Instalación fotovoltaica con ramas desiguales
Una nave agrícola instala 36 módulos fotovoltaicos de 450 Wp, 41,6 V de Voc y 34,8 V de Vmp, en dos ramas paralelas de 18 módulos. El inversor es de 15 kW, con tensión máxima de entrada de 1000 V y ventana MPPT de 200 a 850 V. La temperatura mínima de célula prevista es −8 °C y la máxima 65 °C; el coeficiente de Voc es −0,28 %/°C. La corriente de impulso por rama es 12,9 A. Cada rama recorre 55 m de cable de cobre de 6 mm² hasta el inversor, con resistividad 0,0175 Ω·mm²/m. La salida trifásica de 400 V recorre 30 m hasta el cuadro general con cable de 6 mm². Se exige caída de tensión máxima del 1,5 % en continua y del 3 % en alterna. Por la chimenea de la cubierta, una rama solo admite 17 módulos, aunque el estudio inicial preveía 18 en ambas. El instalador propone dejarlas desiguales y conectarlas en paralelo.
1. Verifica si las 18 módulos por rama cumplen la ventana de tensión del inversor en frío y en caliente. ¿Qué ocurre al pasar una rama a 17 módulos?
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En frío
El coeficiente es −0,28 %/°C, pero al bajar la temperatura la Voc aumenta. Factor a −8 °C: 1 + 0,0028×(25 − (−8)) = 1 + 0,0028×33 = 1,0924.
Voc de rama = 18 × 41,6 × 1,0924 = 818 V < 1000 V.
Vmp en frío = 18 × 34,8 × 1,0924 = 684 V < 850 V.
En caliente
Factor a 65 °C: 1 − 0,0028×(65 − 25) = 0,888.
Vmp de rama = 18 × 34,8 × 0,888 = 556 V > 200 V.
Por tanto, 18 módulos son admisibles, con margen de 182 V frente al máximo de 1000 V.
Con 17 módulos: Voc en frío = 17 × 41,6 × 1,0924 = 773 V; Vmp en caliente = 17 × 34,8 × 0,888 = 525 V. También está dentro de la ventana, pero la tensión de trabajo baja y se pierde producción respecto a 18. El límite superior no se alcanza con 18; el problema no es la tensión, sino la mezcla de ramas.
2. Calcula la caída de tensión en continua y en alterna y decide si los cables de 6 mm² son admisibles. Indica también qué protección principal pondrías.
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Lado DC
Caída de tensión en dos conductores: ΔV = 2·I·L·ρ/A = 2×12,9×55×0,0175/6 = 4,14 V.
Sobre Vmp de 18 módulos, 18×34,8 = 626,4 V: 4,14/626,4 = 0,66 %, menor que 1,5 %. En frío el porcentaje es aún menor porque la tensión sube.
Lado AC
Corriente de salida a 15 kW y 400 V: I = 15.000/(√3×400) = 21,7 A.
ΔV = √3·I·L·ρ/A = 1,732×21,7×30×0,0175/6 = 3,29 V.
Porcentaje: 3,29/400 = 0,82 %, menor que 3 %.
Los cables de 6 mm² cumplen caída de tensión, pero hay que verificar ampacidad con el método de instalación, agrupamiento y temperatura. Para DC, corriente de diseño 1,25×12,9 = 16,1 A; para AC, 21,7 A. Pondría protecciones gPV/fusibles de rama según la corriente máxima admisible del módulo, seccionador DC, protector contra sobretensiones y un interruptor automático de 25 A en AC, coordinado con la curva y la capacidad del inversor.
3. El instalador propone dos ramas desiguales en paralelo. Explica el riesgo y propón una alternativa.
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Dos ramas en paralelo deben tener la misma tensión de circuito abierto y un número de módulos igual. Si una tiene 17 y otra 18, la rama de 18 tiende a imponer una tensión más alta y la de 17 puede quedar fuera de su punto de máxima potencia; el MPPT encuentra un compromiso y ambas producen menos. Además, si una rama se abre o sombrea, puede circular corriente inversa por la otra si no hay fusibles o diodos adecuados.
Alternativas:
- Dejar ambas ramas con 17 módulos y usar el módulo restante en otra instalación o verificar si el inversor admite una entrada independiente.
- Si el inversor tiene dos MPPT independientes, conectar 18 y 17 por separado; así cada seguidor trabaja en su punto, aunque la instalación queda desequilibrada.
- Añadir el módulo que falta hasta completar 18 en la segunda rama, si la chimenea lo permite.
No aceptaría conectar 17 y 18 directamente en paralelo al mismo MPPT sin justificar corriente inversa, fusibles y pérdidas.