Prueba de Voc e Isc de cadenas fotovoltaicas: voltaje de circuito abierto y corriente de cortocircuito

Qué es

La prueba de Voc e Isc de cadenas es una comprobación eléctrica básica de cada circuito de fuente de un arreglo fotovoltaico. El voltaje de circuito abierto se mide en los extremos de la cadena sin carga conectada, lo que muestra si el número esperado de módulos está presente, bien conectado y produciendo voltaje. La corriente de cortocircuito o de operación se mide con la cadena cargada a través de un instrumento adecuado, lo que muestra si la corriente que la cadena puede entregar es coherente con la capacidad del módulo y con la luz solar del momento. Cuando el circuito incluye diodos de bloqueo, cuya función es impedir que la corriente fluya hacia atrás hacia una cadena más débil, se revisan en la misma visita. La prueba se realiza en las cadenas de los sistemas solares fotovoltaicos en la aceptación, antes de conectarlas al inversor o a la caja combinadora y antes de energizar el arreglo, con instrumentos de capacidad adecuada para el voltaje y la corriente involucrados. Es de las primeras comprobaciones tras la instalación porque es rápida, no exige más instrumentos que un medidor y una pinza de capacidad adecuada, y detecta los errores de cableado más comunes cuando todavía es fácil corregirlos.

Por qué se realiza

Una cadena fotovoltaica puede construirse de forma incorrecta de maneras invisibles a simple vista. Un módulo faltante o de más, un módulo invertido, un conector flojo o mal acoplado, un conductor dañado o un diodo de derivación averiado cambian el voltaje o la corriente, y una cadena mal cableada puede entregar un valor equivocado al inversor, disparar protecciones o dañarse por un voltaje excesivo en una mañana fría y soleada. Un diodo de bloqueo que ha fallado en circuito abierto puede dejar una cadena entera desconectada del arreglo, mientras que uno que ha fallado en cortocircuito pierde su protección y permite que las cadenas vecinas empujen corriente hacia atrás en una cadena débil. Como el voltaje de circuito abierto es el más alto que produce la cadena, también es una magnitud de seguridad, y confirmarlo antes de conectar la cadena protege a los equipos y a las personas que la conectan. Medir cada cadena por separado y compararlas entre sí convierte un arreglo grande en un conjunto de bloques verificados y acorta la búsqueda de fallas posterior.

El principio

Una cadena fotovoltaica se comporta como una cadena en serie de módulos. Cada módulo aporta su voltaje, de modo que el voltaje de circuito abierto de la cadena es la suma de los voltajes de los módulos y depende sobre todo del número de módulos y de la temperatura de las celdas. La corriente de la cadena está limitada por su módulo más débil y, en cortocircuito, es aproximadamente proporcional a la luz solar que incide sobre el arreglo. Como la temperatura y la irradiancia desplazan las lecturas, un valor medido debe compararse con el valor esperado para las condiciones del momento y no con la cifra de la placa por sí sola. En un diodo de bloqueo, el principio es que debe conducir en sentido directo con una pequeña caída de voltaje y bloquear en sentido inverso. Por eso la comprobación de un diodo verifica ambos comportamientos, y una falla en cualquiera de los dos sentidos es un defecto. Las diferencias entre cadenas del mismo diseño, medidas con poco tiempo de separación, suelen ser más informativas que los valores absolutos.

Cómo se realiza

Las mediciones comienzan con el aislamiento y la seguridad: las cadenas se desconectan del inversor o de la caja combinadora, el arreglo se trata como energizado siempre que los módulos reciban luz, y los instrumentos tienen capacidad para el voltaje y la corriente máximos de la cadena, teniendo presente que abrir o cerrar un circuito de corriente continua con carga puede producir un arco dañino. El voltaje de circuito abierto se mide en los terminales de la cadena con un medidor calibrado, y la polaridad se confirma al mismo tiempo. La corriente de cortocircuito o de operación se mide con un instrumento diseñado para ello o con una disposición de pinza amperimétrica de capacidad adecuada usada según el procedimiento del fabricante, y nunca poniendo en cortocircuito la cadena de forma improvisada. La irradiancia y la temperatura del módulo se miden en el momento de la lectura para poder comparar los valores con lo que predicen los datos del módulo. Las lecturas se toman con luz solar estable, porque el paso de una nube vuelve inútil la corriente, y las cadenas del mismo diseño se miden una tras otra para poder compararlas. Los diodos de bloqueo se revisan en su lugar con un medidor en su función de diodo o mediante un procedimiento adecuado, y cualquier diodo que no se comporte correctamente en ambos sentidos se anota para reemplazo. Durante todo el trabajo se observa el estado de los conectores y del rotulado tal como se encontraron, y las cadenas se restablecen a su estado original al terminar.

Qué se registra

El registro conserva el voltaje de circuito abierto medido y la corriente de cortocircuito o de operación de cada cadena, con las condiciones que los produjeron: irradiancia, temperatura del módulo, fecha y hora, e identificación de la cadena con el tipo de módulo y el número de módulos en serie. También anota el resultado de la polaridad, el resultado de cada comprobación de diodo de bloqueo, los instrumentos utilizados con su estado de calibración y cualquier problema visible en conectores, rótulos o conductores que se haya encontrado durante el trabajo. Estos datos permiten que un revisor posterior compare las cadenas entre sí y con los valores esperados, y distinga una falla real de una diferencia de luz solar o de temperatura en el momento de medir.

Cómo se juzgan los resultados

Las lecturas se juzgan por comparación y no por una cifra fija. El voltaje de circuito abierto medido se compara con el valor esperado según los datos del módulo y el número de módulos en serie, ajustado por la temperatura de las celdas en ese momento, y una diferencia grande señala un módulo faltante, invertido o dañado, o un error de cableado. La corriente medida se compara con el valor esperado para la irradiancia del momento y con las demás cadenas del mismo diseño medidas en las mismas condiciones, donde un valor atípico apunta a sombreado, suciedad, un módulo débil o una mala conexión. Los diodos de bloqueo se juzgan según conduzcan y bloqueen como se espera. Las cadenas también deben coincidir entre sí en un grado que fijan el documento aplicable y la calidad de la medición. Estas comprobaciones forman parte de las pruebas de aceptación de sistemas solares fotovoltaicos de ANSI/NETA ATS-2025. Para las tolerancias y los criterios, consulte su propia copia con licencia de esa norma y los datos del fabricante de los módulos.

Variaciones

En la aceptación, por lo general se mide cada cadena y los resultados forman la línea base del mantenimiento posterior. Durante el mantenimiento se usan las mismas comprobaciones de forma selectiva, en las cadenas cuya producción ha caído o cuyos datos de monitoreo resultan sospechosos, y los resultados se comparan con la línea base para ver tendencias. Los sistemas difieren en lo que la prueba encuentra: los arreglos con diodos de bloqueo requieren las comprobaciones de diodos, mientras que muchos arreglos modernos dependen de fusibles de cadena o de protección en el inversor y no los tienen. La tecnología del módulo influye en las lecturas esperadas, ya que los coeficientes de temperatura y el comportamiento de la corriente difieren entre módulos cristalinos y de película delgada. Los arreglos con electrónica a nivel de módulo u optimizadores de cadena no pueden medirse de la forma habitual en el módulo, y las lecturas se toman en la salida de ese equipo según su procedimiento. En arreglos grandes puede usarse una muestra de cadenas después de verificar por completo las primeras, cuando la especificación lo permite.