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Calcular cables para fotovoltaicos – 2

por: Eliseo Sebastian
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Calcular sección cables eléctricos

Circuitos Fotovoltaicos

Parte 2 – Actualizado

1. Introducción

Este es continuación del documento «Calcular cables conductores primera parte» y no debemos dejar de orientar nuestra preocupación, por ahora, en cables para paneles solares con corriente continua y tensiones relativamente bajas.

Un mínimo error al calcular o usar una Intensidad de Corriente eléctrica en cables para fotovoltaicos, arriesgaría la pérdida de calor por los mismos cables con consecuencias peligrosas para la vida humana inclusive. Veremos.

2. Generalidades

Normalmente, el calcular las secciones de los cables conductores de corriente varían dependiendo del tipo de corriente:

2.1 Corriente Continua.

Conocemos que esta denominación es 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.

2.2 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. Ojo.

2.3 Corriente Alterna Trifásica.

Es una corriente con tres devanados aislados, en los que se genera la corriente 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 es su cableado.

2.4 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.

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

Calcular cables para paneles fotovoltaicos

Es menester memorizar las variables indicadas entendiendo el porqué de los cálculos, básicamente los siguientes puntos, que merecen ser repasados:

  • 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.
  • Tramos y Caídas de tensión entre dos puntos.
  • Porcentaje de Caída de Tensión (CT), lo que avanzamos algo 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. Ejemplos prácticos

4.1 Retomado datos de calibres (secciones)

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.

AWG de los cables conductores de corriente
4.2 Fórmula para Calcular la Sección (Área) del Cable Conductor
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 24 V.

Solución:

Datos: Longitud del cable (L) = 21 m; Intensidad de Corriente (I) = 17.6 A; Voltaje en la instalación (Batería): 24 V; 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

Reemplazando valores y acudiendo a la Tabla AWG (ejemplo):

Respuesta 1:

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

Ejercicio 2:

Si quisiéramos acortar la distancia de acuerdo con nuestra necesidad a un cable de 15 metros de longitud, entonces qué tipo de cable debemos usar, (nótese el dato de L).

Reemplazamos valores:

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.

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

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.

Ejercicio 4:

Un generador fotovoltaico (paneles solares) produce una corriente de 40 Amperios, 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 Amperios, 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 específicas 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.

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 solo 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 con la intensidad de corriente.
  3. Distancia de un componente a otro.

5. Conclusión

Ha ocurrido accidentes y desgracias humanas en viviendas y centros comerciales por falta de criterio en el buen uso de los cables eléctricos para instalaciones fotovoltaicas.

En la ciudad de Lima Perú, es el caso del área comercial llamado ‘mesa redonda‘ donde «el calcular los tipos de cables eléctricos» para esa gente ha sido toda una ignorancia. Resultado, centenares de fallecidos por quemaduras.        

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

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