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Entramos ahora al diseño eléctrico del lado de corriente directa (CD) del sistema fotovoltaico.
Esta etapa es crítica porque involucra corriente continua, arcos eléctricos que no se extinguen fácilmente, temperaturas elevadas y exposición permanente a la intemperie.
Un error en el diseño CD no solo reduce la producción, sino que puede generar sobrecalentamiento, fallas prematuras o riesgos de incendio. Por eso, aquí aplicamos criterios eléctricos y normativos más estrictos que en instalaciones convencionales.
Cálculo de corriente
El artículo 690.8(A)(1)(1) de la Norma Eléctrica (National Eléctrical Code 2020) establece cómo calcular la corriente máxima de un circuito fotovoltaico para efectos de seguridad eléctrica.
Indica que la corriente máxima del circuito fotovoltaico “debe ser la suma de la corriente de corto circuito de los módulos en paralelo, multiplicado por el 125 por ciento:
Imax = Isc × 1.25
Donde:
- Isc es la corriente de cortocircuito del módulo o arreglo (tomada de la ficha técnica).
- El factor 1.25 se aplica porque los sistemas fotovoltaicos son cargas continuas, es decir, pueden operar más de 3 horas consecutivas con su máxima corriente.
⚠️ Punto crítico que debes recordar
Este cálculo NO se usa para verificar si un MPPT soporta la corriente.
El artículo 690.8(A)(1)(1) solo se utiliza para:
- Determinar la ampacidad mínima del conductor.
- Dimensionar la capacidad mínima del interruptor o fusible.
- Seleccionar componentes sometidos a corriente continua estable.
Es un requerimiento de seguridad para el cableado, no un criterio de compatibilidad del inversor.
¿Para qué sirve el 690.8(B)(1)?
El 690.8(B)(1) exige que los conductores tengan una ampacidad igual o mayor al 125 % de la corriente calculada en 690.8(A)(1). Esto introduce un segundo factor de 1.25.
Por lo tanto, el multiplicador total aplicado a la corriente de cortocircuito es:
1.25 × 1.25 = 1.56
Nuevamente, Esto NO tiene nada que ver con cuántos strings puede recibir un MPPT. Sirve únicamente para:
- Elegir fusibles gPV
- Dimensionar cables CD
- Cumplir con la normativa eléctrica
Corriente total para diseño
- Corriente de corto circuito (Isc): se obtiene directamente de la ficha técnica del módulo.
- Multiplicador total de acuerdo al código:
- 690.8(A)(1)(1): 1.25 → por operación continua
- 690.8(B)(1): 1.25 → margen térmico para conductores y fusibles.
Corriente de diseño del lado de corriente directa:
Idiseño = Isc × 1.56
Corriente total por strings en paralelo
Cuando se conectan strings en paralelo, la corriente se suma.
Paso 1 — Corriente de cortocircuito: Se obtiene de la ficha técnica del módulo.
Paso 2 — Multiplicar Corriente de Corto circuito por el Primer factor 1.25 (NEC 690.8(A)(1)(1))
Paso 3 — Multiplicar corriente de paso 2 por segundo factor 1.25 (NEC 690.8(B)(1))
Ejemplo:
Si tienes 3 strings con Isc = 10 A cada uno:
- Paso 1: Isc = 10 A × 3 A = 30 A
- Paso 2: Itotal = Isc x 1.25 = 30 A × 1.25 = 37.5 A
- Paso 3: Idiseño = Itotal x 1.25 = 37.5 A x 1.25 = 46.9 A
La ampacidad del conductor y del fusible de protección debe ser mayor a 46.9 A.
Selección de conductores
¿Qué tipo de cable usar en el lado DC y por qué?
El cable correcto solo puede seleccionarse una vez que conoces la corriente de diseño del sistema.
Un error común es juzgar el calibre por el grosor exterior del cable.
Algunos cables tienen aislamiento muy grueso y parecen más grandes de lo que realmente son.
Buenas prácticas:
- Revisa el marcado del cable.
- Consulta la hoja técnica del fabricante.
- Si es necesario, retira una pequeña sección del aislamiento y observa el núcleo de cobre.
- No es recomendable usar cables de núcleo sólido.
Errores que debes evitar al seleccionar cables para corriente directa
- ❌ Usar cables con hilos gruesos.
- ❌ Usar cables no flexibles.
- ❌ Usar cables diseñados para corriente alterna (AC).
¿Por qué NO se usa cable sólido en sistemas FV?
En el lado CD SIEMPRE se utiliza cable flexible de hilo fino diseñado para aplicaciones solares.
Las razones son claras:
- Movimiento mecánico constante: Las estructuras metálicas se expanden y contraen por temperatura, vibran con el viento y requieren flexibilidad.
- Fatiga mecánica: El cable sólido se quiebra más rápido con el tiempo. El cable de hilo fino resiste flexiones repetidas sin romperse.
- Conectores MC4: Están diseñados para crimpar múltiples hilos finos. Con cable sólido el crimpado tiende a ser deficiente, y puede haber terminales flojas o falsos contactos, lo que aumenta la resistencia y el conector se calienta.
- Protección ambiental
El cable PV Wire / USE-2 ofrece protección UV, doble aislamiento, resistencia a humedad y resistencia a altas temperaturas.
Por eso las normas NEC 690.31, IEC 62548 y UL 4703 exigen cable flexible en CD.
La tabla 690.31(E) del código especifica la cantidad mínima de hilos que debe tener un conductor fotovoltaico del lado de corriente directa, según su calibre.
Factores de corrección y ajuste en conductores de corriente directa
El dimensionamiento correcto de los conductores del lado de corriente directa en un sistema fotovoltaico no se limita a seleccionar un calibre con base en la corriente de diseño.
La ampacidad efectiva del conductor depende de las condiciones reales de instalación, principalmente:
- La temperatura ambiente
- El número de conductores portadores de corriente en una misma canalización
El Código Eléctrico Nacional (NEC) establece factores de corrección y ajuste obligatorios que deben aplicarse para garantizar la seguridad térmica del conductor.
Paso 1: Selección de la ampacidad base
El primer paso consiste en seleccionar la ampacidad base del conductor a partir de la Tabla 310.16 del NEC (anteriormente Tabla 310.15(B)(16)).
Para ello se debe definir previamente:
- Material del conductor: cobre o aluminio.
- Tipo de aislamiento del conductor
- Temperatura nominal del aislamiento:
- 60 °C
- 75 °C
- 90 °C
En la práctica, la ampacidad más comúnmente utilizada es la correspondiente a 75 °C, ya que suele coincidir con la temperatura nominal de las terminales de equipos y dispositivos.
La ampacidad obtenida en esta tabla no es definitiva, sino únicamente el punto de partida para las correcciones posteriores.
Paso 2: Corrección por temperatura ambiente
La ampacidad de un conductor no es un valor fijo. Cuando la temperatura ambiente de instalación supera los 30 °C (86 °F), es obligatorio aplicar un factor de corrección por temperatura, conforme al artículo 690.31(A) del Código:
“Cuando los circuitos de fuente fotovoltaica y de salida fotovoltaica que operan a tensiones superiores a 30 voltios se instalen en lugares de fácil acceso, los conductores del circuito deberán estar protegidos o instalados en cable tipo MC o en canalización. Para temperaturas ambiente superiores a 30 °C (86 °F), las capacidades de corriente de los conductores deberán corregirse de acuerdo con la Tabla 690.31(A).”
Cálculo de la ampacidad corregida
La ampacidad corregida se obtiene mediante la expresión:
donde:
es la ampacidad tomada de la Tabla 310.15(b)(16)
es el factor de corrección por temperatura
A medida que la temperatura ambiente aumenta, el factor de corrección disminuye, reduciendo la capacidad del conductor para transportar corriente de forma segura. Mayor temperatura ambiente implica menor ampacidad permisible.
Este criterio es especialmente relevante en sistemas fotovoltaicos, donde los conductores DC suelen instalarse en exteriores, azoteas o canalizaciones expuestas a altas temperaturas.
Paso 3: Ajuste por número de conductores portadores de corriente
Cuando más de tres conductores portadores de corriente se instalan dentro de una misma canalización, se produce acumulación térmica, lo que obliga a reducir la ampacidad permisible. El Código establece estos factores de ajuste en la Tabla 310.15(C)(1) [Anteriormente la 310.15(B)(3)(a)].
“Cuando el número de conductores portadores de corriente en una canalización exceda de tres, […] la ampacidad de cada conductor deberá reducirse según lo indicado en la Tabla 310.15(B)(3)(a).”
Consideraciones importantes
- El factor de ajuste depende directamente del número de conductores activos.
- El conductor de puesta a tierra no se considera conductor portador de corriente y no se contabiliza para este ajuste.
- Normalmente el neutro sí se considera un conductor portador de corriente.
Cálculo de la ampacidad corregida
La ampacidad ajustada se obtiene mediante la expresión:
donde:
es la ampacidad del conductor tras aplicar la corrección por temperatura
es el factor de ajuste por agrupamiento
La ampacidad final del conductor debe cumplir simultáneamente con:
- Corrección por temperatura
- Ajuste por agrupamiento
Paso 4: Verificación de la caída de tensión
Aunque la caída de tensión no es obligatoria por código, el Código establece recomendaciones de buena práctica para asegurar el desempeño del sistema:
- ≤ 3 % en circuitos derivados
- ≤ 5 % de caída total en el sistema
Cálculo de la caída de tensión en CD
La caída de tensión puede estimarse mediante:
donde:
es la longitud del conductor en un solo sentido,
es la corriente del circuito
es la resistencia del conductor por unidad de longitud
- El factor 2 considera el recorrido de ida y regreso.
Una caída de tensión excesiva no representa un riesgo térmico inmediato, pero sí reduce la eficiencia energética del sistema fotovoltaico.
Ejercicio rápido – Dimensionamiento del cable
Supongamos:
- Isc del módulo = 10.2 A
- 2 strings en paralelo → 20.4 A
Aplicamos el código:
Idiseño = 20.4 A × 1.56 = 31.8 A
Buscamos un cable que, tras corrección por temperatura y ajuste por agrupamiento cuya ampacidad supere 31.8 A.
Selección preliminar del conductor
Se selecciona un conductor de cobre, con aislamiento 90 °C, y se consulta la Tabla 310.16 del NEC para obtener la ampacidad base.
Un conductor #10 AWG cobre, 90 °C, presenta una ampacidad base típica de:
Corrección por temperatura ambiente
Supóngase que los conductores se instalan en una canalización expuesta a una temperatura ambiente de 45 °C.
De acuerdo con la Tabla 310.15(B)(1), para un conductor con aislamiento de 90 °C y una temperatura ambiente de 45 °C, el factor de corrección por temperatura es:
La ampacidad corregida por temperatura es:
Ajuste por número de conductores portadores de corriente
Supóngase ahora que en la misma canalización existen cuatro conductores portadores de corriente (por ejemplo, dos circuitos DC positivo y negativo).
De acuerdo con la Tabla 310.15(C)(1), para 4 conductores activos, el factor de ajuste por agrupamiento es:
La ampacidad final del conductor se obtiene aplicando este ajuste:
Evaluación del resultado
La ampacidad efectiva del conductor #10 AWG, bajo las condiciones reales de instalación, es:
Dado que:
El conductor #10 AWG no cumple con el criterio de diseño.
Selección del conductor adecuado
Se evalúa ahora un conductor #8 AWG cobre, 90 °C, cuya ampacidad base es:
Aplicando los mismos factores:
Como:
El conductor #8 AWG cumple con los requisitos de ampacidad, incluso después de aplicar correcciones por temperatura y ajuste por agrupamiento.
NOTA IMPORTANTE
La Tabla 310.15(B)(16) presenta valores de ampacidad típicos para conductores utilizados en circuitos de corriente alterna (CD), considerando aislamientos y condiciones de instalación comunes en sistemas eléctricos convencionales.
No obstante, en circuitos de corriente directa fotovoltaicos (CD), los conductores empleados suelen tener aislamientos distintos y certificaciones específicas, por lo que su ampacidad no siempre coincide con los valores de dicha tabla.
Aislamiento y construcción del conductor fotovoltaico
Los cables fotovoltaicos DC están diseñados para condiciones más severas que las consideradas en la Tabla 310.15(B)(16). Por esta razón, estos conductores suelen emplear aislamientos especiales, como XLPE de doble capa, y construcciones específicas (por ejemplo, cobre estañado), que modifican su comportamiento térmico y su capacidad real de conducción de corriente.
En cables fotovoltaicos CD, la ampacidad correcta no se deduce únicamente del calibre o sección del conductor, sino que debe obtenerse a partir de la información técnica proporcionada por el fabricante.
Conclusión
- 10 AWG en tabla 310.15(b)(16) → 30-40 A ❌ NO cumple
- 10 AWG en cable fotovoltaico para corriente alterna → 50–60 A (según el fabricante – revisar especificaciones técnicas) ✔️
✔ NEC 310.15(A)(1) permite usar la clasificación de ampacidad del fabricante cuando las tablas estándar no aplican.
⚠️ Nota importante sobre la segregación de circuitos CD y CA
En instalaciones fotovoltaicas, no está permitido instalar conductores de corriente directa (DC) junto con conductores de corriente alterna (AC) dentro de la misma canalización, charola o ducto.
De acuerdo con NEC 690.31(B), los circuitos fotovoltaicos no deben compartir el mismo medio de canalización con circuitos AC, salvo que exista una separación física interna permanente que aísle claramente ambos sistemas.
Esta exigencia busca:
- Evitar confusión durante labores de mantenimiento
- Reducir riesgos eléctricos asociados a diferentes niveles de tensión y tipo de corriente
- Garantizar una identificación clara y segura de los circuitos
El incumplimiento de esta disposición constituye una violación directa al código y representa un riesgo operativo y de seguridad para el personal técnico.