10.2. Montaje de una instalaci+¦n fotovoltaica aut+¦noma - Parte 1
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ENERGÍA SOLAR
FOTOVOLTAICA
MONTAJE DE UNA INSTALACIÓN
FOTOVOLTAICA AUTÓNOMA
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3. MONTAJE DE UNA INSTALACIÓN
FOTOVOLTAICA AUTÓNOMA
Aunque cada instalación fotovoltaica tiene unas características
particulares que requieren unas soluciones de diseño y montaje,
también particulares, todas las instalaciones de este tipo tienen
mucho en común.
A modo de ejemplo, se indican a continuación lo que podrían ser las
operaciones principales y la planificación del montaje de una
instalación fotovoltaica autónoma tipo.
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1. Transporte de los elementos , herramientas de trabajo y
aparamenta eléctrica al lugar de la instalación.
2. Colocación y anclaje del regulador y del inversor en el armario de
control.
3. Montaje del cuadro eléctrico en el armario de control (colocación
de los elementos de desconexión y protección).
4. Colocación en la caseta de las bancadas para las baterías.
5. Colocación de las baterías sobre las bancadas.
6. Cableado de las baterías.
7. Transporte de la estructura soporte hasta el lugar de la
instalación.
8. Montaje y anclaje de la estructura soporte.
9. Transporte de los paneles fotovoltaicos hasta el lugar de la
instalación. 3
10. Anclaje de los paneles a la estructura soporte.
11. Colocación de las cajas de conexiones principales del generador
fotovoltaico.
12. Cableado serie – paralelo del campo generador.
13. Tendido de cables desde el campo generador hasta el armario de
control.
14. Interconexión en el armario de control del campo generador,
regulador, batería, inversor (si existe) y consumos.
15. Señalización de seguridad en el cuarto de las baterías y en el
armario de control.
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Figura 2 . Armario de control y potencia
Figura 1. Operario realizando
conexionado eléctrico en armario de
control.
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3.1 APROVISIONAMIENTO, TRANSPORTE Y ALMACENAMIENTO DEL
MATERIAL
Las instalaciones fotovoltaicas tienen unas peculiaridades que
obligan a que el instalador deba considerar las operaciones previas
al montaje.
3.1.1 APROVISIONAMIENTO
Los instaladores no disponen de un stock de materiales fotovoltaicos,
adquiriendo estos materiales directamente de los fabricantes o de
distribuidores oficiales (caso más general), la práctica común es
trabajar siempre con elementos del mismo fabricante o distribuidor.
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Normalmente, los distribuidores o fabricantes no llevan el material
necesario al lugar de la instalación, por lo que el instalador deberá
contar con unas dependencias adecuadas para poder almacenar el
material recibido.
3.1.2 TRANSPORTE
Las instalaciones fotovoltaicas suelen estar situadas en lugares
alejados de los núcleos urbanos y de difícil acceso. Debe prestarse
especial atención a su localización y a las vías de acceso disponibles.
Conviene contactar con el cliente para asegurarse de haber
entendido correctamente cuál es el recorrido hasta el lugar de la
instalación.
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También es importante conocer las vías de acceso hasta el lugar de
la instalación y saber el estado en el que se encuentran para
determinar qué medio de transporte se utilizará y cómo deberemos
transportar el material. Se prestará especial atención al transporte
de las baterías, llenas de electrolito, para evitar el derrame del
mismo. Todos los componentes, y en especial los módulos, deberán
tener una buena distribución y un amarre seguro con el fin de evitar
golpes y caídas.
3.1.3 ALMACENAMIENTO
Durante la realización de una instalación fotovoltaica normalmente es
necesario el almacenaje provisional del material a instalar y que va
llegando paulatinamente hasta su ubicación definitiva.
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Para estos momentos se deberán tener en cuenta las siguientes
consideraciones a la hora de proceder a su almacenaje:
Para evitar robos se recomienda almacenar el material fotovoltaico,
especialmente los paneles, en lugares cerrados o vigilados.
Si se almacena en vías de paso de personas deberá preverse
cualquier imprevisto, como manipulaciones indebidas, golpes o
caídas fortuitas de material, etc., prestando atención a los paneles y
a las baterías cargadas con sus terminales accesibles.
Se evitará la exposición directa y prolongada de las baterías a los
rayos solares y el almacenamiento a la intemperie de elementos
(reguladores, inversores, etc.) sin el grado de protección IP
adecuado. 9
3.2 PASOS PREVIOS AL PROCESO DE INSTALACIÓN
Algo de gran importancia para el instalador será la visita previa del
lugar donde se va a realizar la instalación, para saber dónde irá
ubicado cada elemento de la instalación y realizar el trazado para el
cableado eléctrico.
Si la instalación a realizar es pequeña, se puede prescindir de esta
visita para no ocasionar un coste adicional. En este caso la
distribución y el trazado de esta se deciden una vez los instaladores
se desplazan con todo el material y equipo necesario para realizarla.
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Como se verá posteriormente, una de las decisiones más delicadas
será la relativa a la ubicación de las baterías, bien en un cuarto o
caseta especialmente diseñada para ellas, o en una habitación
ventilada, fuera de las zonas de utilización habituales de los usuarios.
Junto al material que formará parte de la instalación se prepararán
las herramientas necesarias para su montaje:
• Llaves fijas y ajustables.
• Sierras cortatubos.
• Navaja de electricista.
• Alicates universales y de boca fina.
• Martillo de electricista.
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• Destornilladores.
• Buscapolos o polotest.
• Limas y escofinas.
• Taladrador y brocas de diversos calibres.
• Cinta métrica.
• Tenazas de pelar conductores.
• Tenazas de cortar.
• Tenazas de casquillo.
• Cinta aislante.
• Pegamentos.
• Linterna.
• Multímetro digital y pinza amperimétrica para corriente continua y
alterna.
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• Brújula.
• Medidor de ángulos.
• Tijeras.
• Cuchillas.
Figura 3 . Multímetro digital utilizado para
verificar magnitudes eléctricas y
diagnosticar averías.
Figura 4 . Pinza amperimétrica para medir
intensidades sin necesidad de manipular
cables ni realizar conexión alguna.
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Durante la realización de cualquier instalación fotovoltaica, se
deberán tener en cuenta unos principios, los cuales son:
El buen proyecto del diseño es imprescindible y repercutirá
directamente en el montaje de la instalación.
Por muy bien hecha que esté la ejecución del montaje de una
instalación, si el dimensionado de la misma o la selección de sus
componentes y materiales no es la adecuada, no funcionará de forma
correcta o aparecerán fallos.
No existe un único proceso de montaje, aunque haya algunas fases
del mismo que se realicen siempre antes que otras, tal y como se vio
anteriormente.
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Siempre respetaremos determinadas normas de instalación que
ha ido consagrando la experiencia.
Se deberá seguir la normativa de aplicación durante el montaje
de la instalación (Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión e
instrucciones técnicas complementarias).
En determinados casos también se deberán tener en cuenta las
normas o especificaciones dictadas por otros organismos
competentes en la materia.
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Figura 5 . Instalación fotovoltaica en tejado. 18
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En las grandes instalaciones la situación de los paneles, baterías y
armario de control, vendrá definida en el proyecto o memoria
técnica, todo lo contrario a los que ocurre en pequeñas instalaciones,
donde el instalador decidirá “in situ” el trazado y la ubicación de los
elementos. En la fase de diseño preparación del montaje se deberán
tener en cuenta los siguientes aspectos:
o El campo generador se situará orientado hacia el Norte
geográfico asegurando la ausencia de sombras.
o La facilidad de acceso para el montaje y mantenimiento de los
componentes de la instalación, en especial los paneles
fotovoltaicos.
o Reducir en la medida de lo posible las longitudes de cableado
de los diferentes circuitos eléctricos para evitar caídas de tensión
y costes excesivos.
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o Procurar que el trazado del cableado no sea muy complejo
(menor número posible de curvas, buena accesibilidad para el
montaje, etc.).
Para fijar la situación de los paneles fotovoltaicos se deberán tener
en cuenta los siguientes aspectos :
o Los paneles deberán orientarse, siempre que sea posible,
exactamente hacia el NORTE geográfico. En cualquier caso se
admitirán desviaciones de + 20° hacia el Este / Oeste cuando la
existencia de sombras u otros condicionantes del lugar obliguen
a ello, siempre respetando los valores máximos permitidos de
pérdidas de radiación del campo generador fotovoltaico dados en
la tabla 4 de esta unidad.
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Por convenio, las desviaciones hacia el este se consideran negativas
y las desviaciones hacia el oeste positivas. En las desviaciones
admitidas, se deberán respetar los valores máximos permitidos de
pérdidas de radiación del campo generador fotovoltaico que puedes
consultar en tu anexo de tablas.
o La inclinación de los módulos fotovoltaicos con respecto a la
horizontal se realizará, tal y como se vio anteriormente, de forma
que la energía captada sea máxima en el periodo de diseño.
• En instalaciones con consumos constantes, o similares a lo
largo del año, se optimizará la instalación para captar la
máxima radiación durante los meses invernales (periodo de
diseño, diciembre). Utilizaremos por tanto inclinaciones
iguales a la latitud del lugar más 10°.
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• En instalaciones utilizadas solo durante el periodo estival o en
verano, usaremos un ángulo de inclinación igual a la latitud del
lugar menos 10°, siendo el periodo de diseño julio.
El periodo de diseño se establecía en función de las necesidades de
consumo y de la radiación.
o La situación de las filas de paneles debe asegurar que en ningún
momento se produzcan zonas con sombra en los mismos debidas a
obstáculos próximos.
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Figura 6 . Distancia mínima, d, entre una fila de paneles y un obstáculo, y entre
filas de paneles.
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La distancia de separación mínima (d) entre un obstáculo de altura h
y una batería de colectores sobre la cual pueda proyectar sombras,
será la calculada según la siguiente expresión:
d = h / tan(61° - latitud)
Donde 1/tan(61° - latitud) es un coeficiente adimensional que
denominaremos k.
En la siguiente tabla podemos ver algunos valores significativos de
dicho coeficiente en función de la latitud del lugar.
Latitud 29° 37° 39° 41° 43° 45°
k 1.6 2.246 2.475 2.747 3.078 3.487
Tabla 9. Valores de k en función de la latitud. 24
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En los casos donde la instalación fotovoltaica sea de varias
baterías de paneles, es decir, más de una fila, se intentará evitar las
sombras de unas filas sobre otras. Para este caso la separación entre
la fila posterior y la siguiente no será inferior a la indicada en la
ecuación anterior, siendo h la diferencia de alturas entre la parte más
alta de la fila y la parte más baja de la siguiente fila. Basándonos en
todas las medidas de los paneles, tal como se puede observar en la
figura 7.
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Figura 7 . Estructura especialmente diseñada para soportar un gran número de
paneles.
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Otro aspecto muy importante a tener en cuenta es la seguridad
personal de los operarios, debiéndose prestar especial atención al
manejo y montaje de las baterías.
Se indican a continuación algunas normas que deben observarse
durante el manejo y montaje de acumuladores :
Despojarse de todo objeto metálico (colgantes, brazaletes, sortijas,
etc.)
Evitar utilizar cascos metálicos.
Usar vestimenta adecuada, con delantal, guantes resistentes al
ácido y gafas protectoras.
Tener siempre a mano agua fresca, para emplearla en caso de
proyección de ácido sobre los ojos o la piel.
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Mantener las posibles fuentes de flamas o chispas lejos del lugar
donde se encuentran las baterías.
Descargarse de la electricidad corporal estática tocando un
cuerpo conductor conectado a tierra antes de tocar las baterías o
sus soportes.
Desconectar las baterías de cualquier fuente de carga antes de
trabajar con ellas.
Los terminales y bornas de las baterías han de permanecer
cubiertos con capuchones de material no conductor.
Levantar las baterías siguiendo las instrucciones del fabricante,
utilizando, si fuera necesario, medios mecánicos. Planificar el
proceso de transporte horizontal, evitando arrastrarlas. 28
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Las herramientas utilizadas en el montaje y conexión de la batería
de acumuladores deben tener una longitud menor que la distancia
entre bornas de distinta polaridad, a fin de evitar cortocircuitos
accidentales.
Las herramientas deberán protegerse por las partes por donde se
agarren con material plástico o cinta aislante.
3.3 MONTAJE DE LA ESCTRUCTURA, SOPORTE Y PANELES
Una vez vistos en apartados anteriores los pasos previos a tener en
cuenta en el montaje de una instalación, se procederá al montaje de
la misma. En este apartado nos centraremos en el montaje de la
estructura soporte y los paneles fotovoltaicos, su ubicación y la
colocación de la misma.
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La estructura soporte es el elemento de una instalación fotovoltaica
cuyo montaje es más costoso y precisa de más medios y recursos.
3.3.1 FORMA DE LA ESTRUCTURA Y TIPOS DE MONTAJES
La forma de la estructura en instalaciones grandes viene
determinada por el tipo de paneles por cómo están conexionados
entre ellos y el lugar donde vayamos a situar la estructura. Por el
contrario, en el caso de pequeñas instalaciones, el propio fabricante
del panel pone a disposición de los instaladores estructuras
normalizadas.
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Las propias empresas que suministran paneles fotovoltaicos suelen
ofrecer también estructuras de montaje especialmente diseñadas
para las características físicas de sus paneles, o bien dan respuestas
técnicas a problemas estructurales concretos, de forma que facilitan
la labor del instalador.
Los materiales más habituales utilizados en las estructuras son el
acero galvanizado, el acero y el aluminio.
En general, se pueden distinguir dos tipos de estructuras; las
apoyadas directamente sobre el suelo (o superficie) y las apoyadas
sobre un mástil.
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Figura 8 . Estructura apoyada en un mástil. 32
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Figura 9 . Estructura apoyada directamente sobre el suelo. 33
Estructuras apoyadas directamente
sobre suelo o superficie
Estructuras apoyadas en un mástil
Precisan varios puntos de apoyo y una
superficie de cimentación y obra civil
considerable.
El anclaje y la cimentación de la estructura
se reduce únicamente al punto de apoyo
del mástil.
Su diseño es modular, facilitando la
colocación de gran número de paneles.
Están diseñadas para albergar a un
número determinado de paneles.
La fijación de los módulos suele ser
sencilla, no siendo necesarios elementos
mecánicos auxiliares.
La fijación de los módulos requiere la
elevación de estos, o de todo el conjunto
premontado, siendo necesaria la utilización
de medios mecánicos auxiliares.
Las variación de altura para evitar
problemas por sombras puede suponer
modificaciones en el diseño considerables.
La altura de la estructura se puede
modificar fácilmente en la fase de diseño,
simplemente actuando sobre el mástil.
Durante las tareas de interconexionado de
los paneles, las filas inferiores pueden
tener un acceso incómodo.
Todos los paneles disponen de un acceso
similar.
En general ofrecen una inclinación y
orientación fijas, o en estructuras
pequeñas, se permite la variación manual
de la misma.
Son especialmente aptas para dotarlas de
un sistema de seguimiento solar.
Tabla 10. Características de las estructuras más utilizadas en instalaciones fotovoltaicas.
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A la hora de realizar el montaje de una estructura se tendrán en
cuenta las siguientes consideraciones generales:
La forma de las estructura tendrá en cuenta la necesaria utilización
de los paneles, la altura sobre el suelo y la separación entre filas.
Se deberá tener en cuenta la posibilidad de ampliar la estructura
fácilmente, ya que un aumento de los puntos de consumo supone la
necesaria instalación de más paneles.
La posición de los paneles deberá prever una separación entre
ellos de al menos 3 cm, para que pueda pasar el aire y se reduzcan las
cargas del viento.
La posición de los paneles facilitará la conexión entre los mismos.
La forma de la estructura y los anclajes de los paneles a esta se
diseñarán de forma que no se retenga el agua de lluvia. 35
Las instalaciones sobre el suelo son idóneas para grandes potencias
y presentan las siguientes ventajas:
Permiten emplear estructuras robustas y pesadas.
Se pueden aplicar procedimientos de amarre sencillos y
resistentes.
La realización de montajes es siempre más sencilla a nivel del
suelo.
Aunque también presentan algunos inconvenientes:
Mayor accesibilidad a efectos vandálicos.
El problema de las sombras arrojadas por los obstáculos cercanos
se presenta con mayor facilidad.
En lugares en los que nieva con cierta frecuencia se deben utilizar
sobre – apoyos elevados (encarecimiento de la instalación). 36
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Las estructuras sobre cubiertas planas o inclinadas son también muy
frecuentes. Generalmente tienen mayores dificultades de montaje que
las situadas sobre el suelo y son más ligeras, lo que va en contra de la
resistencia frente al viento, que siempre es superior que el registrado
a nivel de tierra. El punto más delicado es el anclaje, debiendo
cuidarse la estanqueidad al agua de lluvia. Una de sus ventajas es su
menor accesibilidad contra las acciones de vandalismo.
Figura 10 . Estructuras sobre cubiertas inclinadas. 37
Figura 11 . Estructuras sobre cubiertas planas. 38
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Las instalaciones sobre paredes verticales son especialmente
adecuadas para pequeñas potencias. Permiten utilizar estructuras
ligeras, ya que la pared proporciona un punto de anclaje seguro y
sencillo. Además, los riesgos de las cargas producidas por el viento
también se ven reducidos al incidir este solo sobre la cara frontal,
presionando los paneles contra sus asiento y no se generan
esfuerzos de tracción. Presentan también la ventaja de ser poco
accesibles a los actos vandálicos.
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Figura 12 . Estructuras sobre pared vertical.
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Por último, los montajes sobre mástiles en instalaciones autónomas,
como se indico anteriormente, solo son adecuados para pequeños
sistemas de unos pocos paneles, ya que para mayores tamaños
serían necesarios postes muy resistentes o arriostrados. Este
montaje es más sensible a la acción del viento y a las vibraciones
producidas por este. Se utilizan sobre todo en instalaciones de
alimentación de repetidores, donde la torre de la propia antena
puede utilizarse como soporte de los paneles.
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3.3.2 UBICACIÓN DE LA ESTRUCTURA
Salvo consideraciones de diseño particulares (como la integración
arquitectónica), la estructura se suele colocar en un lugar libre de
sombras durante las horas centrales del día y de manera que los
paneles, una vez montados sobre la misma, tengan la orientación e
inclinación adecuadas.
En la ubicación de la estructura y los módulos se debe prestar
especial cuidado al impacto visual y al riesgo de vandalismo.
Al tener que incidir la radiación solar sobre un campo fotovoltaico se
hace más accesible en mayor o menor medida. 42
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A veces la ubicación de la estructura requerirá determinar in situ la
orientación, por lo que el instalador deberá saber manejar una
brújula, sobre todo en el caso de montaje de estructuras en espacios
abiertos, en los que no existan referencias o elementos constructivos
(como tejados) que faciliten o impongan la orientación de los paneles
fotovoltaicos.
3.3.3 COLOCACIÓN DE LA ESTRUCTURA
La colocación de la estructura consta de dos operaciones
fundamentales : el ensamblado y su anclaje.
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3.3.3.1 Ensamblado
Consiste en la unión y sujeción mecánica de todas las partes de la
estructura (como el mástil, el bastidor, los perfiles angulares, etc.).
Generalmente esta operación suele venir especificada en la
documentación facilitada por el fabricante o proyectista, sobre todo
en los casos de diseño de estructuras particulares.
En la siguiente figura se muestra un ejemplo de ensamblado,
realizado a base de pletinas y perfiles angulares que, unidos de forma
conveniente mediante las tornillería adecuada, dan forma a la
estructura.
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Figura 13 . Despiece de estructura de montaje de paneles sobre un
poste anclado en el suelo . 45
3.3.3.2 Cimentación y anclaje de la estructura
Consiste en fijar la estructura a la superficie o elemento de
sustentación (suelo, tejado, fachada, etc.), para dotar a esta de la
resistencia y estabilidad suficientes para soportar las cargas
máximas de viento y nieve previstas en el lugar donde se vaya a
ubicar las instalación.
Las soluciones más frecuentes y extendidas son la cimentación
mediante zapatas de hormigón y la fijación directa mediante tacos de
anclaje.
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En el caso de estructuras sobre el terreno lo habitual es anclarlas
sobre una cimentación de hormigón, bien sea una losa, dos bloques o
vigas corridas o dos dados individuales de hormigón para cada
amarre. La estructura se fija a la cimentación de hormigón mediante
tornillos embebidos en el propio hormigón durante la construcción de
esta, o bien utilizando tornillos o manguitos de anclaje.
Figura 14 . Estructuras ancladas sobre cimentación de hormigón. 47
Las estructuras soportes podrán estar fijadas con bloques de
hormigón, tanto para cubiertas planas como inclinadas, estos
bloques deberán resistir las acciones de viento y nieve, pudiéndose
sustituir por anclajes directos a la cubierta. El problema principal del
anclaje directo será la de mantener estanca completamente la
cubierta de la edificación , por esto se podrán utilizar los siguientes
tipos de amarre:
Anclajes de tornillos o placas para soldar.
Tornillos pasantes con arandelas o tuercas a ambos lados.
Tornillos de expansión, aunque esta solución es poco segura en el
caso de estructuras grandes.
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Figura 15 . Detalle de amarre para instalación fotovoltaica. 49
Se debe prestar especial atención al sellado de los amarres sobre
cubiertas evitando la aparición de filtraciones de agua. Todas las
perforaciones se sellarán con silicona.
Para evitar peligros eléctricos se está obligado a conectar toda la
estructura a una toma de tierra. Este es un punto conflictivo, ya que
si la toma de tierra va a cargo del instalador, esto eleva bastante el
coste de la instalación, llegando a ser prohibitivo en el caso de
pequeñas instalaciones.
En la instrucción técnica complementaria, ITC – BT – 18 para
“instalaciones de puesta a tierra” del Reglamento Electrotécnico
para Baja Tensión, se recoge la forma de realizar el montaje de
puesta a tierra de una instalación. 50
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3.3.4 MONTAJE DE LOS PANELES EN LA ESTRUCTURA
Una vez montada la estructura, el siguiente paso será montar los
paneles fotovoltaicos en la misma. Esta operación depende
principalmente del tamaño y tipo de la estructura soporte. Los dos
aspectos fundamentales a tener en cuenta a la hora de montar los
paneles son la colocación y el conexionado de los mismos.
3.3.4.1 Colocación de los paneles fotovoltaicos
Los paneles se fijarán sobre la estructura siguiendo las indicaciones
del fabricante y los taladros del marco del panel o las formas de
sujeción previstas por el mismo.
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La sujeción de los paneles a la estructura se lleva a cabo en dos
pasos: la formación de paneles y el izado o colocación de estos.
3.3.4.1.1 Formación de paneles
Consiste en la unión solidaria de un número determinado de paneles.
La unión se suele realizar por medio de perfiles metálicos, de sección
angular, en U, o cuadrada, dispuestos como largueros o travesaños
atornillados a los taladros de los paneles.
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Figura 16 . Esquema típico de fijación de un panel al perfil de la
estructura.
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Nunca se realizarán taladros nuevos sobre el marco metálico del
panel, ya que ello podría ocasionar el deterioro del tratamiento
superficial del marco y las tensiones generadas podrían romper el
cristal que protege las células.
Para atornillar el perfil al marco se utilizarán siempre tornillos de
acero inoxidable. Hay que tener en cuenta que esta unión supone el
poner en contacto dos metales generalmente distintos (aluminio en el
marco del panel y acero en el perfil), por lo que en ambientes
especialmente propensos a la aparición corrosión galvánica se
deberán utilizar aisladores (como arandelas o cilindros de nailon o
teflón) que impidan dicho contacto.
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La corrosión galvánica se produce cuando dos metales distintos
están en contacto.
Los paneles generalmente se forman en un banco de trabajo o en el
suelo. Esta operación requiere que los paneles se apoyen sobre su
cara frontal, por lo que se deberán adoptar las oportunas medidas
para evitar el deterioro de la misma, por ejemplo, apoyando los
paneles sobre el propio cartón de su embalaje.
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Figura 17 . Colocación de paneles
sobre perfiles.
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3.3.4.1.2 Colocación de los paneles
Una vez formados los paneles se procederá a colocarlos en la
estructura soporte. Esta operación suele requerir la intervención de
varias personas, en función del peso y la envergadura de los paneles.
Si la estructura está situada a una altura considerable del suelo,
también puede ser necesario utilizar medios mecánicos como grúas,
poleas, etc. En otros casos, un andamio o escalera es suficiente para
izar y colocar los paneles en la estructura soporte. Los perfiles que
se han empleado para formar los paneles servirán también como
elementos de fijación de éstos a la estructura.
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Figura 18 . Izado de formación de paneles.
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