Cuando Censolar comenzó su andadura, allá por 1979, el desarrollo de la tecnología fotovoltaica apenas comenzaba; de hecho, el primer módulo fotovoltaico importado a España había llegado solo cuatro años antes. No fue hasta mediados de la década de los 80 cuando los precios de los materiales fotovoltaicos se redujeron hasta posibilitar la aparición de aplicaciones prácticas diferentes a la del suministro eléctrico de los satélites artificiales; por ejemplo, los sistemas de electrificación aislados, la alimentación de dispositivos electrónicos o los bombeos solares. La inmadurez que presentaba la tecnología fotovoltaica en ese contexto, al igual que sucede con cualquier otro campo del conocimiento poco asentado, propició que una cantidad significativa de los sistemas fotovoltaicos que se acometieron aquellos años presentaran fallos de funcionamiento debido a errores en su diseño o instalación.

Figura 1. Primer módulo fotovoltaico introducido en España (1975). Consta de sólo 5 células. Actualmente, la mayoría de los módulos se fabrican con células cuadradas, aunque todavía se comercializan los del tipo de células redondas.

Desde entonces, Censolar, entre otras organizaciones, lleva haciendo un esfuerzo ininterrumpido en la identificación de estos errores y en la sistematización de unas prácticas adecuadas que favorezcan el aprovechamiento de todas las potencialidades de la energía fotovoltaica. A pesar de los grandes avances que se han producido en el campo de la energía solar y la existencia en la actualidad de un tejido profesional muy cualificado, gran parte de él formado por Censolar, todavía es fácil encontrar instalaciones o diseños fotovoltaicos con errores básicos de planteamiento. Por ello, y aprovechando las facilidades que actualmente ofrece Internet, hemos decidido publicar una serie de artículos identificando los equívocos más frecuentes que hoy en día nos encontramos en nuestra práctica profesional.

Figura 2. Diagrama de bloques de la, denominada por Censolar, topología A2. Todo el panel fotovoltaico se indica con un único símbolo subtitulado «Panel FV».

Uno de los errores más comunes se observa en la instalación y diseño de los sistemas fotovoltaicos autónomos, en concreto en los que nosotros llamamos de topología A2. Este tipo de instalaciones son de las más sencillas que existen, ya que básicamente solo cuentan con un generador fotovoltaico, un regulador de carga, un ondulador autónomo (también denominado inversor aislado) y un banco de acumuladores. Esta configuración es la que típicamente se instala en viviendas sin acceso a la red de distribución eléctrica.

Como se puede ver en la figura 2 los consumos eléctricos en corriente continua (CC) están conectados directamente al regulador de carga, mientras que los correspondientes a la corriente alterna (CA) parten del ondulador, el cual está conectado directamente a las baterías. De esta forma, cuando el estado de carga (SOC) de la batería sea demasiado bajo —normalmente de algo más del 20%— tanto el regulador como el ondulador deberían cortar el consumo para no producir un daño irreparable en el acumulador. Para habilitar esta característica, que se denomina protección contra la sobredescarga, es necesario que los reguladores se equipen con una bornera destinada a la conexión del consumo eléctrico en CC.

Figura 3. Moderno regulador de carga con seguidor del punto de máxima potencia (MPPT). Como se puede observar dispone de 6 conexiones: dos para la batería, dos para el generador fotovoltaico y dos últimos para los consumos en CC. (Imagen cortesía de Victron Energy).

Hay que tener en consideración que la inclusión de los conectores para la carga (load) no fueron diseñados para acoplar a ellos el ondulador, sino para conectar pequeños consumos de CC (generalmente luminarias). Desgraciadamente, a pesar de los muchos proyectistas que advierten de este error, por ejemplo en los foros de solarweb.net, en Internet proliferan los esquemas donde aparece el inversor conectado directamente al regulador, como se puede observar en la figura 4.

Para comprender la razón por la que no se debe conectar directamente el ondulador al regulador hay que tener en cuenta que en un sistema fotovoltaico autónomo la potencia fotovoltaica instalada debería ser independiente de la potencia eléctrica máxima a la que se podría consumir. La primera potencia depende, obviamente, del número y potencia de los módulos que se instalen; mientras que la segunda, llamada potencia máxima de consumo, debiera depender básicamente de la potencia máxima a la que el ondulador instalado pudiera operar; este parámetro es análogo a la potencia contratada máxima que se tiene en un sistema eléctrico convencional conectado a la red.

Figura 4. Esquemas de sistemas fotovoltaicos autónomos con topología A2, sin consumos en CC, donde el inversor está conectado directamente al regulador de carga, lo que supone una mala práctica. Este tipo de esquema es fácil encontrarlo en Internet.

Hay que entender que, en principio, las baterías pueden suministrar una potencia infinita. Por supuesto, en la práctica esta potencia está limitada por el conductor eléctrico, los dispositivos de protección y el inversor. Lógicamente, si la potencia demandada fuera muy alta durante mucho tiempo la batería tardaría poco en descargarse y la protección contra la sobredescarga del ondulador se activaría.

Como es sabido, el precio de los reguladores de carga depende de la intensidad máxima a la que puede trabajar —unos 7 €/A—. En el mismo sentido, el precio de los onduladores depende de su potencia máxima de funcionamiento —aproximadamente 0.4 €/W—. Por otro lado, en general, en este tipo de sistemas la potencia fotovoltaica instalada es menor que la potencia máxima simultánea que se estima se necesita consumir. No obstante, al conectar el ondulador al regulador, la potencia máxima que las baterías podrían suministrar estaría limitada por el regulador y ambas potencias, la fotovoltaica instalada y la máxima de consumo, se igualarían. En ese escenario, el coste por vatio de la potencia máxima de consumo se vería fuertemente incrementado. Además, hay que tener en consideración que algunos dispositivos de CA, como pueden ser los motores presentes en las neveras, tienen un pico de potencia al arranque que la mayoría de inversores es capaz de soportar, pero que no está contemplado en el diseño de los reguladores de carga.

Figura 5. Moderno regulador de carga con seguidor del punto de máxima potencia (MPPT) sin salida para el consumo. (Cortesía de Victron Energy).

En conclusión, conectar el ondulador directamente a las baterías es una buena práctica que desacopla el coste de la potencia máxima de suministro del precio del regulador. De esta forma se consigue, además, que el precio del regulador dependa exclusivamente de la potencia fotovoltaica instalada, ya que actualmente en la mayoría de sistemas autónomos los consumos se hacen en CA (a excepción de sistemas remotos como estaciones meteorológicas, balizas o viviendas rurales muy aisladas). De hecho, hay muchos reguladores, sobre todo de potencia media y alta, que directamente no disponen de conectores para el consumo, como el que aparece en la figura 5.

Figura 6. Esquema de un sistema fotovoltaico autónomo con topología A2 sin consumos en CC, donde el inversor está correctamente instalado.