Esquemes d’instal·lació fotovoltaica: connectada a xarxa, aïllada i híbrida

Un esquema d‟instal·lació fotovoltaica és la representació gràfica que mostra com es connecten i protegeixen tots els components d‟un sistema solar: panells, inversor, bateries, proteccions i comptador. Sense un esquema correcte, és impossible dimensionar el cablatge, triar l’inversor adequat o legalitzar la instal·lació davant de la distribuïdora.

Si busques un esquema específic, amb contactor, amb bateries de liti, trifàsic o unifilar, o trobaràs a les seccions següents.

Què és un esquema d’instal·lació fotovoltaica i per a què serveix

Un esquema fotovoltaic és un document tècnic que representa gràficament la disposició i la connexió de tots els elements d’una instal·lació solar. No és només un dibuix: és el document base que l’instal·lador necessita per executar l’obra, que el projectista signa per a la legalització i que la distribuïdora exigeix ​​per donar l’alta al comptador bidireccional.

Hi ha dos tipus d’esquema que cal no confondre:

• Esquema de principi (o esquema funcional): mostra el flux d’energia entre components d’on ve, on va i què fa cada element. És el que es fa servir per explicar el sistema, dimensionar-lo i presentar-lo al client.
• Esquema unifilar : representa cada conductor amb una sola línia, indica seccions de cable, calibres de proteccions i intensitats de disseny. És el document tècnic exigit per a la legalització davant de l’Administració i la distribuïdora.

A Espanya, l’esquema unifilar és obligatori per a qualsevol instal·lació fotovoltaica d’autoconsum segons la ITC-BT-40 del REBT i el RD 244/2019. Sense ell, la instal·lació no es pot tramitar davant la distribuïdora per obtenir el certificat de compensació d’excedents.

Elements comuns a qualsevol esquema fotovoltaic

Abans de veure els esquemes per tipus d’instal·lació, cal entendre què representa cada component i quina funció compleix. Aquests elements apareixen en tots els esquemes, independentment de si la instal·lació és connectada a xarxa, aïllada o híbrida.

Component	Funció	Normativa aplicable
Panells fotovoltaics	Capten radiació solar i generen corrent continu (CC)	IEC 61215, IEC 61730
Caixa de proteccions CC	Fusibles gPV, seccionador i protector de sobretensions entre panells i inversor	ITC-BT-40, UNE-HD 60364-7-712
Inversor / inversor híbrid	Converteix CC en corrent altern (CA) apta per a consum i xarxa	IEC 62109, EN 62109
Quadre de proteccions CA	Magnetotèrmic, diferencial classe A o B i protector VGA	ITC-BT-40, RD 244/2019
Comptador bidireccional	Mesura energia consumida i excedents abocats a xarxa	RD 244/2019
Bateries (només híbrida/aïllada)	Emmagatzemen excedents per a ús nocturn o en absència de xarxa	IEC 62619

Proteccions de Corrent Contínu (CC)

Les proteccions al costat de corrent continu protegeixen el tram entre els panells i l’entrada de l’inversor. Són les més específiques del sector fotovoltaic i les que més errors generen en instal·lacions mal executades.

El REBT, a través de la ITC-BT-40 i la norma UNE-HD 60364-7-712, exigeix ​​les següents proteccions a CC:

• Fusibles gPV : protegeixen cada string de panells contra curtcircuits. Han de ser del tipus gPV (específic per a fotovoltaica, amb corrent de fusió adequat a la Isc del panell). No serveixen fusibles gG convencionals.
• Seccionador CC : permet aïllar els panells de l’inversor per a tasques de manteniment sense risc. Ha de ser de tipus càrrega (sota càrrega), ja que els panells sempre generen tensió si hi ha llum.
• Protector de sobretensions CC (SPD tipus II) : protegeix l’inversor i el cablejat CC davant de transitoris de tensió per descàrregues atmosfèriques o maniobres a la xarxa. Obligatori en instal·lacions amb longituds de cablatge CC superiors a 10 mo a zones d’alta activitat tempestuosa.
• Detector d’arc (AFCI) : no és obligatori a Espanya en aquest moment, però la seva instal·lació és cada vegada més habitual en instal·lacions de més potència per detectar arcs elèctrics al cablejat CC, que són la principal causa d’incendis en instal·lacions fotovoltaiques.

Proteccions de Corrent Altern (CA)

Al costat d’alterna, les proteccions protegeixen la instal·lació domèstica i garanteixen la desconnexió segura en cas de fallada de xarxa o anomalia de tensió.

• Interruptor magnetotèrmic (IGA) : protegeix contra sobrecàrregues i curtcircuits en el tram entre l’inversor i el quadre general. El calibre s’ha de dimensionar en funció del corrent nominal de sortida de l’inversor.
• Interruptor diferencial classe A o B : protegeix contra contactes indirectes i corrents de fugida a terra. La ITC-BT-40 exigeix ​​diferencial de classe A (com a mínim) per a instal·lacions amb inversors de tecnologia transformatorless, que són la majoria dels inversors moderns.
• Protector de sobretensions CA (SPD tipus II) : protegeix els equips davant de transitoris procedents de la xarxa.
• Relé de màxima i mínima tensió/freqüència (VGA o interfície de connexió) : és l’element que garanteix la desconnexió automàtica de l’inversor quan la xarxa falla o la tensió/freqüència surt dels rangs definits per la distribuïdora. En inversors moderns està integrat internament, però en alguns casos s’instal·la externament.

Connexió de panells en sèrie i en paral·lel

La manera com s’agrupen els panells determina la tensió i la intensitat que arriba a l’inversor, i per tant el rendiment i la seguretat del sistema.

• Connexió en sèrie : els panells es connecten positiu amb negatiu. La tensió se suma, la intensitat es manté. Es fa servir quan l’inversor requereix tensions d’entrada elevades (MPPT de 200-800 V en inversors de xarxa). Tots els panells del string han de ser del mateix model i tenir la mateixa orientació per evitar pèrdues per mismatch.
• Connexió en paral·lel : es connecten positius entre si i negatius entre si. La intensitat se suma, la tensió es manté. Es fa servir en sistemes de baixa tensió amb reguladors de càrrega (12 V, 24 V, 48 V) típics d’instal·lacions aïllades.
• Connexió mixta (sèrie-paral·lel) : combina les dues. Es formen strings en sèrie i després els strings es connecten en paral·lel a la caixa CC. Permet optimitzar l´entrada a cada MPPT de l´inversor maximitzant la producció.

Quan es connecten strings en paral·lel directament a la caixa CC, és obligatori instal·lar fusibles gPV a cada string per protegir contra corrents de retorn en cas de fallada d’un panell.

Esquema instal·lació fotovoltaica connectada a xarxa (autoconsum sense bateries)

És la instal·lació més habitual en habitatges i empreses connectades a la xarxa elèctrica. Permet reduir la factura consumint directament l’energia generada pels panells durant les hores de sol i, si hi ha excedents, abocar-los a la xarxa amb compensació econòmica segons el RD 244/2019.

Esquema monofàsic per a habitatge unifamiliar

L’esquema monofàsic és el més comú en instal·lacions residencials de fins a 5–6 kW de potència. L’inversor lliura corrent altern en una sola fase (230 V) que s’incorpora al quadre general de l’habitatge.

En una instal·lació fotovoltaica residencial típica d’habitatge unifamiliar trobem:

• String de panells en sèrie : per exemple, 10 panells de 420 Wp connectats en sèrie formen un string de 420 × 10 = 4.200 Wp amb una tensió de string d’aproximadament 400 V DC en condicions de màxima potència.
• Inversor monofàsic : rep la CC del string, la converteix en CA a 230 V / 50 Hz i la injecta al quadre. Els inversors monofàsics més habituals en aquest rang són de 3 kW, 4 kW, 5 kW i 6 kW.
• Ficar o analitzador de xarxa : s’instal·la al quadre general perquè l’inversor sàpiga en tot moment quant consumeix l’habitatge i reguli la producció per no abocar més del permès (en instal·lacions amb limitació d’abocament zero).

Proteccions necessàries en aquest esquema:

Element	Especificació mínima
Fusibles gPV string	Calibre ≥ 1,56 × Isc del panell
Seccionador CC	Tensió nominal ≥ 1,25 × Voc string
SPD CC	Uc ≥ 1,25 × Voc string
Magnetotèrmic CA	Calibre segons In de l’inversor
Diferencial CA	Classe A, 30 mA
VGA	Integrat a l’inversor (verificar homologació)

Esquema trifàsic per a indústria o gran consum

En instal·lacions de més de 5 kW, o quan la instal·lació es connecta a un subministrament trifàsic (empreses, locals comercials, naus industrials), l’inversor ha de ser trifàsic per equilibrar la càrrega entre les tres fases.

A l’esquema trifàsic el flux és idèntic al monofàsic, però l’inversor entrega corrent altern en tres fases (400 V entre fases / 230 V entre fase i neutre). Això permet instal·lar potències de 8 kW, 10 kW, 15 kW o més en una sola unitat.

En instal·lacions de plaques solars industrials on es necessita més potència és habitual combinar diversos strings connectats a diferents entrades MPPT de l’inversor, cosa que permet orientar alguns panells al sud i altres al sud-est o sud-oest maximitzant les hores de producció.

Els esquemes amb totes les proteccions indicades segons normativa estan revisats pel nostre equip d’enginyeria i són vàlids com a document de referència per a la tramitació de la instal·lació.

Esquema instal·lació fotovoltaica amb bateries (sistema híbrid)

El sistema híbrid combina autoconsum connectat a xarxa amb emmagatzematge en bateries. Durant el dia, els panells abasteixen el consum i carreguen les bateries. A la nit o quan la producció solar és insuficient, les bateries subministren lenergia acumulada. Si les bateries estan plenes i hi ha excedents, aquests s’aboquen a la xarxa.

El gran avantatge de dur a terme una instació de bateries solars davant del sistema sense bateries és la independència parcial de la xarxa : el percentatge d’autoconsum puja del 30-40% típic d’un sistema sense emmagatzematge fins al 70-90% amb un dimensionament correcte de bateries.

Esquema amb inversor híbrid i bateries de liti

L‟inversor híbrid és l‟element central d‟aquest esquema. A diferència de l’inversor de xarxa convencional, gestiona simultàniament tres fonts d’energia: els panells (CC), les bateries (CC) i la xarxa (CA). Incorpora internament el carregador de bateries i la lògica de gestió energètica.

Les bateries de liti (tecnologia LFP — liti ferrofosfat — a la majoria d’instal·lacions residencials actuals) es connecten a l’inversor híbrid mitjançant un bus de corrent continu a 48 V en instal·lacions petites oa alta tensió (200–500 V) en sistemes de més capacitat com els de Huawei o SolarEdge.

Elements addicionals respecte a l’esquema sense bateries:

• BMS (Battery Management System) : integrat a les bateries de liti modernes. Gestiona l’estat de càrrega, temperatura i comunicació amb l’inversor (protocol CAN bus o RS485).
• Comunicació inversora-bateria : l’inversor i les bateries han de ser compatibles entre si. Marques com Huawei, Growatt, Goodwe o Deye tenen els seus propis protocols de comunicació. Sempre verificar la compatibilitat abans d’especificar la instal·lació.

Esquema amb contactor i funció back up

Quan es vol garantir subministrament elèctric davant d’un tall de xarxa (el que s’anomena funció EPS (Emergency Power Supply) o back up ), l’esquema incorpora un contactor o commutador de xarxa que aïlla automàticament la instal·lació de la xarxa en cas de fallada.

En aquest esquema, el contactor es connecta entre el quadre general i la xarxa. Quan la xarxa falla, el contactor s’obre a mil·lisegons i l’inversor passa a manera illa, alimentant els consums de l’habitatge exclusivament amb les bateries. En cap cas l’inversor no pot abocar energia a la xarxa en mode illa, ja que suposaria un risc per als treballadors de la distribuïdora.

No tots els inversors híbrids tenen una funció back up real. Alguns només fan EPS parcial (amb temps de commutació de fins a 20 ms, suficient per a ordinadors i electrodomèstics moderns) i altres són capaços d’alimentar càrregues monofàsiques des d’un sistema trifàsic de manera illa. Verifiqueu les especificacions del fabricant abans d’especificar.

Esquema instal·lació fotovoltaica aïllada (off-grid)

Una instal·lació fotovoltaica aïllada és aquella que no té connexió a la xarxa elèctrica. Tota lenergia que es consumeix prové dels panells solars i semmagatzema en bateries. No hi ha possibilitat de recórrer a la xarxa en cas de manca de producció solar, per la qual cosa el dimensionat ha de ser més conservador i tenir en compte els pitjors dies de radiació de l’any a la ubicació de la instal·lació.

És la solució habitual a masies, refugis de muntanya, instal·lacions agrícoles, cases rurals allunyades de la xarxa o en qualsevol punt on el cost de l’enganxament a xarxa supera amb escreix el de la instal·lació fotovoltaica.

En instal·lacions amb inversor-carregador (com els de Victron Energy o Studer), el regulador de càrrega i l’inversor poden estar integrats en un sol equip, simplificant l’esquema i reduint les pèrdues de conversió.

Esquema bàsic: panell → regulador → bateria → inversor

Aquest és lesquema més senzill duna instal· lació aïllada i el punt de partida per entendre la resta. Els seus components són:

• Panells solars : generen corrent continu proporcional a la irradiància. En instal·lacions aïllades petites, els panells solen connectar-se en paral·lel per mantenir la tensió del sistema (12 V, 24 V o 48 V) o en sèrie-paral·lel en sistemes de més potència amb reguladors MPPT d’alta tensió.
• Regulador de càrrega MPPT : extreu la màxima potència dels panells (Maximum Power Point Tracking) i l’adapta a la tensió del banc de bateries. És superior al regulador PWM perquè funciona amb tensions de string més altes que la bateria, cosa que redueix les pèrdues al cablejat.
• Banc de bateries : emmagatzema l’energia per al consum nocturn o en dies sense sol. La capacitat es dimensiona en funció del consum diari i l’autonomia desitjada (nombre de dies sense sol que la instal·lació ha d’aguantar). En instal·lacions modernes s’usen bateries de liti LFP pel seu cicle de vida més gran (3.000–6.000 cicles davant de 500–1.000 de les de plom-àcid) i la seva major profunditat de descàrrega (fins al 80–90% davant el 50% recomanat en plom).
• Inversor : converteix el corrent continu de les bateries en corrent altern a 230 V / 50 Hz. En instal·lacions aïllades, l’inversor s’ha de dimensionar per a la potència màxima simultània de tots els consums que es connectaran, incloent-hi les puntes d’arrencada de motors (nevera, bomba d’aigua, etc.).

Esquema unifilar instal·lació fotovoltaica aïllada

L’esquema unifilar d’una instal·lació aïllada representa amb una línia cada circuit, indicant:

• Secció dels conductors a cada tram (mm²)
• Caiguda de tensió màxima admissible (≤ 3% a CC i ≤ 3% a CA segons recomanació IDAE)
• Calibre i tipus de cada protecció
• Intensitats de disseny a cada tram
• Tensió nominal del sistema (12 V, 24 V, 48 V)

Aquest esquema és el document tècnic que es lliura amb la instal·lació i que pot ser requerit per les autoritats competents a comunitats autònomes que exigeixen registre d’instal·lacions aïllades d’autoconsum.

Esquema amb sistema Victron Energy aïllada

Victron Energy és una de les marques de referència en instal·lacions aïllades de mitjana i alta potència. Els seus equips (inversor-carregadors Multiplus o Quattro, reguladors SmartSolar MPPT i monitors BMV o Cerbo GX) permeten configuracions molt flexibles i compten amb una àmplia documentació tècnica.

En una instal·lació Victron aïllada típica, l’esquema inclou:

• Victron SmartSolar MPPT : regulador de càrrega d’alta eficiència (fins a 98%) amb comunicació VE.Direct o VE.Can al sistema de monitorització.
• Victron Multiplus-II : inversor-carregador que combina en un equip l’inversor, el carregador de xarxa (per carregar bateries des d’un generador auxiliar) i la funció de transferència automàtica.
• Cerbo GX : unitat de monitorització i control que centralitza la informació de tots els equips Victron i permet seguiment remot via VRM Portal.
• Bateries de liti Pylontech o BYD : compatibles amb comunicació CAN amb el Multiplus, cosa que permet gestió automàtica de l’estat de càrrega i protecció de les bateries.

Esquema quadre de proteccions fotovoltaic

El quadre de proteccions és l’element més crític des del punt de vista de seguretat i legalització. Un quadre mal dimensionat o amb proteccions per a panells solars incorrectes pot provocar un incendi, fer malbé l’inversor o impedir la tramitació del certificat d’instal·lació.

A tota instal·lació fotovoltaica hi ha dos quadres de proteccions diferenciats: el de corrent continu (CC), entre els panells i l’inversor, i el de corrent altern (CA), entre l’inversor i el quadre general de la instal·lació.

Aquí trobaràs tot el que has de saber sobre proteccions per a panells solars per complir amb el REBT (ITC-BT-40) i la normativa UNE-HD 60364-7-712 

Proteccions CC obligatòries segons ITC-BT-40

La ITC-BT-40 del REBT, complementada per la norma UNE-HD 60364-7-712, estableix els requisits mínims per al tram de corrent continu:

Fusibles gPV per string Els fusibles gPV són la primera línia de defensa contra curtcircuits al cablejat CC. S’instal·len al positiu de cada string (i al negatiu si el sistema no és de pol posat a terra) dins de la caixa de proteccions CC. El calibre es calcula com:

In_fusible ≥ 1,56 × Isc_panel × nombre de strings en paral·lel / (nombre de strings en paral·lel – 1)

Només són necessaris quan es connecten dos o més strings en paral·lel. Amb un sol string no cal instal·lar fusibles.

• Seccionador CC sota càrrega Permet aïllar els panells de linversor amb seguretat. Ha de suportar el corrent de curtcircuit de tots els strings en paral·lel i la tensió de circuit obert del sistema (Voc × nombre de panells en sèrie × 1,25 de factor de seguretat).
• Protector de sobretensions CC (SPD) Protegeix l’inversor davant de sobretensions transitòries. S’instal·la a la caixa CC amb una tensió de protecció Up inferior a la tensió d’aïllament de l’inversor a la banda CC. En zones amb risc dimpacte directe de raig es complementa amb un SPD tipus I.

Proteccions CA i esquema del quadre general

Al costat d’alterna, les proteccions garanteixen la seguretat de les persones i de la instal·lació davant de fallades de l’inversor o de la xarxa.

Interruptor General de la instal·lació (IGA) de sortida de l’inversor Es dimensiona en funció del corrent nominal de sortida de l’inversor:

Calibre IGA ≥ 1,25 × In_inversor

Per exemple, per a un inversor de 5 kW monofàsic amb corrent nominal de sortida de 21,7 A, l’IGA mínim seria de 25 A.

• Interruptor diferencial classe A Els inversors transformatorless (la gran majoria dels inversors actuals de connexió a xarxa) poden generar corrents de fugida de component continu. El diferencial ha de ser de classe A (mínim) per detectar aquests corrents. En alguns casos amb inversors sense transformador, el fabricant exigeix ​​classe B (més sensible).
• Protector VGA (Vigilant de Tensió i Freqüència) Garanteix que l’inversor es desconnecta automàticament si la tensió o la freqüència de xarxa surt dels rangs establerts per la distribuïdora. En inversors moderns amb homologació per a Espanya, està integrat internament i certificat pel fabricant. La distribuïdora pot exigir-ne la certificació durant el tràmit d’alta.

Normativa aplicable als esquemes fotovoltaics a Espanya

A diferència d’altres països europeus (França, Bèlgica), on s’apliquen normatives nacionals pròpies com la NFC 15-100 o el RGIE, a Espanya la normativa per a instal·lacions fotovoltaiques s’articula al voltant de tres documents principals:

• Reglament Electrotècnic de Baixa Tensió (REBT) — ITC-BT-40 És el reglament general d’instal·lacions elèctriques de baixa tensió. La instrucció tècnica complementària ITC-BT-40 regula específicament les instal·lacions generadores de baixa tensió, incloent-hi les fotovoltaiques. Estableix els requisits de protecció, els esquemes elèctrics necessaris i les condicions de connexió a la xarxa de distribució.
• UNE-HD 60364-7-712 És la norma espanyola equivalent a la norma europea HD 60364-7-712, que estableix els requisits específics per a instal·lacions fotovoltaiques. Complementa la ITC-BT-40 quant a proteccions CC, seccions de cablatge i posada a terra dels sistemes fotovoltaics.
• Reial Decret 244/2019 Regula les condicions administratives, tècniques i econòmiques de l’autoconsum d’energia elèctrica. Defineix els tipus d’autoconsum (sense excedents i amb excedents), els requisits per accedir al mecanisme de compensació simplificada i els terminis de tramitació davant la distribuïdora. És el decret que va fer possible la instal·lació de sistemes fotovoltaics residencials sense tràmits complexos per a instal·lacions de fins a 100 kW.

Tots els esquemes que fem a Fotovol estan dissenyats d’acord amb aquestes tres normatives. L’aplicació de normativa estrangera (NF C 15-100 o altres) no és vàlida per legalitzar una instal·lació a Espanya.

Necessites un esquema personalitzat per a la teva instal·lació?

Cada instal·lació fotovoltaica és diferent: la potència, l’orientació dels plafons, el tipus de coberta, l’accés a la xarxa i les necessitats de consum condicionen l’esquema i els components. Els esquemes genèrics d‟aquest article són una referència tècnica, però no substitueixen el projecte d‟enginyeria que exigeix ​​la legalització.

A Fotovol dissenyem, instal·lem i legalitzem instal·lacions fotovoltaiques a Catalunya: sistemes d’autoconsum connectats a xarxa, instal·lacions híbrides amb bateries i sistemes aïllats off-grid. El nostre equip d’enginyeria prepara el projecte tècnic complet, incloent-hi l’esquema unifilar signat, la memòria de càlcul i la tramitació davant de la distribuïdora i l’Administració. Consulta gratuïta i sense compromís.

Preguntes freqüents sobre esquemes fotovoltaics