Cómo protegen los inversores solares a las personas y a la propiedad

Cuatro funciones de protección y los riesgos que atienden

Al abrir el interruptor principal, una casa conectada a la red se queda sin energía, pero un arreglo solar no se detiene. Cada módulo que recibe luz produce voltaje de corriente continua, y una cadena residencial de módulos en serie suele alcanzar varios cientos de voltios. Las protecciones que siguen existen por esa razón. Están integradas en los inversores, en la electrónica a nivel de módulo y en los interruptores, y los códigos que las exigen se han endurecido durante los últimos quince años.

El apagado rápido según la sección 690.12 del NEC

El apagado rápido reduce el voltaje de los conductores del techo tras una sola acción a nivel del suelo, de modo que los bomberos que trabajan cerca del arreglo no queden expuestos a una corriente continua peligrosa. El requisito ha cambiado en cada ciclo del código (abre un sitio externo).

• NEC 2014: los conductores a más de 5 pies dentro de un edificio o a más de 10 pies del arreglo debían bajar a 30 voltios y 240 voltamperios en 10 segundos. Todavía no existía el límite del arreglo.
• NEC 2017: se definió el límite del arreglo a 1 pie en todas las direcciones. Fuera de ese límite, o a más de 3 pies dentro de un edificio, los conductores deben bajar a 30 voltios en 30 segundos; dentro de él, a 80 voltios en 30 segundos desde el 1 de enero de 2019, o el arreglo debe estar certificado para apagado rápido.
• NEC 2020: la opción de arreglo certificado pasó a ser el sistema de control de riesgo fotovoltaico (PVHCS), evaluado según UL 3741, publicada en diciembre de 2020.
• NEC 2023: dentro del límite, las opciones son un PVHCS certificado según UL 3741 o el límite de 80 voltios en 30 segundos; la tercera opción de la edición de 2020, para arreglos sin cableado ni partes conductoras expuestas, se eliminó y su enfoque quedó absorbido en gran parte en UL 3741. IAEI señala que UL 3741 puede permitir el contacto de los bomberos con hasta 160 voltios o más, un nivel que UL consideró al elaborar la norma.
• NEC 2026: los límites de voltaje y tiempo no cambian, y se reorganizó el texto sobre dispositivos de activación de la sección 690.12(C).

El dispositivo de activación es el interruptor que inicia el apagado. Según el texto del NEC 2020 (abre un sitio externo), al ponerlo en la posición de apagado se inicia el apagado rápido. En la edición 2026, revisada por la enmienda interina TIA 26-2 (abre un sitio externo) (emitida el 20 de agosto de 2025, vigente desde el 9 de septiembre de 2025), los dispositivos de activación deben ser de fácil acceso y consistir en el medio de desconexión del servicio, el del sistema fotovoltaico o interruptores certificados, y en viviendas de una y dos familias deben estar en el exterior. La TIA restableció esa frase sobre la ubicación exterior, que se había omitido por error.

El apagado rápido reduce el voltaje; no deja espacio de trabajo en el techo. Las distancias de seguridad y los pasillos para bomberos son un requisito aparte, y nuestra guía sobre retiros contra incendios y apagado rápido en Nueva York trata las reglas del FDNY, el Código Eléctrico de NYC de 2025 y cómo la ciudad coordina la ubicación del dispositivo de activación con el cuerpo de bomberos.

Cómo funciona el apagado a nivel de módulo

Cumplir el límite de 80 voltios dentro del límite del arreglo exige actuar en cada módulo o cerca de él, porque una cadena de módulos supera con creces los 80 voltios. Hay tres enfoques comunes: microinversores, optimizadores de CC que reducen cada módulo a un voltaje bajo y dispositivos de apagado que desconectan los módulos. Un sistema de control de riesgo fotovoltaico certificado según UL 3741 puede reducir la cantidad de dispositivos a nivel de módulo, de acuerdo con su certificación.

Muchos dispositivos de apagado usan la señal de comunicación SunSpec para apagado rápido (abre un sitio externo), una especificación abierta publicada por primera vez en 2017 y revisada en 2021. Un transmisor, normalmente en el inversor, envía una señal de permiso de operación por los mismos conductores de CC, una forma de comunicación por línea eléctrica (abre un sitio externo). Un receptor en cada módulo permite que este produzca energía solo mientras la señal está presente e inicia el apagado cuando falta. El diseño es a prueba de fallas: accionar el dispositivo de activación o un corte de la red interrumpe la señal, y los módulos se desconectan. Los esquemas propios de cada fabricante funcionan con el mismo principio.

Los microinversores (abre un sitio externo) cumplen el apagado rápido por diseño. Cada uno convierte a CA la salida de su módulo en el propio módulo, de modo que la CC existe solo en el cable corto entre el módulo y el microinversor, muy por debajo de 80 voltios en los módulos habituales. Cuando desaparece el voltaje de la red, un microinversor certificado según UL 1741 deja de energizar su salida por su función anti-isla, y los conductores del techo quedan sin energía. Por eso los microinversores son comunes en los techos de Nueva York, y por eso los propietarios que luego quieren una batería suelen considerar acoplar el arreglo en CA a un inversor híbrido, que forma una red para los microinversores durante un apagón.

Detección de fallas por arco en CC

Una falla por arco es una descarga eléctrica a través de un espacio, lo bastante caliente para encender los materiales cercanos. En los sistemas fotovoltaicos preocupa el arco en serie: una ruptura en un conductor o una conexión, como un conector flojo o mal crimpado o una soldadura agrietada dentro de un módulo, a través de la cual la corriente sigue circulando como un arco de plasma. Como explica el informe técnico de SMA sobre protección contra arcos en sistemas fotovoltaicos (abre un sitio externo), el arco en serie está en el camino normal de la corriente y no puede conducir más corriente que la operación normal, por lo que los fusibles y los interruptores no lo detectan. Un arco en paralelo, entre conductores o de un conductor a tierra por un aislamiento dañado, es distinto: abrir el circuito no lo extingue y puede empeorarlo.

El NEC 2011 incorporó la sección 690.11, que exige que los sistemas fotovoltaicos instalados sobre un edificio o que lo atraviesen, con un voltaje máximo de 80 voltios o más, detecten e interrumpan los arcos en serie, desactiven el sistema, muestren una indicación visual y requieran un reinicio manual. La norma de certificación, UL 1699B, entonces un esquema de investigación (outline of investigation), exigía detectar un arco de 300 vatios o más e interrumpirlo en un máximo de dos segundos. Las ediciones vigentes aplican el requisito a los circuitos fotovoltaicos de CC que operan a 80 voltios o más entre dos conductores cualesquiera, con excepciones para algunos circuitos que no están sobre edificios; confirme la redacción en la edición adoptada en su jurisdicción.

La detección funciona escuchando la corriente. Un arco introduce ruido eléctrico de banda ancha en el circuito de CC, y un interruptor de circuito por falla de arco (abre un sitio externo) fotovoltaico filtra la señal de corriente y analiza su espectro en busca del patrón que produce un arco, cada vez más con modelos de clasificación entrenados. La dificultad es que un sistema fotovoltaico es eléctricamente ruidoso: la conmutación del propio inversor, otra electrónica de potencia y las señales por línea eléctrica, como la señal de mantenimiento en operación (keep-alive) del apagado rápido, ocupan partes del mismo espectro. Los cables largos, muchas cadenas y los equipos añadidos elevan el ruido de fondo. Los detectores se ajustan para rechazar ese ruido, y cuando ese ajuste se encuentra con una instalación poco habitual, puede producirse un disparo en falso.

A nivel internacional, la norma IEC 63027:2023 (abre un sitio externo) define requisitos y ensayos para dispositivos de protección contra arcos en CC en sistemas fotovoltaicos de hasta 1,500 V CC. Trata los arcos en serie y no cubre los arcos en paralelo. Alemania la adoptó como DIN EN IEC 63027 (VDE 0126-27) en 2024. La obligatoriedad de la detección de fallas por arco varía según el país, y aquí no afirmamos un requisito europeo.

Qué ocurre después de un disparo por arco

El reinicio manual que exige el NEC es intencional. Un arco indica un conductor o una conexión dañados, y un reinicio automático volvería a energizar el mismo defecto. La documentación de SMA para EE. UU. muestra la secuencia típica: el inversor detecta un arco, interrumpe la inyección a la red y muestra un código de evento, y el procedimiento de restablecimiento (abre un sitio externo) comienza con una persona calificada que desconecta el inversor de todas las fuentes de voltaje y revisa los módulos, los cables de CC y el bloque de terminales de CC, repara o reemplaza lo dañado y solo entonces vuelve a poner en marcha el inversor.

Fuera de EE. UU., algunos inversores ofrecen un modo sin bloqueo de operación. SMA documenta que su función ArcFix (abre un sitio externo) cumple IEC 63027 y que, según el conjunto de datos del país, la detección de fallas por arco viene activada o desactivada de fábrica. Esos ajustes corresponden al instalador conforme a las reglas del país y a la certificación del producto; en EE. UU., la certificación y la sección 690.11 del NEC exigen un reinicio manual.

Un disparo repetido es información, no una simple molestia. Puede deberse a una conexión intermitente real que solo forma arco con calor o viento, o a un ruido que el detector interpreta mal. Distinguir una cosa de la otra requiere probar el arreglo, y ese trabajo corresponde a un electricista con licencia.

Resistencia de aislamiento y monitoreo de corriente residual

Muchos inversores residenciales de cadena e híbridos no tienen transformador. Sin transformador no hay aislamiento galvánico entre el arreglo y la red, por lo que el propio inversor debe vigilar las fugas de los conductores del arreglo a tierra. Lo hace en dos etapas, con un propósito similar al de un dispositivo de monitoreo de aislamiento (abre un sitio externo) en otras instalaciones eléctricas.

Antes de conectarse a la red, normalmente cada mañana, el inversor mide la resistencia de aislamiento (Riso) entre los conductores del arreglo y tierra. La norma de seguridad de inversores IEC 62109-2 fija el umbral mínimo en el voltaje máximo del arreglo dividido entre 30 mA; para un arreglo de 1,000 voltios, unos 33 kΩ. Por debajo del umbral, el inversor emite una alarma y no se conecta. Los fabricantes suelen fijar umbrales muy superiores a ese mínimo y repetir la prueba varias veces antes de informar una falla.

Durante la operación, una unidad de monitoreo de corriente residual (RCMU) compara la corriente que sale con la que regresa, como lo hace un dispositivo de corriente residual (abre un sitio externo). Según IEC 62109-2, en inversores sin transformador de hasta 30 kVA, el inversor debe desconectarse en 0.3 segundos si la corriente residual continua supera 300 mA, y más rápido ante cambios bruscos: 30 mA en 300 ms, 60 mA en 150 ms y 150 mA en 40 ms. SMA describe su RCMU (abre un sitio externo) como sensible a todo tipo de corriente, que vigila las corrientes residuales de CA y CC y desconecta de forma redundante ante saltos superiores a 30 mA. El límite continuo es mayor que el de los cambios bruscos porque un arreglo grande tiene una fuga capacitiva normal a tierra a través de la superficie de los módulos; lo que indica a una persona o una falla es el cambio repentino.

En el NEC, la sección 690.41(B) exige protección contra fallas a tierra en los circuitos fotovoltaicos de CC de más de 30 voltios u 8 amperios, que detecte la falla, la interrumpa o aísle y la indique; verifique la redacción en la edición adoptada. En algunos sistemas, la misma prueba de aislamiento del inversor protege también los circuitos de batería, un punto importante para los proyectos con baterías de vehículos eléctricos de segunda vida que dependen de ella.

Por qué las mañanas húmedas causan fallas de aislamiento

Un arreglo está formado por muchos módulos, conectores, cajas de conexión y tramos de conducto en paralelo respecto a tierra, y cada uno tiene una pequeña fuga. El rocío, la lluvia y la humedad reducen la resistencia de cada camino de fuga, y como esos caminos están en paralelo, la resistencia de aislamiento total del arreglo baja mucho más de lo que sugeriría un solo módulo. La prueba de Riso de la mañana se realiza justo cuando el arreglo está más húmedo.

Los fabricantes describen el mismo patrón. Tigo indica que si el error ocurre siempre por la mañana (abre un sitio externo) y desaparece por la tarde, la causa más probable es la humedad, y recomienda buscar decoloración o corrosión. Solis atribuye la mayoría de las fallas de aislamiento fotovoltaico (abre un sitio externo) a factores ambientales y del sistema, sobre todo con tiempo lluvioso. Una falla que desaparece sola cuando el arreglo se seca suele indicar humedad en alguna parte del sistema; una falla que persiste con tiempo seco, o que empeora, indica un aislamiento dañado que hay que localizar. En cualquier caso, la solución es encontrar el camino de fuga, no bajar el umbral.

Protección anti-isla y soporte a la red

El funcionamiento en isla (abre un sitio externo) es la condición en la que un generador sigue energizando parte de la red después de que falla el suministro de la compañía eléctrica. Una cuadrilla podría estar trabajando en una línea que cree sin energía. IEEE 1547-2018 exige que un recurso energético distribuido detecte una isla no intencional y deje de energizar en 2 segundos, y el Suplemento SB de UL 1741 prueba los inversores conforme a IEEE 1547.1-2020. La misma norma exige funciones de soporte a la red, como la respuesta frecuencia-potencia, que reduce la salida cuando sube la frecuencia y no se permite desactivar.

En Nueva York, Con Edison exige equipos UL 1741 SB con la configuración predeterminada de la compañía eléctrica para las solicitudes presentadas desde el 1 de abril de 2023 en sistemas de más de 50 kW y desde el 1 de junio de 2023 en sistemas de 50 kW o menos; National Grid, desde el 1 de enero de 2023.

Un inversor híbrido que ofrece respaldo cumple la misma regla de otra manera: cuando falla la red, abre su relé de transferencia para separar la casa de la red y luego forma su propia pequeña red para el hogar. Nuestro artículo de la serie sobre inversores híbridos y baterías de vehículos eléctricos explica ese esquema, y el registro de eventos del inversor, que algunos equipos ofrecen mediante interfaces de monitoreo local, anota cada desconexión de la red y cada disparo de protección.

La práctica europea para bomberos y cuándo llamar a un electricista

La práctica europea evolucionó de forma distinta al NEC 690.12. En Alemania, la regla de aplicación VDE-AR-E 2100-712 (abre un sitio externo) (edición de diciembre de 2018) establece medidas para el lado de CC de una instalación fotovoltaica que mantengan la seguridad durante la extinción de incendios y el rescate técnico. Un fabricante resume su objetivo como evitar que los equipos de emergencia queden expuestos a cables de CC de más de 120 voltios una vez desconectada la CA, y los fabricantes de equipos venden cajas combinadoras con desconexión de CC, a menudo llamadas interruptores para bomberos, con ese fin. Es una regla de aplicación que siguen muchos instaladores y servicios de bomberos; no la describimos como una obligación legal.

Para el propietario, lo práctico es más sencillo. Una alarma de arco, de aislamiento o de corriente residual significa que el sistema encontró una condición ante la cual está diseñado para detenerse. No la restablezca una y otra vez, y no abra cajas combinadoras, desconecte conectores ni cambie ajustes de protección. Diagnosticar y reparar estas fallas en un sistema fotovoltaico energizado implica corriente continua de alto voltaje que no puede apagarse mientras haya sol, y es trabajo de un electricista con licencia; en la ciudad de Nueva York, el trabajo fotovoltaico lo realizan electricistas maestros o especiales con licencia. Coordinamos esa inspección con nuestros electricistas maestros asociados con licencia, revisamos si un sistema antiguo es anterior a los requisitos de apagado rápido o de detección de fallas por arco y cotizamos las mejoras necesarias.

Esta guía explica cómo funcionan estas protecciones. No describe cómo desactivar ni puentear ninguna de ellas, y ninguna debe desactivarse ni puentearse.