Pararrayos para instalaciones fotovoltaicas

• ¿Qué es un pararrayos?
• Pararrayos en las instalaciones fotovoltaicas
• Tipos de pararrayos
• ¿Es importante tener un pararrayos en instalaciones fotovoltaicas?

Como su propio nombre indica son equipos que “paran” los rayos. En realidad, no los paran a modo de un escudo, sino de forma muy diferente. Un pararrayos es un instrumento metálico cuyo objetivo es atraer los rayos para conducir la descarga eléctrica hacia tierra, de tal modo que no cause daños a los diferentes elementos de la instalación fotovoltaica, a personas o construcciones.

El pararrayos fue inventado en 1753 por Benjamín Franklin y el primer modelo, en homenaje a su inventor, se conoce como “pararrayos Franklin”. Ya en el siglo XX, concretamente en el año 1919, Nikola Tesla postuló una definición más completa del principio de funcionamiento del pararrayos. Convirtiéndose en la persona que describió como deben ser los pararrayos.

Desde entonces, la industria de los pararrayos ha evolucionado y mejorado gracias a la tecnología, fabricándose diferentes modelos. Cada uno de ellos con características que los hacen apropiados para diferentes usos o situaciones. No obstante, aunque parezcan diferentes, todos utilizan para su funcionamiento el mismo principio físico. Los pararrayos ionizan el aire gracias a un campo eléctrico natural generado en el suelo por la tormenta. Ello, para captar los rayos que pudieran caer dentro de su radio de acción, protegiendo así una determinada zona alrededor del propio pararrayos.

Una instalación de pararrayos consiste en un mástil metálico, que puede ser de acero inoxidable, de cobre, de aluminio o de acero, un cabezal captador y un cable conductor a tierra. Este cabezal puede tener muchas formas en función de su funcionamiento inicial. Puede ser en forma de punta, con múltiples puntas, semiesférico o esférico. El cabezal de una instalación de pararrayos debe sobresalir por encima de las partes más altas del edificio o de la instalación de placas solares, para evitar que los rayos impacten con la estructura de las placas solares o con el edificio.

De forma que los rayos impacten en el cabezal y se evite que la gran cantidad de carga eléctrica de los rayos provoque daños, como incendios, rotura del inversor solar o incluso la muerte de personas o animales. El cabezal del pararrayos está unido por medio de un cable conductor de cobre a una toma de tierra eléctrica. Para que la carga eléctrica de los rayos sea absorbida por la tierra.

El cálculo del área protegida por un pararrayos se determina según se describe en las normas UNE 21186; Pararrayos con dispositivo de cebado, en la UNE-EN 62305; Protección contra el rayo y en el CTE. No obstante, en sus inicios, se pensaba que un pararrayos ofrecía una protección en forma cónica encima del objeto sobre el que se realizaba la instalación de pararrayos.

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Las instalaciones fotovoltaicas están constituidas por la unión de varios paneles, que están soportados por estructuras metálicas. Por lo general están ubicadas en zonas abiertas o en lo alto de edificios, viviendas o naves industriales, por lo que normalmente están expuestas a las perturbaciones electroestáticas producidas por los rayos. No en vano, según un estudio de AEMET realizado para todo el territorio nacional, “el promedio anual en zonas exclusivamente terrestres de la España peninsular y Baleares, la densidad media anual de descargas eléctricas es de 0,93 descargas/km2/año”.

Las placas solares fotovoltaicas son superficies con un elevado índice de descargas y por ello necesitan una protección específica. No debemos olvidar que las instalaciones fotovoltaicas conllevan un coste elevado y su amortización se realiza en unos 10 años. Por ello debemos garantizar que su vida útil sea larga y sin complicaciones. Tanto por motivos económicos, por seguridad y cuando la normativa lo exija, el instalador fotovoltaico que nos realice el estudio debe prever la necesidad de uno o varios pararrayos.

Por lo general, un buen instalador de placas solares ya tiene en cuenta la colocación de protecciones frente a sobre tensiones. No obstante, siempre debe comprobar la posibilidad de descargas eléctricas por rayos en la zona donde se realice la instalación fotovoltaica y en su caso, añadir la instalación de pararrayos el conjunto de placas solares. En el caso de instalación de autoconsumo doméstico puede no ser necesario, pero si queremos hacer una instalación más grande, para autoconsumo industrial o para una explotación ganadera o de bombeo solar, si es más necesaria la instalación de pararrayos.

El sistema de protección externa contra el rayo es precisamente el pararrayos y toda su infraestructura. Está formado por dispositivos de captación, derivación y puesta a tierra. El pararrayos o protección externa debe dar cobertura tanto a las placas solares fotovoltaicas, como a las estructuras, a las construcciones o edificios. Por lo general, a cualquier elemento, equipo o persona, situado en el exterior y por ello, cualquier elemento que pueda recibir el impacto directo de rayos.

Para determinar el modelo y la cantidad que debe contemplar la instalación de pararrayos, para la protección de una instalación fotovoltaica, se realiza a partir del cálculo del nivel de protección, y según el análisis de riesgo publicado en la norma UNE 21186 y la norma internacional IEC 62305.

Las protecciones internas son todos aquellos elementos que protegen contra las sobretensiones. Estos componentes se integran en los cuadros eléctricos y otros elementos de la instalación como el inversor fotovoltaico, reguladores de carga, etc. Las sobretensiones que pueden darse lugar en las instalaciones de las placas fotovoltaicas, tienen su origen en diferentes fenómenos:

⚡ Debidas a impactos directos de rayo sobre el pararrayos, las placas solares o la estructura de soporte

⚡ Debidas a variaciones de campo eléctrico como consecuencia de los rayos

⚡ Debidas a impactos indirectos de rayos transmitidos por la red eléctrica.

⚡ Debidas a agentes atmosféricos o por conmutaciones en las líneas y transmitidas desde la red de distribución eléctrica

En una instalación de placas solares fotovoltaicas, el principal elemento eléctrico y electrónico es el inversor, por así decirlo es el corazón. Por ello, la protección contra rayos y sobretensiones debe estar centrada en dicho componente fotovoltaico. Y para realizar la protección debe atenderse tanto la parte de corriente continua, como la de alterna.

El aumento de las tormentas y la densidad de rayos es debido, entro otros factores al cambio climático. Por otro lado, el aumento de la actividad solar incrementa la actividad eléctrica de la atmósfera y con ello, se generan tormentas electromagnéticas. Esta actividad eléctrica es, junto a otros fenómenos meteorológicos, otro de los motivos del aumento de rayos.

Nunca estamos a salvo de una descarga eléctrica por rayo, no obstante, hay fechas en que la probabilidad de que un rayo impacte sobre una persona o una instalación de placas solares es mucho mayor. Y ello se produce en las estaciones de más frecuencia de tormentas eléctricas, es decir, en verano, y más concretamente en julio y a última hora de la tarde.

Según algunos estudios, la probabilidad que nos caiga un rayo es de 1 de cada 3 millones. A pesar de ello, la cifra de personas que mueren a causa de los rayos asciende a unas 24.000 al año. Aunque no sean todas por la incidencia directa del rayo, también se engloban las personas muertas por incendios u otras, que han tenido el origen en un rayo.

Estos datos hacen pensar que la necesidad de incorporar un pararrayos a nuestra instalación de placas solares es cada vez mayor. No obstante, desde Hogarsense siempre recomendamos consultar a un instalador homologado, que estudie nuestro caso y determine la necesidad de su instalación.

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Existe diferentes tipos de pararrayos permitiendo garantizar la protección contra el rayo en las estructuras. La norma UNE-EN 62305-3 describe el proceso de instalación de los pararrayos.

Modelos de pararrayos para fotovoltaica

- Pararrayos de barra simple
	✓ El pararrayos de barra simple se compone de una punta metálica, con altura de 2 a 8 metros arriba de la estructura que debe ser protegida. Es el pararrayos más convencional. Su función es atraer el rayo con un sistema de protección pasivo. Lleva el nombre de su inventor Benjamín Franklin.
- Pararrayos con dispositivo de cebado electrónico
	✓ El dispositivo captador con punta que añade una atracción eléctrica para aumentar la efectividad, la atracción de los rayos. No es igual al siguiente modelo, el PDCE (Dispositivo Compensador de Campos Eléctricos variables)
- Pararrayos con dispositivo compensador de campos eléctricos variables
	✓ Es un Dispositivo equilibrador y compensador de campos eléctricos variables que actúan como un Sistema de Protección contra el rayo y Protector Electromagnético. Este modelo evita la formación del rayo, con una eficacia del 99%. Es definido como un sistema captador pasivo de corrientes electrostáticas, que las deriva a tierra, impidiendo que se sature el campo de su alrededor y evitando que se forme el rayo en su radio de protección
- Pararrayos serie T Condensador Atmosférico
	✓ Presenta las mismas condiciones de seguridad que el del dispositivo de cebado. Tiene seis metros de altura y abarca desde los 34 hasta los 114 metros de protección
- Pararrayos con jaula de Faraday
	✓ La Jaula Faraday es una estructura metálica conductora instalada alrededor de un edificio u instalación a proteger, y que se conecta a tierra. Tiene la propiedad de aislar dentro de su interior de la influencia de los campos electromagnéticos del exterior. De esta manera queda protegida totalmente la instalación solar o el interior del edificio, pero solo se puede proteger la estructura rodeada. Lleva el nombre de su inventor Michael Faraday
- Pararrayos de hilos armados
	✓ El pararrayos con hilos armados es un sistema algo similar a la jaula Faraday. Se constituye de una malla de conductores, a modo de red a cierta distancia de la instalación a proteger. Tiene el objetivo de hacer a modo de escudo, y evitar que la corriente del rayo consiga contactar con la instalación o estructura a la que protege  ✓ El pararrayos de hilos conductores armados se instala por encima de la estructura a proteger, conectados a conductores de bajada y tomas de tierras específicas. El ancho de las mallas y distancia entre los conductores de bajada deben respetar las mismas reglamentaciones que la jaula Faraday

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Las instalaciones fotovoltaicas, al igual que cualquier otra instalación que es sensible a los efectos de las tormentas eléctricas, es muy importante dotarlas de la protección que ofrece un pararrayos. Las instalaciones solares están formadas en gran parte por materiales metálicos, y por su propio objetivo, todos sus componentes están unidos por cables eléctricos. Estos cables son un camino fácil de recorrer para los rayos que puedan alcanzar cualquier parte de la instalación fotovoltaica.

Además, debemos tener en cuenta que este tipo de instalaciones están conectadas a la red interna de electricidad de nuestra casa, así como a la red publica a través del contador. La caída de un rayo en las placas solares puede no solo dañar las placas fotovoltaicas, sino también todos nuestros electrodomésticos y transmitirse al exterior. Es cierto que en la actualidad prácticamente todas las casas deben dispone de una toma a tierra que evitaría que el rayo afectase a otras viviendas. Pero nuestra instalación completa de placas solares si quedaría destrozada.