Calcular cables conductores para paneles fotovoltaicos – 1
Fundamentos para dimensionar cables conductores de electricidad y uno de los métodos de cálculo manual, método simple de confianza.
Si 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. Necesitamos saber qué cables conductores se necesitan.
Indudablemente estamos pensando en un Circuito Eléctrico Cerrado desde los paneles fotovoltaicos, controladores, registradores, baterías, inversores, equipos, artefactos, máquinas, en fin a los cuales los une como una “vena eléctrica” los llamados CABLES CONDUCTORES de energía eléctrica o los llamados simplemente CABLES ELÉCTRICOS.
1.- El por qué se debe calcular la calidad de un cable eléctrico
Razones
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Principalmente que el cable o conductor eléctrico cumpla su trabajo eficiente y seguro de transportar la corriente eléctrica.
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Que el conductor transporte la corriente eléctrica sin ninguna dificultad, con la temperatura correcta sin daños en la cubierta ni caída de tensión sobre dimensionada.
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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.
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Evitar las caídas de tensión sobredimensionadas que dañan los equipos y afectan las cargas y al mismo cable su deterioro y tiempo de vida útil.
2.-Conceptos antes de proceder con los cálculos
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 estándar de cobre, cubierto con una funda, para uso en interiores.
Ubicación de los cables dentro de nuestro sistema de paneles solares fotovoltaico
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 48V debe transformarse a Corriente Alterna niveles de 110V ó 220V.
Siempre hay una FUENTE DE PODER y un RECEPTOR. Entre ellos… un CABLE CONDUCTOR
Tramos y Caídas de Tensión ( CT )
Todo sistema de transmisión tiene 2 campos: La FUENTE de energía y el RECEPTOR de los mismo.
Por principio, entre estos dos puntos suceden pérdidas de TENSIÓN (caídas de tensión), las mismas que son bastante conocidas y recomendadas considerar en toda instalación de cables dentro de sistemas eléctricos domésticos.
- Tramos
Panel –> Regulador - CT: 3%
Regulador–> Batería - CT: 1%
Batería–> Inversor - CT: 1%
Regulador–>Inversor - CT: 1%
Panel solar–>Inversor - CT: 3%
- Líneas principales
Línea principal – CT: 3%
Linea principal –> Iluminacion - CT: 3%
Linea principal–> Equipos – CT: 5%
Paneles solares –> Cargas CC - CT: 5%
Intensidad de Corriente ( I ) a través del Cable Conductor
- Valor ( I ) del Campo Fotovoltaico
Es la corriente de energía que se transporta desde la FUENTE paneles fotovoltaicos por el Regulador, Baterías e 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 sólo en conocimiento del concepto del Valor de Intensidad de Corriente (I) de un Campo Fotovoltaico.
En el caso del ejemplo de nuestra cabaña 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 a lo definido:
Valor I del Sistema caso ejemplo de la Cabaña (73.04 A):
I = 1.10 x (8×8.3)
I = 73.04 A
- Valor I de cada Tramo o Equipo
El mismo Valor de Intensidad de Corriente pero por tramos o desde el Equipos 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 12V, la Intensidad de corriente para este tramo será de 60/12 = 5 Amp.
La Tensión del Equipo está relacionado con las Baterías de 12V, 24V ó 48V para corriente continua como Voltaje del Equipo.
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 12V, entonces se puede saber que entre el Panel y el Regulador la “Diferencia de Tensión de Trabajo (V1-2)” resulta 3%x12 = 0.36, dato a considerarse en los cálculos como veremos.
Conductividad ( k ) del Cable
Éste 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 sólo estamos tratando de instalaciones Fotovolaicas con alambres de Cobre de Instalación Básica y Doméstica para pequeños Equipos de Transformación
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.
Fórmula para Calcular la Sección ( Área ) del Cable Conductor
- Continuamos en “Calcular cables conductores para paneles fotovoltaicos – 2“: Casos prácticos, aplicación de fórmulas, uso de softwares, recomendaciones.
