2 tipos de protecciones de los sistemas solares fotovoltaicos

En esta tercera y última entrada sobre los sistemas solares fotovoltaicos conocerás los tipos de protección que debes considerar al momento de proponer un sistema de este tipo.

El circuito de una fuente fotovoltaica, el circuito fotovoltaico de salida, el circuito de salida del inversor y los conductores del circuito de la batería de acumuladores así como los equipos, deben estar protegidos acorde a la NOM-001-SEDE-2012.

Los circuitos conectados a más de una fuente de suministro eléctrico deben tener dispositivos de protección contra sobrecorriente, instalados para brindar esa protección desde todas las fuentes.

Por otro lado, si existe un transformador con una o varias fuentes conectadas en cada lado, se tiene que proteger contra sobrecorriente de acuerdo a su tensión y tipo, considerando primero uno de los lados del transformador (como el primario) y después el otro.

En el caso de la proyección de un sistema fotovoltaico autónomo, la NOM-001-SEDE-2012 indica que debe existir una preparación para acometida similar a la de una instalación tradicional, incluyendo los conductores del lado de la alimentación, los medios de desconexión y protección aplicables.

La salida del inversor de un sistema solar fotovoltaico autónomo puede suministrar 120 volts a un equipo de acometida monofásico, de 3 hilos, de 120/240 volts, o tableros de distribución cuando no hay salidas de 240 volts; y cuando no existan circuitos derivados multifamiliares.

En todas las instalaciones, el valor nominal del dispositivo de protección contra sobrecorriente conectado a la salida del inversor debe ser menor que el valor nominal de la barra conductora del neutro en el equipo de acometida. Por seguridad y para conocimiento de todo el personal, tiene que presentar un marcado de advertencia que indique que no debe conectarse a circuitos derivados multifamiliares.

Protección de falla por arcos eléctricos


Siempre existe el riesgo de que se presenten arcos eléctricos, por lo tanto es necesario que incorpores al sistema la protección de falla por arco, tipo fotovoltaico, en circuitos de fuentes de corriente continua, circuitos de salida de corriente continua o ambos; encima o penetrando a un edificio, operando con tensión máxima de sistema fotovoltaico de 80 volts o mayor; también puedes instalar otros componentes del sistema que provean una protección equivalente.


Ver también: Cálculo y protección de sistemas solares fotovoltaicos

Requerimientos para los medios de protección fotovoltaicos por falla de arco:


1. El sistema debe detectar e interrumpir fallas por arco resultantes de una falla en la continuidad esperada de un conductor, conexión, módulo u otro componente del sistema, en los circuitos de fuentes fotovoltaicas y circuitos de salida.


2. El sistema debe desactivar o desconectar a uno de los siguientes:


1. Inversores o controladores de carga conectados al circuito con falla cuando la falla sea detectada.


2. Componentes del sistema dentro del circuito donde se produce el arco.


3. El sistema requiere que el equipo desactivado o desconectado sea manualmente restablecido.


4. El sistema debe tener un indicador que suministre una señal visual de que el interruptor del circuito ha operado. Esta indicación no debe restablecerse automáticamente.



Medios de desconexión


En un sistema de este tipo debes instalar medios de desconexión en todos los conductores portadores de corriente continua, de todos los demás conductores, en un edificio u otra estructura.

No tienes que instalar un interruptor, un interruptor automático ni otro dispositivo, en un conductor puesto a tierra, si su funcionamiento deja al conductor marcado como puesto a tierra en un estado energizado y no puesto a tierra.

Por razones de estética, en ocasiones el medio de desconexión se instala en lugares inadecuados o poco accesibles como en baños, esto lo prohíbe la NOM-001-SEDE-2012. Lo correcto es instalarlos en un lugar de fácil acceso, bien sea en el exterior de un edificio o estructura, o en el interior, lo más cerca del punto de entrada de los conductores del sistema, a menos que el sistema eléctrico tenga el medio de desconexión ubicado en un lugar remoto desde el punto de entrada de los conductores.

Otro punto importante a considerar es el marcado, el cual debe ser permanente, indicando que es el desconectador del sistema fotovoltaico.

Al tener protecciones como fusibles, éstos pueden estar energizados desde ambas direcciones, en cuyo caso debes instalar medios de desconexión que aíslen totalmente al fusible del sistema eléctrico.

Cuando los medios de desconexión estén localizados a más de 1.80 metros del dispositivo de sobrecorriente, tienes que instalar en la ubicación del dispositivo de sobrecorriente un directorio mostrando la ubicación de cada desconectador, y marcar claramente cuál de ellos no debe abrirse con carga instalada.

Para finalizar con el tema, te comentamos que existen desconectadores o interruptores automáticos para los conductores de fase, éstos consisten en uno o varios interruptores o interruptores automáticos operados manualmente, los cuales deben cumplir estos requisitos:


1. Tener una ubicación accesible.


2. Ser operable desde el exterior, evitando el contacto con partes vivas.


3. Estar claramente marcado para indicar cuándo está en la posición de abierto o cerrado.


4. Contar con una capacidad de interrupción suficiente para la tensión del circuito y para la corriente disponible en los terminales de línea de los equipos.

Principios básicos de circuitos eléctricos

El desarrollo del circuito eléctrico está ligado al desarrollo mismo de la electricidad. Uno de los primeros investigadores y desarrolladores de los circuitos eléctricos fue William Gilbert, quien a inicios del siglo XVI llamó fuerza eléctrica de atracción al fenómeno que se presentaba cuando se frotaban ciertos materiales, lo que hoy conocemos como estática. El resultado de su investigación derivó en la clasificación de dos tipos de materiales hasta ese momento: conductores y aislantes.

William Gilbert

El físico alemán Otto von Guericke continúo con el trabajo de Gilbert, obteniendo resultados interesantes al agregar carga electrostática en dos materiales, dando el efecto de atracción y posteriormente de repulsión. Entre otras cosas, Guericke fabricó la primera máquina electrostática y generó chispas a partir de un globo de azufre; como resultado de estas investigaciones se derivaron otras orientadas a entender la naturaleza de los rayos y relámpagos.

Otto von Guericke

Charles Cisternay Du Fay, al realizar diversos experimentos, notó que una lámina de oro siempre era repelida por una barra de vidrio con carga electrostática. Después de analizar el fenómeno, publicó sus trabajos en 1733, donde menciona la existencia de dos tipos de cargas eléctricas, a las que llamó carga vitria y carga resinosa, debido a que ambas se manifestaban de una forma al frotar con un paño de seda el vidrio (carga positiva), y de forma distinta al frotar con una piel algunas sustancias resinosas como el ámbar o la goma (carga negativa).

Charles Cisternay Du Fay

A la par de Du Fay, el físico holandés Pieter van Musschenbroek realizó varios experimentos sobre la electricidad. Uno de ellos ha trascendido y actualmente es replicado como experimento en laboratorios de muchas escuelas: investigar si el agua encerrada en un recipiente puede conservar cargas eléctricas.

Otro célebre experimento se debió a la falta del uso del equipo de protección personal, ya que en el desarrollo de otro experimento un asistente tocó la botella y recibió una fuerte descarga eléctrica. De esta manera fue descubierta la botella de Leyden y la base de los actuales capacitores.

Ver también: 12 personajes de la historia que contribuyeron al desarrollo de la electricidad

Uno de los investigadores que profundizaron en el estudio de la botella de Leyden fue el físico William Watson, quien agregó una cobertura de metal, descubriendo que de esta forma se incrementaba la descarga eléctrica. En 1747 demostró que una descarga de electricidad estática es una corriente eléctrica y se propaga mejor en un ambiente enrarecido que en condiciones normales.

William Watson

Todas estas observaciones empiezan a dar sus frutos con Luigi Galvani, quien a partir de 1780 comenzó a incluir en sus conferencias pequeños experimentos prácticos que demostraban a los estudiantes la naturaleza y propiedades de la electricidad; en uno de ellos, aplicó una pequeña corriente eléctrica a la médula espinal de una rana muerta y observó que se producían grandes contracciones musculares en los miembros de la misma. Estas descargas podían lograr que las patas (incluso separadas del cuerpo) saltaran igual que cuando el animal estaba vivo, esto originó múltiples vertientes de investigación para muchas ramas de la ciencia.

Luigi Galvani

En paralelo con Galvani, Alessandro Volta comenzó a hacer sus propios experimentos de electricidad con animales, llegando a la conclusión de que no era necesaria la participación de los músculos de los animales para producir corriente y que la estructura muscular del animal era sólo un conductor. Para defender su teoría, Volta construyó la llamada “pila de Volta”, con esto no sólo demostró que su teoría era correcta sino que revolucionó el uso de la electricidad y dio al mundo uno de sus mayores beneficios: el control de la circulación de una corriente eléctrica.

Alessandro Volta

Volta pensaba que existía una diferencia eléctrica entre dos metales (hierro y latón). Para corroborar sus afirmaciones, y utilizando su lengua como sensor, eligió el zinc y el cobre como materiales a utilizar en sus experimentos. Debido a que el uso de una sola placa de zinc y otra de cobre proporcionaban un voltaje demasiado bajo para poder medirlo, construyó un sistema que le permitía colocar una serie de discos de zinc y cobre apilados (de ahí el nombre de pila) de forma alternada, separados entre ellos por cartón empapado en salmuera.

Pila de Volta

Uniendo los extremos con un cable metálico se producía una corriente eléctrica regular y continua, con una tensión resultante de la suma de los diferentes pares zinccobre. La pila voltaica consistía en 30 discos de metal, separados por paños humedecidos con agua salada, su funcionamiento era simple: si al extremo inferior de esta pila se le conectaba un alambre se establecía una corriente eléctrica al cerrarse el circuito; al principio Volta lo dio a conocer como “órgano eléctrico artificial”.

Además, Volta, uno de los investigadores más reconocidos del fenómeno eléctrico, construyó una serie de dispositivos capaces de producir electricidad que salía continuamente al exterior a medida que se producía, esto creaba una corriente eléctrica, que resultó mucho más útil que una carga de electricidad estática que no fluyera; actualmente lo conocemos como generador eléctrico. A partir de este invento la electricidad fue realmente aplicable en todos los sentidos, ya que se pudieron construir circuitos para diferentes finalidades.

Posteriormente, Georg Simon Ohm sentó las bases del estudio de la circulación de las cargas eléctricas en el interior de materias conductoras y formuló la ley que relaciona las tres magnitudes más importantes: tensión, intensidad de corriente y resistencia.

2 razones de los efectos que causan los electrones

La teoría electrónica

2 razones de los efectos que causan los electrones. Todos los efectos de la electricidad se producen debido a la existencia de una diminuta partícula llamada electrón. Nadie ha visto en realidad un electrón. Únicamente los efectos que éste produce. Llamamos teoría electrónica a las leyes que gobiernan su comportamiento. La teoría electrónica no es sólo la base para el diseño de todo el equipo eléctrico y electrónico. También explica la acción fisicoquímica. Ayuda a los científicos a sondear en la naturaleza íntima del universo y la vida misma.

Ya que supuestamente el electrón existe ha conducido a muchos descubrimientos importantes en la electricidad, la electrónica, la química y la física atómica. Podemos suponer sin temor a equivocarnos que el electrón existe realmente. Todos los equipos eléctricos y electrónicos se han diseñado en base a esta teoría. Y si la teoría electrónica ha funcionado siempre para todos, también funcionará para tí.

2 razones de los efectos que causan los electrones

Tu estudio de la electricidad y las instalaciones eléctricas residenciales, se basará exclusivamente en la teoría electrónica. Ésta establece que existen 2 razones de los efectos que causan los electrones:

1. Por el movimiento de los electrones de un lugar a otro.


2. Porque existe exceso o deficiencia de electrones en un punto determinado en un momento dado.

De acuerdo a la teoría electrónica, todos los efectos eléctricos y electrónicos obedecen al desplazamiento de los electrones de un lugar a otro, o a que hay una cantidad demasiado grande o demasiado pequeña de electrones en una zona determinada.

Ver también: La electricidad y el átomo

Antes de que se pueda comenzar a considerar útilmente a las fuerzas que hacen que los electrones se muevan o se acumulen, se tiene que saber primero, ¿qué es un electrón?

Toda materia está compuesta de átomos de muy distintos tamaños, grados de complejidad estructural y pesos. Pero todos ellos se parecen en que tienen un núcleo —que son distintos en un átomo y otro, de los cientos y tantos elementos químicos que existen ya sea en la naturaleza o que han sido hechos por el hombre— y en el variado número de electrones que se mueven alrededor del núcleo.

Tendrás una idea de cómo es un átomo esencialmente observando la imagen siguiente.

En la próxima entrada hablaremos sobre cómo los electrones llegan a integrar estructuras más complejas y dan forma a toda la material que conocemos.

El gran valor de la electricidad en tu vida

La electricidad hace que las cosas sucedan

El valor de la electricidad

El gran valor de la electricidad en tu vida. Es difícil imaginar un mundo sin electricidad. Influye y concierne a nuestras vidas cotidianas en cientos de maneras. Observamos el uso de la electricidad directamente en nuestras casas para la iluminación, la operación de aparatos, teléfonos celulares, televisión, radio, bocinas, computadoras, etc. Vemos su uso en el transporte. La electricidad se ha empleado en la fabricación de la mayor parte de las cosas que usamos ya sea directamente. Se utiliza para operar las máquinas que hacen o procesa los productos que necesitamos. Sin la electricidad, la mayor parte de las cosas que usamos y disfrutamos hoy día no serían posibles.

Principios históricos

La palabra electricidad proviene del antiguo vocablo griego ámbar —elektron—. Los antiguos griegos observaron que cuando el ámbar (resina petrificada), se frotaba con una piel de animal, atraía pedacitos de material tal como hojas secas. Los científicos demostraron posteriormente que esta propiedad de atracción ocurría en otros materiales, tales como el hule y el vidrio. Sin embargo, no sucedía con materiales como el cobre y el hierro.

Ver también: La importancia de la electricidad

Los materiales que tenían esta propiedad de atracción al frotarse con una piel, se decía que estaban cargados con una fuerza eléctrica. Además se observó que algunos de estos materiales cargados era atraídos por una pieza de vidrio de cargada y que otros eran repelidos. Benjamín Franklin llamó a estas dos clases de cartas (o de electricidad) positiva y negativa. Actualmente sabemos que lo observado en realidad es una propiedad de la materia. Es un exceso o deficiencia de partículas llamadas electrones en los materiales.

Desde entonces diversos científicos encontraron que la electricidad parecía comportarse de una manera constante y predecible en una situación dada. Estos científicos describieron este comportamiento en forma de leyes y reglas. Estas leyes les permitían predecir cómo se componía la electricidad. Aunque al principio no conocían su naturaleza precisa. Ni se imaginaban el gran valor que tendría de la electricidad en tu vida.

En conclusión, aprende las reglas o leyes que se aplican al comportamiento de la electricidad. Aprende los métodos para producirla, controlarla y utilizarla. De esa manera habrás aprendido electricidad.

El color rojo de los leds

Después de haber analizado la naturaleza de los diodos es pertinente hacer un análisis de lo que representan en la actualidad los diodos de color, ya que la luz y el color son palabras inseparables en el mundo de la iluminación y hoy en día los diodos de color se han convertido en una de las herramientas más socorridas y flexibles para el diseñador o especificador de luz.

Tanto en América como en Europa los dioses de la guerra, Marte y Huitzilopochtli, eran asociados al color rojo, seguramente por el derramamiento de sangre que conlleva esta actividad.

No es de extrañar tampoco que en América, un pueblo que mostraba sus sentimientos e intenciones de manera sincera, se le llamara Pieles Rojas, pues mostraban su alma al desnudo, o lo que era lo mismo: dejaban ver su carne al rojo vivo, pues según los estudios de psicología del color, el rojo evoca los sentimientos más intensos o excitantes como la pasión, el amor, el odio y la ira.

Este color siempre ha estado relacionado también con el calor y la luz, debido a que en las hogueras y fuentes incandescentes de luz podemos notar un tono rojizo.

Como color primario el rojo ha sido indispensable y muy apreciado por los grandes artistas para proporcionar calidez a sus obras y provocar sentimientos intensos en los espectadores. En la pintura, el primer pigmento utilizado fue la sanguina, empleado para elaborar las pinturas rupestres hechas en cuevas; posteriormente el rojo carmín, obtenido de los huevecillos de una cochinilla americana, uno de los productos más buscados del Nuevo Mundo por los pintores del renacimiento.

En la cristalería, el rojo se obtiene con la adición de oro a las arenas con que se elabora el cristal, por lo que las piezas de color rojo son más costosas que otros colores.

Isaac Newton fue el primer físico en percatarse de que si hacía viajar un rayo de luz blanca por un prisma de cristal, el rayo de luz se descomponía en diferentes colores, revelando que en realidad la luz está formada por un espectro de color.

El color que percibes en la superficie de los objetos es definido por la capacidad que tienen los objetos para absorber algunos colores de la luz y reflejar otros; dicho de otra manera: una superficie roja es la que tiene la capacidad de absorber todos los colores de la luz blanca a excepción de la longitud de onda que percibes como rojo.

Ver también: 5 tipos de fuentes luminosas

En la iluminación, el color de un objeto también se puede crear de manera inversa, usando una fuente de luz que emita una radiación en una longitud de onda específica, lo que da como resultado una fuente capaz de saturar una superficie de determinado color con un color especifico. Esto permite colorear con luz el espacio o los objetos que te rodean y cambiar la forma en la que percibes el entorno.

El primer diodo emisor de luz estaba hecho de a base de Arseniuro de Galio y Aluminio (AlGaAs); era una fuente de luz monocromática que emitía luz en una frecuencia de 800 nm, lo que podemos traducir a una luz de color rojo.

Estos primeros diodos eran de baja intensidad, lo que limitaba sus aplicaciones a controles remotos y luces de señalización en tableros o electrodomésticos. Estas simples aplicaciones significaron un adelanto de gran relevancia, pues una señal luminosa aumenta el contraste de manera significativa en un tablero haciendo mucho más sencilla su lectura. Y es desde entonces que el contraste se convirtió en uno de los principales factores a cuidar en el diseño de un entorno de trabajo, pues permite que las máquinas o aparatos electrónicos se comuniquen con las personas. Esta comunicación se da a través de señales de luz que alertan de la necesidad de atención en un área específica del tablero.

Anteriormente el operar un dispositivo complejo exigía un número mayor de personas que mantuvieran una rigurosa atención al leer en las agujas de los manómetros y otros instrumentos de medición, esto generaba grandes niveles de estrés en los obreros y hacía más peligrosa la actividad desarrollada.

La asociación del color de los LEDs de Arseniuro de Galio y Aluminio con las señales de alerta, reforzaron la percepción del color rojo en el inconsciente del hombre, ya que el rojo es posiblemente el primer color reconocido por el ojo humano como una señal de alarma, pues éste es el color de la sangre, por lo que inmediatamente adquirió una denotación importante.

Los desarrollos en la óptica permitieron integrar a los diodos pequeños reflectores con ópticas que distribuyen la luz de una manera controlada, haciendo que los diodos pasaran de ser fuentes puntuales de luz ubicadas en tableros, a ser una fuente que permite bañar de manera eficaz grandes superficies en un espacio.

Es una fortuna que el LED de color rojo fuera el primero en ser desarrollado, pues así como el carmín le da pasión a la pintura, el oro da calidez al traslúcido cristal, y la sangre da vida al hombre, el Galio es la sustancia que permite a un lighting designer (diseñador de iluminación) usar sus sentimientos más intensos para bañar los espacios de algo más que un simple color.