Calculadora de cadenas de paneles solares

Calcula tensión, corriente y potencia de cadenas solares. Comprueba tensión en vacío en frío y de operación en caliente con los límites del inversor y paneles por cadena.

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Advertencia de cálculo preliminar: Esta herramienta realiza un cálculo preliminar. Corrige linealmente la tensión de la cadena con el coeficiente térmico de la ficha técnica y la compara con los límites de tensión y corriente del inversor. Superar la tensión máxima de entrada destruye el inversor, genera riesgo de incendio y descarga eléctrica y anula la garantía. No determina la temperatura mínima de diseño ni el factor de seguridad de corriente, ni selecciona cables, fusibles, seccionador de CC, puesta a tierra o protección contra sobretensiones. Estos aspectos siguen IEC 62548, IEC 60364-7-712 o la norma nacional aplicable. El lado de CC tiene alta tensión y no puede desenergizarse mientras haya sol. El diseño final debe realizarlo un ingeniero eléctrico cualificado.

Fórmulas

Tensión según temperatura: V(T) = V_{STC} · (1 + β · (T − 25))
Tensión de circuito abierto de la cadena (frío): V_{oc,max} = S · V_{oc}(T_{min}) ≤ V_{DC,max}
Tensión de operación de la cadena (calor): V_{mp,min} = S · V_{mp}(T_{max}) ≥ V_{MPPT,min}
Tensión de operación de la cadena (frío): V_{mp,max} = S · V_{mp}(T_{min}) ≤ V_{MPPT,max}
Corriente de cortocircuito de diseño: I_{sc,d} = P · I_{sc} · k_{I} ≤ I_{sc,max}
Límites de paneles en serie: V_{MPPT,min} / V_{mp}(T_{max}) ≤ S ≤ V_{DC,max} / V_{oc}(T_{min})

Hipótesis

Método: las tensiones se corrigen linealmente desde 25 °C con el coeficiente térmico de la ficha. La tensión máxima aparece en vacío a la temperatura mínima y la mínima de operación a la temperatura máxima de celda. La corrección en vacío es la de IEC 60364-7-712:2017, anexo B.1: U_OC,MAX = U_OC,STC · (1 + β · (T_min − 25)), con T_min igual a la temperatura ambiente mínima del lugar.
A la temperatura mínima se supone la celda a temperatura ambiente, con tensión en vacío a irradiancia STC antes del calentamiento. Es una hipótesis conservadora.
No se consideran la caída de tensión con baja irradiancia, la tolerancia del panel ni la degradación con los años.
Todos los paneles son del mismo tipo y tienen igual orientación e inclinación. Las cadenas en paralelo en una misma entrada deben tener el mismo número de paneles en serie.
El factor de seguridad de corriente es un dato del usuario. El valor predeterminado de 1,25 es el mínimo de IEC 60364-7-712:2017, anexo B.2 (I_SC,MAX = K_I · I_SC,STC). En paneles bifaciales debe considerarse aparte la corriente adicional de la cara posterior.
Fuera del rango MPPT, el inversor no se daña, pero cae la producción. En cambio, la tensión máxima de entrada es un límite absoluto.
No se calculan la potencia máxima de entrada, relación CC a CA, tensión de arranque, fusibles de cadena, corriente inversa admisible, sección del cable ni caída de tensión.

¿Por qué conectar paneles en serie y paralelo?

En serie se suman las tensiones y la corriente sigue siendo la de un panel. Este grupo se llama cadena o string. En paralelo se suman las corrientes y la tensión no cambia. Para que el inversor funcione, la tensión de cadena debe mantenerse dentro de un rango y nunca superar la máxima de entrada.

Por qué importa la temperatura

La tensión aumenta al bajar la temperatura. La ficha corresponde a una temperatura de celda de 25 °C. En una mañana fría, la tensión en vacío supera claramente la indicada y, al mediodía en verano, la de operación es menor.

V(T) = V_STC × (1 + β × (T − 25))

β es el coeficiente térmico de la ficha y lleva signo negativo.

Tres comprobaciones de tensión

En vacío y en frío: S × V_oc(T_min) no debe superar la tensión máxima de entrada del inversor.
En operación y en caliente: S × V_mp(T_max) debe superar el mínimo MPPT.
En operación y en frío: S × V_mp(T_min) no debe superar el máximo MPPT.

Ejemplo

V_oc = 49,5 V, coeficiente de −0,27 % por °C y temperatura mínima de −10 °C. La tensión del panel pasa a 49,5 × (1 + 0,0027 × 35) = 54,18 V. Un inversor con entrada de 1000 V admite como máximo 1000 / 54,18 = 18 paneles en serie. Diecinueve dan 1029 V y superan el límite. Por eso usar la tensión de ficha (1000 / 49,5 = 20 paneles) induce a error.

Comprobación de corriente

Se suman las corrientes de cortocircuito de las cadenas paralelas y se multiplican por un factor de seguridad. El resultado no debe superar la corriente de cortocircuito admitida por entrada del inversor.

Límites

Es un cálculo preliminar. La temperatura de diseño, el factor de seguridad, fusibles, cables y protecciones proceden de la norma aplicable. Una falla en CC puede causar incendios y descargas mortales. El diseño final debe realizarlo un ingeniero cualificado.

Preguntas frecuentes

¿Cómo se calcula el máximo de paneles por cadena?

La ecuación de cadena corregida por temperatura permite como máximo 18 paneles en serie para un panel de ejemplo de 49,5 V con coeficiente de -0,27 %/°C a -10 °C y un límite de entrada de 1000 V. Este resultado preliminar solo cubre el límite en vacío. Requiere comprobar aparte tensión de operación y corriente y excluye el diseño de cables y protecciones.

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