CALCULO SECCION CABLES PARA FOTOVOLTAICA


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 Una vez diseñada nuestra instalación, debemos de calcular las secciones de los cables conductores de cada tramo. Esta parte puede resultar bastante complicada para el instalador o proyectista, por eso motivo vamos a explicar los pasos detalladamente.

 Para calcular las diferentes secciones de los cables de una instalación solar fotovoltaica debemos de tener en cuenta las 2 condiciones que nos exige el REBT (reglamento electrotécnico de baja tensión).

 2ª) No superar la intensidad máxima admisible según el REBT. El reglamento publica unas tablas donde especifica la intensidad máxima admisible de un conductor en función del tipo de instalación y del tipo de aislante utilizado para que el conductor no se caliente en exceso durante su uso. Esto se suele llamar condición térmica.

 1ª) No superar la máxima caída de tensión permitida entre 2 puntos de una instalación. En el caso de una instalación fotovoltaica según la recomendaciones del IDAE (Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía) serán diferentes para cada tramo de la instalación, siendo:

caidas de tension maximas en fotovoltaica

 La fórmula para el cálculo de la sección, para que cumpla la caída de tensión máxima es:

formula sección cables fotovoltaica
 Fíjate como el valor de la conductividad que debemos poner depende del tipo de aislante que tenga el cable (PVC o XLPE) y la temperatura que se exige según sea de cobre o de aluminio. En nuestro caso que es de PVC y de Cobre el valor que usaremos será de 48.

 El 2 de la fórmula sale de que la distancia total de los conductores, ya que es el doble de la de distancia entre aparatos (ida y vuelta)

 Además de las 2 condiciones anteriores debemos tener en cuenta lo siguiente:

- Según recomendaciones IDAE, las mínimas secciones de cables en cada una de las líneas, deberían ser al menos:

• 2,5 mm2 del generador al regulador.
• 4 mm2 del regulador a las baterías.

- Según IDAE Cuando las tensiones nominales en continua sean superiores a 48 V, la estructura del generador y los marcos metálicos de los módulos estarán conectados a una toma de tierra, que será la misma que la del resto de la instalación.

 Como previamente hemos diseñado nuestra instalación tenemos que conocer las tensiones, las intensidades y las longitudes en cada tramo de la instalación.

 Veamos un ejemplo concreto.

Ejemplo de Calculo de Secciones

 Partimos de una instalación de la que ya hemos hecho el dimensionado de todos los componentes de la instalación menos la sección de los conductores. La puedes ver aqui : Calculo Instalacion Fotovoltaica. Resumiendo tenemos:

- Instalación a 48V en corriente continua y 230V en corriente alterna.

- Caída de tensión del 1% de 48V = 48 x1/100 = 0,48V. Caída de tensión del 3% para 48V = 48 x 3/100 = 1,44V. Caída de tensión del 3% para 230V = 6,9V.

- Utilizamos los siguientes paneles:

caracteristicas paneles fotovoltaicos

- Para nuestro utilizamos paneles de 330Wmp (potencia a máxima potencia) y con una intensidad de cortocircuito Isc de 8,85A. Además colocaríamos 5 ramas en paralelo con 2 paneles fotovoltaicos en serie de 24V cada uno en cada rama (string) para conseguir los 48V de la instalación. En total tenemos 10 paneles. Con esta instalación el generador sería de 48V y con una Isc total de 29 x 5 = 44,25A. Potencia Nominal o a máxima potencia de 330 x 10 = 3.330w. Intensidad a máxima potencia total 8,85 x 5 = 44,25A . OJO no siempre coinciden la Isc y la Imp del panel. Para las calculos de secciónes siempre usaremos la Isc.

- Las distancias en las diferentes partes en las que dividiremos la instalación son:

esquema instalacion solar fotovoltaica


- La instalación de los receptores, en el calculo de la previsión de potencia, tenemos una potencia prevista de 3.504w pero sobredimensonada para el inversor multiplicando por 1,25 nos sale de 4.380w y una Energía o Consumo previsto de 6.960wh/día (para el calculo de secciones este último dato no nos será necesario). Pondremos un inversor de 5.000w.

- Vamos a utilizar en toda la instalación cable tipo PV ZZ-F, de cobre, unipolares, con aislamiento de PVC, fabricado especialmente para instalaciones fotovoltaicas y que cumple con todas las normativas exigidas. Aqui puedes ver todas las características de este tipo de cable. Cable PV ZZ-F. el color de los cables en la parte de corriente contínua será rojo para el positivo y negro para el negativo.

 Ahora es hora de empezar con los cálculos. Dividiremos la instalación en partes.

Parte desde los paneles hasta la caja de conexiones de continua

 Este tramo de cableado comprende la conexión desde la salida de los módulos fotovoltaico conectados en serie (string), considerando el más alejado, hasta la entrada a la caja de conexiones.

 Si te fijas en el esquema , la instalación consta de varios string (conexiones en serie de paneles). Cada String es de 2 paneles para obtener una tensión de 48V, ya que cada panel trabaja a 24V (en serie se suman las tensiones). Además la intensidad de cada rama o string, es la misma que la de un solo panel, ya que en serie las intensidades son las mismas. La máxima intensidad que podría circular es la intensidad de cortocircuito Isc de un solo panel. Los paneles elegidos tienen una Isc de 8.85A. luego Intensidad Paneles-Caja conexiones = 8,85A.

 Caída de tensión máxima del 3% de 48V = 1,44V. Se podría hacer con la intensidad a máxima potencia, pero es mejor con el caso más desfavorable, es decir siempre con la Isc.

 Por los cables de esta parte circulará una intensidad máxima de 8,85A desde la salida de un string hasta la caja de conexiones y están instalados al aire (no enterrados) por lo que colocamos los cables sobre pared de madera o prefabricada con aislamiento de PVC. Según el REBT en su ITC 019 estaríamos hablando de una instalación “Tipo C”, y al ser dos terminales (2X PVC), estaríamos en el caso de “columna 7”.

 Bajando por esta columna encontramos que la siguiente intensidad a soportar superior a los 8,85A sería la primera que encontramos de 16A cuya sección para cumplir la condición térmica o de máxima intensidad es de 1,5mm2. Quiere decir que con esta sección aguantaría la intensidad que circulará por el (8,85) sin que se caliente, ya que esta sección aguantaría sin calentarse hasta 16A.

 Nota: elegimos de 2,5mm2 que es la que recomienda mínimo del generador al regulador el IDAE.

 Pasamos a la segunda condición, caída de tensión máxima permitida que es del 3%.  Aplicando la fórmula:

 S = (2 x 2m x 8,85A)  /  (1,44 x 48) = 35,4/69,2 = 0,5mm2 ==> quiere decir que para esta sección la caída máxima que tendrá será de 1,44V desde el string más alejado, para el resto será menor.

 Como esta sección es menor de la anterior, cogeremos la de 2,5mm.

 Con una sección de cable entre los paneles y la caja de conexiones de 2,5mm2 cumplimos las 2 condiciones.

 Pasemos al siguiente tramo

Parte de la caja conexiones al regulador

 En la caja de conexiones se debe colocar un magnetotérmico a la salida de los paneles que corte todos los paneles solares (todos los string unidos en paralelo).

 Este magnetotermico es útil para varias cosas. Primero, si le llega más intensidad al regulador de la calculada por algún motivo como cortocircuito, podemos quemar el regulador. También es útil en caso de tener que quitar la batería para poder desconectar las placas para antes y no quemar el regulador al no tener donde descargar la energía procedente de los paneles. Además este Magneto facilita y da seguridad a las operaciones de mantenimientos y reparación de averías. A partir de un voltaje de trabajo de 48 V, donde ya se generan intensidades peligrosas para el ser humano, la instalación de un interruptor magnetotérmico de CC debería ser, entre otras medidas de protección, considerada obligatoria.

 Si conocemos la Intensidad de corte de este magnetotérmico, esa será la máxima que circulará por los cables que van hasta el regulador y la que tendremos en cuenta para el calculo de su sección y del regulador. Recuerda que para una intensidad mayor saltará. Pero veamos como calcular la intensidad para elegir este magnetotérmico. En lugar de magnetotérmico podemos utilizar fusibles, son más baratos, pero no se rearman tan fácilmente, aunque si la instalación está bien dimensionada no suelen dar problemas.

 Una vez llegan a la caja de conexiones cada una de las ramas de los paneles independientemente, aquí es donde se unen en paralelo mediante bornas de conexión. A Partir de aquí la intensidad total será la suma de todas las intensidades de cada una de las ramas. En nuestro caso tenemos 5 ramas, por lo que la Isc total será, Isct = 8,88 x 5 = 44,4A. Intensidad entre la caja de conexiones-regulador = 44,4A.

 Ahora elegimos el magnetotérmico normalizado mayor a esta intensidad de corte. En nuestro caso un de 50A. Recuerda que también puedes poner fusibles y elegir un regulador de 50A de intensidad de carga, o colocar varios en paralelo, dividiendo las ramas entre el número de reguladores.

 Conclusión:
Nunca pasará más de 50A por los cables, ya que saltaría el magnetotérmico. ¿Podría darnos los paneles 50A en algún momento en lugar de 44,4A? La respuesta es que si, si las condiciones son muy buenas para los paneles, como explicaremos a continuación.

 ¿Por qué usamos la Isc en lugar de la Intensidad a máxima potencia (Imp)?
En muchos libros he podido comprobar que utilizan la intensidad a máxima potencia para los cálculos y creo que es un error. La explicación es sencilla. La intensidad máxima potencia de un panel es para unas condiciones llamadas estándar, a 25ºC y 1.000w/m2 de irradiancia. Los paneles en algún momento podrían estar sometidos a condiciones incluso mejores que las estándar, en cuyo caso proporcionarían más intensidad de la intensidad a máxima potencia (ver curvas V-I de un panel fotovoltaico en Paneles Fotovoltaicos). Si lo hubiéramos calculado para la Imp estaríamos perdiendo energía generada. Es verdad que la Isc también es para condiciones estándar, pero al ser más o menos un 10% de la Imp, el dimensionado es mucho eficiente antes de que salte el magnetotérmico. Recuerda además que el regulador es de 50A en nuestro ejemplo.

 Nota: los reguladores suelen llevar su propia protección (suele ser un fusible), aún así es recomendable poner el magnetotérmico por las razones anteriores. Lo lógico es que si por ejemplo el regulador es de 50A la protección y los conductores sean para esa misma intensidad.

 Hecho estas aclaraciones, sigamos con nuestros cálculos.

 OJO este tramo los cables van enterrados, con lo que la Instrucción del Reglamento que debemos utilizar es la ITC-07 para líneas subterráneas de baja tensión.

 Para cumplir el criterio de la intensidad máxima vamos a la ITC-007 y en la tabla tenemos que para PVC de cobre unipolares la intensidad siguiente a 50A es de 63A y cuya sección sale de 6mm2.

 Veamos ahora la sección para cumplir el criterio de la caída de tensión. Caída de tensión máxima el 3% hasta el regulador, con lo sigue siendo el 3% de 48V = 1,44V. Intensidad máxima 50A.

 Aplicando la fórmula tenemos:

 S = (2 x 3m x 50A)  / (1,44 x 48) = 300 /69,2 = 4,33mm2 ==> esta claro que con la sección de 6mm2 cumplimos las 2 condiciones.

 Sección del Cable desde la Caja de Conexiones al Regulador de 6mm2

Parte de la Salida del Regulador a la Batería

 En esta parte se calcula para la misma intensidad que la anterior, ya que es la máxima que puede salir del regulador hasta las baterías. La diferencia será que no suelen ser cables enterrados, por lo que se utilizará la tabla de la ITC 019 para la sección por la intensidad máxima admisible.

 Según tabla ITC 019 si ponemos los cables con conductores aislados en tubos en montaje superficial o empotrados en obra "Tipos B1" y 2X PVC tenemos que la siguiente intensidad mayor a 50A es justo de 50A, igual que la nuestra  Para esa intensidad la sección para que cumpla la condición térmica de máxima intensidad es de 10mm2.

 Veamos ahora la sección para cumplir máxima caída de tensión, que este caso será del 1% de 48V, es decir 1,44V como máximo. Aplicando la fórmula:

 S = (2 x 0,5m x 50A) / (1,44 x 48) = 50/69,2 = 0,72mm2 ==> esta claro que si ponemos una sección de 10mm2 cumplirá con las 2 condiciones.

 Sección Cables desde el Regulador a la Batería de 10mm2

Parte Batería al Inversor

 OJO en esta parte hemos sobredimensionado la potencia prevista para tener en cuenta los picos de arranque de los motores de la instalación. Recuerda que en nuestra instalación la potencia prevista era de 3.504w, pero el inversor es de 5.000w.

 En esta parte la intensidad se calcula dividiendo la potencia del inversor entre la tensión. Como en nuestra instalación la potencia prevista es de 4.380w hemos elegido un inversor que soporta 5.000w.

 Imáxima = 5.000/48V = 104,16A.

  Entre la batería y el inversor es recomendable (yo diría obligatorio) poner un magnetotérmico de protección, de igual o parecida intensidad a la calculada anteriormente. También puede ser un fusible. Para este ejemplo hemos decidido poner fusibles de protección a la salida de la batería de 105A. Recuerda que esta será la intensidad que usaremos en los cálculos. Cuidado el elemento de protección usado no sea de una intensidad mucho mayor a la máxima del inversor ya que se podría quemar y no cumplir para lo que se puso. Normalmente los inversores tienen un porcentaje que aguantan de intensidad mayor a la máxima para la que están diseñados.

 Si el cable esta instalado como del regulador a la batería, en la tabla de la ITC 019 tenemos que para 105A la siguiente es de 125A y una sección de 50mm2

 Según la caída máxima de tensión del 1% (0,48V) aplicando la fórmula tenemos:

 S = (2 x 1m x 105A) / (0,48 x 48) = 210/23,04 = 9,11mm2 ==> esta claro que si ponemos una sección de 50mm2 cumplirá con las 2 condiciones.

 Sección Cable desde la Batería al Inversor de 50mm2

 Estas 2 partes, regulador-batería y batería-inversor suelen ser las de mayor sección de los cables por lo que se recomienda que sea el cable lo más corto posible.

Parte Inversor Instalación de Alterna

 A la salida del inversor hasta el cuadro de protección de la vivienda o entrada a la instalación en alterna tenemos una intensidad de 5.000/230 = 21,7A.

 Si el cable va colocado como en los anteriores casos B1 en 2xPVC, tenemos que la tabla de la ITC 019 la intensidad buscada más cercana a 21,7A es de 27A y sale una sección de 4mm2.

 OJO aquí los cables ya no serán rojo y negro, serán azul y negro que son los colores para la fase y el neutro de la instalación en alterna.

 Veamos la caída de tensión máxima admisible. Aquí es del 3%, pero de 230V, es decir 6,9V. Apliquemos la fórmula:

 S = (2 x 2m x 21,7A) / (6,9 x 48) = 86,8/331,2 = 0,26mm2 ==> esta claro que si ponemos una sección de 4mm2 cumplirá con las 2 condiciones. Además recuerda que no se recomienda poner conductores menores de 4mm2.

 Sección Cables (fase y Neutro) a la Salida del Inversor hasta la Instalación en alterna de 4mm2

Nota Final

 Si te has dado cuenta, la que realmente nos determina la sección en este tipo de instalaciones es la intensidad máxima admisible para no sufrir calentamiento excesivo los conductores, ya que al ser las distancias muy cortas, el criterio de la máxima caída de tensión siempre suelen darnos secciones muy pequeñas.

 Ahora hay muchos inversores que llevan incluido el regulador con la instalación de unión de estos 2 componentes unidas en su interior. En estos casos no habrá que calcular la sección de la batería al regulador, solo la de la batería al inversor.

 Escrito y Publicado por: Ernesto Rodriguez; Profesor del CIFP Tecnológico Industrial de León (España). email: areatecnologia arroba areatecnologia.com



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