Calcular cables para fotovoltaicos – 1


Fundamentos para dimensionar cables conductores de electricidad

Cálculo manual, simple y altamente confiable

 

1. -Introducción

Si ya contamos con el conjunto de componentes para instalar nuestro sistema de paneles fotovoltaicos tanto con conexión a la red o independiente de ella, ahora nos queda asegurar cómo vamos a transportar la cantidad de carga eléctrica por unidad de tiempo requerido.

Estamos pensando en un Circuito Eléctrico Cerrado desde los paneles fotovoltaicos, controladores, registradores, baterías, inversores, equipos, artefactos y máquinas los cuales se unen como una “vena eléctrica” llamados cables conductores de energía eléctrica o simplemente Cables Eléctricos.

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2. – Por qué calcular calidad de cables

Razones

  • Porque deseamos transportar la energía eléctrica de una manera eficiente y segura.
  • Porque la conducción de dicha corriente eléctrica sea sin ninguna dificultad, con la temperatura correcta sin daños en la cubierta ni caída de tensión sobre dimensionada.
  • Porque debemos asegurar del correcto calibre de un conductor eléctrico, prever las pérdidas de energía, variaciones de voltaje, cortes de suministro, corto circuitos, sobre calentamiento de la línea y especialmente evitar por todo los medios que suceda incendio lamentable, y
  • Porque deseamos evitar caídas de tensión sobredimensionadas que dañan a los equipos y afectan las cargas y perjudica al mismo cable deteriorando su tiempo de vida útil.

Cables correctos

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3. -Conceptos 

3.1 Significado de AWG

Son las siglas de la frase en inglés “American Wire Gauge”  que tranquilamente lo podemos traducir como ‘Calibre de Conductores Norma Americana‘ que es como un idioma internacional para calcular el tamaño de sección o calibre de un cable eléctrico en función de las variables: longitud del cable, intensidad de corriente que pasa por el cable, caída de tensión que sucede por dicho conductor.

Define los rangos de tamaño de cables conductores eléctricos.

Los cables eléctricos tienen etiquetas que dicen [10-2] o [14-3]. El primer número indica el tamaño del cable según el sistema AWG, el segundo número se refiere a la cantidad de alambres en el cable, sin incluir el cable a tierra.

En este artículo damos por sentado que se va a utilizar cable normal de cobre, cubierto con una funda, para uso en interiores.

3.2 Ubicación de los cables  

Como recordamos tanto los paneles fotovoltaicos como las baterías brindan cantidad de potencia en Watts dada por la fórmula P = V x I

Además, el voltaje que inicialmente es de Corriente Continua Baja: 12, 24 ó 48 V debe transformarse a Corriente Alterna niveles de 110 V ó 220 V.

Entre una fuente de poder y un receptor siempre hay un cable conductor.

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4. -Tramos y Caídas de Tensión ( CT )

Todo sistema de transmisión tiene 2 campos: La FUENTE de energía y el RECEPTOR del mismo.

No olvidaremos que entre estos dos puntos (fuente y receptor) suceden las pérdidas de tensión (caídas de tensión). No se debe dejar de considerar en toda instalación de cables dentro de los sistemas eléctricos domésticos.

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4.1 Porcentajes de Pérdida en los Tramos

Cabeado2

Cables fotovoltaicos

Entre Panel y Regulador – CT:  3 %

Entre Regulador y Batería – CT: 1 %

Entre Batería e Inversor – CT: 1 %

Entre Regulador e Inversor – CT: 1 %

Entre Panel e Inversor – CT: 3 %

 

4.2 Caídas de tensión por distancias

Por ejemplo si la distancia desde un panel solar de 50Wp hasta una batería de 12V es de 5 m y se quiere tener un mínimo de caída (1,0%) de tensión en esta longitud de cable, entonces debemos acudir a un cable de 4.0 mm² de sección o equivalente al Número Calibre referencia de clasificación de diámetros, según AWG (calibre de alambre en EE.UU: American Wire Gauge).

Si se usa este mismo cable pero la distancia entre los paneles solares y la batería fuera mayor, por ejemplo 27 metros, entonces debe considerarse una caída de tensión de al rededor 5%.

Distancia desde un Panel Solar de 50W y 2,5A a una de Batería 12V:
Longitud de cable (m) Sección (mm2) Diámetro (mm) Pérdida Electricidad
1,0 0,75 1,0 1,0 %
2,0 1,50  1,5 1,0 %
3,0 2,50  2,0 1,0 %
5,0 4,00 2,5 1,0 %
8,0 6,00  3,0 1,0 %
13,0 10,00  4,0 1,0 %
Longitud de cable (m) Sección (mm2) Diámetro (mm) Pérdida Electricidad
5,0 0,75 1,0 5,0 %
10,0 1,50 1,5 5,0 %
17,0 2,50 2,0 5,0 %
27,0 4,00 2,5 5,0 %
40,0 6,00 3,0 5,0 %
67,0 10,00 4,0 5,0 %

  • 5. -Intensidad de Corriente ( I )

    5.1 Valor ( Icf ) del Campo Fotovoltaico

    Es la corriente de energía que se transporta desde la fuente paneles fotovoltaicos por el regulador, las baterías y el Inversor.

    A esto se le denomina “Corriente del Campo Fotovoltaico (Icf)” que es igual a la sumatoria de la ‘corriente de cortocircuito (Isc)‘ de cada panel multiplicado por el número de ramas del campo fotovoltaico, si hubiera, más el 10 % como margen de seguridad.

    Por ahora, lo dejaremos solo en conocimiento del concepto del Valor de Intensidad de Corriente (I) de un Campo Fotovoltaico.

    En el caso del ejemplo de nuestra cabaña, en México, hemos deducido utilizar 8 paneles de ‘Intensidad de corriente de cortocircuito’  Isc = 8.3 A (ver el catálogo de este panel aquí). Tendríamos como resultado de acuerdo con lo definido:

    Valor I del sistema caso ejemplo de la Cabaña (73.04 A):

    I = 1.10 x (8 x 8.3)

    I = 73.04 A

     5.2 Valor ( I ) de cada Tramo o Equipo

    El mismo Valor de Intensidad de Corriente pero por tramos o desde el Equipo Fuente hasta el Equipo Receptor en ese tramo.

    En este caso puntual, se rige el cálculo por la fórmula de Potencia: (P)Potencia = (V)Tensión x (I) Amperios

     I  = P/V  –> Tramo o Equipo

    Por ejemplo, si la Potencia del Equipo es de 60 W operando con una batería con Tensión de Funcionamiento de 12 V, la Intensidad de corriente para este tramo será de 60/12 = 5 Amp.

    La Tensión del Equipo está relacionada con las Baterías de 12 V, 24 V ó 48 V para corriente continua como Voltaje del Equipo.

    5.3 Diferencia de Tensión de Trabajo ( V1-2)

    Es otro dato importante a considerar porque todo Cable Conductor tiende a perder energía de un extremo de Fuente(1) hasta el otro extremo de Recepción(2) el mismo que está relacionado con los porcentajes nominales de Caída de Tensión conocidos en la práctica.

    Digamos que la Tensión está Funcionando con la instalación de una Batería de 12 V, entonces se puede saber que entre el Panel y el Regulador la “Diferencia de Tensión de Trabajo (V1-2)” resulta 3 % x 12 = 0.36, dato a considerarse en los cálculos como veremos.

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    6. Conductividad ( k ) del Cable 

    Este es otro valor a tener muy en cuenta porque un material puede variar su Resistencia comparado con otro. Tanto en Corriente Continua, Corriente Alterna Monofásica o Corriente Alterna Trifásica, este dato es el mismo porque pertenece a la calidad del material del mismo Cable Conductor.

    Un Cable de Cobre tiene un valor de Conductividad ( k ): 56 m/Ohm.mm²

    Un Cable de  Aluminio tiene un valor de Conductividad ( k ): 35 m/Ohm.mm²

    Nota. –En el presente comentario solo estamos tratando de instalaciones Fotovoltaicas con alambres de Cobre de Instalación Básica y Doméstica para pequeños Equipos de Transformación

    6.1 Tabla para conocer el Calibre de Cables Conductores

    Esta es una de las tantas Tablas que se publican en Manuales y Entidades de Servicio. Lo importante es que con esta ayuda se puede conocer el Calibre AWG del Cable Conductor de Corriente. (Esta es colaboración del Clubdelauidio)

    CABLESCODIGO

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    7. Sección ( Área ) del Cable

    Fórmula básica. ‘L’ es la longitud del cable, avanzamos hasta aquí, dándonos tiempo de repasar lo dicho arriba.

    FórmAmarilla

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     8. Conclusiones 

    Es clave importante conocer la distancia entre un componente y otro; medida de la distancia entre una parte del Sistema solar fotovoltaico que se está instalando, porque de estos conocimientos sabremos utilizar las fórmulas y tablas o catálogos para calcular las medidas de los cables fotovoltaicos y así estar más tranquilos para una buena conducción de energía eléctrica.

    La electricidad que se consume, al hacer estos cálculos, devendrá en una correcta inversión económica y al normal trabajo de cada componente o equipo o artefacto que se utilice.

    Ahora, podemos ayudarnos de variadas tablas ya preparadas como por ejemplo para ver el calibre o sección del cable así como su grado de conductividad de acuerdo con la calidad de material con lo que está hecho exactamente el cable conductor. Considerando todos estos detalles, el éxito de consumo normal de la energía solar será mucho más beneficioso para todos.

    Para dimensionar los ‘placas fotovoltaicas’ (paneles solares fotovoltaicos) es importante el concepto de ‘caída de tensión’ o ‘pérdida de electricidad‘.

    Se tendrá en cuenta una adición aproximada mejor conociendo la longitud o distancia de un componente a otro.

    Recordar que la sección de un cable conductor de electricidad juega en función de su longitud.

    Continuamos en la parte 2

    Casos prácticos, aplicación de fórmulas, uso de softwares, recomendaciones.



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