Strings en serie y en paralelo

Idea clave

Un string es una cadena de módulos en serie: se suman las tensiones y pasa la misma corriente. Varios strings en paralelo suman sus corrientes con la misma tensión. El número de módulos por string se decide con las temperaturas extremas: con frío, la Voc del string no puede pasar de la tensión máxima del inversor; con calor, la Vmp tiene que seguir dentro de la ventana MPPT. Y la corriente de cada entrada no puede superar la que admite el MPPT.

Diagrama

Cuántos módulos por string

flowchart TD
  A["Ficha del módulo<br/>Voc, Vmp, Isc, β"] --> F["Frío: célula a la mínima del sitio<br/>Voc y Vmp más altas"]
  A --> C["Calor: célula a unos 70 °C<br/>Vmp más baja"]
  F --> N1["N ≤ Vmax inversor / Voc(frío)"]
  F --> N2["N ≤ Vmpp,max / Vmp(frío)"]
  C --> N3["N ≥ Vmpp,min / Vmp(calor)"]
  N1 --> R["Rango de módulos por string"]
  N2 --> R
  N3 --> R
  R --> I["Comprobar la corriente:<br/>Isc del MPPT ≥ suma de Isc en paralelo"]

Explicación

Serie y paralelo, aplicado a módulos

Es lo mismo que en Circuitos serie y paralelo, con fuentes en lugar de resistencias:

Conexión	Tensión	Corriente	Uso
Serie (string)	Se suman	La misma en todos	Subir la tensión hasta la ventana del inversor
Paralelo (strings)	La misma	Se suman	Subir la corriente con más strings iguales

La serie se hace uniendo el + de un módulo con el − del siguiente; los dos extremos libres son el + y el − del string. Trabajar a más tensión y menos corriente reduce las pérdidas en los cables ( $P = R \cdot I^2$ ) y permite secciones pequeñas.

Los datos del inversor que importan

En la ficha del inversor, del lado de continua:

Dato	Para qué sirve
Tensión máxima de entrada	Límite absoluto: la Voc del string con el frío más extremo no puede pasarla. Si la pasa, el inversor se puede romper
Ventana MPPT (Vmpp mín. – máx.)	Rango en el que el inversor sigue el punto de máxima potencia. Fuera de ella, produce menos o no arranca
Tensión de arranque	Mínima para empezar a funcionar por la mañana
Número de MPPT	Entradas independientes: cada una sigue su propio punto de máxima potencia
Corriente máxima por MPPT	La corriente de trabajo (Imp) que aprovecha cada entrada
Corriente máxima de cortocircuito por MPPT	Límite de seguridad de la entrada: la suma de Isc de los strings que le llegan no debe superarla

Cuántos módulos caben en un string

Se calcula con las dos temperaturas extremas de la célula:

Frío, la mínima histórica del sitio (por ejemplo −10 °C en el interior peninsular): la Voc y la Vmp suben.
- Límite de tensión: $N_{max} = \left\lfloor \dfrac{V_{max,inv}}{V_{oc}(T_{min})} \right\rfloor$
- Límite de la ventana MPPT: $N \leq \left\lfloor \dfrac{V_{mpp,max}}{V_{mp}(T_{min})} \right\rfloor$
Calor, la célula a unos 70 °C en verano: la Vmp baja.
- $N_{min} = \left\lceil \dfrac{V_{mpp,min}}{V_{mp}(T_{max})} \right\rceil$

El string válido está entre $N_{min}$ y el menor de los dos máximos. Para corregir la Vmp por temperatura se usa su coeficiente si la ficha lo da; si no, se toma el de la Voc, que es una buena aproximación.

La Voc de la ficha no sirve para el límite de tensión

Con la Voc a 25 °C, un string que parece cumplir puede superar la tensión máxima del inversor una mañana de enero. Se calcula siempre con la temperatura mínima.

Strings en paralelo

Todos los strings que van a un mismo MPPT tienen que ser iguales: mismo número de módulos, mismo modelo y misma orientación e inclinación. Si no, sus puntos de máxima potencia no coinciden y el MPPT elige uno intermedio que no es bueno para ninguno.
Orientaciones distintas (sur y este, por ejemplo) van a MPPT distintos.
La corriente de la entrada es la suma de las de los strings: hay que comprobar la corriente máxima y la de cortocircuito del MPPT.

Corriente inversa y fusibles de string

Si un string tiene un defecto (un cortocircuito, un módulo dañado), los strings sanos en paralelo le mandan su corriente al revés. Cada módulo aguanta una corriente inversa limitada: la corriente máxima del fusible en serie de su ficha.

Con 1 o 2 strings en paralelo, la corriente inversa máxima que puede llegarle a uno es la Isc del otro, normalmente menor que ese límite: no hacen falta fusibles.
Con 3 o más, la suma de los demás puede superarlo: se pone un fusible gPV en cada string, en el positivo y en el negativo. La regla práctica es comprobar si $(N_s - 1) \cdot I_{sc} > I_{fusible,mod}$ .

Se dimensionan en el tema del lado de continua.

Ratio entre continua y alterna

Es habitual poner algo más de potencia pico que potencia nominal tiene el inversor: un ratio CC/CA de 1,1 a 1,3. El generador casi nunca da su potencia pico (calor, ángulo del sol), así que el inversor trabaja más horas cerca de su potencia nominal y rinde mejor. A cambio, las pocas horas en que el campo da más de lo que admite el inversor, este recorta (clipping). La ficha del inversor indica la potencia máxima de continua que acepta.

Microinversores y optimizadores

Con microinversores (uno por módulo o por pareja) no hay strings de alta tensión: cada módulo tiene su propio MPPT y sale en alterna. Con optimizadores (un convertidor CC/CC por módulo), los strings existen pero cada módulo trabaja en su punto de máxima potencia. Las dos opciones toleran mejor las sombras y las orientaciones mezcladas. Se ven en Inversores.

Fórmulas

Magnitud	Fórmula	Unidad
Tensión de un string	$V_{string} = N \cdot V_{mod}$	V
Corriente de strings en paralelo	$I = N_s \cdot I_{string}$	A
Corrección por temperatura	$V(T) = V_{STC} \cdot [1 + \beta\,(T - 25)]$	V
Máximo por tensión del inversor	$N_{max} = \lfloor V_{max,inv} / V_{oc}(T_{min}) \rfloor$	módulos
Mínimo por ventana MPPT	$N_{min} = \lceil V_{mpp,min} / V_{mp}(T_{max}) \rceil$	módulos
Fusibles de string necesarios	$(N_s - 1) \cdot I_{sc} > I_{fusible,mod}$	—
Ratio CC/CA	$P_{pico} / P_{nominal,inv}$	adimensional

Qué dice el REBT

Lo que no está en el REBT

El REBT no dice cómo agrupar módulos: el número de módulos por string sale de las fichas del módulo y del inversor. Que la tensión del string no supere la máxima de los equipos es una exigencia de los propios fabricantes, y respetarla forma parte de hacer la instalación «de acuerdo con las instrucciones del fabricante».

Normas y guías

Los criterios de corriente inversa y fusibles de string vienen de las normas UNE de diseño de generadores fotovoltaicos y de la buena práctica. El REBT no las cita para esto: se aplican como buena práctica, no como obligación reglamentaria.

En la práctica

Errores típicos

Calcular el string con la Voc a 25 °C: en invierno se supera la tensión máxima del inversor.
Olvidar el mínimo de la ventana MPPT en verano: un string corto deja de producir las tardes de calor.
Mezclar orientaciones en un mismo MPPT: se pierde producción en los dos strings.
Strings de distinto número de módulos en paralelo: sus tensiones no coinciden.
Conectar un módulo al revés: el string pierde el doble de la tensión de ese módulo y se puede dañar. Se detecta midiendo la Voc del string antes de conectarlo (tema de puesta en marcha).
Sumar en paralelo más corriente de la que admite el MPPT: el inversor la limita y la de cortocircuito puede dañar la entrada.

Para practicar

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