Análisis y desarrollo de técnicas de protección y seguridad de sistemas fotovoltaicos

Abstract

Garantizar la seguridad de las personas en las futuras instalaciones fotovoltaicas es requisito clave para el desarrollo de este sector, sobre todo, teniendo en cuenta el progresivo incremento del riesgo eléctrico en dichas instalaciones por el crecimiento de sus potencias, y sus emplazamientos cada vez más próximos al ámbito doméstico.

Las medidas de protección de personas en sistemas eléctricos convencionales están detalladas en normas y reglamentos de obligado cumplimiento (tanto nacionales como internacionales) que garantizan la seguridad de los mismos, independientemente del proyectista, instalador e inspector que intervenga en la instalación. Así, durante más de un siglo de experiencia en estas instalaciones, estas normas y reglamentos han ido evolucionando en función de los avances tecnológicos y de la experiencia acumulada y han permitido dar solución de una manera eficaz a los problemas relacionados con la seguridad.

Los sistemas fotovoltaicos, en su reciente aparición, se encuentran en las primeras fases de este proceso, en las cuales se está iniciado el desarrollo de la normativa y el estudio de implantación de medidas eficaces de protección. Para este desarrollo, y como paso previo, es necesario el estudio en profundidad del comportamiento eléctrico del generador fotovoltaico y su respuesta en situaciones de defecto.

Dentro de este campo de la protección a personas se han desarrollado los trabajos de esta tesis doctoral, fundamentalmente en el estudio del aislamiento del generador y de la operatividad y viabilidad de distintas medidas de protección. Los trabajos se han estructurado en distintas fases: la primera en la que se proponen las distintas medidas de protección que se pueden emplear; la segunda donde se analiza el comportamiento del generador respecto a tierra y se propone un modelo de circuito equivalente; la tercera donde se estudia el aislamiento y las corrientes de fuga a tierra del generador; y por último en base a los resultados obtenidos en el estudio se analiza la viabilidad de las medidas de protección propuestas.Ensuring personal safety in future PV installations is a key issue for the progress of this market. This is especially crucial having in mind the increasing electrical risk of these installations as their size is becoming larger and given their proximity to residential areas.

Personal protection measures in conventional electric systems are gathered in both compulsory national and international regulations and standards. These ensure personal safety regardless the designer, installer or inspector who take part in the installation. Over a century of skills and experience, these regulations and standards have evolved according to technical developments and expertise, paving the way to efficient solutions to safety problems.

PV systems are accomplishing the initial stages of this process, in which the development of regulations together with efficient protection measures have been undertaken. A deep analysis of the electric behaviour of the PV generator and its response under faulty operation conditions is required as a previous step towards this direction.

The work presented in this Doctoral Thesis has been developed in the frame of personal protection. The analysis of the PV generator isolation and operativity, together with the feasibility of some protection measures has been emphasised. Firstly, some protection measures that can be used are proposed. Then, the behaviour of the PV generator with the ground is analysed and an equivalent circuit model is shown. Isolation and PV ground leakage currents of the PV generator has been also under consideration. Lastly, the feasibility of the proposed protection measures is analysed according to the results of this work.