Hasta hace unos pocos años un tercio de la población no tenía acceso a la energía eléctrica; por ello, las primeras aplicaciones de la energía fotovoltaica que se efectuaron se centraron en el suministro eléctrico de viviendas rurales alejadas de la red de suministro. De hecho, todavía hoy este tipo de instalaciones experimentan un crecimiento acelerado. La mayoría de estos sistemas eran del tipo autónomo con baterías y sin inversor, con consumos en corriente continua (CC), principalmente luminarias.

Figura 1. Topología de la mayoría de sistemas autónomos rurales instalados.

Debido a la simplicidad de estos primeros sistemas y su voltaje de trabajo bajo –mayoritariamente de 12 V-, la protección de los usuarios se centró más en los posibles riesgos de manipular baterías de ácido que en los posibles choques eléctricos. Este enfoque se puede considerar en principio acertado. No obstante, con la evolución de los precios de los sistemas autónomos, especialmente de los módulos, este tipo de instalaciones, al igual que las de autoconsumo, han ido aumentando su potencia, tensiones de trabajo y, en resumen, complejidad. Desgraciadamente, las pobres pautas sobre seguridad eléctrica que eran válidas para los sistemas de 12 V se han mantenido en muchas ocasiones en instalaciones que requieren de otro tipo de protecciones, con el alto riesgo para las personas y materiales que esto conlleva. Estas malas prácticas se han visto favorecidas por el mayor precio que suelen tener los dispositivos de protección específicos de CC.

Una de las prácticas más extendidas es colocar interruptores magnetotérmicos de corriente alterna (CA) en el tramo entre los módulos fotovoltaicos y el regulador de carga. La mayoría de las veces sin tener muy claro qué función debería cumplir ese dispositivo o sobre qué riesgos protege al usuario. Así pues es necesario reflexionar sobre la misión de los magnetotérmicos en una instalación convencional de CA y el sentido de colocarlos en la parte CC de un sistema fotovoltaico.

Figura 2. Detalle de un sistema fotovoltaico conectado a red, en el que se puede observar como en el tramo entre las cadenas fotovoltaicas y los inversores se han instalados interruptores magnetotérmicos. Esta práctica es del todo desaconsejada. Lo ideal hubiera sido instalar fusibles en cada polo, aunque antes que colocar los magnetotérmicos hubiera sido preferible no haber instalado ningún tipo de dispositivo, sobre todo teniendo en cuenta que el inversor cuenta con conectores multicontact. Note que en la parte superior del cuadro están las protecciones de CC (incorrectas), mientras que en la inferior están las de CA (en principio adecuadas, a excepción de la falta de un interruptor diferencial).

El interruptor magnetotérmico protege en CA contra cortocircuitos y sobrecargas. Puede ser entendido como la unión de dos artefactos de funcionamiento diferentes integrados en un mismo dispositivo. El primero de ellos se basa en un electroimán, el cual al pasar una intensidad determinada por el mismo crea un campo eléctrico suficiente como para activar un dispositivo mecánico que abra físicamente el circuito. El segundo artefacto consta de una lámina bimetálica, que se sitúa cerca del material conductor de manera que cuando el calor producido por el efecto Joule es lo suficientemente grande, la misma se deforma dilatándose, con lo que acciona el dispositivo mecánico de apertura.

La protección contra cortocircuitos, o sobrecargas, en sistemas conectados a la red o a una batería de acumuladores tiene sentido ya que un corto puede generar una intensidad muy alta, lo que podría producir incendios y daños importantes en los equipos conectados al sistema eléctrico. No obstante, en un sistema fotovoltaico lo que se pretende es que el mismo genere toda la potencia posible, así pues ¿qué sentido tendría conectar un dispositivo que lo limitara? Por ello, lo que sí se debe hacer es dimensionar los conductores eléctricos de forma que soporten la intensidad máxima que el generador fotovoltaico pudiera, en las condiciones más extremas, producir. A partir de este razonamiento se puede concluir que el único objetivo que tendría la instalación de un magnetotérmico en el tramo CC de un sistema fotovoltaico fuera actuar como interruptor.

Figura 3. Interruptores de CC (uno para cada cadena fotovoltaica) presentado en una caja eléctrica y montados sobre carril DIN:

Existen múltiples circunstancias (operaciones de mantenimiento, generación de arcos eléctricos, fallos de aislamiento, etc.) que puede hacer necesario contar con un interruptor capaz de desconectar, en carga, el generador fotovoltaico del resto de dispositivos de la instalación (consumo, reguladores, onduladores, etc.). La principal tarea de un dispositivo interruptor será la de extinguir el arco eléctrico que se produce por inercia al cortar bruscamente la corriente. Los arcos eléctricos en CA son mucho más fáciles de controlar, debido a que la corriente va cambiando de sentido rápidamente (50 Hz o 60 Hz), que en CC. Por ello, los interruptores magnetotérmicos tampoco sirven en CC para este propósito. La práctica de modificar los magnetotérmicos cortocircuitando la salida de sus polos tampoco es aceptable, ya que se ha demostrado que pequeños fallos en la sincronización del cierre de los mismos podría hacer que solamente uno de ellos soportara el arco, con lo que el dispositivo tendría una alta probabilidad de destruirse y crear un incendio.

Figura 4. Interruptor de CC capaz de cortar una intensidad de 9 A a 1000 VCC.

Por todo lo anterior, se puede concluir que no se debe, en ningún caso, instalar magnetotérmicos en la parte CC de un sistema fotovoltaico, incluso en el caso de que no se tuviera ningún dispositivo adecuado para la interrupción de la corriente, como interruptores de CC o conectores multicontact. De hecho la mayoría de reguladores de carga no incorporan terminales multicontact sino borneros de tornillos, los cuales, como es obvio, no están diseñados para ser abiertos en carga. Esto hace que un gran número de de instalaciones rurales no cuenten con ningún tipo de dispositivo para desconectar con seguridad el panel del regulador. Afortunadamente, el voltaje del panel en este tipo de instalaciones suele ser de 12 V o 24 V, por lo que los efectos de un posible contacto directo al operar los borneros son relativamente inocuos. Por supuesto, es fácilmente deducible que la velocidad necesaria para desconectar una instalación así configurada dista mucho de ser la ideal en caso de accidente.

Con todo, es necesario insistir que la inclusión de un interruptor de CC en el tramo entre los módulos y el regulador es siempre una buena práctica que debe ser especialmente considerada en el caso de que el regulador no tenga conectores multicontact, ya que facilita y da seguridad a las operaciones de mantenimientos y reparación de averías. A partir de un voltaje de trabajo de 48 V, donde ya se generan intensidades peligrosas para el ser humano, la instalación de un interruptor de CC debería ser, entre otras medidas de protección, considerada obligatoria.