El número de módulos en serie de un string tiene un máximo y un mínimo. El máximo lo fija la tensión de circuito abierto (Voc) corregida a la temperatura mínima esperada del sitio, que no puede pasar la tensión del inversor, del módulo ni de los cables. El mínimo lo fija la tensión de máxima potencia a la temperatura de celda más alta, que debe quedar dentro de la ventana MPPT. La corriente se verifica aparte, contra la entrada del inversor.
Qué se verifica al dimensionar un string
Un string es el conjunto de módulos conectados en serie. Se dimensiona con tres verificaciones independientes, cada una con un dato distinto de la hoja de datos del módulo y del inversor. Puede comprobar el resultado con nuestra herramienta gratuita de dimensionamiento de strings. Las verificaciones son:
- Máximo de módulos: la tensión en circuito abierto, a la temperatura más baja, no puede exceder lo que admiten el inversor, el módulo y el cableado.
- Mínimo de módulos: la tensión de máxima potencia, a la temperatura más alta de celda, debe seguir dentro de la ventana de seguimiento del MPPT.
- Corriente: la corriente del string debe caber en la entrada del inversor y definir si hace falta protección contra sobrecorriente.
- 01Datos del móduloVoc, Vmp, Isc y sus coeficientes de temperatura de la hoja de datos
- 02Temperaturas de diseñoMínima del sitio para la tensión; máxima de celda para el límite inferior
- 03Máximo de módulosVoc corregido al frío frente a 1000 V o 1500 V y al máximo del inversor
- 04Mínimo de módulosVmp corregido al calor frente al mínimo de la ventana MPPT
- 05Corriente y protecciónIsc contra la entrada del inversor y contra el fusible serie máximo del módulo
El máximo: Voc a la temperatura mínima
La IEC 62548 toma como tensión máxima del arreglo la tensión de circuito abierto del conjunto, corregida para la temperatura de operación más baja esperada. La NTC 2050, sección 690 (derivada de la NFPA 70), pide lo mismo: sumar el Voc de los módulos en serie, corregido a la temperatura ambiente mínima esperada, con el coeficiente del fabricante cuando lo da. Esa tensión debe ser menor o igual que la de cada componente: el módulo (su tensión máxima del sistema), la entrada del inversor, los fusibles, los seccionadores y los cables.
Los datos de las hojas se corrigen con una relación lineal desde los 25 °C de STC:
Voc(T) = Voc(STC) × [1 + c/100 × (T − 25 °C)]
donde c es el coeficiente de temperatura de Voc en %/°C, negativo. Con un T por debajo de 25 °C, el factor es mayor que uno.
Ejemplo con módulo supuesto
Tome un módulo de ejemplo, con valores supuestos que no corresponden a ningún producto: Voc de 50,0 V a STC y coeficiente de -0,25 %/°C, en un sistema de 1500 V.
| Sitio y criterio | Temperatura mínima | Voc corregido | Módulos máximos por string |
|---|---|---|---|
| Bogotá, mínima media mensual | 6,4 °C | 52,3 V | 28 |
| Bogotá, mínimo registrado | -6,4 °C | 53,9 V | 27 |
| Barranquilla, mínima media mensual | 23,8 °C | 50,2 V | 29 |
| Barranquilla, mínimo registrado | 16,4 °C | 51,1 V | 29 |
Las temperaturas de la tabla son las de las estaciones de los aeropuertos El Dorado y Ernesto Cortissoz: la mínima media mensual más baja de las normales climatológicas 1991-2020 del IDEAM y el valor diario más bajo de la serie histórica de la base NOAA GHCN-Daily. Esa segunda cifra es un registro puntual de una serie con vacíos, no un estadístico, y por eso se muestra como referencia y no como regla.
La diferencia entre las dos ciudades es de uno o dos módulos por string con el mismo equipo. En el altiplano el frío del amanecer, con zonas propensas a bajas temperaturas y heladas desde unos 2400 m según el IDEAM, es lo que baja el máximo; la altura no cambia el Voc por sí misma. Cuál es la temperatura de diseño de su proyecto es una decisión que se documenta en la memoria: debe salir de la estación más cercana al sitio (vea radiación solar en Colombia: atlas IDEAM y datos) y de un criterio explícito, no de una tabla genérica.
El mínimo: la ventana MPPT en caliente
En el otro extremo, la celda trabaja muy por encima de la temperatura ambiente. Para estimarlo se usa la relación de la temperatura nominal de operación (NOCT) que traen las hojas: la temperatura de celda es la ambiente más la diferencia entre NOCT y 20 °C, escalada por la irradiancia sobre 800 W/m². El modelo no es exacto, pero queda del lado seguro para este cálculo.
A esa temperatura, la tensión de máxima potencia es menor. Si la hoja no da el coeficiente de Vmp, se estima a partir del de Pmax con un criterio conservador. La suma de las Vmp de los módulos debe seguir por encima del mínimo de la ventana MPPT del inversor; si no, el inversor pierde el seguimiento y la producción cae en las horas de más sol y más calor.
Corriente y protección del string
El inversor declara una corriente máxima de entrada por MPPT. La corriente de diseño se calcula a partir de Isc de la hoja con un factor de seguridad: la NFPA 70, sección 690.8(A)(1), usa 125 % de Isc, y la IEC 62548 exige que el equipo de conversión admita una corriente del mismo orden. Si el inversor limita la corriente, la potencia en exceso se recorta; es el efecto que se conoce como recorte o clipping.
Cuando varios strings se conectan en paralelo, una falla en uno de ellos puede alimentarse con la corriente de los demás. El criterio de la IEC 62548 compara la corriente inversa posible, que es (N - 1) veces Isc, con el fusible serie máximo de la hoja del módulo. Si la corriente inversa lo supera, cada string necesita protección; vea fusibles gPV y seccionadores DC. El RETIE 2024, artículo 3.17.23, exige que las corrientes inversas no superen lo que soportan los módulos y que, si lo hacen, se limiten con diodos de bloqueo o con protecciones de sobrecorriente.
La caída de tensión en los cables de c.c. se verifica aparte; vea caída de tensión en corriente continua en solar. La arquitectura del inversor que recibe los strings se compara en inversor central o string en plantas solares.
Errores frecuentes
- Calcular el Voc a 25 °C sin corrección por temperatura.
- Olvidar el límite más bajo entre inversor, módulo, fusibles, seccionadores y cable.
- Mezclar módulos u orientaciones en una misma entrada MPPT. El RETIE pide no combinar modelos en un arreglo ni orientaciones distintas en una cadena asociada a un mismo MPPT, salvo con convertidores CC-CC.
- Dejar sin documentar la temperatura de diseño y su fuente.
Qué hacemos en Tiza Group
El dimensionamiento del campo en corriente continua corresponde a su diseñador. Cuando el proyecto sigue hacia la conexión, nuestro equipo de ingeniería primaria diseña, a distancia y con la información de su proyecto, el unifilar de potencia, la puesta a tierra y el apantallamiento de la parte de media y alta tensión. En obra hacemos la puesta en servicio de las plantas solares: centros de transformación, red colectora, subestación y protecciones de conexión.
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Referencias
- IEC 62548-1:2023, Photovoltaic (PV) arrays, Part 1: Design requirements (Anexo F, determinación de tensión y corriente máximas; cláusula 6.5, protección contra sobrecorriente). Los criterios de tensión máxima y de corriente inversa se verificaron en el texto de la edición de 2016.
- NFPA 70-2017, secciones 690.7 y 690.8, adoptadas por la NTC 2050 segunda actualización (RETIE, Resolución 40117 de 2024).
- Ministerio de Minas y Energía de Colombia, Resolución 40117 de 2024 (RETIE), artículo 3.17.23.
- IDEAM, Normales climatológicas estándar 1991-2020; NOAA NCEI, GHCN-Daily.
Preguntas frecuentes
¿Por qué se calcula el Voc a la temperatura mínima y no a 25 °C?
Porque la tensión de un módulo sube cuando la celda se enfría, y el peor caso para el aislamiento y para el inversor es el amanecer frío con el campo en circuito abierto. Tanto la IEC 62548 como la sección 690 de la NTC 2050 piden considerar la temperatura mínima esperada con el coeficiente del fabricante.
¿La altitud de Bogotá obliga a poner menos módulos por string que en la costa?
Sí, y no por la altura en sí sino por el frío. Con la misma hoja de datos, el aire más frío de la sabana hace que el Voc corregido sea mayor que en Barranquilla, y el máximo de módulos por string baja. La temperatura de diseño debe salir de la serie climatológica de la estación más cercana.
¿Qué pasa si el string tiene pocos módulos?
Cuando la celda está caliente, la tensión de máxima potencia puede caer por debajo del mínimo de la ventana MPPT del inversor. El inversor deja de seguir el punto de máxima potencia y la producción baja en las horas más calurosas, aunque no haya ninguna falla.