PROBLEMAS Y FALLAS TIPICAS EN INSTALACIONES FOTOVOLTAICAS,SUS CAUSAS Y COMO PREVENIRLAS

Area temática: Energía FotovoltaicaInstitución: Siemens S.A. ChileAutor: Christof Horn Fejae-mail: christof.horn-feja@siemens.cl

RESUMEN

Hay una gran dispersión con respecto al correcto funcionamiento de sistemas Fotovoltaicos,algunos funcionan sin cualquier problema durante muchos años desde su puesta en servicioy otros muestran las mas diversas fallas en su funcionamiento a corto y mediano plazo desu entrada en servicio.

Muchas pueden ser las causas, desde la falta de una adecuada orientación de los usuarios enrelación al funcionamiento, operación y limites de consumo del sistema, hasta errores dedimensionamiento o uso de componentes de calidad inapropiada.

El tema analiza en detalle los problemas y las fallas mas frecuentes encontradas por elAutor a lo largo de Chile durante los últimos 12 años, considerando desde instalacionespequeñas de 12Volt de solo 50Wp hasta instalaciones de 220Volt AC con potencia superiora 9kWp. La presentación concluye con una descripción de diversas medidas para lograr unainstalación exitosa.

1. El mercado reducido y la falta de capacitación para el uso de equipos fotovoltaicos.Cuando se conversa en Chile de electricidad solar o sistemas fotovoltaicos con personasque nunca tuvieron un contacto directo con semejante fuente de energía, por lo general losprimeros comentarios y preguntas típicas se refieren a; "Si estos también calientan agua,porque son tan caros, si sirven para bajar la cuenta eléctrica de su casa", y muchas otrasobservaciones que demuestran que la gran mayoría de las personas carecen de unconocimiento básico en relación a esta forma de generar energía eléctrica por medio de laradiación solar.

Naturalmente no faltan los coleccionistas que han conseguido recopilar informaciones delas mas variadas fuentes y están convencidos que ya son expertos en el tema. Entre otrosnos cuentan que los sistemas todavía son demasiado caros, no son confiables porque fallanmucho, solo sirven para consumos pequeños, se pueden usar solo en el Norte y no sirven enel Sur, o al contrario, cuentan maravillas que bordean el campo de las fantasías.

Bueno, también hay expertos, lamentablemente muy pocos, la razón es muy simple, elresultado total de las empresas dedicadas a la venta de equipos fotovoltaicos e instalacionesen Chile, como promedio de los últimos dos años, no alcanzó a superar el equivalente a 1,3millones de Dólares americanos por año. Si consideramos un margen bruto promedio de un

25% sobre este valor, resultan 325 mil Dólares con los cuales deben mantenerse los talleres,oficinas, bodegas, salas de ventas, stock de equipos y materiales, sueldos y salarios, gastosde viaje y transporte, ingeniería, seguros etc. ciertamente no quedará mucha utilidad neta alfinal, para las diferentes Empresas dedicadas al rubro de la Energía Fotovoltaica. Mantenerbajo estas condiciones personal con experiencia, debidamente capacitado, dedicadosolamente a este tema, es un lujo que muy pocas de estas empresas son capaces desustentar. La falta de expertos es una de las causas principales de proyectos mal diseñados,generación de falsas expectativas de los clientes, deficiente instrucción de operación paralos usuarios, fallas por uso de componentes de mala calidad etc.

2. La experiencia del autor.He escogido específicamente este tema, ya que en los 15 años que me he dedicado en formacasi exclusiva al rubro de la energía Fotovoltaica he tenido que aprender a resolver ycorregir, igual como muchos otros que trabajan en este rubro, los mas diversos problemasque pueden presentar instalaciones Fotovoltaicas, de las cuales yo era en alguna formaresponsable de su diseño, de la selección los diferentes componentes, de su instalación, dela información y la capacitación a los usuarios para el correcto uso y cuidado de sussistemas.

3. Fallas técnicas pueden controlarse fácilmenteLa selección de componentes de reconocida calidad, y el respaldo directo de la EmpresaMatriz y de los fabricantes de los componentes en todos los aspectos, me permitieronmantener las Fallas técnicas y de diseño en un nivel muy bajo, siendo posible dar rápidasolución en caso necesario.Puede afirmarse que el estado avanzado del desarrollo de los distintos componenteseléctricos y electrónicos para sistemas fotovoltaicos como, reguladores de carga,inversores, lámparas de bajo consumo y otros, es tal, que hoy en día prácticamente no sepresentan problemas en equipos certificados. (ISO, JPL, CE, TÜF, UL, IEE, MIL) Losmódulos solares cuentan además con garantía de funcionamiento y potencia hasta 25 años.

4. Fallas humanas en la operación de pequeños SHS.Sin embargo cuando se trataba de pequeños sistemas de viviendas rurales subsidiados,instalados por terceros sin vínculos con la comunidad, los problemas que se presentabaneran en un muy elevado porcentaje originados por los propios usuarios. Se tratabaprincipalmente de errores de operación debido a la falta de capacitación de los mismos, queal no comprender por ejemplo, que la Batería está descargada por exceso de consumo.trataban de resolver el problema a su manera y lamentablemente en muchos casos con unaelevada probabilidad de haber causado daños graves a los respectivos componentes.

Después de algunos años de funcionamiento normal, la totalidad de los problemas seoriginaban cuando las baterías llegaban al fin de su vida útil. (entre 2 a 5 años, dependiendode su calidad y manutención). Lo grave en estos casos era el abandono y la falta de recursosde los afectados para poder adquirir una nueva batería y para reparar los eventuales dañosocasionados a los componentes, por las tentativas previas para hacer funcionar el sistema.

5. Algunas ejemplos típicos de fallas frecuentes por intervenciones humanas.Panel con sombra parcial o total. Fusible de protección arreglado con "pelito". Uso depinche de pelo como "Fusible". Clavo en la Batería como eliminador de pilas de la radio.Uso de lámparas incandescentes de 12 Volt 50 Watt. Uso de la batería del sistema solarpara hacer partir vehículos. Conectar la batería con la polaridad invertida al sistema. Cargade baterías de algún vecino o pariente conectándolas al sistema con polaridad invertida.

6. Causas principales de diversas fallas por factores humanosFalta o incumplimiento de las instrucciones de operación del sistema:La falta de participación del usuario en la gestación y el dimensionamiento del sistema.Desconocimiento total del usuario de uso eficiente de energía.La falta de capacitación del usuario para el correcto uso y operación del sistemaDesconocimiento de los conceptos básicos de Cosecha , Almacenamiento y ConsumoUso de equipos y artefactos inadecuados, ejemplo lámparas incandescentes.Falta de manutención de la bateríaFalta de preparación para reemplazo de la batería vencida.

7. La Capacitación como herramienta para reducir errores de operación en SHS.El problema puede resolverse fácilmente exigiendo que los vecinos de las mismaslocalidades reciban una apropiada capacitación durante la instalación y puesta en servicio yalgunos vecinos o vecinas escogidos, incluido el profesorado de la escuela, obtengan unentrenamiento y capacitación intensiva durante su participación en las instalaciones, demodo que puedan realizar posteriormente una asistencia técnica local, para atender loseventuales problemas y necesidades de la comunidad.

8. Fallas por factores humanos en sistemas de potencias sobre 250WpFallas humanas en Instalaciones de 220V en viviendas, sistemas para Minería, sistemasIndustriales, estaciones de Telecomunicación y otros, son muy poco frecuentes. Esto sedebe principalmente a que los diferentes proyectos se realizan generalmente en conjuntocon el futuro operador, de modo que en forma simultánea se realiza la capacitación para laoperación y el servicio de la Instalación. Ciertamente no falta algún operador entusiasta quequiere aplicar su espíritu inventivo, logrando a veces que el sistema deje de funcionar.En todo caso es fácil de determinar la causa de la falla (en especial cuando se usan sistemasautomáticos de registro de datos) que hoy en día ya forman parte de los equipos periféricosde control de sistemas fotovoltaicos (en caso que el cliente lo solicite).

9. Algunos ejemplos típicos de fallas por proyectos deficientes.9.1 El encargado del proyecto no conoce el lugar de instalación. Es frecuente que el

dimensionamiento se realiza sin haber visitado el lugar y una vez instalado sedescubren proyecciones de sombras sobre los paneles de estructuras vecinas, quepueden reducir la producción calculada del sistema a menos de la mitad.

9.2 Insuficiente generación debido a sombra parcial de árboles o estructuras sobre losmódulos. Sistema no alcanza cubrir el consumo previsto

9.3 Generación insuficiente debido a microclima local, en especial la formación deneblinas localizadas, no consideradas en el cálculo. Por ejemplo: Bosques Fray Jorge,El Tofo, Cerro Moreno etc.

9.4 Corte frecuente de energía por falta de autonomía del sistema. Falta de capacidad debaterías.

9.5 El sistema se encuentra instalado en una zona que es afectado por la proyección desombra parcial o total de obstáculos o montañas cercanas durante el invierno.

9.6 Inclinación y orientación incorrecta de los Paneles.9.7 Generación insuficiente por contaminación con polvo. Por ejemplo sistema instalado

al lado de un camino de tierra de alto tráfico.9.8 Falta de protección contra descargas atmosféricas y sus transientes.9.9 Disminución severa de la capacidad de generación por excretas de aves sobre los

módulos.9.10 Sistema no genera por estar bajo nieve acumulada. La nieve que se desliza de los

módulos se acumula en la base hasta obstruir los módulos en forma parcial o total.9.11 Dimensionamiento de los conductores no considera las caidas de tensión (IxR)

máximas recomendadas en sistemas de corriente continua de bajo voltaje.9.12 Instalación realizada por personal no apropiado.9.13 Equipos periféricos que no cuentan con certificados de calidad. (Reguladores,

lámparas, baterías, fusibles, Inversores etc.)9.14 Dimensionamiento incorrecto para el consumo indicado.

10. Fallas en equipos debido a defectos de fabricación.En realidad son muy pocos los defectos de fabricación que he tenido la oportunidad depresenciar. casi la totalidad se debe en alguna forma a un proyecto deficiente o a errores enla capacitación operación y mantención. Los primeros sistemas Fotovoltaicos que heinstalado personalmente en Chile ya han cumplido los 18 años y continúan funcionando.

10.1 Módulos FotovoltaicosLa Potencia instalada en Chile de Módulos Fotovoltaicos de los cuales puedo hablar conpropiedad son de Siemens Solar y sumó hasta Setiembre del año pasado, 828 kWpeak,equivalente a 16.560 Módulos de 50 Watt peak. Desconozco la Cantidad de Wp que ha sidointernada e instalada por mis colegas de la Competencia. Pero estimo que es semejante. Enrelación a los módulos de Siemens Solar que cuentan actualmente con una garantía de 25años, las fallas que me han sido reportadas son las siguientes :- Año 1993 cant.2 Módulos M55 diodo By Pass quemado caja de conexión derretida,

módulos fueron conectado en forma directa a batería c. polaridad invertida. Reparado.- Año 1994 cant.26 Módulos Thin Film silicio amorfo, cambiado por monocristalinos.- Año 1996 cant.3 Módulos SP75 Descarga de rayo directa, vidrio con dibujo de las

descargas, quemado y quebrado. No se aplica garantía.

10.2 Reguladores de CargaEntre los componentes mas vulnerables de un sistema solar se encuentran los reguladoresde carga, se trata de sistemas electrónicos de potencia que tienen como función aseguraruna correcta y eficiente carga de las baterías de un sistema solar y evitar por el otro lado

que la batería pueda ser descargada mas allá del límite permitido para una descargaprofunda.Los Sistemas Fotovoltaicos distribuidos por Siemens en Chile están equipados con cerca de4250 Reguladores de carga de diversas capacidades y voltajes.Las fallas registradas corresponden en su gran mayoría a intervenciones de terceros comoser inversión de polaridad, cortocircuito en el consumo, fusibles reemplazados por gruesos"pelitos" de cobre o pinches de pelo, conexión a tierra equivocadas, conexiones ydesconexiones de conductores vivos.

Las totalidad de fallas que se han presentado en lo últimos 5 años en reguladores instaladosen sistemas fotovoltaicos bajo mi responsabilidad fueron 78.unidades, de los cuales sereemplazaron bajo garantía 12 unidades con malfuncionamiento sin causa justificada. Unacantidad de 48 Reguladores de diferentes potencias con daños causados por intervencionespor terceros como ser: inversión de polaridad, fusibles arreglados y otras. La mayoría de lasfallas han sido reparadas y devueltos al cliente. Por descarga de Rayos en especial en elAltiplano se han registrado 18 Reguladores de diferentes capacidades con dañosirreparables.

10.3 . Fallas en Inversores InsularesLos inversores se usan en sistemas fotovoltaicos para la conversión de la corriente continuadel banco de baterías en corriente alterna de 230V, muchas veces están equipados en casode existir un grupo generador de la función de cargador de batería y un sistema detransferencia automática de alimentación del consumo desde inversor o grupo generador.

La cantidad de inversores instalados desde potencias de 550Watt nominales a 4500 Watt esde aproximadamente 382 unidades de los cuales existen informes de Falla durante losúltimos dos años de 11 unidades. Las causas de fallas son muy variables, siendo la principaly la mas grave en 4 casos la retroalimentación accidental de la salida AC del inversor conotra fuente de corriente alterna. Otras 2 fallas ocurrieron al alimentar el inversor con lapolaridad invertida. La exposición de inversores a neblina salada en la costa ha sido elorigen de 2 Fallas en casa de veraneo. En 3 casos las causas han sido fallas técnicas dealgún componente electrónico y fueron reemplazados bajo garantía. Los otros equipos hansido reparados con componentes originales del fabricante.

10.4 Fallas de Baterías en pequeños SHSHe dejado intencionalmente las baterías al final ya que representan el componente másdébil de un sistema fotovoltaico. Hablar de baterías en realidad es un capítulo completocuyo tratamiento no cabe en esta presentación. Sin embargo a pesar que es incómodocorresponde hacer algunos comentarios al menos para baterías para pequeño SHS .Básicamente cualquiera de las baterías disponibles en el comercio pueden integrarse en unsistema fotovoltaico. En el fondo el problema real es cuanto es el costo por kWh que labatería entrega al consumo. Hay baterías comunes que solo soportan unas pocas decenas dedescargas profundas y se mueren en poco tiempo y existen estas baterías decoradas concertificados y trofeos que prometen mas de 1000 descargas profundas libre demantenimiento pero cuestan probablemente muchas veces mas que la primera y su vida útil

también es significativamente mayor, como resultado final el costo por kWh es muysemejante, lo único que cambia fuertemente es la inversión inicial. La experiencia hamostrado que las baterías usuales que se comercian en el País, para pequeñas instalacionessolares, viven entre 2,5 a 6 años. No queda otra que observar su funcionamiento y cuandoempieza a flaquear, lo que se nota porque la reserva es cada vez menor, hay que estarpreparado para cambiarla.

Lamentablemente la tecnología y el funcionamiento de las baterías de plomo ácido no hacambiado desde que se inventó hace más de 100 años atrás. Hoy ya se habla de baterías deavanzada tecnología como las de Lithium-Metal-Polymer, Niquel-Cadmio, y otras queestán en los laboratorios de investigación y por su elevado costo todavía fuera de nuestroalcance. Para cuando se usen en forma masiva para los futuros autos eléctricos entoncescreo que tendremos baterías que serán capaz de acompañar e igualar la vida útil de losmódulos solares. Mientras tanto veremos como aparecen nuevas marcas en el mercado ydesaparecen otras.

11. Diferentes sugerencias para corregir algunos de los problemas11.1 Preparación de Instaladores autorizados.11.2 Preparar cursos de Instalación , Operación y Manutención de sistemas Fotovoltaicos a

nivel de y de liceos, escuelas e institutos técnicos. Estos cursos debieran agregarse alCurriculum de electricidad de Automóviles o Electricidad básica y no requieren masde 40 horas. Los eléctricos egresados deberán tener un certificado reconocido por unOrganismo del Gobierno, que los habilita para trabajar con sistemas fotovoltaicos.

11.3 Condicionar que proyectos de Sistemas Fotovoltaicos sobre 2.500Wp deben serfirmados y la estación debe ser recepcionada por un Técnico eléctrico autorizado, concertificado de un Organismo de Gobierno para instalaciones Fotovoltaicas mayores.

11.4 Independientemente del tamaño y complejidad del sistema, es indispensable contarcon Profesionales calificados para asesorar a un futuro usuario, para orientarlo yrealizar el dimensionamiento del sistema en conjunto con el interesado, para elaborarel proyecto y hacer la elección de los componentes, para acompañarlo en la puesta enservicio y realizar el entrenamiento al grupo de personas que operará el sistema yestar disponible para el respaldo post-venta para cualquier problema o consulta quepueda originarse.