Home/Cálculo sección de cable para paneles solares

#1 – Introducción:

En el artículo de hoy vamos a tratar de explicar, del modo más sencillo posible, cuáles son los pasos a seguir para calcular la sección de cable que necesitamos para una instalación con placas solares.

Para ello debemos siempre tener en cuenta la reglamentación existente (REBT en nuestro caso), que puede variar en cada país. En nuestro caso consideramos la REBT en España.  Por tanto, averiguar la sección de un cable consiste en calcular la sección mínima normalizada que satisface simultáneamente las tres condiciones siguientes:

  • Criterio de la intensidad máxima admisible o de calentamiento.

La temperatura del conductor del cable, trabajando a plena carga y en régimen permanente, no deberá superar en ningún momento la temperatura máxima admisible asignada de los materiales que se utilizan para el aislamiento del cable. Esta temperatura se especifica en las normas particulares de los cables y suele ser de 70ºC para cables con aislamiento termoplásticos y de 90ºC para cables con aislamientos termoestables.

  • Criterio de la caída de tensión.

La circulación de corriente a través de los conductores, ocasiona una pérdida de potencia transportada por el cable, y una caída de tensión o diferencia entre las tensiones en el origen y extremo de la canalización. Esta caída de tensión debe ser inferior a los límites marcados por el Reglamento en cada parte de la instalación, con el objeto de garantizar el funcionamiento de los receptores alimentados por el cable. Este criterio suele ser el determinante cuando las líneas son de larga longitud por ejemplo en derivaciones individuales que alimenten a los últimos pisos en un edificio de cierta altura.

  • Criterio de la intensidad de cortocircuito.


La temperatura que puede alcanzar el conductor del cable, como consecuencia de un cortocircuito o sobreintensidad de corta duración, no debe sobrepasar la temperatura máxima admisible de corta duración (para menos de 5 segundos) asignada a los materiales utilizados para el aislamiento del cable. Esta temperatura se especifica en las normas particulares de los cables y suele ser de 160ºC para cables con aislamiento termoplásticos y de 250ºC para cables con aislamientos termoestables. Este criterio, aunque es determinante en instalaciones de alta y media tensión, no lo es en instalaciones de baja tensión ya que por una parte las protecciones de sobreintensidad limitan la duración del cortocircuito a tiempos muy breves, y además las impedancias de los cables hasta el punto de cortocircuito limitan la intensidad de cortocircuito.

#2 – Caso real de cálculo de la sección de cable de un sistema fotovoltaico:

Vamos a explicar el cálculo a la vez que desarrollamos un ejemplo práctico. Se trata de una instalación con placas solares que estará compuesta por los siguientes equipos:

  • 40 paneles solares de 150W (FU150P 12V).
  • 1 Regulador de carga de 48V y 125A de entrada.
  • 24 Vasos de baterías solares de 2V cada vaso. (Elección según tabla 1, de tensiones de trabajo recomendadas para sistemas fotovoltaicos)

Para la elección de la tensión de trabajo del sistema (tensión batería), podemos basarnos en la siguiente tabla, como una referencia válida:

Potencia demandada por el sistema (W) Tensión de trabajo del sistema fotovoltaico (Volts.)
Menos de 1.500W 12V
Entre 1.500W y 5.000W 24- 48V
Más de 5.000W 120-300V
Tabla 1

Procedemos entonces a calcular la sección del cable necesario para la conexión de cada equipo:

Para toda la instalación vamos a utilizar un cable tipo PV ZZ-F, de cobre, fabricado especialmente para instalaciones fotovoltaicas, pues son cables unipolares con doble aislamiento y con una gran resistencia a la intemperie, que están especialmente concebidos para este tipo de proyectos.

Cable solar habitualmente utilizado en instalaciones fotovoltaicas

Cable solar PV ZZ (Fuente: Top Cable)

Para toda la parte de corriente continua, que es la que vamos a calcular en este tutorial, dispondremos lógicamente de dos cables (uno para el polo positivo, otro para el negativo) y ambos del tipo PV ZZ-F mencionado.

Los cables serán no propagadores del incendio y con emisión de humos y opacidad reducida. 

Tabla de conductividad de los cables eléctricos habituales para placas solares

Tabla 2. Tabla de conductividad de cables eléctricos

La fórmula general para el cálculo de sección de cable para continua es:

S = 2 * L * I * ϒ / (VA - VB ) = 2 * L * I / 56 * (VA - VB )

Siendo :

L => La longitud de la conducción

I => La intensidad

ϒ => Resistividad o resistencia específica cuyo valor a 20º C, para hilo estirado en frío, con una resistencia de más de 30 kg / mm2 y con un diámetro mayor o igual a 1 mm es 1/56 W mm2 m-1 = 0.001786 W mm2 m-1 . (La resistividad es la inversa de la conductividad)

(VA – VB ) => Caída de tensión máxima admisible.

Debemos hacer mención a esta última variable de la caída de tensión máxima admisible y tomar en cuenta cuales son, según el IDAE, las recomendaciones según el subsistema a analizar:

Subsistema Caída tensión Máxima Recomendada
Paneles – Regulador 3% 1%
Regulador – Baterías 1% 0,5%
Baterías – Inversor 1% 1%
Tabla 3

#2.1 – Subsistema desde el campo de captación solar de los paneles, hasta la caja de conexiones de continua:

Digamos que tenemos 10 metros de distancia entre los módulos solares y la caja de conexiones de continua, por tanto, y cumpliendo el Pliego de Condiciones Técnicas del IDAE para Sistemas Aislados (Tabla 3) que nos indica que desde el campo de paneles hasta el regulador puedo tener una caída máxima de hasta 3% calculamos:

Suponemos una caída de tensión de 1 %, es decir, 1 % de la tensión de trabajo 48 V (tensión del sistema de baterías) y la intensidad que circulará como máximo en cada una de las “strings” (cadena de paneles conectados en serie) será la de un panel (Isc), que para nuestro caso es 4,8 A.

Así pues, trasladando esos datos a la fórmula general, tenemos:

S = (2 * 10 * 4,8) / 56 * 0,48 = 3,57 mm².

Tendríamos que elegir entonces la sección inmediatamente superior a la calculada que coincida con alguna de las secciones estándar que se comercializan, por lo que consultamos la tabla 4 de secciones de cables de cobre comerciales:

Tabla de secciones comerciales de cable de cobre aplicables a nuestro caso

Tabla 4. Tabla de secciones comerciales de cable de cobre

Por lo tanto, en nuestro caso, utilizaremos la sección de cable estándar de 4 mm².

A continuación, antes de aplicar el criterio de intensidad máxima admisible para la sección calculada de 4 mm2, mostramos la tabla de intensidades máximas admitidas por la norma UNE 20.460-5-523 a la que hace referencia la Tabla A, de la Guía ITC-BT 19 :

Tabla de intensidades máximas admisibles para cableado según el REBT

Tabla 5. Tabla de intensidades máximas admisibles

Continuación tabla de corrientes máximas admisibles para cables REBT

Tabla 5 bis. Tabla de intensidades máximas admisibles

Podemos comprobar, mirando la Tabla 5, que en nuestro caso, si suponemos, por ejemplo, que el cableado va colocado sobre pared, estaríamos hablando de una instalación “Tipo C”, y al ser dos terminales (PV-ZZ) de cable unipolar con aislamiento PVC, estaríamos en el caso de “columna 8”.

Así pues, si buscamos en la Tabla 5 bis, de corrientes máximas admisibles, para Cobre (Cu) con sección 4 mm2, la “columna 8” nos indica que la corriente máxima admisible es de 31 Amperios. Muy por debajo de los 4,8A. que circularían por nuestro subsistema desde cada rama de paneles hasta la caja de conexiones de continua, por lo que cubrimos con creces ese criterio.

Por último, para comprobar el criterio de corriente de cortocircuito, comprobamos a la temperatura a la que está trabajando el cable:

T = To + (Tmáx. – To) * (I / Imáx.)

Donde:

To => Temperatura ambiente del conductor.

Tmáx. => Temperatura máxima admisible para el conductor según su tipo de aislamiento.

I => Intensidad que circula por el conductor.

Imáx. => Intensidad máxima admisible para el conductor según su tipo de aislamiento.

La temperatura ambiente suponemos 20º C, y la corriente que circula, al estar los paneles solares conectados en serie, es la máxima de un panel (Isc), en nuestro caso 4,8 A.

T = 20 + (90 – 20) * ( 4,8 / 57) = 20 + (70 * 0,084) = 25,89º C.

Como la temperatura es muy similar a la que nosotros tomamos (20ºC), no afecta a la conductividad del cobre con lo cual el valor obtenido es correcto.

#2.2 – Subsistema desde la caja de conexiones de continua hasta el regulador de carga:

Suponemos que tenemos una distancia de 5 metros entre la caja de conexiones de continua hasta el regulador de carga, por tanto:

Suponemos una caída de tensión de 2 % (Tabla 3), es decir, 2 % de la tensión de trabajo 48 V, para nuestro caso obtenemos 0,96 V y la intensidad que circulará como máximo será la de los 10 grupos de paneles (cada grupo o “string” tiene 4 paneles en serie) por la corriente de un panel (Isc), por lo que, para nuestro caso, sería:

4,8 A x 10 = 48 A.

Por tanto, para calcular la sección:

S = 2 *L *I / 56 * (VA - VB )

S = (2 * 5 * 48) / 56 * 0,96 = 8,93 mm²

Consultamos la Tabla 4, y utilizaremos, por tanto, una sección standard inmediatamente superior, es decir, 10 mm².

Comprobamos a la temperatura que está trabajando el cable:

T = To + (Tmáx. – To) * (I / Imáx.)

La temperatura ambiente suponemos 20º C, y la corriente que circula en nuestro caso 48 A.

T = 20 + (90 – 20) * ( 48 / 96) = 20 + (70 * 0,5) = 55º C.

Como la temperatura es muy distinta a la tomada por nosotros, 20ºC, esto si influye en la conductividad del cobre, con lo cual vamos a realizar el cálculo de la sección de nuevo pero para una conductividad del cobre de, por ejemplo, 51.

S = (2 * 5 * 48) / 51 * 0,96 = 9,8 mm².

Nuevamente, consultando la tabla 4, volvemos a elegir la sección de 10 mm2. Podría haber salido una sección mayor, pero en este caso casualmente nos vale con los 10 mm2.

#2.3 – Subsistema desde el regulador de carga hasta la batería:

Suponemos que tenemos 2 metros de distancia, con lo cual:

Cumpliendo el Pliego de Condiciones Técnicas del IDAE para Sistemas Aislados, indicado en la Tabla 3,  desde el regulador de carga hasta la batería puedo tener una caída máxima de hasta 1%.

Suponemos una caída de tensión de 1 %, es decir, 1 % de la tensión de trabajo 48 V, para nuestro caso obtenemos 0,48 V y la intensidad que circulará como máximo será la corriente máxima del campo de paneles (la de los 10 grupos (“strings” de 4 paneles en serie cada uno), por la corriente de un panel (Isc) para nuestro caso 48 A, ó bien la corriente máxima de consumo (en nuestro caso, consideramos, por ejemplo 435W, entonces: 435W / 48V = 9 A). Tomamos para el cálculo el peor de los dos casos.

S = (2 * 2 * 48) / 56 * 0,48 = 7,14 mm².

Utilizaremos una sección standard, es decir, 10 mm².

Comprobamos a la temperatura que está trabajando el cable:

T = To + (Tmáx. – To) * (I / Imáx.)

La temperatura ambiente suponemos 20º C, la corriente que circula es nuestro caso 48 A.

T = 20 + (90 – 20) * ( 48 / 96) = 20 + (70 * 0,5) = 55º C.

Como la temperatura es muy distinta a la tomada por nosotros, influye en la conductividad del cobre con lo cual vamos a realizar el cálculo de la sección de nuevo para una conductividad del cobre de 51.

S = (2 * 5 * 48) / 51 * 0,96 = 9,8 mm².

Con lo cual la, aún así, la sección utilizada es válida.

Existen muchos programas ya diseñados, que hacen el cálculo de cables automáticamente, nosotros os dejamos un Excel para que podáis calcularlo sin necesidad de hacer uso de la calculadora.

Puedes descargar el siguiente archivo excel para el cálculo de secciones: Tabla cálculo secciones cable solar

Para finalizar, recalcamos que es muy importante una correcta elección de sección de cable en sistemas con placas solares fotovoltaicas, pues si elegimos una sección inferior a la recomendada para una intensidad de circulación superior a la recomendada podría producirse un calentamiento excesivo del cable que podría dañar su aislamiento e incluso un peligro potencial de incendio.

2017-03-30T06:25:12+00:00