Dimensionamiento de cables en instalaciones fotovoltaicas criterios técnicos para seleccionar la sección adecuada

El cableado es uno de los elementos fundamentales de una instalación fotovoltaica. Aunque los módulos, inversores y sistemas de almacenamiento suelen concentrar buena parte de la atención durante el diseño, los conductores también influyen en la seguridad, las pérdidas eléctricas y el comportamiento general del sistema.

Seleccionar una sección de cable únicamente a partir de la potencia del inversor o de una distancia aproximada puede conducir a un diseño insuficiente. Para determinar el conductor adecuado es necesario analizar la corriente, la tensión, la longitud del circuito, las condiciones de instalación, la temperatura, la agrupación de cables y los requisitos de protección.

Además, las instalaciones fotovoltaicas incluyen circuitos de corriente continua y corriente alterna que presentan condiciones diferentes. Por ello, el cálculo debe adaptarse a cada tramo y a las características específicas del proyecto.

¿Por qué es importante dimensionar correctamente los conductores?

Los conductores deben transportar la corriente prevista sin superar los límites térmicos, eléctricos y mecánicos aplicables. Una sección insuficiente puede aumentar las pérdidas, provocar una caída de tensión excesiva y comprometer las condiciones de funcionamiento.

Por otro lado, elegir una sección excesiva sin una justificación técnica puede incrementar el coste y dificultar la instalación sin aportar una mejora proporcional al conjunto.

El objetivo es seleccionar un conductor que cumpla los requisitos de seguridad y rendimiento durante las condiciones previsibles de operación.

Para ello, es necesario comprobar al menos tres aspectos:

• Capacidad de conducción de corriente.
• Caída de tensión y pérdidas eléctricas.
• Compatibilidad con las protecciones, los terminales y las condiciones de instalación.

Estos criterios deben evaluarse conjuntamente. Cumplir uno de ellos no garantiza que la sección seleccionada sea adecuada en todos los demás.

Diferencias entre el cableado de corriente continua y corriente alterna

En una instalación fotovoltaica, el cableado puede dividirse en diferentes tramos según la arquitectura del sistema.

Circuitos de corriente continua

Los circuitos DC conectan los módulos o las cadenas fotovoltaicas con los equipos de conversión, según el diseño de la instalación.

Estos conductores deben seleccionarse teniendo en cuenta la tensión máxima prevista, la corriente de diseño, la exposición ambiental y las características específicas de los circuitos fotovoltaicos.

La tensión máxima debe analizarse considerando las condiciones que pueden aumentar la tensión de los módulos, como las temperaturas bajas, de acuerdo con las especificaciones del fabricante y los criterios de diseño aplicables.

También es necesario comprobar la compatibilidad de los conectores, el aislamiento, la resistencia a las condiciones ambientales y los requisitos de protección.

Circuitos de corriente alterna

Los conductores AC conectan la salida de los inversores con los cuadros eléctricos, las cargas o el punto de conexión correspondiente.

En estos circuitos, el cálculo depende de la potencia, la tensión, el número de fases, el factor de potencia, la longitud y las condiciones de instalación.

También deben contemplarse los límites de caída de tensión, la capacidad de conducción, las protecciones y las características de la red.

La sección calculada debe verificarse frente a los requisitos normativos aplicables al proyecto y a las instrucciones de los fabricantes.

Cómo calcular la corriente de diseño

La corriente es uno de los parámetros esenciales para determinar la sección de un conductor.

En un circuito monofásico de corriente alterna, una aproximación para la corriente asociada a una potencia activa es:

[
I=\frac{P}{V\cdot FP}
]

Donde:

• (I) es la corriente.
• (P) es la potencia activa.
• (V) es la tensión del circuito.
• (FP) es el factor de potencia.

En un sistema trifásico equilibrado, puede utilizarse:

[
I=\frac{P}{\sqrt{3}\cdot V\cdot FP}
]

En estas expresiones, (V) representa la tensión entre fases para el sistema trifásico.

Se trata de fórmulas orientativas para condiciones determinadas. En el dimensionamiento real deben considerarse la eficiencia del equipo cuando corresponda, las características de la carga, el régimen de funcionamiento y los criterios normativos de cálculo.

En los circuitos fotovoltaicos de corriente continua, la corriente de diseño debe determinarse a partir de los datos eléctricos de los módulos, las cadenas y las condiciones previstas por la normativa aplicable. No debe trasladarse automáticamente una fórmula de corriente alterna a un circuito DC.

Caída de tensión: cómo influye la longitud del cable

Cuando circula corriente por un conductor, su resistencia provoca una caída de tensión. Cuanto mayores sean la longitud y la corriente, mayor puede ser esa caída, mientras que el aumento de la sección suele reducirla.

La caída de tensión puede afectar al rendimiento y al comportamiento eléctrico del sistema. Por eso, el diseño debe comprobar que se mantiene dentro de los límites establecidos para cada circuito.

En un circuito monofásico de dos conductores, bajo condiciones simplificadas y despreciando la reactancia, puede utilizarse la aproximación:

[
\Delta V=\frac{2\cdot L\cdot I\cdot \rho}{S}
]

Donde:

• (\Delta V) es la caída de tensión.
• (L) es la longitud de ida del circuito.
• (I) es la corriente.
• (\rho) es la resistividad del material conductor a la temperatura considerada.
• (S) es la sección del conductor.

El factor 2 representa el recorrido de ida y vuelta. La fórmula es una aproximación y debe adaptarse cuando la reactancia, la disposición del circuito o las condiciones de funcionamiento resulten relevantes.

Para expresar la caída como porcentaje de la tensión nominal, puede calcularse:

[
\Delta V(%)=\frac{\Delta V}{V_n}\times100
]

La caída de tensión admisible no debe elegirse de forma arbitraria. Debe comprobarse según el tramo, la normativa aplicable, las condiciones del proyecto y las recomendaciones de diseño.

Capacidad de conducción de corriente y factores de corrección

Una sección de cable puede presentar diferentes capacidades de conducción según la manera en que esté instalada.

No se comporta igual un conductor instalado al aire que otro colocado en una canalización, agrupado con otros circuitos o expuesto a temperaturas ambientales elevadas.

Por eso, las tablas de intensidad admisible deben utilizarse teniendo en cuenta las condiciones para las que fueron elaboradas.

Entre los factores que conviene evaluar se encuentran:

Temperatura ambiente. Las condiciones térmicas influyen en la capacidad del conductor para disipar el calor generado durante el funcionamiento.

Método de instalación. La colocación en bandejas, tubos, canalizaciones o agrupaciones puede modificar la refrigeración del cable.

Agrupación de circuitos. La proximidad de otros conductores cargados puede incrementar la temperatura del conjunto y requerir factores de corrección.

Tipo de aislamiento. Los materiales y su temperatura máxima admisible condicionan las condiciones de utilización.

Régimen de carga. La corriente que circula y el tiempo durante el que lo hace deben considerarse conforme al método de cálculo aplicable.

El resultado debe verificarse con las tablas y los procedimientos correspondientes al tipo de cable, al método de instalación y a la normativa aplicable.

Selección del cableado en instalaciones fotovoltaicas de mayor potencia

En instalaciones con varios inversores o grandes distancias entre los generadores y los equipos de conversión, el diseño del cableado adquiere una importancia especial.

El incremento de potencia puede elevar las corrientes de determinados tramos o requerir una distribución diferente de los circuitos. Al mismo tiempo, las distancias entre equipos pueden aumentar las pérdidas y la caída de tensión.

En estos casos, es recomendable estudiar los circuitos de manera individual y no aplicar una misma sección a toda la instalación sin comprobar las condiciones de cada tramo.

También deben considerarse las características de los cuadros eléctricos, los dispositivos de protección, los puntos de conexión y las posibilidades de ampliación futura.

La selección final debe responder al cálculo eléctrico y a las condiciones reales de instalación, no únicamente a una estimación basada en la potencia total del sistema.

Coordinación entre conductores y protecciones eléctricas

El dimensionamiento de los cables debe coordinarse con las protecciones instaladas.

Los dispositivos de protección frente a sobreintensidades deben seleccionarse de acuerdo con la corriente prevista, la capacidad del conductor y las condiciones del circuito. También es necesario considerar los requisitos de protección frente a cortocircuitos y los medios de seccionamiento correspondientes.

En los circuitos fotovoltaicos, la arquitectura y las características de la fuente de corriente continua requieren una evaluación específica. La selección de protecciones debe tener en cuenta la configuración de las cadenas, las corrientes posibles y las características de los equipos.

Una protección correctamente seleccionada contribuye a que los conductores trabajen dentro de las condiciones previstas, pero no sustituye la necesidad de calcular la sección adecuada.

Errores frecuentes en el dimensionamiento de cables solares

En la fase de diseño y ejecución conviene prestar atención a varios errores que pueden comprometer el resultado.

Utilizar únicamente la potencia como criterio. La potencia es importante, pero no permite seleccionar por sí sola una sección sin conocer la tensión, la corriente y las condiciones de instalación.

Ignorar la longitud del circuito. Una sección que resulta adecuada para un recorrido corto puede producir una caída de tensión excesiva en otro más largo.

No aplicar los factores de corrección. La temperatura, la agrupación y el método de instalación pueden reducir la intensidad admisible respecto a los valores de referencia.

Confundir los requisitos de DC y AC. Los circuitos presentan características distintas y requieren criterios de cálculo y selección adaptados.

No comprobar las conexiones. La sección del conductor debe ser compatible con los terminales, conectores y equipos en los que se instala.

Seleccionar materiales sin verificar su aplicación. El cable debe cumplir los requisitos de tensión, aislamiento, temperatura y resistencia ambiental correspondientes al emplazamiento.

Evitar estos errores requiere documentar los cálculos y verificar que la solución seleccionada responde a todas las condiciones del proyecto.

Normativa y documentación técnica

El diseño del cableado fotovoltaico debe realizarse de acuerdo con las normas y los requisitos eléctricos aplicables al lugar de instalación.

La serie IEC 62548 aborda requisitos de diseño de los generadores fotovoltaicos, incluidos aspectos del cableado DC, las protecciones eléctricas, el seccionamiento y la puesta a tierra. La versión aplicable y sus requisitos concretos deben comprobarse según la jurisdicción y la fecha del proyecto.

También es necesario consultar las especificaciones de los fabricantes de módulos, inversores, conectores y conductores.

La documentación del diseño debería permitir identificar los circuitos, las secciones seleccionadas, las hipótesis de cálculo, las condiciones de instalación y las protecciones asociadas. Esta información facilita la ejecución, la inspección y las futuras modificaciones del sistema.

Conclusión

El dimensionamiento del cableado es una parte esencial de la ingeniería fotovoltaica. La selección de una sección adecuada requiere considerar la corriente de diseño, la caída de tensión, la capacidad de conducción, las condiciones ambientales y la coordinación con las protecciones.

Analizar cada tramo de forma individual y documentar los criterios de cálculo permite reducir pérdidas, mejorar la seguridad y asegurar que los conductores responden a las condiciones previstas durante la vida útil de la instalación.