Mantenimiento de sistemas solares fotovoltaicos

Rubén Ramos Heredia
José Camejo Cuán
Soe Márquez Montoya
Investigadores del Centro
de Investigaciones
de Energía Solar,
Carretera a Siboney, Km 5½,
Rpto. Abel Santamaría,
Micro 3, Santiago de Cuba.

 

La correcta explotación de los sistemas solares fotovoltaicos contribuye
a cumplir el compromiso cubano de brindar al pueblo
acceso gratuito a la salud, la educación y la cultura.

En Cuba el uso de la energía solar fotovoltaica en aplicaciones de electrificación rural, que comenzó en el año 1986, se ha convertido en una realidad y ya se cuenta actualmente con más de cuatro mil quinientas instalaciones diseminadas en todo el país, que cubren importantes usos (consultorios del Médico de la Familia, escuelas, círculos sociales, hospitales, casas de guardabosques, viviendas individuales, instalaciones turísticas, salas de televisión y otros) en lugares aislados y de difícil acceso.

En los próximos años esta cifra de instalaciones debe superarse ampliamente debido al desarrollo acelerado de los importantes programas de electrificación rural fotovoltaica que se llevan a cabo en la Isla.

Estas recomendaciones tienen la intención de ayudar a satisfacer las necesidades y expectativas de todas aquellas personas involucradas en el mantenimiento básico de estos sistemas y que será la base de la sustentabilidad de la tecnología, insertada entre las tareas por la consolidación de nuestras principales conquistas: salud, cultura y educación de todo nuestro pueblo.

¿Qué es un sistema solar fotovoltaico?
Un sistema solar fotovoltaico es un conjunto de elementos que tiene como función convertir directamente la energía de la radiación solar en electricidad. Un sencillo sistema está formado básicamente por un panel solar, un controlador de carga de baterías de acumulación, las baterías de acumulación y un inversor o convertidor de corriente directa en corriente alterna (puede ser opcional). Además, los elementos consumidores pueden ser luminarias, radios, televisores, computadoras y otros equipos electrodomésticos. En la figura 1 se muestran, de manera esquemática, los componentes de un sistema solar fotovoltaico.


Fig. 1. Esquema de un sistema solar fotovoltaico
y los equipos que se le instalan.

El panel fotovoltaico (Fig. 2) es el encargado de producir la energía eléctrica que se necesita para el funcionamiento del sistema solar fotovoltaico. Este se halla conformado por uno o un conjunto de módulos solares fotovoltaicos que se interconectan convenientemente con el objetivo de incrementar la corriente o el voltaje, ya que en muchas aplicaciones los módulos solares independientes no pueden suministrar la energía necesaria para un consumo determinado.

El controlador de carga para baterías de acumulación (Fig. 3) es un equipo electrónico que tiene como función evitar las sobrecargas o descargas profundas en las baterías de acumulación con el objetivo de prolongar su vida útil.

La batería de acumulación (Fig. 4) es la encargada de transformar la energía eléctrica que se genera en el panel solar y acumularla en forma de energía química, y luego realizar el proceso inverso para que esta energía pueda ser usada por los equipos consumidores. La causa fundamental del uso de la batería de acumulación está determinada por el defasaje que existe entre la generación (diurna) y el consumo (que generalmente se realiza en horas nocturnas).

El inversor o convertidor de corriente directa en corriente alterna (CD/CA) es un equipo electrónico que convierte la corriente eléctrica directa en corriente alterna para que puedan funcionar los equipos electrodomésticos convencionales (lámparas, radios, televisores, computadoras, etc.), sin hacer modificaciones en dichos equipos (Fig. 5).

Mantenimiento de la instalación solar fotovoltaica
Las instalaciones solares fotovoltaicas, en su conjunto, son fáciles de mantener. Sin embargo, una instalación que no tenga el mantenimiento adecuado fácilmente tendrá problemas en un plazo más o menos corto.
 




Figs. 2, 3 y 4. Ejemplos de panel solar, controlador y batería utilizados en Cuba en las instalaciones solares fotovoltaicas.

Hay tareas de mantenimiento que de no llevarse a cabo conducirán simplemente a una reducción del rendimiento de la instalación, pero la omisión de otras podrían provocar el deterioro de algunos de los elementos o el acortamiento de su vida útil.


Fig. 5. Ejemplo de inversor utilizado en los sistemas solares fotovoltaicos cubanos.

Por todo lo anterior hay un conjunto de tareas que pueden ser realizadas perfectamente por el usuario para alargar la vida útil de estos sistemas.

Mantenimiento del panel fotovoltaico
El mantenimiento básico del panel solar fotovoltaico comprende las acciones siguientes:
* Limpie sistemáticamente la cubierta frontal de vidrio del panel solar fotovoltaico (se recomienda que el tiempo entre una limpieza y otra se realice teniendo en cuenta el nivel de suciedad ambiental. Para las condiciones de Cuba se aconseja cada dos meses). La limpieza debe efectuarse con agua y un paño suave; de ser necesario, emplee detergente.

* Verifique que no haya terminales flojos ni rotos, que las conexiones estén bien apretadas y que los conductores se hallen en buenas condiciones. En caso de detectar anomalías, contacte al personal especializado.

*l Verifique que la estructura de soporte esté en buenas condiciones. En caso de que esta no se encuentre protegida contra el intemperismo (es decir, que no sea de aluminio, acero inoxidable o galvanizado), dar tratamiento con pintura antióxido.

* Pode sistemáticamente los árboles que puedan provocar sombra en el panel solar fotovoltaico. No ponga objetos cercanos que puedan dar sombra, como los tanques de agua y las antenas. En el caso de los árboles se debe prever su poda cuando sea necesario (Fig. 6).


Fig. 6. La sombra de árboles u otros objetos sobre el panel fotovoltaico afecta
el funcionamiento de todo el sistema.

¡Advertencia!
Nunca trate de limpiar suciedades en la cubierta frontal del panel solar fotovoltaico con objetos cortantes o punzantes que puedan dañarlo.

Mantenimiento de la batería de acumulación
La batería de acumulación es el elemento de los sistemas solares fotovoltaicos de pequeña potencia que representa mayor peligro para cualquier persona necesitada de manipularla (aunque sea para un mantenimiento básico), tanto por sus características eléctricas como por las químicas. Por tanto, antes de brindar las reglas de mantenimiento básico se exponen los riesgos fundamentales que pueden ocurrir, así como algunas recomendaciones y consideraciones que deben tenerse en cuenta para evitar accidentes.

Riesgos del electrólito
El electrólito utilizado en las baterías de acumulación de plomo-ácido (comúnmente usadas en estos sistemas) es ácido diluido, el cual puede causar irritación e incluso quemaduras al contacto con la piel y los ojos.


Fig. 7. El contacto accidental de los bornes con una herramienta metálica
puede provocar una chispa que haría explotar el hidrógeno
que desprenden las baterías durante el proceso de carga.

Los procedimientos siguientes se indican para evitar daños personales o disminuir sus efectos:

Si por alguna razón el electrólito hace contacto con los ojos se deben enjuagar inmediatamente con abundante agua durante un minuto, manteniendo los ojos abiertos. Si el contacto es con la piel, lave inmediatamente con abundante agua la zona afectada. En ambos casos, después de esta primera acción neutralizadora, solicite rápidamente atención médica.

Riesgos eléctricos
La batería de acumulación puede presentar riesgos de cortocircuitos. Se recomienda al manipularlas observar las siguientes reglas:

* Quítese relojes, anillos, cadenas u otros objetos metálicos de adorno personal que pudieran entrar en contacto accidentalmente con los bornes de la batería de acumulación.
* Siempre que las necesite, use herramientas con mangos aislados eléctricamente.

Riesgos de incendio
Las baterías de acumulación presentan riesgos de explosión y por consiguiente de incendio, debido a que generan gas hidrógeno. Se recomienda lo siguiente:

* Proporcione una buena ventilación en el lugar de ubicación de la batería de acumulación para evitar acumulación de gases explosivos.
* No fume en el área donde está ubicada la batería de acumulación ni prenda chispas para observar el nivel del electrólito.
* Mantenga el área de la batería de acumulación fuera del alcance de llamas, chispas y cualquier otra fuente que pueda provocar incendio (Fig. 7).
* No provoque chispas poniendo en cortocircuito la batería para comprobar su estado de carga, pues también puede provocar explosión.

Mantenimiento básico
El mantenimiento básico de la batería de acumulación comprende las siguientes acciones:

* Verifique que el local de ubicación de las baterías de acumulación esté bien ventilado y que las baterías se encuentren protegidas de los rayos solares.
* Mantenga el nivel de electrólito en los límites adecuados (adicione solamente agua destilada cuando sea necesario para reponer las pérdidas ocasionadas durante el gaseo). Se recomienda, en la práctica, que siempre el electrólito cubra totalmente las placas, entre 10 y 12 mm por encima del borde superior (Fig. 8). En caso de que la caja exterior de la batería de acumulación sea transparente y posea límites de nivel del electrólito, este se situará entre los lími
tes máximo y mínimo marcados por el fabricante.


Fig. 8. Para mantener el nivel del electrólito en los límites establecidos sólo
se necesita añadir agua destilada utilizando un embudo plástico o de cristal.

* Limpie la cubierta superior de la batería y proteja los bornes de conexión con grasa antioxidante para evitar la sulfatación (Fig. 9).


Fig. 9. Todas las conexiones de las baterías deben estar protegidas
con grasa antioxidante para evitar la sulfatación.

* Verifique que los bornes de conexión estén bien apretados.
* Verifique que el uso de las baterías sea el adecuado y que su estructura de soporte esté segura y en buen estado (Fig. 10).


Fig. 10. Las baterías de acumulación de las instalaciones fotovoltaicas
además de calcularse para su uso determinado no están diseñadas
para cubrir consumos muy intensos en poco tiempo y, por tanto,
no deben ser utilizadas para poner en marcha motores de vehículos.

Mantenimiento al controlador de carga para batería de acumulación (CCB)
* Mantenga el controlador de carga colocado en posición correcta, lugar limpio, seco y protegido de los rayos solares.
* Chequee el funcionamiento correcto del controlador de carga. Si detecta ruidos anormales, contacte al personal especializado.
* Verifique que las conexiones estén correctas y bien apretadas.
* Chequee que el fusible de entrada esté en buen estado.
Nota: En caso de que el controlador de carga no funcione, contacte con el personal especializado.

Mantenimiento al inversor o convertidor CD/CA
* Verifique que el área de ubicación del inversor se mantenga limpia, seca y bien ventilada.
* Verifique que el inversor esté protegido de los rayos solares.
* Compruebe que el inversor funciona adecuadamente y que no se producen ruidos extraños dentro de él. En caso de que la operación sea defectuosa o no funcione, contacte al personal especializado.

Mantenimiento de equipos consumidores y cablerías
* El mantenimiento de los equipos consumidores (radios, televisores, refrigeradores, computadoras, etc.), es el mismo que se le hace a éstos cuando funcionan conectados al Sistema Electroenergético Nacional.
* En el caso del refrigerador, se ubica en un lugar bien ventilado para garantizar un uso más eficiente y por tanto no debe cambiarlo de lugar sin la consulta del especialista.
* Verifique que todos los empalmes y conexiones estén fuertemente apretados para evitar falsos contactos, y protegidos adecuadamente con cinta aislante. Limpie regularmente el tubo fluorescente y la cubierta protectora de las lámparas (en caso que la posea), a fin de obtener un mayor nivel de iluminación.

¡Muy importante!
Si un componente del sistema no funciona adecuadamente y su solución está fuera de las acciones que se han establecido en el manual básico, contacte inmediatamente con el personal especializado. No acuda a personas no autorizadas ni trate usted mismo de solucionar el problema. Con esta medida se evitan accidentes y daños a la instalación (Fig. 11).


Fig. 11. Siempre consulte y trabaje con instituciones especializadas
en el montaje y mantenimiento de los sistemas solares fotovoltaicos.

Recomendaciones y consejos útiles
* Desconecte los equipos electrodomésticos en los días de tormentas eléctricas fuertes y ciclones para evitar que una descarga atmosférica pueda averiarlos.
* No conecte al sistema equipos electrodomésticos o de otro tipo que no hayan sido considerados en el diseño, sin consultar a los especialistas, ya que una sobrecarga por consumo excesivo puede provocar su mal funcionamiento.
* No permita que otros usuarios se conecten a su instalación (no hacer tendederas).
* No conecte equipos de potencia superior a la del inversor CD/CA, pues esta sobrecarga puede dañarlo.
* Almacene el agua destilada en recipientes plásticos o de cristal; siempre que vaya a añadir agua destilada a la batería de acumulación, use también embudo de plástico o cristal (en ningún caso emplee recipientes metálicos).
* Una vía para recolectar agua destilada es en los días de lluvia. Una vez que comience a llover, espere de 10 a 15 minutos y luego coloque un recipiente abierto, de plástico o cristal, al aire libre. Nunca recolecte agua de techos, canaletas y otros medios.
* No utilice, en sustitución del agua destilada para rellenar la batería de acumulación, agua de río, hervida u otro tipo que no sea la recomendada, ya que esto daña la vida útil de la batería de acumulación.
* Fíjese regularmente en los indicadores lumínicos del controlador de carga y en caso de notar que alguno de ellos no enciende, contacte inmediatamente al personal especializado.
* Si alguna lámpara no enciende y el tubo fluorescente no está fundido ni defectuoso, revise tanto el fusible (si lo tiene) como el interruptor. Si alguno está defectuoso, reemplácelo por otro.
* Recuerde siempre que en los sistemas fotovoltaicos, como la energía es limitada, se hace mucho más necesario el ahorro al máximo. Por tanto, no mantenga luces o equipos encendidos innecesariamente.