Calculadora de strings fotovoltaicos: ¿cuántos paneles por string?

Cómo funciona esta calculadora de strings solares

Un string fotovoltaico es un grupo de módulos conectados en serie, de modo que sus tensiones se suman. El inversor (o el regulador de carga) del otro extremo tiene tres límites de tensión: una tensión máxima de entrada en CC absoluta, una ventana de MPPT dentro de la cual puede seguir el punto de máxima potencia y una tensión de arranque. También limita la corriente de entrada. La tensión del módulo cambia con la temperatura, así que el string tiene que respetar esos límites en los dos extremos del clima:

• El amanecer más frío: la tensión en circuito abierto (Voc) más alta. Fija el número máximo de módulos, sin margen para saltárselo.
• La tarde más calurosa: la tensión de máxima potencia (Vmp) más baja, que fija el número mínimo de módulos para la ventana de MPPT.
• El mediodía frío y soleado: la Vmp de funcionamiento más alta. Debería quedar por debajo del límite superior del MPPT para un seguimiento completo.

En cada caso, la calculadora corrige las tensiones de la ficha técnica y las compara con los límites del inversor. También comprueba las corrientes de cortocircuito y de funcionamiento por entrada MPPT y muestra todas las longitudes de string posibles con su estado.

Las fórmulas

β es el coeficiente de temperatura de la Voc y γ el coeficiente de temperatura de la potencia (una buena aproximación al coeficiente de la Vmp), ambos en %/°C y negativos. ΔT_cell es cuánto más calientes que el aire trabajan las células a pleno sol: unos 25 °C en estructuras abiertas, 30–35 °C en tejados inclinados y 40 °C o más cuando van pegadas a la cubierta.

Ejemplo práctico: módulos TOPCon de 430 W en un inversor trifásico de 10 kW

Los valores por defecto usan un módulo tipo N de 430 W (Voc 38,6 V, Vmp 32,3 V, β = −0,25 %/°C, γ = −0,30 %/°C) y un inversor típico de 10 kW: 1.100 V de máximo, ventana de MPPT de 160–1.000 V, arranque a 180 V y 16 A por MPPT (22 A de cortocircuito). La mínima histórica del emplazamiento es de −20 °C y los días más calurosos llegan a 40 °C.

A −20 °C la Voc del módulo sube un 11,3 %, hasta 42,9 V, así que en un string caben como mucho 1.100 ÷ 42,9 = 25 módulos. En un día de 40 °C las células alcanzan los 70 °C y la Vmp baja a 27,9 V, de modo que el string necesita al menos 160 ÷ 27,9 → 6 módulos. El string elegido, de 12 módulos, tiene una Voc en frío de 515 V y trabaja entre 335 y 440 V, con holgura dentro de todos los límites. Dos strings así, uno por MPPT, suman 24 módulos o 10,32 kWp, una relación CC/CA de 1,03. La corriente del string (13,6 A en caliente, 17,6 A con el factor del NEC) cabe en las entradas.

Con el método de la tabla del NEC, el factor de frío sube a 1,18 y el máximo baja a 24 módulos.

Cómo leer los resultados

• Los módulos permitidos por string forman el rango seguro. Mejor quedarse en la parte media-alta: los strings más largos trabajan a más tensión, pierden menos en los cables y siguen haciendo seguimiento en los días de calor.
• Las comprobaciones de diseño separan los fallos graves (sobretensión o sobrecorriente, nunca aceptables) de los avisos de rendimiento (por debajo del MPPT en días calurosos, por encima en días fríos, arranque tardío).
• El gráfico de tensión frente a temperatura muestra a qué distancia de cada límite queda el string en todo el rango de temperaturas.

Valores habituales

La Voc a −20 °C usa el coeficiente típico de cada tipo (de −0,25 a −0,31 %/°C).

Consejos

• Usa la mínima histórica real, no la mínima media del invierno. Los valores de «mínima anual extrema» de ASHRAE o los registros de los servicios meteorológicos nacionales son la fuente aceptada; en emplazamientos de montaña, añade unos grados de margen.
• Deja un 2–3 % de holgura por debajo de la tensión máxima en CC por la tolerancia de los módulos y las diferencias entre los coeficientes de Vmp y Voc.
• Comprueba el rango de MPPT a plena potencia, no solo el de funcionamiento, si la ficha técnica da los dos; por debajo de él, el inversor reduce potencia.
• Haz idénticos los strings de un mismo MPPT en longitud, inclinación y orientación; conecta los faldones este y oeste a entradas MPPT distintas.
• Después, dimensiona los cables y el inversor. Las pérdidas en CC a 300–600 V son pequeñas, pero compruébalas con la calculadora de sección de cable, y dimensiona el inversor con la calculadora de dimensionado del inversor.

Limitaciones

La calculadora usa coeficientes de temperatura lineales, que son precisos para el silicio cristalino en los rangos normales. La Vmp se corrige con el coeficiente de potencia porque los fabricantes rara vez publican el de la Vmp; la Vmp real se desplaza algo más. El modelo deja fuera los cambios de tensión que dependen de la irradiancia, la degradación de los módulos (que baja la Vmp unos pocos puntos porcentuales en 25 años), los optimizadores y los microinversores. Confirma siempre el diseño final con la herramienta de diseño de strings del fabricante del inversor y con la normativa eléctrica de tu país.

Método e hipótesis

Inserta esta calculadora

Gratis para blogs, instaladores, centros educativos y ONG. Copia el código de abajo; se actualiza solo.