¿Qué es un esquema eléctrico fotovoltaico?
El esquema eléctrico fotovoltaico es la representación gráfica de todos los elementos eléctricos que componen una instalación solar fotovoltaica y de las conexiones existentes entre ellos. Incluye:
- Paneles solares: Los módulos fotovoltaicos transforman la radiación solar en corriente directa (CD). Se conectan en serie y/o en paralelo formando strings, según la tensión y potencia requeridas por el inversor.
- Inversor fotovoltaico: El inversor convierte la corriente continua generada por los paneles en corriente alterna (CA), compatible con la red eléctrica y con los consumos de la vivienda o industria.
- Tableros y protecciones eléctricas: Incluyen el tablero de corriente directa (CD) con fusibles, seccionadores y protección contra sobretensiones (SPD), el tablero de corriente alterna (CA) con interruptores termomagnéticos, interruptores diferenciales cuando aplica, SPD y dispositivos de desconexión, así como un sistema de puesta a tierra común para los módulos fotovoltaicos, las estructuras, el inversor y las protecciones de la instalación.
- Medición y monitorización: La instalación incluye un medidor bidireccional de CFE, obligatorio en los sistemas interconectados, así como sistemas de monitoreo que permiten supervisar la generación solar, el consumo eléctrico y los flujos de exportación e importación de energía hacia y desde la red.
| 📌 Importancia del esquema en el diseño del sistema |
| El esquema eléctrico es el núcleo técnico del proyecto fotovoltaico, ya que permite realizar una instalación segura y conforme a la normativa. Además, ayuda a evitar errores de conexión y fallas eléctricas, facilita la interconexión ante CFE y sirve como respaldo para inspecciones, dictámenes y mantenimiento. |
Tipos de esquemas eléctricos fotovoltaicos
| Monofásico | Trifásico | Con baterías (híbrido) | Interconectado vs asilado |
| Común en instalaciones residenciales pequeñas, normalmente a 127/220 V, donde el inversor se conecta a una sola fase. Es una solución sencilla y adecuada para viviendas con baja a media demanda energética. | Utilizado en sistemas de mayor capacidad como comercios e industrias. Permite distribuir la potencia en tres fases (220/440 V), lo que mejora el balance de cargas y la estabilidad eléctrica. | Integra almacenamiento mediante un inversor híbrido o acoplamiento en CD o CA, lo que permite aprovechar la energía generada en otros horarios y contar con respaldo ante cortes de suministro. | Los sistemas interconectados operan en conjunto con la red de CFE y pueden inyectar excedentes, mientras que los sistemas aislados funcionan de manera independiente y dependen del almacenamiento y sistemas de respaldo. |
Normativa y reglamentos
NOM-001-SEDE: requisitos eléctricos para sistemas fotovoltaicos
La NOM-001-SEDE es la norma base que regula las instalaciones eléctricas en baja tensión en México. Para sistemas fotovoltaicos, establece los criterios de seguridad que deben cumplirse en el diseño del esquema eléctrico, como el dimensionamiento de conductores, las protecciones contra sobrecorriente y sobretensiones, los dispositivos de desconexión y el sistema de puesta a tierra.
Requisitos de interconexión con CFE
La interconexión de sistemas fotovoltaicos a la red se rige por el Manual de Interconexión de Generación Distribuida de CFE. Este documento define cómo debe realizarse la conexión, qué protecciones son obligatorias y cómo debe integrarse el medidor bidireccional, influyendo directamente en la estructura y contenido del esquema eléctrico.
Regulación y estándares técnicos aplicables
La CRE define las modalidades de generación distribuida y los esquemas de medición, lo que impacta en el diseño del sistema. Además, se deben utilizar equipos certificados bajo normas NMX, UL o IEC, así como respetar las especificaciones de los fabricantes, que complementan la NOM y aseguran una instalación segura y aceptada por CFE.
Cómo interpretar un esquema
Símbolos y conexiones
Cada símbolo del esquema representa un componente. Por ejemplo:
- Rectángulo → módulo fotovoltaico
- Bloque con flecha → inversor
- Línea continua → conductor eléctrico
- Línea punteada → señal o comunicación
La interpretación correcta es fundamental para realizar la instalación sin errores.
Ejemplo práctico
El esquema corresponde a una instalación fotovoltaica residencial de autoconsumo en la que se integran generación solar, almacenamiento de energía y conexión a red. Los principales elementos y su funcionamiento se describen a continuación:
- Dos strings de módulos (5 y 4 paneles)
- Inversor trifásico
- Sistema de baterías de 20 kWh
- Medidor bidireccional
- Consumos de vivienda y cargador de vehículo eléctrico de 22 kW
- Protecciones, puesta a tierra y monitoreo
Aspectos económicos relacionados con el diseño del esquema
Costo de los materiales eléctricos
El esquema eléctrico determina la cantidad y calidad de los componentes necesarios para la instalación, como los tableros eléctricos, secciones de cableado, interruptores y canalizaciones. Un esquema bien diseñado permite optimizar los costes sin comprometer la seguridad ni el cumplimiento de la normativa vigente.
Costo de la mano de obra especializada
La elaboración del esquema debe confiarse a un ingeniero electricista o técnico certificado, especialmente cuando la instalación se conectará a la red pública. Los costos de mano de obra varían en función de la complejidad y potencia del sistema, así como de la necesidad de integración de protecciones y sistemas de monitoreo.
Herramientas para el diseño del esquema
Software CAD y herramientas específicas
Para diseñar el esquema eléctrico fotovoltaico se utilizan programas CAD como: AutoCAD Electrical, EPLAN, PV*SOL y PVsyst (para diseños fotovoltaicos + eléctricos). Estas herramientas permiten crear esquemas detallados con símbolos estándar y simulaciones de rendimiento.
Recursos gratuitos y plantillas en línea
También existen herramientas gratuitas como QElectroTech o Fritzing, útiles para proyectos simplificados. Algunos fabricantes de inversores, como Fronius, Huawei o SMA, proporcionan esquemas eléctricos ya preparados para sus dispositivos, disponibles en sus portales técnicos.
Errores comunes en el diseño del esquema eléctrico fotovoltaico
❌ Conexiones incorrectas
Los errores en las conexiones entre las strings de paneles fotovoltaicos o entre el inversor y el cuadro eléctrico general pueden provocar fallos de funcionamiento, disparos intempestivos de protecciones o daños en los equipos.
Es fundamental:
- Comprobar la polaridad correcta en todos los circuitos de corriente directa (CD).
- Respetar los esquemas de conexión y límites eléctricos indicados por el fabricante del inversor.
- Verificar el correcto cableado entre los tableros de protección CD, el inversor y el cuadro de alterna (AC).
❌ Dimensionamiento incorrecto
Un dimensionamiento incorrecto de los cables, las protecciones o los interruptores puede generar sobrecalentamientos, caídas de tensión excesivas y pérdidas de energía.
El esquema eléctrico debe incluir toda la información necesaria para:
- Dimensionar correctamente las secciones de los conductores según intensidad, longitud y método de instalación.
- Seleccionar protecciones adecuadas a la corriente nominal y a la corriente de cortocircuito.
❌ Falta de protecciones
Con frecuencia se descuidan elementos de protección obligatorios en instalaciones fotovoltaicas, tales como:
- SPD (protección contra sobretensiones) en corriente directa (CD) y/o alterna (CA), según corresponda.
- Interruptores termomagnéticos, necesarios para la protección frente a sobrecargas y cortocircuitos.
- Dispositivos de interfaz y protección de red, exigidos para la desconexión automática de la instalación en caso de fallo de la red eléctrica.
Esquemas eléctricos para instalaciones industriales y sistemas híbridos
Conexión de las baterías
Las baterías pueden conectarse en CC o CA, según el tipo de inversor. En sistemas con inversores híbridos, la producción solar, el almacenamiento y la conexión a red se gestionan de forma conjunta.
El esquema debe incluir protecciones (fusibles y seccionadores), sistemas de control de carga cuando aplique y monitoreo del estado de las baterías.
Funcionamiento del sistema híbrido
El sistema híbrido permite:
- Cargar las baterías durante el día con la producción solar.
- Suministrar energía a la vivienda cuando no hay sol.
- Inyectar en la red el exceso de energía no almacenada.
Todos estos flujos deben reflejarse en el esquema eléctrico, garantizando una visión clara de la operación del sistema.
Instalación industrial y seguridad
En instalaciones fotovoltaicas industriales, normalmente superiores a 20 kW, se utilizan sistemas trifásicos con protecciones para altas corrientes e inversores centralizados o modulares. El esquema eléctrico debe representar correctamente los dispositivos de desconexión, las protecciones y los equipos de medición, ya que esto es clave para una instalación segura y confiable.
Mantenimiento y actualización del esquema
Es recomendable revisar periódicamente que el esquema eléctrico refleje fielmente la instalación existente, especialmente después de ajustes, ampliaciones o sustitución de equipos. Mantener el esquema actualizado es clave para garantizar la seguridad eléctrica, facilitar trabajos de mantenimiento y responder correctamente ante revisiones o inspecciones.
Cualquier modificación que altere la configuración del sistema, como la incorporación de nuevos módulos, el cambio de inversor o la integración de baterías, requiere actualizar el esquema eléctrico. Este documento debe conservarse junto con la documentación técnica de la instalación y estar disponible cuando sea solicitado por la empresa suministradora o durante una inspección.
FAQ: Preguntas frecuentes
1. ¿Es obligatorio por ley disponer del esquema?
Sí, toda instalación conectada a la red debe disponer de un esquema eléctrico actualizado, el cual forma parte de la documentación técnica del sistema.
2. ¿Puede hacerlo un electricista no habilitado?
Debe realizarlo un profesional con conocimientos técnicos en instalaciones eléctricas y sistemas fotovoltaicos, especialmente si el esquema se presenta para interconexión o revisión.
3. ¿Cómo se actualiza en caso de modificación de la instalación?
Cualquier cambio, como agregar módulos, sustituir el inversor o integrar baterías, requiere actualizar el esquema eléctrico para que refleje la configuración real del sistema.
4. ¿Es diferente si se utiliza una batería?
Sí, el esquema debe incluir el sistema de almacenamiento, el tipo de conexión y las protecciones adicionales asociadas.
5. ¿Existen riesgos si el esquema es incorrecto?
Un esquema mal diseñado puede provocar fallas eléctricas, daños a equipos, riesgos para las personas y problemas en la interconexión.
6. ¿Cuál es el software más utilizado para diseñarlo?
Se utilizan herramientas como AutoCAD Electrical, EPLAN y QElectroTech, así como plantillas técnicas proporcionadas por fabricantes de inversores.
Conclusión
El esquema eléctrico fotovoltaico es una herramienta clave durante el diseño, la instalación y el mantenimiento de un sistema solar, ya que permite visualizar la configuración del sistema, identificar sus componentes y entender los flujos de energía. Un esquema bien elaborado reduce errores durante la ejecución y facilita futuras ampliaciones o modificaciones.
Herramientas como Reonic ayudan a generar esquemas eléctricos de forma automática a partir del diseño técnico, lo que simplifica la planificación del proyecto y la preparación de la documentación necesaria para su presentación.
