Instalaciones fotovoltaicas. Tablas de aplicación.

Las líneas de string de corriente continua de las instalaciones fotovoltaicas suelen formar parte de un agrupamiento de conductores cuya intensidad admisible se ve notablemente reducida respecto a los valores de las tablas originales. Abordamos la situación en el presente artículo arrojando luz para evitar sobrecargas en las líneas.

Imagen cortesía de SPV Sistemas

Vaya por delante que quien suscribe el artículo no es partidario de sistematizar los cálculos de conductores dado que, en general, se ven afectados de varios condicionantes y simplificar puede ir en contra de la seguridad. En este artículo haremos una excepción siempre aclarando las condiciones generales de las instalaciones fotovoltaicas antes de ofrecer soluciones de tabla.

Sabemos que muchas instalaciones fotovoltaicas en su lado de corriente continua están realizadas con cables instalados en bandejas perforadas o rejilla* por la resistencia a la intemperie contrastada de los cables fotovoltaicos tipo Prysun diseñados según EN 50618 para soportar las condiciones de exterior. Partiendo de este sistema de instalación obtendremos valores máximos de intensidades admisibles para las secciones más habituales de uso según las diferentes posibilidades de agrupamiento.

*Recomendamos se asegure la aceptación legal de este sistema de instalación, ver ITC-BT 30 pto. 1 y GUIA-BT 30, pto. 2.

Cable Prysun según EN 50618 e IEC 62930 para lado de continua de instalaciones fotovoltaicas. Excelente resistencia a la intemperie.

Vamos a resumir las condiciones generales para instalaciones fotovoltaicas de inicio que perfectamente pueden ser extrapolables a la mayoría de los casos:

Sistema de instalación: cables unipolares tipo Prysun en continua (dos conductores cargados por string) en bandeja perforada o rejilla (sistema de instalación F)
Agrupación de circuitos de string en la misma bandeja (en varias capas o en un mazo)
Temperatura ambiente estimada máxima: 50 ºC
Instalación directamente expuesta al sol

En la siguiente tabla se recogen las intensidades máximas admisibles según sección y número de circuitos, hasta 20 circuitos, para las condiciones comentadas para las instalaciones fotovoltaicas:

Tabla 1:

Calculando* de partida las intensidades admisibles en condiciones estándares (circuito único, a la sombra, temperatura ambiente = 30 ºC) de la norma UNE-HD 60364-5-52 según el anexo C de IEC 60364-5-52 (ver segunda columna por la derecha) podemos obtener las intensidades para cada sección y agrupamiento hasta 20 strings.

*Estos valores para estas secciones hasta 25 mm² no figuran en la tabla B-52-12 por ello han sido calculados.

En las filas de pie de tabla podemos ver los coeficientes aplicados en el siguiente orden:

Agrupamiento: según tabla B.52.17 de UNE-HD 60364-5-52 (fila 1)
Temperatura ambiente: 50 ºC → 0,82 (según tabla B.52.14 de UNE-HD 60364-5-52)
Exposición directa al sol: 0,9 (en base a UNE 20435)
Generación en baja tensión: 0,8 (según ITC-BT 40, pto. 5. 0,8 = 1/1,25)

Si aplicamos los coeficientes anteriores a los valores de intensidad admisible de partida en la segunda columna obtenemos los valores máximos de intensidad admisible para cada sección de conductor y agrupamiento.

Por ejemplo, si tenemos agrupamiento de 12 strings con sección de 1 X 4 mm² la intensidad admisible es:

50 x 0,45 x 0,82 x 0,9 x 0,8 = 13,3 A

Valor que podemos observar en la tabla.

Si, por ejemplo, sabemos que la intensidad de cada string a considerar (normalmente la I_SC-STC, por ser ligeramente superior a la I_MPP y así cubrir tanto servicio permanente como cortocircuito) y esta fuera 11,8 A en una canalización de 20 strings tendríamos que la sección de 4 mm² no sería suficiente, ya que el valor máximo es de 11,2. En este caso habría que optar por el cable Prysun de 1 X 6 mm² con valor máximo 14,6 A.

¿Y si tenemos más de 20 strings en la canalización?

La tabla de aplicación sería la siguiente:

Tabla 2:

Como en la tabla de coeficientes de corrección por agrupamiento (B.52.17) sólo tenemos factores hasta 20 circuitos recurrimos a la fórmula que nos da el apartado B.52.5 de UNE-HD 60364-5-52 para grupos en general. Que aunque es fórmula para diferentes tamaños, en ausencia de otra información de aplicación en la citada norma procedemos a obtener el coeficiente para cada agrupamiento F para n circuitos según vemos a continuación:

F = 1/√n

Así para 31 strings podemos ver que F = 1/√31 = 0,18

Vemos que ahora las intensidades se reducen más todavía y como moraleja podemos afirmar que cuando hablamos de un elevado número de circuitos de string agrupados a veces la sección de 4 o 6 mm² no es suficiente por el criterio de la intensidad admisible por las instalaciones fotovoltaicas y ha de ser comprobado. No siempre pensar que con calcular por el criterio de la caída de tensión es suficiente.

¿Y si podemos separar los agrupamientos de cables en las instalaciones fotovoltaicas?

Efectivamente hay una forma de poder incrementar la intensidad admisible en nuestro tendido, y es aumentando la distancia de separación de los grupos de cables.

La NOTA 2 de la tabla de coeficientes de corrección por agrupamiento de referencia (B.52-17) dice textualmente: Cuando la distancia horizontal entre cables adyacentes es superior al doble de su diámetro total, no es necesario ningún factor de reducción.

Extrapolamos tal afirmación a agrupaciones de cables de tal forma que si podemos distanciar los mismos al menos el doble del diámetro envolvente de los mismos, podemos obviar el coeficiente de corrección por agrupamiento, entre los dos grupos.

Cuando se separan dos veces el diámetro de envolvente los grupos de cable, no es necesario considerar agrupamiento entre los mismos (en tendidos horizontales). Imagen cortesía de SPV Sistemas.

En este caso no habrá que considerar coeficiente de corrección entre las agrupaciones de positivos y negativos por no tener influencia térmica, pero sí en cada grupo. Al ser 6 conductores cargados equivale a 3 circuitos y por tanto los valores de intensidad admisibles serán (ver tabla 1 de este artículo):

20,7 A para conductores de 4 mm²

26,9 A para conductores de 6 mm²

Las canalizaciones de strings no siempre son horizontales en todo su recorrido. Por ello, resaltamos que la NOTA de la norma es para tendidos horizontales, si no fuera así y la bandeja se fija en posición vertical, ya sea en todo o en parte del tendido, deberemos considerar el caso más desfavorable, como si todos los conductores estuvieran agrupados dado que el flujo del calor generado por efecto Joule en los conductores ascenderá verticalmente y uno de los mazos afectará al otro.

Si el recorrido con la bandeja en posición vertical se produce sólo en interiores y los mazos están separados el menos 2D también se puede calcular la nueva intensidad máxima admisible para ese tramo, ya qué si bien el coeficiente por agrupamiento será mayor que en el exterior, la canalización no se verá afectada por la acción solar y posiblemente se pueda considerar otra temperatura máxima ambiente inferior a 50 ºC.

Por último, si el recorrido de la bandeja es tal que los cables discurren verticalmente se puede producir una acumulación de calor en la parte superior de la canalización. Esto debe ser pensado desde el momento del diseño pues la norma no establece coeficiente de corrección para cuando la ventilación efectiva no es asegurada.

¿Y si tendemos los cables en una sola capa?

Si en lugar de agrupar los cables en varias capas o en haces lo hacemos en una sola capa el coeficiente corrector puede ser menos estricto que el planteado en la tabla 1. Es decir, será más alto porque se favorece la ventilación del calor generado. En el caso de pocos strings es posible que el ancho de la bandeja empleada no sea un problema para extender los cables en una sola capa, pero si la bandeja no es suficientemente ancha o se aumenta su dimensión o se emplean varias capas. Y ya no se podrán aplicar ese coeficiente más “permisivo” de la fila 4 tabla B.52.17. cuyos valores reproducimos a continuación, así como los de la fila 1 considerados en la tabla 1 de este artículo:

Número de circuitos

Métodos

Punto

Disposición
(en contacto)

Agrupados en el aire, sobre una superficie, empotrados o en el interior de una envolvente

1,00

0,80

0,70

0,65

0,60

0,57

0,54

0,52

0,50

0,45

0,41

0,38

A a F

Capa única sobre sistemas de bandejas perforadas horizontales o verticales

1,00

0,88

0,82

0,77

0,75

0,73

0,72

Sin factor de reducción suplementario

E y F

Si recuperamos el caso de los 6 strings pero con los cables tendidos en una sola capa:

Las intensidades admisibles se verán afectadas por los mismos coeficientes de corrección expuestos salvo el de agrupamiento (0,73 para 6 circuitos):

Para 4 mm² → I = 50 x 0,82 x 0,9 x 0,8 x 0,73 = 21,5 A

Para 6 mm² → I = 65 x 0,82 x 0,9 x 0,8 x 0,73 = 28 A

Si nos fijamos vemos que para más de 7 circuitos en el agrupamiento el coeficiente corrector va a ser 0,72 siempre. Por ello ya podemos saber los valores de intensidad máxima que puede soportar un cable de 4 mm² siempre que se instale en capa única (en las condiciones fijadas inicialmente):

Para 4 mm² → I = 50 x 0,82 x 0,9 x 0,8 x 0,72 = 21,3 A

Para 6 mm² → I = 65 x 0,82 x 0,9 x 0,8 x 0,72 = 27,6 A

Valores holgados teniendo en cuenta los valores típicos de intensidad de string. Es decir, en estos casos se puede afirmar que en general, en capa única, el criterio de la intensidad máxima admisible no será problema con secciones de 4 o 6 mm². Pero nunca olvidemos que hay que calcular también por el criterio de la caída de tensión que es dominante en la mayoría de los casos.

Como decimos no será en general un problema, pero no es una solución práctica cuando el número de circuitos de string sea elevado por las dimensiones de la bandeja necesaria.

Se ha centrado el cálculo en las secciones de más común uso, 4 y 6 mm², por ser las que permiten más sencilla instalación con los conectores más habituales del mercado. Y a su vez son las secciones de resultado más frecuente en instalaciones de autoconsumo.

El presente artículo trata de establecer consideraciones generales para, de forma rápida y sencilla, obtener una sección de conductor o comprobar si la que tenemos pensada puede ser correcta o no. Resaltamos de nuevo que las condiciones de cada instalación debe valorarlas el proyectista y/o instalador. La intención ha sido dejar claro como influyen las diferentes disposiciones en bandeja perforada o rejilla en la sección a instalar pretendiendo escenificar justificadamente diferentes situaciones frecuentes que ayuden al interesado a tener en cuenta todos los condicionantes que afectan a la canalización eléctrica desde el punto de vista de la intensidad máxima admisible solamente. Para justificar el cálculo por completo debemos calcular con el criterio de la caída de tensión*, asunto que comentaremos en el siguiente artículo.

*Debería comprobarse también el criterio del cortocircuito, si bien hemos partido de intensidad de cortocircuito en condiciones STC (Standard Test Conditions) para hacer el artículo pero sabemos que a partir de 3 strings, incluido, es necesario calcular y comprobar las protecciones adecuadas.

Lisardo Recio Maíllo

Product Manager

Prysmian Group