Sistema de detección térmica y desconexión preventiva de instalaciones fotovoltaicas

Abstract

El presente proyecto de grado se enfoca en el análisis, simulación y propuesta de un sistema de detección térmica y desconexión preventiva para instalaciones solares fotovoltaicas. La investigación surge de la necesidad de reducir los riesgos asociados al sobrecalentamiento de los conductores eléctricos, especialmente en el lado de corriente continua, donde los paneles permanecen energizados mientras exista radiación solar. Esta condición puede generar deterioro del aislamiento, reducción de la vida útil del cableado, pérdidas de eficiencia, aparición de puntos calientes, arcos eléctricos e incluso incendios.

Para abordar esta problemática, se desarrolla un modelo térmico que permite estimar la temperatura del conductor en función del tiempo, considerando variables eléctricas y ambientales como la corriente, la resistencia del cable, la temperatura ambiente, el coeficiente de convección, el área de disipación, la masa del conductor y su capacidad calorífica. El modelo se fundamenta en la potencia disipada por efecto Joule y en el balance térmico entre el conductor y el ambiente.

La simulación se implementa en LabVIEW, lo que permite visualizar el comportamiento térmico del conductor, identificar condiciones de advertencia y activar una lógica de desconexión automática cuando se alcanza una temperatura crítica. De esta manera, el proyecto propone una estrategia preventiva orientada a mejorar la seguridad eléctrica, proteger los componentes de la instalación fotovoltaica y disminuir la probabilidad de fallas mayores. Además, su enfoque académico permite validar el comportamiento del sistema bajo diferentes escenarios de operación y servir como base para futuras implementaciones físicas.

This degree project focuses on the analysis, simulation, and proposal of a thermal detection and preventive disconnection system for solar photovoltaic installations. The research arises from the need to reduce the risks associated with the overheating of electrical conductors, especially on the direct current side, where the panels remain energized as long as solar radiation is present. This condition may cause insulation deterioration, reduction of the cable’s service life, efficiency losses, hot spots, electric arcs, and even fires.

To address this issue, a thermal model is developed to estimate the conductor temperature over time, considering electrical and environmental variables such as current, cable resistance, ambient temperature, convection coefficient, dissipation area, conductor mass, and heat capacity. The model is based on the power dissipated by the Joule effect and the thermal balance between the conductor and the surrounding environment.

The simulation is implemented in LabVIEW, allowing the thermal behavior of the conductor to be visualized, warning conditions to be identified, and an automatic disconnection logic to be activated when a critical temperature is reached. In this way, the project proposes a preventive strategy aimed at improving electrical safety, protecting the components of the photovoltaic installation, and reducing the probability of major failures. In addition, its academic approach allows the system behavior to be validated under different operating scenarios and serves as a basis for future physical implementations.