Una vez planificada nuestra instalación solar, debemos calcular las longitudes de los cables fotovoltaicos conductores en cada tramo. Esta parte del proceso suele ser difícil para los instaladores o diseñadores novatos, por lo que en este módulo explicaremos cada uno de los pasos en detalle.
Condiciones para el cálculo de los cables fotovoltaicos
Para determinar las diferentes secciones de cable de una instalación fotovoltaica, se deben tener en cuenta los dos requisitos esenciales según el reglamento eléctrico de baja tensión (REBT). Dicho reglamento establece las condiciones técnicas que deben reunir las instalaciones eléctricas de baja tensión para funcionar correctamente, y entre ellas se encuentra:
1) La intensidad de corriente que circula los cables no debe superar la intensidad de corriente máxima admisible. Esto quiere decir, que la corriente máxima que puede soportar la sección del cable debe ser siempre mayor que la que circula a través de este.
El reglamento del REBT incluye tablas que describen la intensidad máxima admisible de un conductor en función del tipo de instalación y del tipo de aislamiento empleado, esto evita que el conductor se sobrecaliente durante su uso. Esto a menudo se denomina estado térmico. Más adelante presentaremos algunas de estas tablas.
2) No superar la máxima caída de tensión permitida entre cada componente de una instalación. Según las recomendaciones del IDAE (Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía), estas caídas de tensión serán diferentes para cada tramo de la instalación.
Siendo las más habituales de un 3% entre los cables que conectan los generadores fotovoltaicos (paneles solares) y el regulador de carga, y los cables que conectan la salida del inversor y los consumos en corriente alterna. Para el resto, se admite una caída de tensión del 1% entre los cables que conectan el regulador de carga con la batería o los consumos en corriente continua y los que conectan la batería y el inversor.
Otras recomendaciones para los cables fotovoltaicos
Además de las 2 condiciones anteriores establecidas, se deben tener en cuenta otras consideraciones a la hora de seleccionar los cables fotovoltaicos. Según recomendaciones IDAE, las secciones mínimas de cables en cada una de las líneas, deberían ser de al menos:
- 2,5 mm2 del generador fotovoltaico al regulador de carga.
- 4 mm2 del regulador de carga a la batería o banco de baterías.
Cuando las tensiones nominales en corriente continua sean superiores a 48 V, la estructura del generador fotovoltaico y los marcos metálicos de los paneles estarán conectados a una toma de tierra, que será la misma que la del resto de la instalación.
Como ya hemos diseñado nuestra instalación en módulos anteriores tenemos que conocer las tensiones, las intensidades y las longitudes en cada tramo de la instalación.
Fórmula para sección de cables fotovoltaicos
Para el cálculo de la sección de los cables, en los distintos tramos de nuestra instalación y teniendo en cuenta de que se respeten las caídas máximas de tensión, se utiliza la siguiente ecuación:
Dónde:
L = Longitud del cable (m)
La distancia de cable comprendida entre elementos de la instalación fotovoltaica.
I = Intensidad de corriente (A)
La intensidad de corriente puede diferir en algunos tramos de la instalación. Esto lo explicaremos más adelante.
k = Conductividad (m/Ω*mm2)
Es la conductividad de la que está hecho el cable. Lo más habitual es que los cables sean de cobre, así que se espera que la conductividad sea de 56 m/Ω*mm2.
ΔV = Caída de tensión (V)
La caída de tensión es la máxima que queramos en el cable, no puede superar ese valor. De los Paneles al regulador, la caída de tensión suele ser del 3% como máximo. Del Regulador a la Batería, la caída de tensión suele ser del 1%. Y de la Batería al Inversor también un 1%.
S = Sección del cables (mm2)
Cuando se obtenga a sección del cable en mm2, nos debemos dirigir a la norma del reglamento técnico de baja tensión, comprobar que secciones están normalizadas y elegir la inmediata superior a la que le haya dado el cálculo.
Cuadros de la Norma REBT
El reglamento técnico de baja tensión se basa en la Norma internacional de la Comisión Electrotécnica Internacional para conductores de cables aislados (IEC). Esta, entre otras cosas, define un sistema de áreas de secciones transversales estándares para este tipo de cables:
Una vez obtenida la sección de cable calculada, además tener en cuenta estas secciones normalizadas para adoptar, también se debe corroborar la sección normalizada por intensidad de corriente máxima que circula dentro del cable. Esta es otra norma representada en el siguiente cuadro:
Al comparar los dos cuadros, al final debe seleccionarse la mayor sección que cumpla con ambos requerimientos.
Por ejemplo, si al hacer uso de la fórmula se obtiene una sección de 15 mm2 con una corriente circulante de 55 A, al revisar ambos cuadros nos sugerirá en uno que utilicemos la sección estandarizada de 16 mm2 y en otro de 25 mm2. Por lo tanto, para cumplir ambas condiciones, debemos utilizar el cable de sección de 25 mm2. Más adelante, presentaremos otro ejemplo utilizando la Calculadora Solar Online.
Cuadros de la Norma AWG
Es posible que muchas personas estén acostumbradas a trabajar con la norma norteamericana AWG de sección de cableado (American Wire Gauge), por ello se incluirá a continuación un cuadro de conversión de unidades para pasar los datos a mm2.
De AWG a sistema métrico: Para una sección AWG seleccionada, descienda por la primera columna (el cuadro de la derecha es una continuación de el de la izquierda), hasta hallar el valor elegido. En la segunda columna observará el valor AWG convertido a mm2 y en la tercera la sección normalizada más próxima redondeando hacia arriba.
De sistema métrico a AWG: Para una sección métrica calculada, descienda por la cuarta columna (el cuadro de la derecha es una continuación de el de la izquierda), hasta hallar el valor redondeado más próximo. En la quinta columna observará el valor en mm2 del sistema métrico convertido a AWG.
Cables fotovoltaicos con la Calculadora Solar Online
Para dimensionar correctamente el cableado de toda la instalación, deberá determinar la sección para cada tramo, lo que incluye: el tramo Paneles-Regulador, Regulador-Batería y Batería-Inversor. Nos ayudaremos de la Calculadora Solar Online para agilizar los cálculos.
Selección del cable Panel – Regulador
La corriente generada por los paneles solares debe llegar a la batería con una caída de tensión mínima. Cada cable tiene su propia resistencia óhmica y la caída de voltaje debida a esta resistencia va de acuerdo con la ley de Ohm.
La resistencia (R) del cable depende de tres parámetros:
- Longitud del cable: cuanto más largo sea el cable, mayor será la resistencia
- Área de la sección transversal del cable: Cuanto mayor sea el área, menor será la resistencia.
- El material utilizado: Cobre o Aluminio. El cobre tiene menor resistencia en comparación con el aluminio. En esta aplicación, es preferible el cable de cobre.
Determinaremos el tamaño del cable que va desde los paneles solares al regulador de carga utilizando la Calculadora Solar Online con los datos de la instalación hipotética que fuimos trabajando a lo largo del curso. En este caso:
Los primeros dos parámetros (Intensidad de corriente de campo fotovoltaico y tensión del sistema) ya los habíamos calculado anteriormente en los módulos de los consumos y de los paneles solares.
La conductividad del cable ya viene por defecto a 56 m/Ω mm2 referente al cobre (en caso de utilizar cables fotovoltaicos de aluminio modifíquela a 36 m/Ω mm2).
La longitud del cable dependerá de su instalación fotovoltaica cuando posicione los componentes.
Por último, el porcentaje de caída de tensión considerado para un buen diseño es del orden del 2 al 3%.
Como recordará, en función de la caída de tensión y la máxima intensidad de corriente se escoge la sección que cubra estos dos requerimientos. Si convertimos esta sección métrica obtenida en americana, nos daría 7 AWG.
Selección del cable Regulador – Batería
Para este cálculo utilizaremos la misma intensidad de corriente y tensión de trabajo que antes. Pero utilizaremos una longitud de cable más pequeña (lógicamente por que el regulador y la batería suelen estar más cerca el uno de otro que de los paneles) y una caída de tensión más pequeña que no puede ser mayor al 1%. En este caso:
Selección del cable Batería – Inversor
Es muy importante asegurarse de que está utilizando el tamaño de cable adecuado para su inversor/batería. Si no lo hace, su inversor podría no soportar cargas completas y sobrecalentarse, lo cual es un riesgo potencial de incendio.
Para calcular la sección del cable en este caso, en lugar de utilizar la intensidad de corriente que circula de los paneles al regulador, tomaremos la que sale de la batería en repuesta a la energía demandada por el inversor. Para ello, habrá que dividir la potencia del inversor por el voltaje de su batería, esto le dará la corriente máxima para su cable batería – inversor.
Corriente (A) = Potencia Inversor (W) / Voltaje Batería (V)
Si realizáramos el cálculo manualmente, en base a la instalación hipotética de ejemplo, tendríamos que, para una potencia mínima de inversor de 424,8W y un voltaje del sistema de 12V: nos daría que de la batería al inversor circula una corriente de (424,8W/12V = 35,4A). Este valor de corriente es que ahora podemos utilizar en la formula. Pero en caso de utilizar la calculadora:
Si utilizamos la tabla de medidas americanas nuevamente, obtendremos que el valor equivalente a la sección de cable métrico 6 mm2 sería de 9 AWG.
Dimensionamiento de fusibles/disyuntores
Los fusibles y los disyuntores se utilizan principalmente para proteger el cableado del sistema para que no se incendie o se dañe si se produce un cortocircuito. No son necesarios para que el sistema funcione correctamente, pero se recomiendan solo por motivos de seguridad.
Hay tres ubicaciones diferentes donde se deben instalar fusibles o disyuntores:
- Entre el controlador de carga y el panel solar
- Entre el controlador de carga y el banco de baterías
- Entre el banco de baterías y el inversor
También se puede agregar un interruptor más a la salida del inversor.
Disyuntor de CC / Fusibles:
Según el National Electrical Code (NEC), un estándar estadounidense para la instalación segura de alumbrado y equipos eléctricos, el tamaño del fusible o disyuntor de CC se puede determinar según la siguiente ecuación:
Ampacidad del circuito = Corriente de cortocircuito (Isc) X 1,56
Ejemplo 1: Un panel solar de 315 W de Pmáx con una clasificación Isc de 9,12 A.
Para calcular el tamaño del fusible requerido entre el panel y el controlador de carga, calculamos 9,12 x 1,56 = 14,7 y redondeando al siguiente tamaño comercial nos da 15A.
Ejemplo 2: Para dimensionar el fusible presente entre el banco de baterías y el inversor se utiliza a siguiente fórmula:
Ampacidad circuito = (Vatios continuos/Voltaje batería) x 1,56
Un inversor de 1000 W/12 V consume entonces: 1000/12 = 83,3 A
Ampacidad del circuito = 83,3 x 1,56 = 130 A redondeando al siguiente tamaño comercial nos da 150 A.
Ejemplo 3: Dimensionaremos los disyuntores que colocaremos entre los paneles solares/regulador de carga y regulador de carga/banco de baterías para nuestra instalación solar hipotética conformada por tres paneles solares de 100W Renogy conectados en serie con una Isc de 5,86 A, un inversor de 500W y una tensión de sistema de 12V utilizando la Calculadora Solar Online.
Disyuntor de CA/Fusibles:
El disyuntor de CA se coloca en la salida del inversor y en el tomacorriente para el aparato de CA.
La fórmula de ampacidad de NEC anterior también cambia en el lado de CA del circuito. En lugar de 1,56, el multiplicador es 1,25. Y en lugar de la corriente de cortocircuito, debe usar la corriente de salida máxima o continua que se indica en la hoja de especificaciones del inversor.
Ampacidad circuito = Corriente de salida CA del inversor X 1,25
Ejemplo 4: Supongamos que tenemos un inversor de 1500 W con una salida de intensidad de corriente alterna máxima (CA máx) de 6,5 A.
Ampacidad del circuito = 6,5 x 1,25 = 8,12 A, redondeando al siguiente tamaño comercial estándar, sería 10 A.
Ejemplo 5: Si decidimos colocar un disyuntor adicional a la salida del inversor de nuestra instalación hipotética con un voltaje de funcionamiento de 220V.
Descargar PDF Gratis: Cálculo sección de cables fotovoltaicos para cada tramo de la instalación
| Formato: | |
| Peso: | 1,97 Mb |
| Páginas: | 12 |
| Descargar: | Aquí ???? |
También te podría interesar…
