Conexión de múltiples paneles solares – Serie vs. Paralelo

Para diseñar un sistema solar fotovoltaico para cualquier hogar, es necesario considerar varios parámetros como el recurso solar disponible, la cantidad de energía que debe suministrar el sistema, la eficiencia del panel solar, la autonomía del sistema (fuera de la red o conectado a la red). ), así como la selección de componentes como inversores, baterías y controladores.

Conexión de múltiples paneles solares – Serie vs. Paralelo

Más allá del análisis de estos componentes, hay otro elemento que puede influir profundamente en la potencia de salida total del sistema y también puede afectar el costo total de la instalación solar. Es la conexión de paneles solares .

A menudo escuchamos a los instaladores hablar sobre la conexión de paneles solares en serie o en paralelo, pero muchos de nosotros que no estamos relacionados con los términos técnicos no entendemos la diferencia entre estos diseños y, por lo tanto, no entendemos el impacto que nuestra decisión tiene en el conjunto ciclo de vida del sistema.

En este artículo, lo ayudaremos a determinar la mejor manera de conectar paneles solares y describir las opciones generales de diseño de la serie y la conexión paralela de paneles solares con sus ventajas y desventajas.

Lo primero que debe saber es que en cualquier sistema de potencia, la variable que más importa es la potencia activa (expresada en vatios) . ¿Por qué? Porque todos los dispositivos eléctricos consumen la energía activa para funcionar.

La ecuación que determina esta variable es P = V * I , donde ‘V’ está relacionado con el voltaje e ‘I’ está relacionado con la corriente.

Estas son las únicas variables que permiten modificar la potencia de salida de un sistema solar, tenga esto en cuenta, ya que será importante más adelante.

Para obtener la potencia activa deseada, hay tres formas de conectar varios paneles solares para crear un sistema de energía que proporcione electricidad solar a su hogar.

Se definen como:

• • conexión en paralelo
  • conexión en serie
  • una combinación de los dos (paralelos en serie)

La decisión de una u otra conexión de panel solar dependerá de la salida deseada y la aplicación del sistema.

Conexión de paneles solares en paralelo

Cablear los paneles solares en paralelo implica conectar los terminales positivos de cada panel y también cablear los terminales negativos de cada panel. Luego, se conectan al controlador de carga o al inversor del sistema solar.

La principal ventaja de esta configuración es la fiabilidad. En caso de que uno o más paneles solares se vean afectados por el sombreado o por otros daños causados ​​durante la fabricación o durante el ciclo de vida del sistema, el rendimiento de otros paneles solares en la matriz no se ve afectado porque la conexión del cableado hace que todos Unidad independiente de la otra.

Por otro lado, hay algunas desventajas de este tipo de conexión. Los voltajes bajos denotan valores de corriente más altos, lo que se traduce en pérdidas eléctricas más altas (las pérdidas de energía están relacionadas con los valores cuadrados de la corriente) y, por lo tanto, un rendimiento de eficiencia más bajo de su sistema solar fotovoltaico.

Además, aumentar la corriente tampoco es deseable porque implica un aumento de los calibres de alambre para tener mejores capacidades para soportar valores de amperes más altos (asociados con temperaturas más altas y, por lo tanto, problemas de seguridad).

Al final, esto se traduce en mayores costos de instalación debido al mayor tamaño de los cables y también debido a un aumento en la longitud de los cables para poder realizar la conexión [1] .

¿Cuándo debe realizarse la instalación en conexión paralela?

La respuesta es relativa, pero en la mayoría de los casos, suponemos que el sistema es muy pequeño y está destinado a suministrar cargas bajas, o tiene una batería configurada en un diseño de bajo voltaje (12 voltios, por ejemplo).

Conexión de paneles solares en serie

La conexión en serie se realiza conectando el terminal positivo de cada panel al terminal negativo del siguiente panel (una conexión similar a las de las luces de Navidad) hasta que el panel final esté conectado al controlador de carga o inversor.

En la conexión en serie, los voltajes de todos los paneles solares se resumen y la corriente se mantiene igual para todos los paneles.

El conjunto de paneles solares conectados en serie se conoce como una cadena.

Como se indicó anteriormente: los voltajes más bajos implican corrientes más altas y los voltajes más altos implican corrientes más bajas.

Esta declaración es muy importante para la conexión en serie, ya que a medida que esta configuración aumenta los valores de voltaje con cada panel agregado, la corriente general proporcionada por el sistema será menor.

Sin embargo, la principal desventaja de esta configuración es la baja confiabilidad del sistema cuando se conecta en serie.

En otras palabras, como todo el sistema está conectado por un solo cable , si el cable falla, todo el sistema se verá afectado.

Cuando uno de los paneles solares en la cadena está sombreado, ya sea por un árbol o una nube, el rendimiento general y la eficiencia del sistema se ven afectados.

El sombreado puede incluso convertirse en un problema mayor en esta configuración porque una parte sombreada crea resistencia en el flujo de corriente.

Este efecto crea los llamados puntos calientes. Los puntos calientes son secciones con temperatura aumentada y, dependiendo del cableado y del tamaño del sistema, incluso pueden representar un problema de seguridad.

¿Cuándo debe usarse la conexión en serie?

Generalmente, cuando se desean voltajes más altos, la solución lógica es la conexión en serie.

Además, cuando la distancia entre un inversor o controlador de carga y los paneles solares es larga (20 pies o más), es recomendable usar la conexión en serie porque este tipo de conexión permite aumentar el voltaje del sistema para cumplir con la entrada de voltaje del inversor.

La conexión en serie tiene sus problemas como se indicó anteriormente, pero el problema de sombreado y eficiencia se puede resolver utilizando una de estas dos consideraciones:

1. 1. El primero está relacionado con la eficiencia. Seleccionar un microinversor para cada panel proporciona la mejor solución para lograr la máxima eficiencia, ya que cada panel será independiente del otro [2] . Por lo tanto, el sombreado de un panel no afectará la potencia de salida general.

1. La segunda opción es comprar paneles solares con un diodo de derivación. Este diodo actúa como una pared que bloquea o aísla el área sombreada del panel para evitar pérdidas de eficiencia del resto del mismo panel y, por lo tanto, de todo el sistema de alimentación [3] .

Desafortunadamente, el problema de confiabilidad no se puede resolver, ya que es una propiedad intrínseca de la conexión en sí.

Conexiones en serie en paralelo

Hemos descrito las ventajas y desventajas de las series y conexiones paralelas de paneles solares, pero ¿qué sucede cuando los combinamos?

A menudo es necesario establecer la conexión de acuerdo con el voltaje y el rango de entrada de corriente de un inversor o un controlador de carga.

Pero en algunos casos no es posible alcanzar el rango de voltaje y corriente requerido mediante la implementación de una conexión en serie o en paralelo por sí sola.

En caso de conexión en serie, se podría exceder el límite de voltaje. Y en la conexión en paralelo, el límite de corriente podría excederse y al mismo tiempo no suministrar la máxima potencia activa posible de la configuración [4] .

Es entonces cuando se necesita una combinación de los dos tipos de conexión.

En otras palabras, cada cadena de paneles agregará una corriente y también será independiente del rendimiento de otra cadena, mientras que al mismo tiempo obtendrá una mayor potencia activa con mayor voltaje y valores de corriente más bajos (deseable debido a medidas de seguridad).

En esta configuración, la creatividad es la regla general, ya que con la misma cantidad de paneles, se pueden crear múltiples opciones de diseño que se ajustan a los propósitos del propietario de la vivienda o a los requisitos específicos de los componentes de potencia.

Combinación de paneles solares con diferentes características eléctricas.

Hay otro tema importante relacionado con la selección de uno u otro tipo de conexión en el sistema solar fotovoltaico.

¿Sus paneles solares comparten las mismas características eléctricas?

Hasta ahora hemos asumido que su sistema contiene un conjunto de paneles solares muy similares o iguales, lo que significa el mismo fabricante, la misma eficiencia eléctrica y características (voltaje, corriente y potencia activa).

Pero, ¿qué sucede si decides conectar diferentes paneles solares?

Recuerde las características intrínsecas de cada tipo de conexión, la conexión en paralelo obliga a todo el sistema a tener el mismo voltaje y la conexión en serie obliga a todo el sistema a tener la misma corriente.

Considere tener un conjunto de cuatro paneles solares: tres paneles de 12V y 3A y un panel de 9V y 1A.

Si conecta estos cuatro paneles en paralelo, todos deben tener el mismo voltaje y, por lo tanto, generarán el voltaje máximo posible para uno de los paneles, lo que significa 9V.

Ptot = P1 + P2 + P3 + P4 = 9V * (3A + 3A + 3A + 1A) = 90W.

Cuando observa la expresión P = V * I, se da cuenta de que la entrada de cada panel caerá en voltaje (en lugar del voltaje de salida de 12 V, obtendrá solo 9 V de salida para cada uno).

Este fenómeno influye directamente en la eficiencia general de su sistema FV, ya que está subutilizando la capacidad total de los paneles y, por lo tanto, aumentando el costo marginal de su sistema.

Ahora, supongamos que conecta los mismos paneles en serie, se presenta el mismo problema. Sumarás los voltajes pero la corriente será la más baja.

Ptot = P1 + P2 + P3 + P4 = (12V + 12V + 12V + 9V) * (1A) = 45W.

Como puede ver, la potencia de salida obtenida es muy diferente de una configuración a otra, y si los paneles solares se hubieran seleccionado por igual, la potencia activa total habría sido Ptot = 144W para cualquiera de las dos configuraciones.

Por lo tanto, no es aconsejable combinar paneles solares con diferentes especificaciones , ya que el bajo rendimiento y la subutilización afectarán el sistema.

Incluso seleccionar paneles solares de diferentes fabricantes con las mismas características eléctricas no es aconsejable porque además de la potencia nominal, cada panel tiene su porcentaje de degradación de potencia específico que nunca es el mismo entre diferentes fabricantes.

A largo plazo, algunos paneles se degradarán a una velocidad diferente a la de otros. Esto presenta inestabilidad y también podría conducir a mayores pérdidas eléctricas.

Pero recuerde siempre que los principales tomadores de decisiones para establecer el tipo de conexión que debe tener su sistema son:

• • Especificaciones de la entrada de energía del inversor o del controlador de carga

• • Tamaño de su sistema

• • Distancia entre inversor y paneles

• • Salida de potencia activa esperada

Como puede ver, el análisis técnico profundo respalda la selección de uno u otro tipo de conexión, y el rango de posibilidades puede ser muy amplio si el sistema es lo suficientemente grande