Fundamentos: Paneles FV en serie y en paralelo

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Para instalar un campo fotovoltaico de varios kWp hay que conectar los paneles en serie y/o en paralelo
- Los paneles se conectan en serie, para obtener una tensión (voltios, V) más alta, manteniendo la intensidad (amperios, A) de un solo panel
- Los paneles se conectan en paralelo, para obtener una intensidad más alta, manteniendo la tensión de un solo panel
- Tanto en serie como en paralelo, la potencia del grupo (watios, W) será la suma de la potencia de sus paneles (si son iguales entre si)
- Naturalmente se pueden combinar las dos opciones, obteniendo campos FV en serie-paralelo
- Un regulador MPPT suele necesitar series de paneles (llamados "strings"), mientras un regulador PWM suele tener los paneles conectados en paralelo

La ficha técnica de un panel FV especifica sus características. Para el presente capítulo son de interés:
- La tensión de trabajo en el punto de máxima potencia, Vmp. A esta tensión y en condiciones óptimas, el panel genera su potencia nominal
- La tensión en circuito abierto, Voc. Voc es la máxima tensión que puede alcanzar un panel, pero a esta tensión no genera nada (circuito abierto)
- La intensidad en el punto de máxima potencia, Imp. En condiciones óptimas, el producto de Vmp por Imp da la potencia nominal del panel
- La intensidad en cortocircuito Isc. Sí, un panel se puede cortocircuitar sin que pase nada! Isc es un poco superior a Imp, pero a tensión 0V

1. Conexión en serie
Se junta el polo positivo de cada placa con el negativo de la siguiente, formando "strings" ("cuerdas"). Quedan libres el borne negativo de la primera placa y el borne positivo de la última (o viceversa). Estos son los polos negativo y positivo del string
Si todos los paneles del string son iguales, la tensión del string (Vmp y Voc) es la suma de sus paneles y la intensidad (Imp y Isc) la de uno de sus paneles
Ojo: Si los paneles del string no son iguales entre sí, se suma la tensión de todos, pero la intensidad es aproximadamente la más pequeña de todas. Es decir, los paneles con Imp más grande generan menos potencia de la que podrían
Ejemplo 1: Un string de 6 paneles de 450Wp (Vmp=40V, Voc=49V, Imp=11.25A, Isc=14A) tendrá 2700Wp, con Vmp=240V, Voc=294V, Imp=11.25A, Isc=14A
Ejemplo 2: Un string de 5 paneles como los del ejemplo 1 más un panel de 280W (Vmp=30V, Voc=37V, Imp=9.33A, Isc=11A) tendrá 2147Wp, con Vmp=230V, Voc=282V, Imp=9.33A, Isc=11A. Sería un string mal hecho; se desperdiciarían 333Wp. Con solo los 5 paneles de 450Wp en serie serían 2250Wp, es decir, con añadir el panel de 280W no se aumenta, sino se reduce la potencia del string

2. Conexión en paralelo
Se juntan los polos positivos de todas la placas y también todos los polos negativos. Estos son "el negativo" y "el positivo" del grupo
La intensidad Imp (e Isc) del grupo es la suma de Imp rsp. Isc de sus paneles. La tensión Vmp y Voc es la de una de las placas
Ojo: Si los paneles no son iguales entre si, la tensión Vmp y Voc es la del panel que menos tensión tiene
Ejemplo 1: 6 paneles de 450Wp (los del ejemplo 1) en paralelo tienen 2700Wp, con Vmp=40V, Voc=49V, Imp=67.5A, Isc=84A
Ejemplo 2: 5 paneles de 450Wp más uno de 280Wp en paralelo tienen solo 1688Wp, con Vmp=30V, Voc=37V, Imp=56.25A, Isc=81A. Otra vez es un grupo mal hecho, con solo los 5 paneles de 450Wp en paralelo se hubiesen obtenido 2250Wp; 562Wp más que añadiendo el panel de 280Wp

3. Conexión en serie-paralelo
Es la combinación de las opciones anteriores. Se conectan varias series (iguales) en paralelo
Ejemplo: Se hacen 3 series de 6 placas de 450Wp (las del ejemplo 1) y se juntan los 3 strings en paralelo. El grupo se denomina 6s3p. Se obtiene un campo solar de 8100Wp con Vmp=240V, Voc=294V, Imp=33.75A, Isc=42A

Nota 1: En los últimos años, la tendencia ha ido a strings cada vez más largos (20 o más paneles en serie), con Vmp=500V o más. La razón es, que las pérdidas por caída de tensión en los cables son mucho menores, a tensión alta. Para una potencia dada, a 500V se pueden usar cables de muchísima menos sección que a 40V, por ejemplo. Esto es especialmente importante, si hay mucha distancia entre paneles y regulador/inversor
Por ejemplo, admitiendo un 3% de pérdidas, para 4000Wp con 20m de cables, a 40V (100A!) se necesita cable de 70mm² (muy caro y mucho peso), mientras a 500V (solo 8A) basta cable de 4mm², que es común y barato

Nota 2: Cuando en un regulador (PWM o MPPT) se especifica la tensión máxima permitida, se refiere a Voc, porque en ciertas fases del control, los paneles están en circuito abierto