Conexión en serie de paneles solares: tutorial completa

La conexión en serie de paneles solares, también conocida como stringing, es un tema fundamental para cualquier instalador de paneles solares. Es necesario entender cómo diferentes configuraciones de conexión en serie afectan el voltaje, la corriente y la potencia de una matriz solar. Esto permite seleccionar un inversor adecuado para la matriz y asegurarse de que el sistema funcione de manera efectiva.

Los riesgos son altos. Si el voltaje de la matriz excede el máximo del inversor, la producción se limitará a lo que el inversor puede generar (y, dependiendo del grado, la vida útil del inversor puede reducirse). Si el voltaje de la matriz es demasiado bajo para el inversor elegido, el sistema también producirá menos porque el inversor no funcionará hasta que se alcance su voltaje de inicio. Esto también puede ocurrir si no se tiene en cuenta cómo la sombra afectará el voltaje del sistema a lo largo del día.

Afortunadamente, el software solar moderno puede manejar esta complejidad por ti. Por ejemplo, Aurora te asesorará automáticamente sobre si las longitudes de los strings son aceptables, o incluso puede hacer la conexión en serie por ti. Sin embargo, como profesional solar, aún tener una comprensión de las reglas que tutorialn el dimensionamiento de los strings.

Términos eléctricos clave para entender la conexión en serie de paneles solares

Para comprender las reglas de la conexión en serie de paneles solares, es necesario entender algunos términos eléctricos clave, en particular voltaje, corriente y potencia, y cómo se relacionan entre sí.

Para entender estos conceptos, una analogía útil es pensar en la electricidad como agua en un tanque. Para ampliar la analogía, tener un nivel de agua más alto es como tener un voltaje más alto: hay más potencial para que ocurra algo (corriente o flujo de agua).

¿Qué es el voltaje?

El voltaje, abreviado como V y medido en voltios, se define como la diferencia de carga eléctrica entre dos puntos en un circuito. Es esta diferencia de carga la que hace que la electricidad fluya. El voltaje es una medida de energía potencial, o la cantidad potencial de energía que se puede liberar.

En una matriz solar, el voltaje se ve afectado por varios factores. Primero está la cantidad de luz solar (irradiancia) en la matriz. Como podrías asumir, cuanto más irradiación haya en los paneles, mayor será el voltaje.

La temperatura también afecta el voltaje. A medida que la temperatura aumenta, se reduce la cantidad de energía que produce un panel (ver nuestra discusión sobre coeficientes de temperatura para obtener una discusión más detallada al respecto). En un día soleado y frío, el voltaje de una matriz solar puede ser mucho más alto de lo normal, mientras que en un día muy caluroso, el voltaje puede reducirse significativamente.

¿Qué es la corriente?

La corriente eléctrica (representada como i en las ecuaciones) se define como la tasa a la que fluye la carga. En nuestro ejemplo anterior, el agua que fluye a través de la tubería fuera del tanque es comparable a la corriente en un circuito eléctrico. La corriente eléctrica se mide en amperios (A).

¿Qué es la potencia eléctrica?

La potencia (P) es la tasa a la que se transfiere la energía. Es equivalente al voltaje multiplicado por la corriente (V * I = P) y se mide en vatios (W). En los sistemas fotovoltaicos solares, una función importante del inversor, además de convertir la corriente continua (DC) de la matriz solar en corriente alterna (AC) para su uso en el hogar y en la red eléctrica, es maximizar la salida de potencia de la matriz variando la corriente y el voltaje.

Conceptos básicos de la conexión en serie de paneles solares (stringing)

Para tener un sistema fotovoltaico solar funcional, es necesario cablear los paneles juntos para crear un circuito eléctrico por el cual fluya la corriente, y también es necesario cablear los paneles al inversor que convertirá la corriente continua (DC) producida por los paneles en corriente alterna (AC) que se puede utilizar en el hogar y enviar a la red eléctrica. En la industria solar, esto se conoce comúnmente como stringing y cada serie de paneles conectados se denomina un string.

En este artículo, nos centraremos en los inversores de string (en lugar de microinversores). Cada inversor de string tiene un rango de voltajes en los que puede operar.

Conexión en serie vs. conexión en paralelo

Existen varias formas de abordar el cableado de paneles solares. Una de las diferencias clave a entender es la conexión en serie de paneles solares versus la conexión en paralelo de paneles solares. Estas diferentes configuraciones de conexión en serie tienen diferentes efectos en la corriente eléctrica y el voltaje en el circuito.

Conexión en serie de paneles solares

La conexión en serie de paneles solares implica conectar cada panel al siguiente en una línea (como se ilustra en el lado izquierdo del diagrama de arriba).

Al igual que una batería típica con la que puedes estar familiarizado, los paneles solares tienen terminales positivos y negativos. Cuando se realiza la conexión en serie, el cable del terminal positivo de un panel solar se conecta al terminal negativo del siguiente panel, y así sucesivamente.

Cuando se conectan paneles en serie, cada panel adicional suma al voltaje total (V) del string, pero la corriente (I) en el string permanece igual.

Una desventaja de la conexión en serie es que un panel sombreado puede reducir la corriente en todo el string. Debido a que la corriente permanece igual en todo el string, la corriente se reduce a la del panel con la corriente más baja.

Conexión en paralelo de paneles solares

La conexión en paralelo de paneles solares (mostrada en el lado derecho del diagrama de arriba) es un poco más complicada. En lugar de conectar el terminal positivo de un panel al terminal negativo del siguiente, al conectar en paralelo, los terminales positivos de todos los paneles del string se conectan a un cable y los terminales negativos se conectan a otro cable.

En esta disposición, cada panel adicional aumenta la corriente del circuito, sin embargo, el voltaje del circuito permanece igual (equivalente al voltaje de cada panel). Debido a esto, una ventaja de la conexión en paralelo es que si un panel está muy sombreado, el resto de los paneles pueden funcionar normalmente y la corriente del string completo no se reducirá.

Información necesaria para determinar cómo conectar los paneles solares en serie

Existen varios datos importantes sobre tu inversor y tus paneles solares que necesitas conocer antes de determinar cómo conectar tu matriz solar.

Información sobre tu inversor:

• Voltaje de entrada CC máximo (Vinput, max) - el voltaje máximo que el inversor puede recibir
• Voltaje mínimo o de inicio (Vinput, min) - el nivel de voltaje necesario para que el inversor funcione
• Corriente de entrada máxima
• ¿Cuántos seguidores del punto de máxima potencia (MPPTs) tiene?

Como se mencionó anteriormente, una función de los inversores es maximizar la salida de potencia a medida que las condiciones ambientales en los paneles varían. Lo hacen a través de los seguidores del punto de máxima potencia (MPPTs), que identifican la corriente y el voltaje en los que se maximiza la potencia. Sin embargo, para un MPPT dado, las condiciones en los paneles deben ser relativamente consistentes o la eficiencia se reducirá (por ejemplo, diferencias en los niveles de sombra o la orientación de los paneles). Sin embargo, si el inversor tiene múltiples MPPTs, entonces se pueden conectar strings de paneles con diferentes condiciones a un MPPT separado.

Información sobre tus paneles solares:

• Voltaje de circuito abierto (Voc)
• Corriente de cortocircuito (Isc) - (aunque no profundizaremos en los cálculos de corriente en este artículo)

Algo importante que debes entender sobre estos valores es que se basan en el rendimiento del módulo en lo que se llama Condiciones de Prueba Estándar (STC, por sus siglas en inglés). STC incluye una irradiancia de 1000W por metro cuadrado y 25 grados Celsius (~77 grados Fahrenheit). Estas condiciones de laboratorio específicas proporcionan consistencia en las pruebas, pero las condiciones del entorno real que experimenta un sistema fotovoltaico pueden ser muy diferentes.

¿Cuál es la diferencia entre la conexión en serie y la conexión en paralelo de paneles solares?

La diferencia principal entre la conexión en serie y la conexión en paralelo de paneles solares radica en cómo se conectan los terminales de los paneles. En la conexión en serie, el terminal positivo de un panel se conecta al terminal negativo del siguiente panel, mientras que en la conexión en paralelo, los terminales positivos de todos los paneles se conectan juntos y los terminales negativos se conectan juntos.

La conexión en serie aumenta el voltaje total del circuito, pero la corriente permanece constante. Por otro lado, la conexión en paralelo mantiene el voltaje constante, pero aumenta la corriente total del circuito.

¿Cuál es la ventaja de la conexión en serie de paneles solares?

La ventaja de la conexión en serie de paneles solares es que aumenta el voltaje total del circuito, lo que puede ser beneficioso cuando se necesita una mayor voltaje de salida. Además, si uno de los paneles está sombreado, solo afectará la corriente de ese panel en particular, no afectará la corriente en los otros paneles del string.

¿Cuál es la ventaja de la conexión en paralelo de paneles solares?

La ventaja de la conexión en paralelo de paneles solares es que mantiene el voltaje constante en todo el circuito, lo que puede ser beneficioso cuando se necesita un voltaje constante. Además, si uno de los paneles está sombreado, no afectará la corriente en los otros paneles del string.

¿Cómo determino cuántos paneles solares conectar en serie?

Para determinar cuántos paneles solares conectar en serie, necesitas conocer el voltaje de cada panel y el voltaje de entrada máximo permitido por tu inversor. El voltaje de los paneles conectados en serie debe ser menor o igual al voltaje de entrada máximo del inversor. Si el voltaje de los paneles es demasiado alto, puede dañar el inversor y reducir la producción de energía del sistema. Por lo tanto, debes asegurarte de que el voltaje de los paneles en serie sea compatible con el voltaje de entrada del inversor.

Además, es importante considerar los efectos de la sombra en la conexión en serie. Si un panel está sombreado, puede reducir la corriente en todo el string, por lo que debes tener en cuenta este factor al determinar la cantidad de paneles a conectar en serie.

¿Qué pasa si conecto más paneles solares en serie de lo que permite mi inversor?

Si conectas más paneles solares en serie de lo que permite tu inversor en términos de voltaje, puedes exceder el límite máximo de voltaje del inversor. Esto puede limitar la producción de energía del sistema y, en algunos casos, puede dañar el inversor. Por lo tanto, es importante asegurarse de que el voltaje de los paneles en serie sea compatible con el voltaje de entrada máximo del inversor.

Esperamos que este artículo haya proporcionado una visión general útil de los conceptos clave relacionados con la conexión en serie de paneles solares. Recuerda que la conexión en serie es solo una de las opciones disponibles y que cada proyecto solar puede requerir un enfoque diferente según sus necesidades específicas.