La corriente inversa es un efecto no deseado y peligroso que puede ocurrir en una cadena de paneles fotovoltaicos. La corriente inversa es el flujo de corriente en dirección opuesta al flujo de corriente de funcionamiento normal de un módulo fotovoltaico.
Este fenómeno puede ocurrir en conjuntos de módulos con cadenas en paralelo cuando el voltaje de circuito abierto (Voc) de una cadena es menor que el voltaje de circuito abierto de las otras cadenas.
Cuando esto ocurre, la cadena afectada se comporta de manera análoga a una carga del sistema, disipando el calor generado por este flujo de corriente inverso.
En un generador fotovoltaico dimensionado correctamente y funcionando sin defectos, no existe una corriente inversa significativa.
El sombreado total o parcial de los módulos no influye significativamente en la ocurrencia de corriente inversa en sistemas de micro y mini generación, ya que el efecto que el sombreado provoca sobre la tensión del circuito abierto del módulo no es significativo [1] cuando hay una pequeña cantidad de cuerdas paralelas. Por esta razón, la corriente inversa no es un fenómeno que ocurra fácilmente durante el funcionamiento normal (sin fallas ni defectos) en la mayoría de los sistemas.
Por otro lado, en grandes plantas de generación, con un gran número de strings en paralelo, se puede producir corriente inversa debido a diferencias de tensión en circuito abierto provocadas por sombras [2], por desigualdades entre módulos o por defectos (como cortocircuito de alguna celda o algún módulo de la cadena).
En casos de defectos en el generador fotovoltaico (por ejemplo, cortocircuito en uno o más módulos), la tensión en circuito abierto de los módulos de la cadena afectada es significativamente menor que la tensión en circuito abierto de las cadenas en paralelo, por lo que aparece una corriente inversa.
La célula fotovoltaica se comporta como un diodo en estas situaciones y esto hace que fluya corriente inversa hacia la cadena defectuosa. Dependiendo de la intensidad de esta corriente, el módulo puede sobrecalentarse, lo que supone un riesgo de incendio y degradación acelerada de los componentes.
Si la diferencia de voltaje es suficiente para que aparezca la corriente inversa, pero no lo suficientemente alta como para forzar el apagado del sistema, el inversor aún puede continuar funcionando, pero con una eficiencia significativamente reducida y una seguridad comprometida.
Otros tipos de fallos eléctricos y de instalación pueden provocar una reducción de la tensión en circuito abierto de una cadena y la posterior aparición de corriente inversa en sistemas conectados en paralelo. Las fallas más comunes son:
- Cortocircuito en uno de los módulos;
- Cortocircuito entre celdas del módulo;
- Fallas a tierra del módulo;
- Errores de instalación que provocan cadenas en paralelo con diferente número de módulos.
En el artículo se muestra un ejemplo de la gravedad del error y los riesgos de instalar cadenas de diferentes tamaños en paralelo. Estudio de caso: incendio en un inversor solar fotovoltaico. Aunque las fallas eléctricas que conducen a una diferencia de voltaje de circuito abierto entre las cadenas no ocurren con frecuencia, se deben tomar medidas preventivas adecuadas para reducir los riesgos.
Estas fallas eléctricas son peligrosas y tienen un alto potencial de causar daños, ya que todos los módulos de la cadena afectada pueden resultar dañados. El sobrecalentamiento de módulos y cables puede provocar una degradación acelerada de los equipos e incluso provocar incendios.
Es común escuchar que el diodo de derivación (presente en la caja de conexiones del módulo fotovoltaico) puede ayudar a prevenir la corriente inversa, pero esta información es errónea. El diodo de derivación sólo actúa para reducir el efecto que produce el sombreado en el módulo y tiene poca relación con la variación de voltaje del circuito abierto de la cadena. Para prevenir o limitar la corriente inversa en strings debemos buscar otras soluciones, como las que comentamos a continuación.
Diodos en serie con las cuerdas.
Los diodos en serie con las cadenas se instalan en serie con los módulos y tienen como objetivo bloquear cualquier flujo de corriente contrario. Esto hace imposible que se produzca corriente inversa. Sin embargo, esta solución tiene una desventaja: el diodo siempre está conectado y transportando corriente, lo que provoca pérdidas continuas debido a la disipación de calor en el componente.
Además, un defecto o fallo en un diodo puede provocar la pérdida de su función de seguridad (por ejemplo, si sufre un cortocircuito o una subida de tensión ha dañado su estructura interna) o la cadena se desconectará.
Fusibles en serie con las cuerdas.
Los fusibles de cadena están conectados en serie y pueden limitar la corriente inversa cuando alcanza el valor de actuación del fusible. Por ejemplo, en un circuito con 4 strings en paralelo donde la corriente de funcionamiento normal no supera los 10 A por string, se instala un fusible de 15 A por string.
Estos fusibles son fundamentales para la seguridad de los sistemas fotovoltaicos, siendo obligatorios por norma para disposiciones con tres o más cadenas en paralelo, conocimiento vital que se puede obtener en cursos de energía solar Canal Energía solar.
El fusible se fundirá e interrumpirá la corriente si alcanza 15 A o más en una cadena, lo que no debería ocurrir en el funcionamiento normal, pero puede ocurrir con fallas que causen corriente inversa. Si este circuito no contara con este fusible, la corriente inversa podría alcanzar valores de hasta 30 A (10 A por string en paralelo), provocando un alto riesgo de incendio y daños.
Los fusibles en serie son la solución estándar para sistemas fotovoltaicos y obligatorios para disposiciones con tres o más cadenas en paralelo. Las pérdidas de conducción que provocan los fusibles de cadena son mucho menores que las pérdidas con los diodos de cadena. Algunos inversores incluso tienen cajas de fusibles adheridas a su carcasa y dispositivos electrónicos capaces de detectar si los fusibles funcionan con normalidad.
Los componentes del sistema fotovoltaico (módulos, cables y conectores) deben elegirse teniendo en cuenta la corriente inversa máxima que una falla puede provocar en las cadenas y el nivel de protección contra corriente inversa que tiene el sistema. En los datos técnicos del módulo podemos encontrar incluso la corriente inversa máxima que un módulo puede soportar de forma segura.
La mayoría de módulos fotovoltaicos del mercado soportan corrientes inversas de alrededor de 15 A a 20 A; aun así, se debe evitar esta corriente y proteger adecuadamente los strings mediante fusibles con corrientes de ruptura inferiores a 15 A.
Referencias
[ 2 ] Sistemas fotovoltaicos a gran escala en condiciones no uniformes y de falla, Energía Solar, Volumen 116, Junio 2015, Páginas 303-313
Respuestas de 4
Ayudenme, cuando coloco el panel solar lejos de la lampara, se descarga en vez de cargar...esto me esta volviendo loco. SOS
¡Buenas tardes! Me gustaría un ejemplo de cómo conectar 2 conjuntos de módulos a la misma entrada MPPT. También me gustaría que me informaran si existe alguna forma de instalar un sistema de 100 kW, simplemente conectando los paneles en serie. ¡Gracias!
¡Buenas tardes! Me gustaría un ejemplo de cómo conectar 2 conjuntos de módulos a la misma entrada MPPT.
¡Felicitaciones y gracias por el artículo!