Calcular cables para fotovoltaicos – 2

Problemas resueltos y ejercicios prácticos en circuitos fotovoltaicos

Instalación de paneles solares fotovoltaicos que trabajan con corriente continua, tensiones bajas sea 12 V, 24 V o 48 V

Un error en el cálculo de Intensidad de Corriente para una instalación fotovoltaica, arriesga la pérdida de calor por los cables lo que trae otras secuelas.

Este es continuación del documento “Calcular cables para paneles fotovoltaicos – 1

Generalidades

1.- Normalmente los cálculos de las secciones de los cables conductores de corriente varían dependiendo del tipo de corriente:

1.a) Corriente Continua. La corriente que circula en un solo sentido y tiene bien definido su polo positivo y su polo negativo, caso de las pilas, dínamos y acumuladores.

Para este caso el cableado suele tener doble aislamiento debido a que transportan potencias considerables como 230 V.

1.b) Corriente Alterna Monofásica. Corriente que va de un polo a otro en un sentido y al cambio de polaridad en el sentido opuesto.

Se caracteriza por alternar la polaridad en la fuente de alimentación en forma periódica, provocando que la corriente invierta su sentido de circulación también periódicamente

Aquí el cableado es el habitual que puede encontrarse en cualquier tipo de instalación eléctrica.

1.c) Corriente Alterna Trifásica. con tres devanados aislados, en los que se genera corriente y que se encuentran bajo un ángulo de 120° uno con respecto a otro. Aquí es más fácil de transmitir y distribuir o sea elevar o reducir la tensión. Es la corriente más versátil, por lo mismo su cableado es.

Es aquella formada por tres fases, tres corrientes alternas diferentes que dividen la instalación en varias partes a las que llega una potencia constante. Sus potencias pueden adaptarse a 400 V.

2.- En nuestro caso al trabajar con tensiones bajas podemos totalmente confiar en el uso de una fórmula simple como nos ocuparemos más adelante

3.- Para cumplir nuestro objetivo, es menester memorizar las variables indicadas entendiendo el porqué de los cálculos, básicamente los siguientes puntos, que ya se han visto:

  • Ley de Ohm “La corriente que circula por un conductor eléctrico es directamente proporcional a la tensión e inversamente proporcional a la resistencia siempre en cuando su temperatura se mantenga constante” (Ampliación): I=V/R.
  • Por qué debe calcularse el calibre de los cables.

    Instaladaro3

    Calcular cables para paneles fotovoltaicos

  • ‘Tramos y Caídas de tensión entre dos puntos”.
  • Porcentaje de Caída de Tensión (CT), lo que vimos en la parte 1.
  • Concepto de lo que es una Caída de Voltaje.
  • Intensidad de Corriente y Conductividad (k) de los cables.
  • Lectura de Tablas de áreas de los cables (calibres) versus lectura internacional # AWG.

4. Determinando los cables con ejemplos prácticos, a continuación: 

4.a Tabla para conocer el Calibre de Cables Conductores

Ésta 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.

CABLESCODIGO

AWG del Cables Conductores de Corriente

5

4.b Fórmula para Calcular la Sección (Área) del Cable Conductor

FórmAmarilla

ResoluciónProblemas

 

Ejercicio 1:

Hemos calculado que la Intensidad de Corriente a usarse en un proyecto es de 17.6 Amperios.

La distancia desde los paneles hasta la carga después del conversor es de 21 metros.

¿Qué cables (calibre) debemos disponer para que nuestro sistema trabaje correctamente sin ningún peligro ni se pierda energía?. El sistema funcionará con Baterías de 24V.

> Solución:

Datos: Longitud del cable { L } = 21 m; Intensidad de Corriente { I } = 17.6 A; Voltaje en la instalación (Bateria) : 24V; Caída de Tensión según tablas (3%); Compraremos cable de Cobre, entonces el dato de conductividad { k } = 56 m/Ohm.mm²:

Cálculo:  Caída de Voltaje (V1-2):  3% x 24 = 0.72

Aplicando la Fórmula y acudiendo a la Tabla AWG:

fr

Respuesta 1:

Como su resultado es de sección S = 18.33 mm², entonces las tablas nos recomienda el número de cable más cercano la AWG # 4. (ver tabla).

f

Ejercicio 2:

Si quisiéramos acortar la distancia de acuerdo a nuestra necesidad a un cable de 15 metros de longitud, entonces qué tipo de cable debemos usar.

Reemplazamos valores:

pp2

Respuesta 2:

Para 15 m de longitud el cable baja de grosor ligeramente: S = 13.10 mm²,  esto nos sugiere pedir un cable de AWG # 6.

f

Ejercicio 3:

Si aún quisiéramos usar Cables más manejables, entonces los arreglos para el sistema se podría hacer trabajar con tensión de funcionamiento o Baterías de 48 V.

Respuesta 3:

Cálculo:  Caída de Voltaje (V1-2):  3% x 48 = 1.44

3pp

Para 15 m de longitud y funcionado con Batería de 48 V el cable baja mucho más de sección: S = 6.55 mm² es decir, corresponde ahora a un cable AWG número 9.

s

Ejercicio 4:

Un generador fotovoltaico (paneles solares) produce una corriente de 40 Amperes, se desea saber qué calidad y tipo de cables (calibre) se recomendaría instalar en el sistema sabiendo que la Carga total del Sistema es de 20 Amperes, es decir, la cantidad de corriente que se consume es de 20 A.

Respuesta 4:

Para un hallazgo práctico, sugieren aplicar el concepto de ‘Ampacidad‘ de los cables  que no es sino la capacidad de conducción continua de corriente del cable bajo condiciones específica especialmente de calibre del cable y temperatura a la que está expuesto. Existen tablas desde lo más simple hasta sofisticados.

Por otro lado, el NEC recomienda aplicar un factor de seguridad adicional (25%) si se busca un cable conductor para fotovoltaicos conociendo el amperaje, es decir, sabiendo su intensidad de corriente eléctrica expresada en amperios.

Entonces nos toca aplicar un 25% más a la corriente de los paneles fotovoltaicos, en nuestro caso o el 25% más a la energía de la carga total del Sistema.Tabla2 Amp. JPEG

40 x 1.25  = 50.00 Ampacidad

El cable debe tener una ampacidad que puede manejar 50 amperios. Con base en Tablas recomienda cable de tipo THWN de calibre #8 AWG.

Si deseamos nos inclinamos sólo para el tramo entre baterías y cargas de consumo:

20 x 1.25 = 25.00 Ampacidad

El cable debe tener una ampacidad que puede manejar 25 amperios. Con base en  Tablas sugieren cable de tipo THWN, calibre #12 AWG.

Recordar que para evitar sobre-calentamientos de cables, pérdida de energía o caídas de tensión en un alambre o cables eléctricos considerar los conceptos generales de:

  1. Flujo de corriente en el alambre (Ampacidad).
  2. Calibres AWG de acuerdo a la intensidad de corriente.
  3. Distancia de un componente a otro.

    Comentarios finales:

    Por falta de criterio en el buen uso de cables eléctricos para instalaciones fotovoltaicos, han habido accidentes y desgracias humanas en viviendas y centros comerciales.

    Caso área comercial llamado ‘mesa redonda’ en la ciudad de Lima Perú, donde el calcular los tipos de cables para esa gente a sido toda una ignoracia. Jamás debe repetirse este tipo de desgracias por lo que se invoca leer y aprender sobre el tipo de cables conductores de energía eléctrica a usar.  

    El siguiente video es muy ilustrativo:

    Continuamos hablando de Cables Conductores de Energía Eléctrica en la Parte 3. Nos vemos ahí.



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6 Comentarios

  1. Estimado Diego de Argentina. Perdón que recién te conteste un poco preocupado porque justamente tu respuesta está en este artículo que me indicas (parte 2). Más bien favor de indicarme qué es lo que no se entiende, con gusto te aclararé. Pero por favor intenta usar la fórmula y tener más datos de tu batería. Gracias por tu comprensión.

  2. diego dice:

    hola buen dia Ingeniero, le consulto desde Argentina, tengo que instalar un pequeño panel de 40w + regulador de carga de 20 amp + una bateria y un inversor. queria saber que seccion de cable utilizar desde el panel hasta el regulador y desde el regulador a la bateria de 55 amp. la distancia desde el panel hasta el regulador es de 5 metros de longitud muchas gracias

  3. Alex, gracias por tu comentario. Claro que es el mismo valor porque se refiere a la conductividad eléctrica DEL COBRE. Algunos usan una k=60. Si fuera el material de plata, sí varía porque es otro material (kAg=68 a 70 m/Ohm.mm2). ¡Cuidado con las unidades!. Saludos. Atte. Eliseo

  4. Axel Gutiérrez dice:

    Buen día, excelente material Ingeniero solamente tengo dos dudas, también es factible usar este metodo para instalaciones fotovoltaicas que son interconectadas a la red? lo pregunto porque mencionan mucho el voltaje de la batería para poder determinar la diferencia de potencial y como sabemos, en un SFVI a la red no existen baterías, entonces el voltaje de trabajo será el del inversor? y la otra pregunta, investigando el valor de conductividad del cobre me varían mucho los valores y mas cuando usted especifica que es para sistemas de baja tensión, para un proyecto donde lo que genere sea alrededor de 300 kW, ese valor sigue siendo 56? Espero su respuesta, gracias.

  5. Estimado Andrés. Para recordar que NO SOMOS UN BAÚL DE RESPUESTAS. Me gustaría saber porqué duda?. Porqué no sabe Ud. la respuesta. Lo tiene en nuestro material justamente hecho gratis para casos como el suyo que tiene duda. Entonces cuál es el favor que nos va a hacer para ganar todos…que nos diga porqué es que no sabe y prefiere preguntar. Lo siento pero queremos ganar todos. Le doy una respuesta y no le ayudo con eso. Le ruego a que lea, investigue, navegue y ponga de su parte. Usted me cuenta un avance, entonces podemos conversar mi amito Andrés. Ojalá me haya dejado entender. Gracias. Pero le adelanto que sí es factible su intención. No habría problema pero hay condiciones que explicar, mucho cuidado. Venga su feedback!!!. Somos una universidad.

  6. Andres Giaileola dice:

    Teniendo una intalación fotovoltaica con inversor a 220v, ¿conviene hacer la red de iluminación en 12 v o en 220 v? Para luminarias de 20 w (bajo consumo), cambia la autonomía usando 12 v en lugar de 220?

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