Para poder definir la cantidad de módulos fotovoltaicos que se pueden conectar en serie, debemos tener las siguientes consideraciones.

1. Tensión del String.

Un String fotovoltaico, es un conjunto de módulos o paneles fotovoltaicos conectados eléctricamente en serie y en esta forma de conexión, la tensión (Voltaje) total del circuito incrementa proporcional a la cantidad de módulos fotovoltaicos, tal como en el siguiente ejemplo:

2. Máxima Tensión Admisible del PCE

El PCE es el Equipo de Conversión de Energía, conocido por sus siglas en inglés (Power Convertion Equipment), como por ejemplo un Inversor On Grid o un Controlador de Carga Off Grid.

La entrada fotovoltaica del PCE posee una máxima tensión admisible, y que para asegurar que el equipo no sufra deterioro, los módulos fotovoltaicos no deben superar la máxima tensión admisible del PCE. Por lo tanto, se considerará el VOC (Voltaje de Circuito Abierto) del módulo fotovoltaico para determinar el máximo voltaje del String o Arreglo Fotovoltaico. 

En las siguientes especificaciones técnicas, podemos ver 2 tensiones para cada módulo, el Vmp y el Voc. El Vmp es la tensión del módulo cuando está en operación y el Voc es la tensión de circuito abierto, cuando el módulo fotovoltaico está conectado a la entrada del PCE, pero sin operar o el PCE está iniciando su operación. Cabe considerar que el Voc siempre es mayor al Vmp.

3. Máxima Tensión del Arreglo Fotovoltaico.

Los fabricantes de módulos fotovoltaicos, en sus fichas técnicas, indican la máxima tensión a la que módulo puede estar sometido. Por ejemplo, es común identificar módulos listados para 1000 V o 1500 V, es decir que podrán estar instalados en un String o arreglo fotovoltaico que no superen los 1000 V o 1500 V, dependiendo de las especificaciones.

En la siguiente imagen, podemos ver que el fabricante indica que el módulo fotovoltaico, según los ensayos bajo normativas IEC, no pude estar sometido a una tensión mayor a 1500 Volt en Corriente Continua.

4. Corrección de la Tensión a la más Baja Temperatura Ambiente.

La tensión de las celdas del módulo fotovoltaico incrementan a medida que la temperatura ambiente disminuye bajo lo 25 °C. En esta situación, es necesario proyectar matemáticamente cuál será el valor de tensión a partir de la más baja temperatura del año y con ello asegurarnos de no sobrepasar la máxima tensión que admite la entrada fotovoltaica del PCE.

En la siguiente imagen obtenida de la ficha técnica de un módulo fotovoltaico, podemos identificar el factor de corrección del VOC, que para este caso es de -0,304 % /°C. Esto quiere decir que por cada grado Celsius que disminuya por debajo los 25 °C, la tensión del Voc aumentara 0,304 %.

Ya identificado el coeficiente o factor de corrección del voc por cada °C, podemos utilizar la siguiente expresión matemática para definir el factor total de corrección a determinada temperatura ambiente.

Por ejemplo, calcularemos el coeficiente total del Voc a una temperatura ambiente de 0 °C, entonces reemplazamos y obtenemos:

Ahora, basta con multiplicar el Voc total o del String por el coeficiente total obtenido. Por ejemplo, calcularemos el Voc corregido de un string de 10 módulos fotovoltaicos conectados en serie, donde cada módulo posee un Voc de 49,2 V.

Primero, calculamos el Voc total String, multiplicando el Voc de cada módulo por la cantidad de módulos conectados en serie.

Por último, corregimos el Voc total del String por el Coeficiente del Voc total obtenido.

Conclusión

 

Hemos calculado que la tensión Voc del String Fotovoltaico compuesto por 10 módulos aumento de 492 V a 529 V, solo por el hecho de que la temperatura ambiente este a 0 °C.

Uno de los errores que frecuentemente visualizo, es que no se consideran los coeficientes de temperatura para diseñar el arreglo fotovoltaico.

Por ejemplo, al conectar el arreglo fotovoltaico de 10 módulos a un inversor a red con un límite de tensión de 500 V de entrada fotovoltaica, el inversor podría sufrir daños en los periodos más fríos del año o posiblemente no opere hasta que la tensión disminuya por debajo de los 500 V.

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26 Comments

      1. Muy interesante y como siempre muy didáctico , siempre aprendo mucho , muchas gracias , un abrazo

  1. Muchas gracias Luis por compartir estos temas tan importantes. Si bien uno podría pensar que es un cálculo muy detallado, sin embargo en la realidad es efectivo. Las variaciones de la temperatura son una realidad. Tenemos temperaturas altas en verano y muy bajas en invierno y estos cálculos nos ayudan sin duda a prevenir los efectos de la temperatura sobre el voltaje del sistema. Así cuidamos nuestra instalación su eficiencia y su vida útil. Gran tema. Muchas gracias.

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