Uno de los aspectos confusos al diseñar un sistema de energía solar fotovoltaica es calcular cuántos paneles solares se pueden conectar en serie por cadena. Esto se conoce como el tamaño de la cadena.
El tamaño de la cadena es importante porque si conectas demasiados paneles por cadena, corres el riesgo de dañar tu inversor. Por otro lado, si tienes muy pocos paneles por cadena, el inversor puede apagarse durante los días más calurosos del año, lo que significa que perderás tiempo valioso de generación.
Calculando el tamaño máximo de la cadena
El número máximo de paneles solares que puedes conectar en una cadena está determinado por la tensión máxima de entrada de tu inversor o controlador de carga. Puedes encontrar este valor en la hoja de datos del inversor.
Si la tensión máxima de entrada de tu inversor se excede en un día frío, el inversor puede dañarse. Incluso si el inversor no se daña por sobretensión, tener demasiados paneles en una cadena puede anular la garantía del inversor, por lo que no estarás cubierto para otros problemas del inversor.
Para asegurarte de no exceder la tensión máxima de tu inversor, lo primero que debes entender es cómo cambia la tensión de los paneles solares con la temperatura.
Entender los coeficientes de temperatura
La tensión de un panel solar no es fija. A medida que aumenta la temperatura de un panel, su tensión disminuye, y a medida que disminuye la temperatura, su tensión aumenta.
La tasa a la que la tensión de circuito abierto de un panel solar cambiará a medida que cambie su temperatura está definida por el coeficiente de temperatura de Voc. Siempre puedes encontrar este valor en la hoja de datos del panel solar.
El coeficiente de temperatura se dará en %/°C (porcentaje por grado Celsius). Es decir, es el porcentaje en el que Voc aumentará por cada grado Celsius que disminuya la temperatura del panel.
Por ejemplo, si tienes un panel solar que tiene un Voc (a condiciones estándar de prueba) de 40V y un coeficiente de temperatura de 0.27%/°C. Entonces, por cada grado Celsius que disminuya la temperatura de la celda del panel, la tensión aumentará:
40V x 0.27% = 0.108V
O si tu calculadora no tiene el signo de porcentaje:
40V x 0.0027 = 0.108V
Dado que las condiciones estándar de prueba (STC) están a 25°C, entonces a 24°C, el nuevo Voc sería de 40.108V.
Algunas hojas de datos darán el coeficiente de temperatura en mV/°C. En este caso, puedes convertir a %/°C dividiendo la cifra en mV/°C por el valor de Voc. Solo asegúrate de convertir de mV a V primero. Por ejemplo, si Voc = 45:
Coeficiente de temperatura de Voc = -109 mV/°C Coeficiente de temperatura de Voc (en %/°C):
(-109 ÷ 1000) ÷ 45V = -0.0026 = -0.26%/°C
Encuentra la temperatura más baja esperada en tu ubicación
Dado que necesitas encontrar tu tensión máxima de cadena y sabes que la tensión aumenta a medida que la temperatura disminuye, debes averiguar cuál es tu temperatura más baja esperada.
Afortunadamente, hay estándares que te indican cómo calcular este número y sitios web que te dirán qué temperatura usar en tu ubicación.
En primer lugar, la temperatura que debes usar es la media de las temperaturas extremadamente bajas anuales, o dicho de otra manera, es el promedio de todas las temperaturas más frías de años anteriores. Esta es la cifra recomendada tanto por el Código Eléctrico Nacional (NEC) de Estados Unidos como por otras normas internacionales.
Para encontrar esta temperatura en tu ubicación, puedes usar uno de los siguientes métodos:
En Estados Unidos: SolarABCs
Encuentra la estación meteorológica más cercana a tu ubicación y toma el valor para Extreme Min (mínimo extremo). Este es en realidad el valor promedio que necesitas.
En el resto del entorno: http://ashrae-meteo.info/v0/
Encuentra tu ubicación en el mapa, haz clic derecho para seleccionar tu ubicación, luego haz clic izquierdo en la estación meteorológica más cercana a ti. Luego, desplázate hacia abajo para encontrar el valor en la tabla (-2°C en el ejemplo a continuación):
Si por alguna razón no puedes encontrar la temperatura mínima promedio para tu ubicación, una alternativa es usar la temperatura histórica más baja. Esto es un poco más conservador, pero siempre estará dentro de las normas y requisitos de garantía.
Calcula la tensión máxima de un panel
Ahora que conoces el Voc del panel solar y el coeficiente de temperatura, y la temperatura más baja esperada para tu ubicación, puedes calcular la tensión de un panel a esa temperatura, que es la tensión máxima de un panel.
Supongamos que tenías los siguientes valores:
Voc(STC): 45V
Coeficiente de temperatura de Voc: -0.26 %/°C
Temperatura baja esperada: -5°C
Primero, encuentra la diferencia entre la temperatura STC (25°C) y tu temperatura baja esperada:
25°C – (-5°C) = 30°C
Multiplica esto por el coeficiente de temperatura. Ignora el signo -, ya que solo estás buscando el cambio en Voc aquí:
30°C x 0.26% = 8%
O 30°C x 0.0026 = 0.078
Ahora aumenta Voc(STC) por este porcentaje:
45V x (1+0.078) = 4737V
(Puedes ver cálculos en otros lugares que se ven ligeramente diferentes a este método, no te preocupes, ya que son diferentes formas de mostrar lo mismo y (si no han cometido un error) deberían dar los mismos resultados. El método aquí es un intento de descomponer este cálculo de la manera más simple posible.)
Calcula el número máximo de paneles por cadena para tu inversor
Una vez que tienes el Voc máximo de un panel, todo lo que tienes que hacer es dividir la tensión máxima de tu inversor por este valor y redondear hacia abajo al número entero más cercano.
Por ejemplo, usando el ejemplo anterior con un inversor de 600V:
600V ÷ 4737V = 141 paneles
Esto significa que si conectas 141 paneles a tu inversor, estarías justo en el límite de tensión del inversor. Obviamente, no puedes tener 0.41 de un panel, así que siempre redondeas hacia abajo al número entero más cercano. En este caso, el máximo es de 13 paneles por cadena.
Calculando el tamaño mínimo de la cadena
Ahora que sabes cuál es el tamaño máximo de la cadena que puedes tener, también necesitas calcular el tamaño mínimo de la cadena. La seguridad y la garantía del inversor no son una preocupación aquí, como lo son con el tamaño máximo de la cadena, pero tu inversor tiene una tensión de entrada mínima en la que puede funcionar, y deseas asegurarte de que tu inversor siga funcionando en los días más calurosos del año, de lo contrario perderás generación valiosa.
El método es muy similar al cálculo del tamaño máximo de la cadena. Las principales diferencias son que se utiliza Vmp en lugar de Voc, debemos elegir una temperatura máxima en lugar de una temperatura mínima, y en el último paso debemos redondear hacia arriba en lugar de hacia abajo.
Encuentra la temperatura ambiente máxima para tu ubicación
Cuando seleccionas una temperatura máxima para usar en los cálculos, nuevamente puedes usar SolarABCs. Verás dos opciones para High Temp (alta temperatura), 0.4% y 2%. Selecciona la cifra del 2%.
Al igual que con la temperatura mínima, si no puedes encontrar los valores anteriores para tu área, siempre puedes usar la temperatura más alta registrada. Esto simplemente dará un tamaño mínimo de cadena más conservador (más largo).
Calcula la temperatura de la célula solar
Ahora tienes la temperatura ambiente máxima para tu ubicación, pero también debes tener en cuenta que los paneles solares funcionan a temperaturas mucho más altas que la ambiente. Cuánto más caliente se pongan depende del método de montaje, ya que esto afecta la ventilación de los paneles. Se pueden usar las siguientes reglas generales:
Para paneles montados en el techo, agrega 25°C
Para paneles montados en el suelo, agrega 30°C
Entonces, si asumimos un sistema montado en el techo cerca del Aeropuerto Internacional de Orlando, según la imagen anterior, nuestra temperatura de la célula es:
Temperatura de la célula = 34°C + 25°C = 59°C
Calcula la tensión mínima de un panel
A continuación, debes calcular la tensión mínima de un panel.
Supongamos lo siguiente:
Vmp: 37V
Coeficiente de temperatura de la potencia: -0.34%/°C
Primero, encuentra la diferencia entre la temperatura STC (25°C) y tu temperatura alta esperada:
59°C – 25°C = 34°C
Multiplica esto por el coeficiente de temperatura. Usa el coeficiente de temperatura de la potencia si está en la hoja de datos, si no, usa el coeficiente de temperatura de Vmp.
34°C x 0.34% = 156%
O 34°C x 0.0034 = 0.1156
Ahora disminuye Vmp por este porcentaje:
37V x (1-0.1156) = 30.68868V
Calcula el número mínimo de paneles por cadena para tu inversor
Por último, divide la tensión mínima de MPP del inversor por la tensión mínima que acabas de calcular.
Supongamos un inversor con una tensión mínima de MPP de 200V:
200V ÷ 30.69V = 517 paneles
Aquí debes redondear hacia arriba para encontrar el número mínimo de paneles, por lo que usando estos componentes, el tamaño mínimo de la cadena es de 7 paneles.
En este cálculo, hemos utilizado la tensión mínima de MPP. Algunas otras fuentes dicen que se debe utilizar la tensión mínima de funcionamiento, lo que significa que estás diseñando el sistema para que el inversor siempre se encienda, pero la tensión aún puede estar fuera del rango de MPP. Puedes hacer esto si tienes alguna razón específica para necesitar cadenas más pequeñas, sin embargo, idealmente deberías usar la tensión mínima de MPP para asegurarte de que el inversor siempre funcione de manera óptima.
Consultas habituales
- ¿Qué es el tamaño de la cadena en un sistema de energía solar fotovoltaica?
- ¿Por qué es importante calcular el tamaño de la cadena?
- ¿Qué sucede si conecto demasiados paneles en una cadena?
- ¿Qué sucede si tengo muy pocos paneles en una cadena?
El tamaño de la cadena se refiere a la cantidad de paneles solares que se pueden conectar en serie en un sistema de energía solar fotovoltaica.
Es importante calcular el tamaño de la cadena para asegurarse de no exceder la tensión máxima de entrada del inversor y para garantizar un rendimiento óptimo del sistema.
Si conectas demasiados paneles en una cadena, puedes dañar el inversor y anular la garantía del mismo.
Si tienes muy pocos paneles en una cadena, el inversor puede apagarse durante los días más calurosos del año, lo que resulta en una pérdida de generación de energía.
Si tienes alguna pregunta adicional, déjanos un comentario a continuación.