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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.

15

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.

41

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.

51

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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