En el lado de corriente continua de un sistema fotovoltaico, la caída de tensión de un circuito es la corriente por la resistencia del conductor de ida y del de vuelta: ΔV = 2 · L · I · R. La resistencia se toma a la temperatura de operación del cable, no a 20 °C, y la corriente es la del punto de máxima potencia. La caída se reparte entre los cables de string y el cable principal, reduce la energía entregada y desplaza la tensión que ve el MPPT del inversor. El porcentaje admisible es un criterio de diseño del proyecto, no un valor único que imponga la norma.
Por qué la caída de tensión en CC merece su propio cálculo
En un sistema fotovoltaico la corriente continua recorre cables largos: de cada string a una caja combinadora o al inversor, y en inversores centrales, de la caja combinadora a la estación. Cada metro de cable consume una parte de la energía como calor y baja la tensión que llega al inversor. El cálculo es más simple que en alterna, porque no hay reactancia ni factor de potencia, pero tiene tres trampas: se cuentan los dos conductores, la resistencia cambia mucho con la temperatura y la corriente depende de la irradiancia.
IEC 62548-1 trata los requisitos de diseño del arreglo fotovoltaico, incluido el cableado en corriente continua. En Colombia la instalación debe cumplir también la NTC 2050 y el RETIE. La sección del cable la fijan primero la ampacidad y la protección; la caída de tensión puede obligar a una sección mayor. El lugar de este cálculo en el conjunto del diseño se resume en ingeniería y diseño de parques solares.
La fórmula en corriente continua
Para un circuito de dos conductores, positivo y negativo, de longitud L cada uno:
ΔV = 2 · L · I · R_T
- L: longitud del recorrido de un conductor, en metros. El factor 2 suma la ida y la vuelta.
- I: corriente del circuito. Para el cálculo de pérdidas y de la tensión en el MPPT se usa la corriente en el punto de máxima potencia (Imp) del string o del grupo de strings.
- R_T: resistencia del conductor por metro a la temperatura de operación.
El porcentaje se expresa sobre la tensión del circuito en el punto de máxima potencia: ΔV % = ΔV / Vmp × 100. La potencia perdida es 2 · L · I² · R_T.
Resistencia a temperatura. IEC 60228 fija la resistencia máxima en corriente continua de los conductores a 20 °C, por sección y clase. Los cables solares usan conductores flexibles de clase 5. A la temperatura de operación la resistencia sube según el coeficiente de temperatura del material: en el cobre, cerca de 0,4 % por cada grado. Un cable de string que trabaja al sol detrás del módulo, o enterrado junto a otros circuitos, puede estar muy por encima de 20 °C, y su resistencia, una fracción importante más alta.
Cables de string y cable principal
| Tramo | Corriente | Característica |
|---|---|---|
| Cable de string | La del string (Imp) | Corriente baja, recorridos cortos o medianos, a menudo a la intemperie bajo los módulos |
| Cable principal de CC | Suma de los strings conectados en paralelo | Corriente alta, recorrido largo hasta el inversor central; suele ser el tramo que más pierde |
En arquitecturas con inversores string cada string llega directo al inversor y no hay cable principal de CC: la distancia se traslada al lado de alterna en baja tensión. En inversores centrales, como el SMA Sunny Central, la caja combinadora reúne los strings y un cable de mayor sección lleva la suma hasta la estación. La norma y la selección del cable solar y sus conectores MC4 se tratan aparte. La caída total que ve el inversor es la del string más la del cable principal.
Un detalle de diseño: los strings de un mismo MPPT deberían tener caídas parecidas. Si un string tiene un recorrido mucho más largo, llega con menos tensión que sus vecinos y el MPPT trabaja en un punto intermedio que no es el óptimo de ninguno. Es una forma de desajuste (mismatch) que la simulación de pérdidas debe incluir.
Efecto en el inversor y en la energía
- Pérdida de energía. Es la que se integra a lo largo del año en la simulación. Crece con el cuadrado de la corriente, así que pesa más en las horas de alta irradiancia.
- Ventana de MPPT. En días calientes la tensión del string baja por temperatura de celda. Si a eso se suma una caída grande, la tensión en bornes del inversor puede salir de la ventana de MPPT o de la de potencia plena, y el inversor limita. Si el inversor limita o se desconecta sin causa clara, vea el caso del inversor que se desconecta de la red.
- Tensión máxima. La caída no ayuda con la tensión máxima: en circuito abierto no hay corriente y no hay caída. El límite de tensión del sistema se verifica con la tensión de circuito abierto a la temperatura mínima, sin descontar la caída. Ese cálculo se explica en dimensionamiento de strings, y puede comprobarlo con nuestra herramienta gratuita de dimensionamiento de strings.
Qué criterio de caída usar
La norma no fija, en lo que hemos podido verificar, un porcentaje único de caída de tensión obligatorio para el lado de corriente continua. Los valores que circulan en especificaciones y manuales son criterios de diseño. Por eso el criterio se fija en la especificación del proyecto:
- Primero se cumplen la ampacidad, con las correcciones por temperatura y agrupamiento, y la protección contra sobrecorriente que exige la norma.
- Luego se calcula la caída en el punto de máxima potencia a la condición de diseño.
- Si la caída supera el criterio del proyecto, se aumenta la sección o se acorta el recorrido moviendo cajas e inversores.
- Finalmente se compara el costo del cobre adicional con el valor de la energía que se deja de perder a lo largo de la vida de la planta.
Si su proyecto tiene un criterio contractual de caída, el diseño lo cumple; si no lo tiene, conviene definirlo antes de la ingeniería de detalle.
Cómo calcularlo con la herramienta
Puede comprobar un circuito con nuestra herramienta gratuita de caída de tensión en cables. En el modo monofásico, con factor de potencia 1 y reactancia nula, el cálculo es el mismo que en corriente continua, porque cuenta la ida y la vuelta. Use como resistencia la del conductor a su temperatura de operación.
Errores frecuentes
- Usar la longitud de un solo conductor y olvidar el retorno.
- Tomar la resistencia a 20 °C para un cable que trabaja al sol.
- Calcular con la corriente de cortocircuito del módulo en lugar de la del punto de máxima potencia para estimar pérdidas. La de cortocircuito, con sus factores, sirve para la ampacidad y la protección.
- Descontar la caída al verificar la tensión máxima del sistema.
- Dejar strings con recorridos muy distintos en el mismo MPPT.
- Exigir un porcentaje como si fuera obligatorio, sin revisar el costo de la sección que implica.
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Referencias
- IEC 62548-1:2023, Photovoltaic (PV) arrays – Part 1: Design requirements.
- IEC 60228, Conductors of insulated cables.
- ICONTEC, NTC 2050, Código Eléctrico Colombiano.
- Ministerio de Minas y Energía, Resolución 40117 de 2024 (RETIE) y sus modificaciones.
Preguntas frecuentes
¿Cómo se calcula la caída de tensión en corriente continua de un string?
Se multiplica la corriente del string en el punto de máxima potencia por la resistencia total del circuito: la del conductor positivo más la del negativo, es decir, dos veces la longitud por la resistencia por metro. La resistencia se corrige a la temperatura de operación del cable. El porcentaje se obtiene dividiendo esa caída por la tensión del string en el punto de máxima potencia.
¿Cuál es la caída de tensión máxima permitida en un sistema solar?
No hay un porcentaje único obligatorio para todos los casos. Los porcentajes que circulan en especificaciones y manuales son criterios de diseño o recomendaciones. El proyecto fija su criterio con un balance entre pérdidas de energía y costo del cobre, y debe cumplir además la ampacidad y la protección que exige la norma.
¿La caída de tensión en CC se calcula con Isc o con Imp?
Para estimar la caída en operación y las pérdidas de energía se usa la corriente en el punto de máxima potencia (Imp), que es la que circula cuando el inversor trabaja. La corriente de cortocircuito (Isc), con los factores que fija la norma, se usa para verificar la ampacidad del cable y dimensionar sus protecciones. Mezclar ambos criterios lleva a cables sobredimensionados o a pérdidas subestimadas.