Cálculo del Número de Paneles Solares: Fórmula y Configuración (Serie/Paralelo)

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Una vez conocemos nuestro consumo diario y las Horas Sol Pico (HSP) de nuestra ubicación, llega el momento de la verdad: ¿Cuántos paneles solares necesito comprar?

Para obtener el número total de módulos necesarios para cubrir la energía máxima diaria E_máx requerida, diseñamos la configuración eléctrica (Serie o Paralelo) con el objetivo de adaptar el voltaje de la instalación solar a la entrada de nuestro inversor o regulador.

Para ello, se tendrá en cuenta la irradiación solar disponible, las características específicas de los paneles y la configuración de estos en el sistema (ya sea en serie, en paralelo o una combinación de ambos).

Este cálculo es fundamental para determinar el tamaño óptimo del sistema. Un sistema subdimensionado no podrá satisfacer la demanda energética, mientras que uno sobredimensionado implicará una inversión inicial mayor y una eficiencia reducida.

Uno de los aspectos más importantes en el cálculo de las instalaciones fotovoltaicas es precisamente el cálculo de los paneles solares, ya que son la fuente primaria de generación de energía en el sistema.

A continuación, se abordará de manera exhaustiva el proceso de cálculo de paneles solares, desde la determinación de la energía máxima diaria E_máx hasta el cálculo del número de paneles necesarios en configuraciones en serie y en paralelo o ambas.

Contenidos

Consumo Energético Diario Necesario en la Instalación
Cálculo de la Energía Generada por un Panel Solar
Configuración del String: ¿Serie o Paralelo?
Ejercicio Resuelto de Cálculo de Paneles Solares

Consumo Energético Diario Necesario en la Instalación

El primer paso en el cálculo de los paneles solares es determinar la energía máxima diaria que se necesita para satisfacer la demanda de la instalación fotovoltaica.

El procedimiento será el siguiente:

1º) Tal y como vimos en el cálculo del consumo energético, se obtiene la energía máxima consumida en la instalación E_{inst_Whd} por día, en Whd.

Fórmula de la energía máxima diaria de la instalación en Whd

2º) Después se calcula la energía máxima consumida E_{inst_Ahd}, en Ahd. Para ello, se divide por la tensión de la instalación.

Fórmula de la energía máxima diaria de la instalación en Ahd

3º) Se aplica un margen de seguridad, del 20% por defecto, siendo la máxima energía diaria de:

Fórmula de la energía máxima diaria de la instalación en Ahd con margen de seguridad

4º) Ahora se halla nuevamente el consumo energético diario teniendo en cuenta las posibles pérdidas totales de la instalación K_T. Tal y como vimos en coeficiente de pérdidas totales en una instalación solar fotovoltaica, la energía máxima diaria será de:

Fórmula de la energía máxima diaria teniendo en cuenta las pérdidas totales de la instalación fotovoltaica

Cálculo de la Energía Generada por un Panel Solar

Una vez que se ha determinado la energía máxima diaria requerida, el siguiente paso es calcular la cantidad de energía que puede generar un panel solar individual en un día, tal y como vimos en el apartado de energía generada por un panel fotovoltaico:

Fórmula de la Energía Generada por 1 Panel Fotovoltaico, en Ahd

Configuración del String: ¿Serie o Paralelo?

La forma en que conectamos los paneles entre sí determina el voltaje y la corriente (amperaje) que llegarán al inversor o regulador. No existe una configuración "mejor" que otra, sino la configuración adecuada para cada tipo de equipo. Un error en esta fase puede provocar que el sistema no arranque o, peor aún, que el inversor se queme por un exceso de tensión.

Conexión en Paralelo (Suma Amperios)

Después de calcular la energía generada por un panel solar E_PANEL, el siguiente paso es determinar cuántos paneles solares en paralelo son necesarios para generar la energía máxima diaria E_máx.

En la conexión de paneles en paralelo, la intensidad (amperios) de cada panel se suma, mientras que el voltaje se mantiene igual al de un solo panel.

Se utiliza principalmente en sistemas pequeños de 12 V o 24 V que utilizan reguladores de carga PWM. También se usa para combinar varios "strings" de serie en instalaciones más grandes.

⚠️ ¡Cuidado!: Al sumar amperios, la intensidad de corriente puede llegar a ser muy alta. Si se conectan muchos paneles en paralelo, se necesitarán cables extremadamente gruesos y caros para evitar que se calienten y para que la caída de tensión no sea excesiva.

El número de paneles a conectar en paralelo depende de la energía máxima diaria E_máx, así como de la energía generada por un panel fotovoltaico E_PANEL. Se obtendrá con la siguiente fórmula:

Fórmula del número de paneles solares a conectar en paralelo

(Se redondea al alza a número entero)

Esta fórmula indica que el número de paneles a conectar en paralelo debe ser igual o mayor a la relación entre la energía máxima diaria y la energía que puede generar un panel en un día.

Dependiendo del tipo de instalación fotovoltaica, la proporción de energía cubierta por paneles solares en una instalación varía según su diseño. En el caso de una vivienda conectada a la red, si los paneles cubren, por ejemplo, el 50% del consumo total, el cálculo se realizaría considerando únicamente este porcentaje de la energía máxima demandada (50% de E_máx).

Conexión en Serie (Suma Voltios)

La conexión de paneles en serie, es la configuración más utilizada en el autoconsumo moderno. Los voltajes de cada panel se suman, mientras que la intensidad (amperios) se mantiene igual a la de un solo panel.

Es el estándar para inversores de red y reguladores MPPT. Al trabajar con voltajes altos, el sistema es mucho más eficiente y permite usar cables más finos.

⚠️ ¡Cuidado!: Todos los inversores tienen un límite de "Voltaje de Entrada Máximo". Se debe sumar el voltaje de circuito abierto (Voc) de todos los paneles de la serie (considerando que el voltaje sube cuando hace frío) y asegurarse de que nunca sobrepase el límite del inversor. Si nos pasamos aunque sea por un voltio, la garantía del equipo quedará anulada y podría dañarse irreparablemente.

El número de paneles a conectar en serie depende de la tensión de operación de la instalación fotovoltaica V_instalación. Esta es la tensión de CC necesaria para alimentar la instalación, 12 V, 24 V, 48 V, etc. También depende de la tensión nominal que tenga un panel V_PANEL. Se obtendrá con la siguiente fórmula:

Fórmula del número de paneles solares a conectar en serie

Este cálculo garantiza que la tensión total del conjunto de paneles en serie coincida con la tensión de operación requerida por la instalación.

Nuestra innovadora herramienta de cálculo de paneles solares, creada para el dimensionamiento de instalaciones fotovoltaicas, convierte este complejo proceso en una operación rápida e intuitiva.

Conexión Mixta (Serie-Paralelo)

La conexión de paneles mixta es la configuración estándar en instalaciones medianas y grandes (comerciales, industriales o huertos solares). Consiste en crear grupos de paneles conectados en serie (strings) y, a su vez, conectar esos grupos entre sí en paralelo.

Esta técnica permite "jugar" con los valores de electricidad para adaptarse exactamente a la ventana de trabajo del inversor, aumentando tanto el voltaje como el amperaje sin sobrepasar los límites de seguridad del equipo.

Para realizarla correctamente, se siguen 2 pasos:

Formación del String (Serie): se conectan, por ejemplo, 10 paneles en serie para elevar el voltaje hasta un punto óptimo de eficiencia para el inversor (p. ej., 400 V – 600 V).
Agrupación (Paralelo): se crean varios strings idénticos al anterior y se unen en una caja de combinación o directamente en las entradas múltiples del inversor (entradas MPPT). Esto multiplica la intensidad total y, por tanto, la potencia en vatios (W).