’usuari toca alguna part d’un equip que normalment no està en tensió, però per qualsevol avaria o defecte d’aïllament, la carcassa es carrega elèctricament.

La protecció dels xocs elèctrics, per tant, es realitzarà en funció del tipus de contacte previst:

• Protecció contra contactes directes. Aquesta protecció consisteix a prendre les mesures destinades a protegir les persones contra els perills que es poden derivar d’un contacte amb les parts actives dels materials elèctrics. Entre les mesures de protecció adoptades destaquen:
  • Protecció per aïllament de les parts actives.
  • Protecció per mitjà de barreres o envoltants.
  • Protecció mitjançant obstacles.
  • Protecció per posada fora de l’abast per allunyament.

  La protecció contra contactes indirectes en la part de CA d’una instal·lació solar es realitza mitjançant interruptors diferencials. Aquesta protecció actua en els circuits d’utilització i en l’inversor.

• Protecció contra contactes indirectes. Normalment, s’utilitzen els dispositius de protecció de tall automàtic de l’alimentació (interruptors diferencials) o la utilització de dispositius de classe II o doble aïllament.

Per a la protecció contra el xoc elèctric, de manera simultània als contactes directes i contactes indirectes, poden utilitzar-se les mesures següents:

• Protecció per aïllament doble o reforçat (classe II);
• Protecció per utilització de molt baixa tensió de seguretat (MBTS).

Les centrals d’instal·lacions generadores han d’estar proveïdes de sistemes de posada a terra que, en tot moment, assegurin que les tensions que es puguin presentar a les masses metàl·liques de la instal·lació no superin els valors establerts per la normativa.

Els sistemes de posada a terra de les centrals d’instal·lacions generadores han de tenir les condicions tècniques adequades perquè no es produeixin transferències de defectes a la xarxa de distribució pública ni a les instal·lacions privades, sigui quin sigui el seu funcionament respecte d’aquesta: aïllades, assistides o interconnectades.

La posada a terra de les instal·lacions de corrent continu s’ha de fer d’acord amb les condicions establertes en la ITC-BT-40. Per al càlcul de la secció del conductor de posada a terra i dels conductors de terra, se seguirà la ITC BT-18.

On sigui necessària una connexió equipotencial de les estructures metàl·liques fotovoltaiques, s’han de connectar totes les estructures metàl·liques de suport dels mòduls fotovoltaics incloent les canalitzacions metàl·liques. El conductor de connexió equipotencial s’ha de connectar a qualsevol born de terra adequat.

Si aquestes estructures metàl·liques són d’alumini, cal utilitzar dispositius de connexió apropiats i que tinguin en compte l’aparició de parells electroquímics, per assegurar-ne una connexió equipotencial adequada de totes les parts metàl·liques.

La ITC-BT-30 sobre Instal·lacions en locals de característiques especials inclou prescripcions sobre locals amb bateries d’acumuladors.

En les instal·lacions fotovoltaiques autònomes i en les instal·lacions d’autoconsum amb bateries és necessari tenir especial atenció en la protecció elèctrica de la bateria a causa del potencial risc de cremades o explosió que presenta aquest element de la instal·lació.

La selecció del tipus de canalització que s’utilitzarà en una instal·lació solar fotovoltaica es realitzarà escollint, en funció de les influències externes, la que es consideri més adequada d’entre les que es descriuen en les següents ITC:

• ITC-BT-20. Instal·lacions interiors o receptores. Sistemes d’instal·lació.
• ITC-BT-21. Instal·lacions interiors o receptores. Tubs i canals protectores.

Dins dels sistemes d’instal·lació que s’utilitzen en les instal·lacions solars fotovoltaiques, com podeu veure a la figura, destaquen les següents:

• Sistema B1: conductors unipolars allotjats en tubs o canals.
• Sistema B2: multiconductors (mànegues de cable) allotjats en tubs o canals.
• Sistema D: conductors enterrats.
• Sistema E: conductors multipolars (mànegues de cable) a l’aire lliure, en safates perforades, amb abraçadores, etc.
• Sistema F: conductors unipolars instal·lats a l’aire lliure en safates perforades, amb abraçadores, etc.

L’IDAE (Institut per a la Diversificació i l’Estalvi de l’Energia) és un organisme governamental de caràcter estatal que s’encarrega de promoure l’estalvi energètic i la implantació de les energies renovables.

Aquest organisme ha desenvolupat dues guies que, encara que no són de compliment obligatori, es poden utilitzar com a referència en la configuració i el muntatge d’instal·lacions solars fotovoltaiques, sobretot quan un criteri de disseny no està definit per la normativa.

Aquestes dues guies són les següents:

• Plec de condicions tècniques de les instal·lacions fotovoltaiques aïllades de la xarxa: document de referència per tal d’establir els paràmetres bàsics de dimensionament de les instal·lacions fotovoltaiques autònomes.
• Plec de condicions tècniques de les instal·lacions fotovoltaiques connectades a la xarxa: document de referència per tal d’establir els paràmetres bàsics de disseny de les instal·lacions fotovoltaiques connectades a la xarxa.

L’objectiu d’aquestes guies és fixar les condicions tècniques mínimes que han de complir les instal·lacions fotovoltaiques i servir de guia per a instal·ladors i fabricants d’equips, definint les especificacions mínimes que ha de complir una instal·lació per assegurar-ne la qualitat, en benefici de l’usuari i del desenvolupament propi d’aquesta tecnologia.

També pretén valorar la qualitat final de la instal·lació pel que fa al seu rendiment (eficiència energètica), la generació d’energia elèctrica proporcionada, el correcte dimensionament i la seva integració a l’entorn.

L’àmbit d’aplicació d’aquests Plecs de Condicions Tècniques (PCT) són tots els sistemes mecànics, elèctrics i electrònics que formen part de les instal·lacions solars fotovoltaiques.

Les instal·lacions elèctriques, incloses les instal·lacions solars fotovoltaiques autònomes i de connexió a xarxa, han de disposar de les següents proteccions:

• Protecció contra sobreintensitats (sobrecàrregues i curtcircuits): ITC-BT-22.
• Protecció contra sobretensions: ITC-BT-23.
• Protecció contra contactes directes i indirectes: ITC-BT-24.
• Presa de terra: ITC-BT-18, ITC-BT-19 i ITC-BT-26.

Els diferents elements de protecció que s’utilitzen en una instal·lació fotovoltaica poden classificar-se segons diferents criteris:

• Tipus de corrent. Com a criteri general, el tipus de dispositiu de protecció que cal utilitzar en una instal·lació solar fotovoltaica depèn de la part de la instal·lació que ha de protegir: part de CC o part de CA.
• Tipus d’instal·lació. Monofàsica o trifàsica, depenent de les característiques de sortida de l’inversor i del tipus de connexió a la xarxa.
• Tipus de protecció. En funció de la protecció que proporciona:
  • Protecció de la instal·lació contra sobretensions, sobrecàrregues i curtcircuits.
  • Protecció de les persones contra contactes directes o indirectes.
  • Etc.

  La protecció contra contactes directes protegeix a les persones contra els riscos derivats d’un contacte amb les parts de la instal·lació que estan en tensió.

Instal·lació fotovoltaica sota estudi

La figura mostra la instal·lació fotovoltaica sota estudi, en la que s’indiquen els elements de protecció utilitzats. Podem diferenciar dues parts de la instal·lació: la part de CC i la part de CA.

Els principals dispositius de control i protecció utilitzats en la part de CC de les instal·lacions solars fotovoltaiques són els següents:

• Fusibles.
• Dispositius de protecció contra sobretensions transitòries.
• Seccionadors.

I les principals proteccions utilitzades en la part de CA són:

• Interruptors automàtics.
• Dispositius de protecció contra sobretensions transitòries.
• Interruptors diferencials.

Els dispositius utilitzats en la part de CC són els següents:

• Seccionadors.
• Dispositius de protecció contra sobretensions transitòries.
• Fusibles o interruptors automàtics.
• Instal·lació de posada a terra de l’estructura de suport dels panells.

Els elements de protecció s’ubiquen per protegir la línia que uneix els panells solars amb l’inversor CC/CA. Aquests elements hauran d’estar dissenyats per protegir de sobretensions, sobrecàrregues i curtcircuits a la instal·lació. La seva configuració dependrà de les característiques de cada sistema i caldrà considerar les següents condicions de servei:

• El corrent de disseny que s’ha de considerar és el corrent de curtcircuit màxim del generador fotovoltaic (I_{SC GEN MÀX}), considerant un factor de sobredimensionat d’1,25 per ser una instal·lació generadora:
  
• Com a norma general, la tensió de disseny serà la tensió màxima en circuit obert del generador (V_{OC GEN MÀX}), considerant un factor de sobredimensionat d’1,2 que preveu les pitjors condicions de temperatura (un dia fred d’hivern i a la màxima radiació incident):
  

Els elements de proteccions utilitzats en la part de CA de la instal·lació s’encarreguen de la protecció de la instal·lació contra sobreintensitats i a l’usuari contra els contactes indirectes.

Els elements de protecció utilitzats habitualment en la part de CA són els següents:

• Interruptors magnetotèrmics.
• Interruptors diferencials.
• Protectors contra sobretensions transitòries.

La sortida de l’inversor és de CA i la protecció contra sobrecàrregues i curtcircuits es realitza mitjançant interruptors automàtics magnetotèrmics i la protecció contra contactes directes i indirectes mitjançant interruptors diferencials.

El corrent i la tensió de servei d’aquests dispositius es determinen en funció de la potència i tensió nominal de l’inversor.

L’elecció del tipus de fusible ha de preveure la línia del circuit que protegeix: CC o CA.

Hi ha diferents tipus de fusibles en funció de la seva corba de resposta. Els més utilitzats són els següents:

• gG i gL: fusibles de protecció general, utilitzats en circuits que admeten lleus sobrecàrregues i requereixen una resposta ràpida davant de curtcircuits.
• gR: fusibles de protecció de semiconductors, utilitzat en aplicacions que admeten sobrecàrregues i necessiten una resposta molt ràpida davant de curtcircuits.
• aR: fusibles de protecció d’equips electrònics sensibles, on s’admeten lleus sobrecàrregues i requereixen una resposta ultraràpida davant de curtcircuits.
• gPV: fusibles de protecció de sistemes fotovoltaics.

Un fusible gPV és un dispositiu de protecció elèctrica específicament dissenyat per a sistemes fotovoltaics. La seva funció principal és protegir els mòduls fotovoltaics i la línia de connexió contra sobrecorrents provocats per condicions de fallada, especialment el corrent invers entre cadenes fotovoltaiques degudes a defectes a terra o curtcircuits.

Les principals diferències d’aquests fusibles amb els fusibles convencionals són les següents:

• Condicions ambientals: els fusibles gPV estan dissenyats per operar de manera eficient en les condicions ambientals variables i extremes en les quals funcionen els sistemes fotovoltaics.
• Tensió d’operació: els sistemes fotovoltaics operen a tensions més altes que els circuits domèstics convencionals.

La taula mostra les característiques tècniques que proporciona el fabricant d’un fusible. Les dades més importants són les següents:

• Intensitat nominal (I_N) o corrent assignat: intensitat que pot suportar de manera indefinida en condicions normals de funcionament sense que es deteriori. Correspon al calibre del fusible.
• Tensió màxima de servei o tensió nominal (U_N): tensió màxima de funcionament del fusible.
• Poder de tall: intensitat que pot tallar sota la tensió especificada sense que es deteriori el dispositiu.

La taula mostra la intensitat nominal (I_N) dels fusibles d’aplicació en les instal·lacions solars fotovoltaiques.

La taula mostra la tensió nominal V_N) típica dels fusibles d’aplicació en les instal·lacions solars fotovoltaiques.

Des del punt de vista de la protecció contra sobrecàrregues, com a criteri general, no cal protegir els cables de la línia de connexió de les cadenes fotovoltaiques si la capacitat de transport dels cables no és inferior a la intensitat màxima que pot afectar-los.

Com que la secció dels cables es calcula per suportar el corrent de curtcircuit del generador, quan aquest està format únicament per una o dues cadenes de mòduls no cal utilitzar dispositius de protecció contra sobrecàrregues i curtcircuits. Encara així és recomanable la seva protecció.

La figura mostra l’efecte d’un curtcircuit en un generador format per una cadena de mòduls. El corrent màxim que subministra el generador fotovoltaic quan es produeix un curtcircuit es correspon al seu corrent de curtcircuit (I_{SC GEN}).

El corrent màxim admissible del cable (I_Z) de la cadena fotovoltaica ha de ser superior al corrent de curtcircuit màxim d’aquesta cadena (I_{SC CADENA MÀX}):

En el cas d’un generador format per dues cadenes de mòduls, quan hi ha un defecte d’aïllament en una de les cadenes, el corrent invers màxim que pot produir-se, com podeu veure a la figura, és el corrent de curtcircuit de l’altra cadena. Aquest corrent invers és tolerable pels mòduls fotovoltaics.

Si el generador té més de dues cadenes de mòduls, cal utilitzar de manera obligatòria proteccions contra sobreintensitats, ja que es pot produir un defecte d’aïllament en una de les cadenes i sigui alimentada per un corrent invers de la resta de cadenes del camp fotovoltaic.

La figura mostra un exemple de protecció contra sobreintensitats dels mòduls fotovoltaics. Totes les cadenes connectades en paral·lel han de tenir la mateixa tensió nominal. A la pràctica això significa que cada cadena té el mateix nombre de mòduls connectats en sèrie, utilitzant mòduls equivalents.

Aquest fenomen succeeix quan la tensió d’una de les cadenes d’un generador fotovoltaic és menor que la tensió de circuit obert de la resta de cadenes. Quan això passa, la cadena afectada es comporta com una càrrega dissipant energia en forma de calor provocada pel corrent invers. Les causes que poden motivar això són les següents:

• L’ombratge total o parcial dels mòduls d’una cadena. En general, aquest efecte no és significatiu en les instal·lacions de petita potència (instal·lació d’autoconsum), però pot ser important en les de gran potència (centrals solars).
• Defectes del generador fotovoltaic. El curtcircuit en un o més mòduls d’una cadena pot afectar a la tensió en circuit obert de la cadena afectada.
• Errors d’instal·lació que provoquen cadenes en paral·lel amb diferent nombre de mòduls o característiques diferents.
• Fallada en la posada a terra d’un mòdul.

Els mòduls fotovoltaics poden suportar un corrent invers d’entre 2,5 i 3 vegades I_SC, és a dir, uns 15 A a 25 A segons la seva potència, motiu pel qual només cal protegir les cadenes fotovoltaiques quan hi hagi tres o més connectades en paral·lel al mateix inversor o MPPT.

En la taula es mostren les característiques tècniques d’un panell solar fotovoltaic. El fabricant especifica la intensitat nominal màxima del fusible que cal instal·lar, el valor del qual en aquest exemple és de 15 A, per protegir-lo del corrent invers.

El criteri general pel dimensionament del fusible de protecció d’una cadena fotovoltaica és el següent:

• Els fusibles han de ser específics per a la protecció de semiconductors (característica gR o específics per instal·lacions fotovoltaiques gPV).
• Si la tensió del generador fotovoltaic és elevada s’ha de comprovar que la tensió assignada al fusible (V_N) sigui 1,2 vegades la tensió de circuit obert del generador (V_{OC GEN}) en condicions estàndard (CEM):
  
• Els fusibles es dimensionen per actuar quan se supera el corrent de curtcircuit màxim del generador en condicions estàndard (CEM):
  
• El corrent nominal I_N del fusible ha de garantir que no se superi el corrent màxim invers que pot suportar un mòdul fotovoltaic:
  
  Per tant, el corrent nominal del fusible se selecciona segons el criteri següent:
  
  S’ha de col·locar un fusible per a cada conductor polar (+/-) de cada sèrie de mòduls del generador fotovoltaic o agrupació de cadenes.

Protecció envers del corrent invers

A la figura es mostra un exemple de la protecció d’un generador fotovoltaic. Els mòduls utilitzats són els especificats a la taula.

En el cas d’una instal·lació de dues cadenes, el corrent invers no és perillós, ja que en cas de qualsevol defecte, el corrent invers de la cadena defectuosa és el corrent de curtcircuit de l’altra cadena:

En el cas d’una instal·lació amb més de dues cadenes, quan hi ha un defecte en una de les cadenes la resta de cadenes pot subministrar el corrent de curtcircuit, de manera que el corrent invers pot ser elevat.

En aquest cas, el fabricant recomana un valor màxim de la intensitat nominal del fusible que el protegeix contra el corrent invers de 15 A.

El criteri de selecció del fusible és el següent:

Se selecciona un fusible d’intensitat nominal 12 A:

En aquest exemple s’instal·la un fusible de 12 A en cada cadena, de manera que en produir-se un defecte actuaran les proteccions quan el corrent invers superi els 12 A.

El fusible de línia de les bateries actua com a dispositiu de protecció general en cas de sobrecàrregues o curtcircuits accidentals.

La taula mostra les característiques tècniques d’una bateria. Aquests dispositius permeten corrents de descàrrega elevada durant un temps limitat, passat el qual poden deteriorar-se. Les bateries també poden produir corrents de curtcircuit força elevat, superiors als 2 kA. Per tant, cal protegir tant la bateria com els cables de la línia de connexió amb l’inversor o regulador de càrrega amb fusibles.

Com podeu veure a la figura, alguns reguladors de càrrega incorporen un fusible per a la protecció de la línia de la bateria.

Des del punt de vista de la protecció contra sobrecàrregues, cal protegir els cables amb fusibles o interruptors automàtics, tenint en compte que el cable ha de suportar un corrent màxim exigit a la part CC per part de l’inversor a màxima potència. La condició de referència que s’ha de complir és la següent:

El corrent que pot subministrar una bateria en condicions de funcionament normal depèn de la tensió nominal de la instal·lació (12 V, 24 V o 48 V) i de la potència nominal de l’inversor, considerant un rendiment de l’inversor del 100%:

Com que l’inversor pot treballar sobrecarregat durant un temps determinat, assumirem un sobredimensionament del 200%:

Exemple de càlcul del fusible d'una bateria

La figura mostra la protecció de la línia que va des de la bateria fins al regulador de càrrega d’una instal·lació solar fotovoltaica aïllada. El corrent màxim que subministra la bateria a l’inversor és de 100 A aproximadament:

Si considerem que el cable unipolar que s’ha instal·lat en la línia de bateries de secció 25 mm² pot suportar un corrent màxim (I_Z) de 166 A, la intensitat nominal del fusible que cal instal·lar és de:

Un fusible normalitzat que compleix aquests requisits és un fusible de 125 A de corrent nominal.

Una sobretensió transitòria és una pujada de tensió de molt curta durada, sigui entre dos conductors actius, o entre un dels conductors i terra. El principal origen de les sobretensions transitòries són les descàrregues elèctriques atmosfèriques, sigui directament sobre la instal·lació o properes. Aquestes descàrregues provoquen pics de tensions que poden ser superiors a 5 kV, la principal característica dels quals és que són de molt curta durada.

Els dispositius de protecció contra sobretensions són adequats per a totes les aplicacions fotovoltaiques: centrals solars, instal·lacions d’autoconsum en cobertes i instal·lacions autònomes, especialment en el cas que incloguin un sistema de protecció contra el llamp (parallamps).

La protecció contra sobretensions transitòries és obligatòria en les instal·lacions solars instal·lades en les teulades, en ser instal·lacions parcialment aèries i en les centrals solars per la seva gran extensió i estar exposades a les descàrregues atmosfèriques.

La taula mostra les principals característiques tècniques de diferents protectors de sobretensions:

• Tipus: hi ha tres tipus de protectors diferents en funció del nivell de protecció que ofereixen (1, 2 o 3).
• Nivell de protecció de tensió (U_p): nivell de limitació de tensió que determina el funcionament del protector contra les sobretensions.
• Tensió nominal (U_N): tensió de funcionament que es pot aplicar al dispositiu.
• Tensió màxima de servei (U_C): tensió màxima que es pot aplicar.
• Altres característiques: el fabricant també indica altres paràmetres relacionats amb els corrents de descàrrega quan se sotmet a una tensió de prova amb forma d’ona 8/20 μs, els quals permeten classificar el nivell de protecció del dispositiu.

Aquests dispositius tenen una tensió nominal de funcionament entre 600 V i 1.500 V i un corrent màxim de descàrrega que varia entre 20 kA i 40 kA.

En un sistema fotovoltaic, el nucli principal de la instal·lació és l’inversor, per tant, la protecció contra sobretensions transitòries haurà d’estar focalitzada, tal com podeu veure a la figura, en aquest equip:

• Per a una protecció completa de la part de CA es recomana instal·lar un protector de sobretensions en el quadre de protecció principal i un altre a la sortida de l’inversor. De la mateixa manera, la protecció completa de la part de CC requereix la utilització de dos protectors: un de tipus 1 a la sortida del generador fotovoltaic i un altre a l’entrada de l’inversor.
• Per a una protecció mínima podem instal·lar un protector de sobretensions de tipus 2 a l’entrada i a la sortida de l’inversor. En cada costat de la instal·lació es requereix un SPD específic, adequat per treballar en CC o CA segons correspongui.

Les característiques dels SPD utilitzats han d’estar en consonància amb les tensions i potències del generador fotovoltaic, el nivell de protecció que es vol assolir i la ubicació geogràfica de la instal·lació.

Amb caràcter general, el protector de sobretensions d’un camp fotovoltaic ha de complir les característiques següents:

• Tipus 2 o tipus 1+2.
• Tensió nominal de servei màxima (V_C). Se selecciona en funció de la tensió màxima de generador fotovoltaic (V_{OC GEN}}:
  
• Nivell de protecció (U_P). Es determina en funció de l’equip que es protegirà:
  
• Intensitat nominal de descàrrega (I_N):
  

La figura mostra un exemple d’utilització de la protecció contra sobretensions transitòries a la sortida del generador fotovoltaic.

Els protectors de sobretensions utilitzats a la sortida de l’inversor han de ser específics per a corrent altern. En la taula podeu comprovar les característiques tècniques d’aquests dispositius.

La figura mostra un exemple de protecció contra sobretensions transitòries a la sortida de l’inversor: el protector s’instal·la després d’un interruptor automàtic per evitar un curtcircuit si s’avaria el protector de sobretensions, i abans de l’interruptor diferencial per evitar trets innecessaris.

Exemple de selecció del protector contra sobretensions transitòries

En la instal·lació que s’havia tractat amb anterioritat, que veiem de nou representada a la figura, els criteris de selecció del protector contra sobretensions transitòries segons les característiques del generador fotovoltaic són les següents:

• Tipus: 2.
• Tensió nominal de servei màxima:
  
• Intensitat nominal de descàrrega:
  

Amb aquestes dades poden seleccionar el protector de la taula de tensió nominal de 600 V CC, nivell de protecció de 2,8 kV i un corrent màxim de descàrrega de 40 kA.

La protecció de la part de CA pot realitzar-se amb un protector contra sobretensions de tipus 2 com el de la taula que presenta les característiques següents:

• Tipus: 2.
• Tensió nominal de servei:
  
• Intensitat nominal de descàrrega:
  

Per facilitar el manteniment d’una instal·lació de corrent continu s’han de preveure mitjans de seccionament i maniobra, utilitzant interruptors seccionadors, unitats combinades de fusibles seccionadors o interruptors automàtics adequats per al seccionament.

La taula mostra un exemple de característiques tècniques d’un interruptor seccionador.

Aquests dispositius s’han d’instal·lar al final de les cadenes fotovoltaiques, han de ser compatibles per a l’ús amb CC i ajustats als requisits mínims següents:

• Tensió nominal de servei màxima (U_e). Tensió màxima que pot suportar el dispositiu quan està obert, garantint les condicions d’aïllament:
  
• Intensitat nominal o corrent d’utilització (I_e). Corrent que pot suportar en règim permanent:
  

La figura mostra la utilització d’un seccionador en una instal·lació fotovoltaica. Per desconnectar i aïllar amb seguretat una cadena fotovoltaica s’utilitza un seccionador de dos pols (2P). Amb un seccionador de quatre pols (4P), l’operador pot desconnectar de manera simultània dues cadenes i aïllar-les amb seguretat abans de qualsevol intervenció.

Els interruptors automàtics magnetotèrmics (IA) són dispositius de protecció que integren tots els components necessaris per assegurar de forma coordinada el comandament, la protecció contra sobrecàrregues i la protecció contra curtcircuits. Com indica el seu nom està compost per un element tèrmic i un element magnètic:

• La protecció tèrmica actua quan el corrent elèctric supera el valor nominal, protegint els circuits en situacions de sobrecàrrega.
• La protecció magnètica actua enfront de corrents elevades, protegint la línia contra curtcircuits.

Atès el tipus de corrent que podem trobar en una instal·lació solar fotovoltaica, hi ha dos tipus d’IA diferents:

• Interruptor magnetotèrmic de CC.
• Interruptor magnetotèrmic de CA.

La figura mostra el criteri bàsic, simplificat, de selecció de les proteccions contra sobreintensitats d’un circuit. Els dos paràmetres bàsics que cal seleccionar d’un dispositiu de protecció contra sobreintensitats són:

• Intensitat nominal (I_N): corrent de disseny a partir del qual el dispositiu de protecció comença a actuar.
• Poder de tall (I_CU): corrent màxim que el dispositiu de protecció pot tallar sense destruir-se.

I_B és el corrent pel qual s’ha dissenyat el circuit. En les instal·lacions solars fotovoltaiques podem considerar els següents valors:

• Part de CC: com que el valor de curtcircuit és només lleugerament superior al valor del punt de màxima potència, s’escull el valor de curtcircuit que protegeix el cable contra curtcircuits i escalfament alhora. A més a més, s’aplica un factor de correcció d’1,25 per ser una instal·lació generadora:
  
• Part de CA: corrent nominal de sortida de l’inversor (I_N), corregit amb un factor d’1,25:
  

El dispositiu de protecció ha d’actuar abans que el conductor s’escalfi per sobre del màxim que pot tolerar i ha de poder suportar el màxim corrent de curtcircuit previst en la part del circuit que protegeix:

• Corrent màxim admissible (I_Z): valor màxim del corrent que circula permanentment per un conductor, en les condicions específiques d’instal·lació, sense que la seva temperatura de règim permanent superi un valor especificat.
• Corrent de curtcircuit (I_CC): màxim corrent de curtcircuit previst en la instal·lació.

Per tant, la principal condició que han de complir els dispositius de protecció (I_N) és la següent:

La taula mostra les característiques tècniques dels interruptors automàtics de CC d’aplicació en les instal·lacions solars fotovoltaiques. Els paràmetres bàsics que els caracteritzen són els següents:

• Tensió nominal. Tensió del sistema per al qual ha estat previst el seu funcionament i aïllament.
• Intensitat nominal. Corrent màxim que l’interruptor automàtic pot suportar sense que es produeixi l’obertura del circuit. Sobrepassat aquest valor, el dispositiu tallarà el circuit en un temps determinat segons la seva corba de resposta.
• Poder de tall. Màxima intensitat de curtcircuit que el dispositiu pot suportar.
• Corba. Determina els temps que tarda a actuar la protecció en funció de la intensitat que circula pel dispositiu. Els IA de CC tenen una corba característica de tipus B o C.

La figura mostra el nombre típic de pols dels IA de CC. En la part de CC d’una instal·lació fotovoltaica el nombre de pols que cal protegir són 2 (+,-).

Com podeu veure a la figura, per aconseguir la tensió nominal desitjada cal utilitzar diferents mòduls: quants més mòduls s’utilitzen, més tensió pot suportar l’IA. Per exemple, amb un IA de dos pols, la tensió nominal que resulta és de 500 V i amb un IA de 4 pols, puntejant els terminals adequats la tensió que resulta és de 1.000 V.

La taula mostra la intensitat nominal (I_N) dels interruptors automàtics d’aplicació en instal·lacions elèctriques generals que també són aplicables a la part de CA de les instal·lacions solars fotovoltaiques.

La figura mostra el nombre de pols d’un IA de CA. En funció del tipus de sortida de l’inversor, l’IA pot ser bipolar (monofàsica) o tetrapolar (trifàsica).

Les principals funcions d’un ID en una instal·lació són les següents:

• Protecció de les persones contra contactes directes i indirectes. Quan una persona entra en contacte de forma directa amb les parts actives d’una instal·lació (conductors, borns de connexió…), o de forma indirecta amb una part metàl·lica d’un aparell en derivació (defecte d’aïllament), l’ID detecta el corrent de fuita i talla el circuit en un temps prou ràpid per evitar els riscos que es poden derivar del pas del corrent a través del cos humà.
• Protecció de la instal·lació contra defectes d’aïllament. En el cas d’un defecte d’aïllament, el corrent de fuita que provoca dispara l’ID, evitant els possibles contactes indirectes abans que passin.
• Protecció contra risc d’incendi. Un corrent de defecte a terra persistent que no provoqui l’actuació del dispositiu de protecció contra sobreintensitats, pot provocar un sobreescalfament que derivi en un incendi.

Les principals característiques tècniques d’un ID, les quals podeu veure a la taula, són les següents:

• Classe: comportament de l’ID respecte dels corrents de defecte que detecta. Hi ha diferents classes, que podeu veure a la figura classe A, AC, B, C, S…
• Intensitat nominal (I_N): corrent que pot suportar en condicions normals de funcionament.
• Nombre de pols: hi ha diferents tipus d’ID en funció del nombre de pols que protegeix; bipolar, tripolar o tetrapolar.
• Sensibilitat (I_ΔN): corrent mínim de fuita detectat que provoca el tret de la protecció.

La selecció adequada d’un ID depèn de les necessitats específiques de la instal·lació, ja que hi ha diverses variants pel que fa a la classe, la intensitat, el nombre de pols i la sensibilitat. En la figura es resumeixen les aplicacions que defineixen les classes d’un ID.

Com a norma general, en les instal·lacions solars fotovoltaiques s’instal·len interruptors diferencials d’alta sensibilitat (30 mA) de classe A.

Quadre de proteccions de la part de CA d'una instal·lació fotovoltaica

La figura mostra el quadre de proteccions de la part de CA d’una instal·lació fotovoltaica. En aquest exemple hi ha un IA de I_N de 25 A i un ID de 30 mA. També s’ha instal·lat un protector de sobretensions transitòries de tipus 2.

Exemple de selecció de les proteccions

En la instal·lació de la figura, s’utilitza un IA de CC, substituint en un mateix dispositiu la funció de protecció contra sobreintensitats i de seccionament. Seguint els mateixos criteris de selecció que el fusible, la tensió nominal ha de ser superior a 240 V i el seu corrent nominal superior a 13,75 A:

Per tant, un IA adequat per aquesta instal·lació és un IA de dos pols (500 V) i un corrent nominal de 16 A.

L’IA de CA ha de ser de tensió nominal 230 V/50 Hz, ja que l’inversor és monofàsic. Tant l’ID com l’IA han de permetre el pas del corrent nominal de l’inversor i protegir la línia del corrent màxim admissible que pot suportar:

El corrent de disseny del circuit depèn del corrent nominal de sortida de l’inversor, que és de 6,5 A:

Tenint en compte que un cable de secció 2,5 mm₂ pot suportar en una instal·lació sota tub aproximadament 24 A:

Se selecciona un IA de 10 A.

L’ID ha de suportar com a mínim el mateix corrent nominal que l’IA i se selecciona d’alta selectivitat (30 mA) i immunitzat (classe A).

Com a mesura de seguretat cal considerar sempre que la part de corrent continu d’una instal·lació està sota tensió encara que el costat de corrent altern estigui desconnectat de la xarxa o l’inversor estigui desconnectat del costat del corrent continu. Per tant, és important instal·lar un dispositiu seccionador que desconnecti les cadenes fotovoltaiques de la instal·lació.

Per a la protecció contra el xoc elèctric (contactes directes i contactes indirectes) de les instal·lacions en corrent continu només estan permeses les mesures següents:

• Protecció per aïllament doble o reforçat (classe II).
• Protecció per utilització de molt baixa tensió de seguretat (MBTS).

Per tant, les mesures de protecció que s’adopten en altres tipus d’instal·lacions, com ara la part de CA de la instal·lació fotovoltaica, no poden utilitzar-se:

• Protecció per aïllament de les parts actives.
• Protecció per mitjà de barreres o envoltants.
• Protecció mitjançant obstacles.
• Protecció per posada fora de l’abast per allunyament.

Per tant, en cas que no s’utilitzi MBTS tant els mòduls fotovoltaics, les caixes de connexió i els cables utilitzats han d’estar protegits mitjançant aïllament doble o reforçat (figura).

Els cables al costat del corrent continu s’han de seleccionar i implementar de manera que es minimitzi el risc de defectes a terra i curtcircuits. Això s’ha d’aconseguir utilitzant un dels tipus de cables següents:

• Cables unipolars amb coberta no-metàl·lica.
• Conductors aïllats (unipolars) instal·lats individualment en tubs o canals aïllants.

Els cables unipolars amb coberta no-metàl·lica no s’han d’instal·lar directament a la superfície de la teulada o sostre.

Quan discorrin per l’exterior, els cables a utilitzar seran dels tipus normalitzats per ser utilitzats al costat de corrent continu dels sistemes fotovoltaics, d’acord amb la norma UNE-EN 50618.

El cable fotovoltaic que s’ha establert com a estàndard europeu està dissenyat segons la norma EN 50618 i amb designació genèrica H1Z2Z2-K.

El sistema de conducció de cables utilitzat (safata, tub, brides per a fixació directa a estructura…) ha de ser adequat per a intempèrie en els trams en què l’estesa és exterior, seguint en tot moment les indicacions de les ITC-BT 20 i 21 de l’REBT.

El millor indicador per identificar de manera fàcil els conductors positius i negatius al llarg de tota l’estesa del cable és el seu color. Per això el color disponible dels cables de les d’instal·lacions fotovoltaiques és el vermell (+) i el negre (-).

Si no es donés el cas d’utilitzar dos colors, cal marcar en la coberta del conductor positiu i del negatiu (L+ i L-).

En instal·lacions fotovoltaiques els connectors utilitzats seran normalitzats per a aplicacions de corrent continu en sistemes fotovoltaics.

Els connectors situats en un lloc accessible a les persones no qualificades o no instruïdes han de ser d’un tipus que només es pugui desconnectar per mitjà d’una clau o d’una eina o estar instal·lats dins d’una envolupant que només es pugui obrir mitjançant una clau o eina.

Les envolupants del material elèctric instal·lat a l’exterior han de tenir un grau de protecció no inferior a IP 44 i un grau de protecció contra l’impacte mecànic extern no inferior a IK07.

El dimensionament de la secció dels conductors d’una instal·lació fotovoltaica s’ha de realitzar segons les prescripcions establertes en l’REBT.

La selecció adequada de la secció del conductor d’un cable garanteix que la caiguda de tensió en la línia sigui tolerable i que pugui suportar el corrent en funcionament del circuit.

La secció escollida també ha de garantir que els conductors suportin els possibles curtcircuits que puguin produir-se fins al moment que actuïn les proteccions elèctriques.

Les característiques de la sortida d’un generador fotovoltaic, com podeu veure a la figura, depèn del tipus d’instal·lació fotovoltaica:

• En les instal·lacions connectades a la xarxa el generador fotovoltaic està format per un conjunt de panells connectats en sèrie, distribuïts en una o diverses cadenes. Aquesta configuració genera tensions altes i corrents baixos, de manera que la secció del cable necessari és petit i el calibre de les proteccions també.
• En les instal·lacions aïllades la tensió del generador ve condicionada per la tensió del banc de bateries, de manera que la configuració típica del generador fotovoltaic és una connexió dels panells fotovoltaics en paral·lel. En aquest cas la tensió que subministra el generador és baixa, però el corrent elevat. Això provoca la necessitat d’instal·lar cables de secció elevada.

Per a la selecció de la secció dels conductors d’una instal·lació solar fotovoltaica cal seguir els dos criteris bàsics que estableix l’REBT:

• Primer criteri. Màxima caiguda de tensió permesa. Cal cercar una secció que compleixi amb el criteri de la caiguda de tensió, de manera que aquesta sigui inferior a l’1,5% de la tensió nominal de la instal·lació, tant en la part de CC com en la part de CA. Com més gran sigui la secció més petita serà la caiguda de la tensió.
• Segon criteri. Criteri del màxim corrent admissible. Aquest criteri afecta la temperatura del conductor. Els conductors han de poder suportar el corrent que circula per la línia, subministrada pel generador o l’inversor, depenent de la part de la instal·lació. Com més gran sigui la secció, cada conductor podrà suportar un corrent màxim més gran sense cremar-se. Aquest corrent màxim depèn de molts factors, com ara el tipus de conductor, la temperatura ambient i el sistema d’instal·lació.

Hem de triar una secció del conductor que compleixi els dos criteris. Una vegada calculada la secció, cal triar una secció normalitzada immediatament superior. La taula mostra la secció normalitzada dels conductors elèctrics.

El cable ha de poder suportar durant el temps que tardi a actuar el dispositiu de protecció l’alt corrent derivat d’un curtcircuit I_{CC MÀX}.

Per al càlcul de la secció de conductor adequada utilitzarem les expressions que es mostren a la taula.

Expressions per determinar la secció mínima del conductor

	Línies monofàsiques	Línies trifàsiques
En funció de la intensitat
En funció de la potència

Per al càlcul de la secció d’un conductor, haurem de tenir en compte les magnituds següents:

• s: Secció conductor (mm²)
• L: Longitud del tram simple (m)
• I: Intensitat eficaç (A); (I_L = Intensitat de línia)
• V: Tensió de la línia (V); (V_L = Tensió de línia)
• cos: Factor de potència (En línies elèctriques de CC, cos = 1)
• P: Potència elèctrica (W)
• u: Caiguda de tensió en la línia (V)
• σ: Conductivitat del conductor. Per al càlcul utilitzarem sempre el cas més desfavorable, que s’assoleix quan el conductor arriba a la temperatura màxima que pot suportar. En el cas d’un conductor de coure:
  • Valor a 90ºC si es tracta d’un cable termostable (XLPE). La conductivitat del coure (σ) a aquesta temperatura és de 45,5 m/(Ω/mm²).
  • Valor a 70ºC si es tracta d’un cable termoplàstic (PVC). La conductivitat del coure (σ) a aquesta temperatura és de 48,5 m/(Ω/mm²).

Per a una instal·lació monofàsica i la línia de CC d’una instal·lació utilitzarem la següent expressió per calcular la secció del cable:

on:

L’expressió anterior ens dona la secció del conductor mínima a muntar expressada en mm² per tal de complir el requisit que la caiguda de tensió sigui menor al percentatge escollit en funció del tram.

La figura representa la caiguda de tensió màxima que s’admet en les instal·lacions connectades a la xarxa.

Per tant, la caiguda de tensió màxima entre l’inversor i el quadre general de comandament i protecció (QGCP) com a punt d’interconnexió a la instal·lació interior ha de ser d’1,5% com a màxim.

En el costat de CC la ITC-BT-40 no especifica cap valor de caiguda de tensió màxima, però el Plec de Condicions Tècniques d’Instal·lacions Connectades a Xarxa de l’IDAE indica una caiguda de tensió màxima d’1,5%.

Com a criteri, per al càlcul de la caiguda de tensió utilitzarem com a valors nominals els següents:

• Costat de CA. Valor nominal de l’inversor utilitzat: V_N, P_N i I_N.
• Costat de CC. Punt de màxima potència del generador fotovoltaic: V_PMP, P_PMP i I_PMP.

Càlcul de la secció d'una instal·lació connectada a la xarxa

La figura mostra l’exemple d’una instal·lació connectada a la xarxa.

Cable de CC

Les dades de partida per al càlcul de la secció dels conductors de CC són les següents:

• u: Caiguda de tensió permesa en la part de CC: 1,5%
• σ_COURE (90ºC) = 45,5 m/Ω·mm² (cable termostable).
• L_{MÀX CC} = 30 m
• V_N = V_{PMP GEN} = 168 V
• I_N = I_{PMP GEN} = 10 A

La caiguda de tensió màxima en volts permesa en el costat de CC és 2,52 V (1,5%):

La secció mínima del conductor que resulta és de 4,3 mm²:

La secció normalitzada que compleix aquest criteri és un conductor de 6 mm² de diàmetre. Per aquesta secció, la caiguda de tensió és de 2,2 V, que es correspon amb un 1,3 %:

Aquesta secció garanteix el criteri de caiguda de tensió, però encara no sabem si compleix el criteri de màxim corrent admissible.

Cable de CA

Les dades de partida per al càlcul de la secció dels conductors de CA són les proporcionades per l’inversor de la instal·lació:

• σ_COURE (70ºC) = 45,5 m/Ω·mm² (cable termoplàstic).
• L_{MÀX CA} = 20 m
• V_NOMINAL = 230 V
• I_NOMINAL = 6,5 A

La caiguda de tensió màxima en volts permesa en el costat de CA és de 3,45 V:

La secció (S) necessària mínima del conductor és d’1,66 mm²:

La secció normalitzada que compleix aquest criteri és un conductor de 2,5 mm² de diàmetre. Per aquesta secció, la caiguda de tensió és de 2,28 V, que es corresponen amb un 0,99%:

Aquesta secció garanteix el criteri de caiguda de tensió, però no sabem si compleix el de màxim corrent admissible.

Per al càlcul de la secció pel criteri de la caiguda de tensió d’una instal·lació solar fotovoltaica aïllada tindrem en compte les recomanacions que estableix l’IDAE, que estableix una caiguda de tensió màxima en la part de CC d’1,5% i el que estableix l’REBT per a la part de CA, d’1,5%, que teniu resumides a la figura.

Els conductors necessaris tindran la secció adequada per reduir les caigudes de tensió i els escalfaments. Concretament, per a qualsevol condició de treball, els conductors han de tenir la secció suficient perquè la caiguda de tensió sigui inferior, incloent-hi qualsevol terminal intermedi, a l’1,5% a la tensió nominal.

Per aconseguir aquesta caiguda de tensió, en la part de CC podem repartir-la entre les diferents parts de la instal·lació, de manera que en el recorregut del corrent mai se superi aquesta caiguda de tensió. Com a exemple, a la taula s’especifica les recomanacions per a la caiguda de tensió màxima admissible segons el subsistema.

La figura mostra els diferents trams d’una instal·lació solar fotovoltaica aïllada i les principals característiques dels components que cal tenir en compte:

• Tram 1. Connexió entre si dels mòduls que formen el generador.
• Tram 2. Connexió de la caixa de connexions del generador fotovoltaic al regulador de càrrega.
• Tram 3. Connexió del regulador de càrrega amb la bateria d’acumuladors.
• Tram 4. Connexió del regulador de càrrega amb l’inversor.
• Tram 5. Connexió de l’inversor amb la caixa general de comandament i protecció de la instal·lació d’utilització (CGCP).
• Tram 6. Circuits d’utilització. En aquest tram s’han d’aplicar les instruccions de l’REBT per a instal·lacions interiors en habitatges, locals o indústries en les quals es fixen, entre altres, les caigudes de tensió màximes del 3%, per a circuits interiors d’habitatges i per a instal·lacions interiors d’enllumenat i 5% per a la resta d’usos.

Les dades necessàries per avaluar la caiguda de tensió són les potències o intensitats, tensions i longituds dels diferents trams de la instal·lació.

Com a criteris de tensió utilitzarem els següents:

• Part de CC. Tensió nominal de la instal·lació: 12 V, 24 V o 48 V. En la part del generador fotovoltaic triarem el seu punt de màxima potència (V_{PMP GEN}).
• Part de CA. Tensió nominal de la instal·lació: 230 V (monofàsica) i 400 V (trifàsica).

Els corrents a considerar en cada tram són els següents:

• Tram 1 (circuit CC): I_SC (corrent de curtcircuit d’un mòdul fotovoltaic).
• Tram 2 (circuit CC): I_{SC GEN} (corrent de curtcircuit de tot el generador fotovoltaic).
• Tram 3 (circuit CC): I_BAT (el més gran del tram 2 o 4).
• Tram 4 (circuit CC): I_{i INV} (corrent d’entrada de l’inversor per a la seva potència nominal i la tensió nominal del sistema d’acumulació).
• Tram 5 (circuit CA): I_{o INV} (corrent de sortida de l’inversor per a la seva potència nominal i la tensió nominal d’utilització).

Exemple de càlcul de la secció d'una instal·lació solar aïllada

La figura resumeix les distàncies dels diferents trams de la instal·lació sota estudi per al càlcul de la secció segons el criteri de la caiguda de tensió màxima.

A la taula es resumeix el càlcul de la caiguda de tensió i la secció dels conductors dels diferents trams. La tensió nominal de la instal·lació és de 24 V, la tensió del camp fotovoltaic és de 42 V i la tensió de sortida de l’inversor és de 230 V.

Caiguda de tensió

Tram	Tensió Nominal	Caiguda de tensió aplicada (%)	Caiguda de tensió aplicada (V)	Intensitat de càlcul	Longitud del tram	Conductivitat del cable	Secció calculada	Secció normalitzada
1 (Panells individuals)	42 V	0,4%	0,168 V	10,00 A	3 m	45,5 m/Ω·mm²	7,8 mm²	10 mm²
2 (Panells – Regulador	42 V	0,6%	0,252 V	40,00 A	6 m	45,5 m/Ω·mm²	41,8 mm²	50 mm²
3 (Regulador – Bateries)	24 V	0,5%	0,12 V	62,5 A	2 m	45,5 m/Ω·mm²	45,8 mm²	50 mm²
4 (Bateries/regulador – Inversor)	24 V	0,5%	0,12 V	62,5 A	3 m	45,5 m/Ω·mm²	68,7 mm²	70 mm²
5 (Inversor-QGCP)	230 V	1,5%	3,45 V	8,15 A	15 m	45,5 m/Ω·mm²	1,56 mm²	2,5 mm²

El resum del càlcul de la secció de cada tram és el següent:

• Tram 1. Secció normalitzada de 10 mm²:
  
• Tram 2. Secció normalitzada de 35 mm²:
  
• Tram 3. Secció normalitzada de 50 mm²:
  
• Tram 4. Secció normalitzada de 70 mm²:
  
• Tram 5. Secció normalitzada de 2,5 mm²:
  

El disseny de la instal·lació compleix el criteri de caiguda de tensió de la part de CC, ja que la suma de caiguda de tensió de A (tram 1 + tram 2 + tram 4), B (tram 3 + tram 4) i C (tram 1, tram 2 i tram 3) és inferior a 1,5 % de la tensió nominal del sistema.

El corrent màxim admissible d’un conductor depèn de la seva secció i les taules de selecció indiquen les intensitats admissibles per a una temperatura ambient de l’aire de 40ºC per a diferents mètodes d’instal·lació, agrupaments i tipus de cables. Caldrà tenir en compte que al màxim corrent admissible dels cables caldrà aplicar els factors de correcció corresponents.

El segon criteri que ha de complir els cables conductors d’una instal·lació és que puguin suportar el corrent que circula en condicions normals de funcionament sense que s’escalfi excessivament.

El criteri de la intensitat màxima admissible o d’escalfament estableix que la temperatura del conductor del cable, treballant a plena càrrega i en règim permanent, no haurà de superar en cap moment la temperatura màxima admissible assignada dels materials que s’utilitzen per a l’aïllament del cable. Aquesta temperatura s’especifica en les normes particulars dels cables i sol ser de 70°C per a cables amb aïllament termoplàstics i de 90°C per a cables d’aïllament termoestables.

S’anomena intensitat màxima admissible d’un conductor que circula per ell en règim permanent, ho posa a una temperatura de:

• 70°C, si està aïllat amb material termoplàstic (PVC).
• 90°C, si està aïllat amb material termoestable (XLPE).

La intensitat màxima admissible no és una característica pròpia del cable, ja que depèn de diferents factors:

• El material del conductor (coure o alumini) i de l’aïllament (XLPE o PVC).
• La secció nominal.
• La forma d’agrupament i d’instal·lació dels cables.
• La temperatura ambient.

Selecció del conductor per criteri tèrmic

Els criteris de selecció de les dades de partida per realitzar el disseny són els següents:

• Part de CA. La intensitat màxima de la part de CA (I_MÀX) es considera la intensitat nominal de sortida de l’inversor (I_{N INV}). Els cables, per tant, han de suportar un corrent superior al 125%:
  
• Part de CC. S’estableixen les condicions límit de funcionament del camp fotovoltaic, determinades pel corrent de curtcircuit del generador (I_{SC GEN}) corregit pel factor 1,25 per ser una instal·lació generadora:
  

Un cop determinat el corrent de disseny (I_B), hem de cercar la secció mínima del conductor que suporti aquest corrent, és a dir, comprovarem que es compleix la següent expressió:

On:

• I_B: Intensitat d’utilització (A), en aquest cas el corrent de disseny.
• I_Z: Intensitat màxima admissible en el conductor (A).

Per tant, es garantirà que la intensitat de circulació és menor que el màxim admissible per aquesta secció de conductor, segons s’indica en les taules de referència de la ITC-BT-19, en les quals s’estableix la intensitat màxima admissible per a conductors elèctrics en funció de la secció del conductor, el material de l’aïllament i el sistema d’instal·lació. Tot això amb una temperatura de servei de 40ºC.

Les taules de referència estableixen les intensitats admissibles per a cables amb conductors de coure o alumini, no enterrats, a temperatura ambient de 40ºC a l’aire. Als valors d’aquestes taules s’han d’aplicar els factors de correcció segons les característiques de la instal·lació:

• Per agrupament: F_AGRUPAMENT.
• Per temperatura ambient: F_TEMPERATURA.
• Per exposició directa al sol: (F_SOL).

D’aquesta manera, el corrent màxim admissible real (I_Z) vindrà determinat per la intensitat màxima del cable a 40ºC, corregit pels diferents factors de correcció:

Exemple de càlcul

En la instal·lació sota estudi, que podeu veure a la figura, les característiques de l’inversor són les següents:

• P_NL = 1.500 W
• V_N = 230 V
• I_N = 6,5 A

El corrent nominal de sortida de l’inversor és de 6,5 A:

Els cables de connexió de la part de CA hauran d’estar dimensionats per a una intensitat no inferior al 125% de la màxima intensitat de l’inversor:

En la figura podeu comprovar la secció del cable que cal utilitzar per complir el criteri de màxim corrent admissible.

Intensitats admissibles per a cables amb conductors de coure, no enterrats, a temperatura ambient de 40ºC a l'aire (Font: taula ICT ampliada per https://es.prysmian.com/).

El sistema d’instal·lació que s’utilitzarà en la part de CA és un únic cable multipolar sota tub en muntatge superficial, que es correspon amb el sistema d’instal·lació B2.

Com que s’utilitza un cable multipolar monofàsic, considerem una línia amb 2 conductors carregats, ja que el conductor de protecció no és actiu. S’utilitzarà un cable termoestable (XLPE2). Només s’instal·la un únic conductor multipolar, per tant, el circuit és únic (no hi ha agrupament).

Es considera que els conductors estan instal·lats en interior, a l’ombra i a una temperatura típica no superior a 40º C. Per tant, no cal aplicar cap factor de correcció al corrent màxim admissible del cable.

La secció que compleix els requisits de corrent màxim admissible és un cable de secció d’1,5 mm², que suporta en règim permanent 17,5 A.

Com podeu comprovar a la taula taula, aquesta secció no compleix el criteri de màxima caiguda de tensió, la secció mínima del qual ha de ser de 2,5 mm².

El cable seleccionat de 2,5 mm², suporta en règim permanent un corrent de 24 A (en aquest cas el càlcul és directe, ja que no hi ha cap factor de correcció).

En la part de CC considerarem un mètode d’instal·lació amb conductors unipolars a l’aire en safata perforada (sistema F). Els coeficients de correcció que cal aplicar són els següents:

• Per acció solar directa: 0,9.
• Per temperatura de 50 ºC en intempèrie: 0,9.
• No hi ha agrupament de cadenes, ja que només s’instal·la una cadena: 1.

Considerem el valor d’intensitat de curtcircuit (I_{SC GEN}) en condicions STC per fer el càlcul perquè així obtindrem la secció per intensitat admissible i per intensitat de curtcircuit en un únic càlcul:

I el corrent de disseny que resulta és de 13,75 A:

En aquestes condicions, el corrent màxim que ha de suportar el cable és de 17 A, aplicant els factors de correcció per tal de seleccionar la secció del cable en la taula de referència:

En la figura podeu comprovar la secció del cable que cal utilitzar per complir el criteri de màxim corrent admissible. La secció que compleix aquests requisits és 1,5 mm², que suporta en règim permanent 25 A a una temperatura de 40ºC.

Realment aquest cable, en les condicions d’instal·lació suporta menys corrent, ja que cal desfer els factors de correcció aplicats:

Aquest valor real compleix els criteris de disseny:

Aquesta secció no compleix el criteri de màxima caiguda de tensió, com podeu comprovar a la taula, la secció mínima del qual ha de ser de 6 mm². Per tant, la instal·lació estarà prou sobredimensionada per suportar el corrent en règim permanent.

Intensitats admissibles per a cables amb conductors de coure, no enterrats, a temperatura ambient de 40ºC a l'aire (Font: taula ICT ampliada per https://es.prysmian.com/).