Calculadora de protección de sistemas fotovoltaicos – NEC, IEC, NTC 2050

La protección de sistemas fotovoltaicos es esencial para garantizar seguridad, eficiencia y cumplimiento normativo internacional. Calcularla correctamente evita riesgos eléctricos, pérdidas económicas y fallos operativos críticos.

La conversión y cálculo de protecciones fotovoltaicas implica seleccionar dispositivos adecuados según NEC, IEC y NTC 2050. Aquí descubrirás fórmulas, tablas, ejemplos y una calculadora inteligente para optimizar tu diseño.

Calculadora con inteligencia artificial (IA) – Calculadora de protección de sistemas fotovoltaicos – NEC, IEC, NTC 2050

• Calcular el tamaño del fusible para un string de 10 paneles de 400 W, 1000 V, 8 A.
• Determinar el calibre del conductor para un sistema de 15 kW, 600 V, 25 m de distancia.
• Seleccionar el interruptor adecuado para un inversor de 20 kW, 800 V, 30 A, según NEC 2020.
• Calcular la corriente de cortocircuito máxima y la protección requerida para 3 strings en paralelo.

Tabla de valores comunes para la Calculadora de protección de sistemas fotovoltaicos – NEC, IEC, NTC 2050

Fórmulas esenciales para la Calculadora de protección de sistemas fotovoltaicos – NEC, IEC, NTC 2050

A continuación se presentan las fórmulas clave para el cálculo de protecciones en sistemas fotovoltaicos, siguiendo las normativas internacionales y nacionales.

• Cálculo de corriente máxima de string (I_string):
  I_string = I_sc × f_sd
  • I_sc: Corriente de cortocircuito del módulo (A). Valor típico: 8-12 A.
  • f_sd: Factor de sobredimensionamiento. Valor típico: 1.25 (NEC 690.8(A)(1)).
• Cálculo de la capacidad mínima del fusible (F_min):
  F_min = I_string
  • El fusible debe ser igual o mayor a la corriente máxima del string.
• Cálculo de la capacidad máxima del fusible (F_max):
  F_max = I_string × 1.56
  • Según NEC 690.9(B), el fusible no debe exceder 156% de la corriente máxima del string.
• Cálculo de la corriente total en combinador (I_comb):
  I_comb = N_strings × I_string
  • N_strings: Número de strings en paralelo.
• Cálculo del calibre del conductor (A_cond):
  A_cond ≥ I_string × f_sd
  • El conductor debe soportar al menos el 125% de la corriente máxima.
• Cálculo de caída de tensión (ΔV):
  ΔV = (2 × L × I × ρ) / A
  • L: Longitud del cable (m).
  • I: Corriente (A).
  • ρ: Resistividad del conductor (Ω·mm²/m), cobre: 0.0178.
  • A: Área del conductor (mm²).
• Cálculo de la corriente de cortocircuito máxima en paralelo (I_sc,paralelo):
  I_sc,paralelo = N_strings × I_sc
  • Importante para dimensionar protecciones en combinadores y entrada de inversor.
• Cálculo de la capacidad del interruptor seccionador (I_switch):
  I_switch ≥ I_comb × f_sd
  • El interruptor debe soportar la corriente total multiplicada por el factor de sobredimensionamiento.

Explicación detallada de variables y valores comunes

• I_sc (Corriente de cortocircuito): Es la corriente máxima que puede entregar un módulo bajo condiciones estándar. Se obtiene de la hoja técnica del fabricante. Valores típicos: 8-12 A.
• f_sd (Factor de sobredimensionamiento): Según NEC y NTC 2050, se utiliza 1.25 para compensar variaciones ambientales y de operación.
• N_strings: Número de cadenas de módulos conectadas en paralelo. Comúnmente entre 2 y 24 en sistemas comerciales.
• L (Longitud del cable): Distancia entre el arreglo y el inversor o combinador. Valores típicos: 10-50 m.
• ρ (Resistividad): Para cobre, 0.0178 Ω·mm²/m; para aluminio, 0.0282 Ω·mm²/m.
• A (Área del conductor): Depende del calibre, por ejemplo, 10 AWG ≈ 5.26 mm².
• ΔV (Caída de tensión): No debe superar el 3% para eficiencia y seguridad.

Ejemplos del mundo real: aplicación de la Calculadora de protección de sistemas fotovoltaicos – NEC, IEC, NTC 2050

Ejemplo 1: Dimensionamiento de fusibles y conductores para un string de 12 paneles

Supongamos un sistema con 12 paneles de 400 W, I_sc = 9.5 A, conectados en serie, tensión máxima de 1000 V, distancia al inversor de 25 m, temperatura ambiente de 35°C.

• Corriente máxima del string:
  I_string = 9.5 A × 1.25 = 11.88 A
• Selección de fusible:
  • Fusible mínimo: 11.88 A (usar el valor comercial superior inmediato: 15 A).
  • Fusible máximo: 11.88 A × 1.56 = 18.53 A (no exceder 20 A).
• Calibre del conductor:
  • Corriente de diseño: 11.88 A.
  • Para 25 m y caída de tensión máxima del 3% (30 V):
  • Área mínima (A) usando la fórmula de caída de tensión:
  A = (2 × 25 × 11.88 × 0.0178) / 30 = 0.353 mm²
  • Sin embargo, por capacidad de corriente y normatividad, se recomienda mínimo 10 AWG (5.26 mm²).

Por lo tanto, se selecciona un fusible de 15 A y conductor de 10 AWG, cumpliendo NEC, IEC y NTC 2050.

Ejemplo 2: Protección de entrada de inversor para 4 strings en paralelo

Sistema de 4 strings, cada uno con I_sc = 10 A, tensión máxima 600 V, distancia al inversor 30 m, temperatura ambiente 40°C.

• Corriente total en combinador:
  I_comb = 4 × 10 A × 1.25 = 50 A
• Selección de interruptor seccionador:
  • Debe soportar al menos 50 A. Se selecciona un interruptor de 63 A.
• Calibre del conductor:
  • Para 50 A, se recomienda mínimo 6 AWG (13.3 mm²) según NEC 310.
  • Verificar caída de tensión para 30 m:
  ΔV = (2 × 30 × 50 × 0.0178) / 13.3 = 4.02 V (0.67% de 600 V)
  • La caída de tensión es aceptable.

Así, la protección y el conductor cumplen con NEC, IEC y NTC 2050, garantizando seguridad y eficiencia.

Recomendaciones adicionales y mejores prácticas

• Verificar siempre las hojas técnicas de los módulos y dispositivos de protección.
• Considerar factores de corrección por temperatura y agrupamiento de cables según NEC 310.15 y NTC 2050.
• Utilizar protecciones certificadas bajo IEC 60269-6 para fusibles y IEC 60947-3 para interruptores.
• Realizar inspecciones periódicas y pruebas de continuidad y aislamiento.
• Consultar fuentes oficiales como NFPA 70 (NEC), IEC 60364-7-712 y NTC 2050 para actualizaciones.

La correcta aplicación de la Calculadora de protección de sistemas fotovoltaicos – NEC, IEC, NTC 2050 es fundamental para la seguridad, eficiencia y cumplimiento legal de cualquier instalación solar.

Utiliza las fórmulas, tablas y ejemplos presentados para optimizar tus proyectos y garantizar la protección adecuada en cada etapa del diseño y operación.