En la búsqueda continua de fuentes de energía sostenible, la energía solar se ha destacado como una opción viable y eficiente. Sin embargo, surge una pregunta clave para aquellos que desean aprovechar la energía solar en sus hogares o negocios: ¿Cuántos paneles solares se pueden conectar a un inversor? La respuesta a esta interrogante no es universal y depende de varios factores, desde la capacidad del inversor , de los paneles, e incluso de la temperatura ambiente.
En este artículo, exploraremos los elementos clave que determinan la capacidad de conexión de paneles solares a un inversor y proporcionaremos orientación para aquellos que buscan optimizar su sistema solar.
Comencemos primero conociendo al inversor solar.
¿Qué es un inversor solar?
Cuando las personas piensan en sistemas de energía solar, normalmente imaginan grandes paneles montados en el techo. Y aunque los paneles solares son una parte crucial de cualquier sistema solar, no son el único componente necesario. De hecho, para que un usuario realmente pueda utilizar la energía solar creada por los paneles, la energía debe pasar por un inversor solar.
En pocas palabras, un inversor solar convierte la electricidad de corriente continua (CC) en electricidad de corriente alterna (CA). Esto es importante ya que los paneles solares generan electricidad de CC, pero en los hogares se requiere electricidad de CA para funcionar. Sin el inversor, esencialmente estarás creando una gran cantidad de energía solar que puedes almacenar, en el caso de disponer de una batería solar, pero que en realidad no puedes usar.
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¿Qué es el tamaño de cadena o string de paneles?
Una cadena o string es un grupo de paneles fotovoltaicos que están conectados a una única entrada del inversor. Necesitarás calcular el tamaño de la cadena o string para lograr una eficiencia óptima.
Intentaremos explicar el concepto de tamaño de cadena o string, y desglosar los cálculos de tamaño que habría que realizar para garantizar que las cadenas de paneles tengan el tamaño adecuado para que funcionen con la máxima eficiencia
String de paneles solares
¿Por qué es importante el tamaño de los strings?
Los inversores operan dentro de un rango de voltaje de entrada específico, llamado rango operativo. Los strings de paneles deben generar un voltaje que se encuentre dentro de ese rango.
Si los paneles no suministran suficiente voltaje, el inversor no tendrá suficiente energía para encenderse. Si se suministra demasiado voltaje, puede dañar su inversor y anular la garantía.
El rango operativo es simplemente el rango en el que el inversor funcionará correctamente. En este rango, el inversor se encenderá y entregará energía a sus electrodomésticos. Sin embargo, estar dentro del rango operativo solo significa que el inversor está funcionando; no garantiza que esté obteniendo la mayor potencia posible.
Para optimizar realmente la salida del inversor, es necesario estar dentro de un rango de voltaje más estrecho llamado rango del punto de máxima potencia (MPP). Este es el punto óptimo en el que su inversor funciona con la máxima eficiencia indicada en su hoja de especificaciones.
El objetivo es dimensionar los strings de manera que suministren un voltaje que se encuentre dentro de este rango de punto de máxima potencia.
Veamos cómo calcular el tamaño del string para lograr este objetivo.
Cómo calcular cuantos paneles se pueden conectar al inversor
Existen muchas aplicaciones o calculadoras de paneles fotovoltaicos que pueden ofrecer un resultado del número de paneles aproximado que se necesitan para conseguir una potencia eléctrica en una zona determinada, pero no tantas que determinen el número máximo y mínimo de paneles que admite un inversor para un funcionamiento óptimo.
Para calcular el tamaño de los Strings o número de paneles a conectar al inversor, tenemos que tener en cuenta tanto el voltaje específico de los paneles y del inversor además de factores externos como la temperatura.
Panel fotovoltaico:
Cada panel tiene un voltaje de salida. Este es el voltaje que el panel envía al inversor. Lo encontramos en las características técnicas de los paneles.
- Voltaje de circuito abierto (Voc): el voltaje suministrado cuando el circuito está abierto, es decir, cuando no pasa corriente a través del circuito. Este estado ocurre cuando el inversor no está encendido.
- Voltaje de potencia máximo (Vmp): el voltaje del panel después de encenderlo y funcionar normalmente bajo carga (la corriente fluye a través del circuito).
Inversor:
El inversor también debe trabajar dentro de unos rangos de voltaje.
- Voltaje nominal MPP: Este es el punto óptimo para el funcionamiento ideal que mencionamos anteriormente
- Voltaje máximo de entrada de CC.: Voltaje máximo de funcionamiento
El voltaje máximo de entrada de CC es un dato a tener muy en cuenta, ya que si se excede, se sobrecargará el inversor y potencialmente se quemará el equipo. Superar el voltaje de funcionamiento máximo anulará la garantía de su inversor.
También hay un voltaje de CC mínimo y un requisito de voltaje de arranque que debe cumplirse para encender el inversor. Normalmente esto no será un problema, ya que los strings funcionarán muy por encima del mínimo, en el rango MPP donde funciona con mayor eficiencia.
Ejemplo de Cálculo del número de paneles solares que se pueden conectar aun inversor
Veamos un Ejemplo de cálculo.
Los paneles, en este caso de 360W tienen un Vmp de 39,28 y un Voc de 48,08, como se indica en la hoja de especificaciones:
Hoja de características técnicas de un panel fotovoltaico
El inversor, en este caso un modelo SMA Sunny Boy 7700W tiene un rango de tensión nominal MPP de 270-480 voltios. El rango operativo es de 100 a 600 voltios, tal y como se indica en su hoja de características técnicas
Hoja de características técnicas de un inversor
Paso 1: Calculamos el Tamaño mínimo del String
Primero queremos calcular el número mínimo de paneles que debemos poner en el string.
Para eso, se toma el rango inferior MPP (en este caso 270V) y se divide entre el Vmp del panel (39.28).
270V ÷ 39,28V = 6,87
El resultado es 6,87, que debe redondearse al siguiente número entero (ya que no se puede poner una fracción de un panel en un string). Por lo tanto, el tamaño mínimo de cadena es de 7 paneles antes de la compensación de temperatura.
Paso 2: Calcula el tamaño máximo de String que no exceda el voltaje de operación
Para el tamaño máximo de cadena, queremos calcular el voltaje de entrada de CC máximo para asegurarnos de no sobrecargar el inversor.
Para este cálculo, se toma la entrada CC máxima (600 V) y se divide entre el Voc del panel (48.08).
600V ÷ 48,08V = 12,48
Esta vez necesitamos redondear el resultado hacia abajo, ya que intentamos mantenernos por debajo de un umbral máximo. Entonces llegamos a 12 paneles.
Nuevamente, este número no es definitivo porque aún no hemos corregido la temperatura.
Paso 3: Comprueba que el tamaño máximo de cadena esté dentro del rango MPP
En el paso 2 calculamos el tamaño máximo de cadena para mantener el inversor operativo. Queremos comprobar que esto también se encuentre dentro de nuestro rango de máxima eficiencia.
Para eso, se toma el tamaño máximo de cadena calculado en el paso 2 (12 paneles) y se multiplica por el Vmp del panel (39,28).
12 ∗ 39,28 = 471,36V
Estamos comprobando que esto se encuentre dentro del extremo superior del rango MPP (en este ejemplo, 480 V). Dado que 471 V está por debajo de nuestro objetivo de 480 V, todo está correcto.
Si el calculo superase el rango MPP en este paso, se reduce el tamaño máximo del string en 1 unidad y se vuelve a calcular hasta que quedase dentro del rango MPP.
Entonces, según estos cálculos, tenemos un tamaño de string de 7 a 12 paneles. Pero todavía no se ha tenido en cuenta la temperatura, lo que puede tener un impacto significativo en el cálculo final del string (las temperaturas más frías provocan un aumento de voltaje y las temperaturas más altas reducirán el voltaje).
Paso 4: Teniendo en cuenta la temperatura de la ubicación
Ahora tenemos que comprobar si las temperaturas extremas pueden hacer que se quede fuera del rango operativo del inversor. Para hacer esto, consultamos la temperatura mínima registrada en la ubicación de los paneles.
Supongamos para nuestro ejemplo que es en Madrid.
Madrid registró un record histórico de -10,8 grados centígrados con la llegada del temporal «Filomena» en el año 2021. Tomaremos este dato para ponernos en el peor de los casos.
Ahora debemos volver a la hoja de especificaciones del panel solar y buscar el coeficiente de temperatura de Voc , que mide el cambio de voltaje por grado Celsius alejado de la temperatura normal de funcionamiento de la celda (NOCT).
Hoja de características técnicas de un panel fotovoltaico. NOCT
Estos coeficientes muestran cómo cambia el voltaje proveniente de los paneles a medida que las temperaturas se alejan de las condiciones de prueba estándar.
NOCT mide el voltaje del panel a una temperatura determinada, cuando se prueba en un ambiente con clima controlado.
Para estos paneles del ejemplo, el NOCT es 44° C.
Tomamos la diferencia entre el NOCT y el día más frío registrado (-10,8° C), obteniendo un valor de 54,8° C.
El coeficiente de temperatura de estos paneles es de 0,280%/°C. Esto significa que por cada grado Celsius alejado del NOCT, el panel producirá un 0,28% más de voltaje.
Primero necesitamos multiplicar el Voc del panel (48,08) por el coeficiente de temperatura de Voc (0,28%). Dado que el coeficiente de temperatura es un porcentaje, mueva el decimal 2 lugares hacia la izquierda para tener en cuenta esto en la ecuación:
48,08 ∗ 0,0028 = 0,134624
Esto da el cambio de voltaje por grado Celsius, por lo que debemos multiplicarlo por la diferencia de temperatura que encontramos arriba (54,8°C):
0,134624 ∗ 54,8 = 7,37V
En un día récord en Madrid, cada panel producirá alrededor de 7,37 voltios por encima de su Voc nominal de 48,08. Necesitamos sumar esos valores para obtener el voltaje real del panel en un día frío récord:
48,08V + 7,37V = 55,45V
A partir de aquí, se multiplica el voltaje real del panel por el número máximo de paneles en la cadena (12) que calculamos en el paso 2:
55,45 ∗ 12 = 665,4V
El voltaje total del conjunto puede alcanzar un máximo de 665,4 V en un día frío récord. Esto está por encima del voltaje operativo máximo de 600 V, lo que significa que las temperaturas frías pueden llevarnos a un episodio que causará daños a su inversor.
Obviamente, eso no es ideal, por lo que debemos hacer ajustes al tamaño máximo del string para reducirlo a un nivel aceptable.
Comenzamos a restar paneles del string de 12 hasta que se encuentre dentro del rango operativo.
Eliminamos un panel del String.
Toma el voltaje del conjunto (665,4 V) y resta el voltaje real del panel (55,45 V):
665,4V – 55,45V = 609,95V -> String formado por 11 paneles
No es lo suficientemente, todavía está por encima del límite de 600 V. Necesitamos restar un panel más.
Eliminamos otro panel del String
609,95 V – 55,45 V = 554,5 V -> String formado por 10 paneles
Ahora sí estamos por debajo del umbral de entrada máximo de 600 V después de tener en cuenta las temperaturas extremas a las que el string podría estar expuesto. Como eliminamos 2 paneles de nuestro punto de partida, llegamos a un tamaño de cadena o string máximo final de 10 paneles.
En estas condiciones, el tamaño del string debe tener un límite de 10 paneles . Cualquier valor mayor tiene el potencial de dañar permanentemente su matriz en temperaturas extremas.
¿Y qué sucede con las temperaturas excesivamente altas por encima del NOCT?
NOCT tiende a medirse a 44 – 46°C. La mayoría de los lugares no superan este límite, aunque puede ocurrir en algunas áreas, especialmente cerca del ecuador.
De todos modos, las temperaturas cálidas no son tan preocupantes porque disminuyen el voltaje. Nuevamente, nuestra principal preocupación es mantenernos por debajo del voltaje de entrada máximo para no dañar el inversor. La caída de voltaje debido a las temperaturas cálidas simplemente nos coloca aún más bajo la “zona de peligro”.
Sin embargo, el calor extremo afectará el tamaño mínimo del string y es posible que haya que comprobar que este tamaño todavía se encuentre dentro del rango MPP para una eficiencia óptima. Para hacer eso, sigue los mismos cálculos anteriores, pero necesitas usar valores diferentes:
- Utiliza el panel Vmp en lugar de Voc.
- Utiliza el panel Coeficiente de temperatura de Pmax en lugar del Coeficiente de temperatura de Voc.
- Cuando se trata de calcular el voltaje real del panel, resta la compensación de voltaje del Vmp del panel (en lugar de sumarla al Voc del panel).
Por ejemplo, el récord en Madrid, es de 42,2 °C en el aeropuerto, lo que supone 1,8 °C por debajo del NOCT. El Vmp es 39,28 V y el coeficiente de temperatura Pmax es -0,377.
Así es como se calcularía el tamaño mínimo del string para este escenario:
Vmp ∗ coeficiente de temperatura de Pmax = cambio de voltaje por ° Celsius
39,28 ∗ 0,00377 = 0,148
Diferencia de voltaje total para 1,8° C por encima de NOCT
0,148 ∗ 1,8 = 0.2664V
Suma de Vmp para llegar al voltaje real del panel en un día récord
39,28 + 0,2664 = 39,54V
Multiplica por el tamaño mínimo de cadena para obtener el voltaje de entrada total
39,54 ∗ 7 = 276,07V
Anteriormente indicamos el extremo inferior del rango MPP como 270 V y puedes ver que 276,07 V está dentro del rango MPP (270 – 480) y muy cerca del extremo inferior.
Lo normal sería tomar un mínimo de 7 paneles en el string. Si el voltaje bajase mucho de 270 podríamos aumentar el tamaño mínimo del string hasta 8 paneles.
En resumen, para un funcionamiento óptimo en Madrid, de un inversor con las características anteriores, se deben conectar un string de entre 7 como mínimo y 10 como máximo paneles fotovoltaicos de las características anteriormente indicadas
Como hemos visto, hay varios factores que influyen a la hora de conectar un número máximo y mínimo de paneles a un inversor, entre los que destacan:
La ubicación, el Voc, Vmp y NOCT de los paneles, el rango MPP del inversor, etc.
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Aprendiendo Sobre Autoconsumo Solar Fotovoltaico y escribiendo en esta web sobre ello.
Desarrollando y probando algunas herramientas para facilitar los cálculos de sistemas solares fotovoltaicos.
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