Conexiones en paralelo y en serie. Maximizando la eficiencia de tu sistema solar

En la conexión en serie, los paneles se conectan uno tras otro aprovechando el cableado positivo y negativo de cada panel. Aquí la corriente fluye por un solo camino. En cambio, la conexión en paralelo conecta paneles solares para que la corriente tenga múltiples caminos para fluir. A diferencia de la conexión en serie, en la conexión en paralelo se conectan todos los positivos juntos, por un lado, y los negativos juntos por el otro. En una conexión en serie, el voltaje de cada panel se suma, algo útil en instalaciones donde los paneles están distantes del regulador o batería, ya que un voltaje más alto reduce pérdidas de energía durante la transmisión durante la transmisión de energía en cada uno de los tramos en el kit solar que trabajan en corriente continua. Con este tipo de conexión se consigue una potencia en vatios total mayor, que puede ser beneficiosa para equipos solares cuyo funcionamiento requiera de una potencia en vatios (W) más alta. También será más fácil ampliar el kit solar conectando paneles solares en paralelo ya que es sencillo de realizar. En muchos sistemas se emplea una combinación de conexiones en serie y en paralelo para lograr un equilibrio entre voltaje y corriente. Esto permite mayor flexibilidad en el diseño y puede ayudar a mitigar los problemas de sombreado y otros problemas de rendimiento, combinando ventajas de ambas conexiones.

La conexión de paneles solares en serie, paralelo o en una combinación de ambas con conexión serie-paralelo, dependerá en primer lugar de las características de los paneles solares a utilizar. Estos obligarán al uso de un tipo u otro de regulador de carga solar para que la gestión de la energía generada sea eficiente y controlada.

En un equipo de energía solar, las conexiones de los paneles solares se realizan en serie, en paralelo, o con una combinación de ambas serie-paralelo. Se realiza una u otra dependiendo del tipo de configuración que se quiera lograr. Aquí te explicaré la diferencia entre ambos tipos de conexiones y cómo se aplican a los paneles solares según los requerimientos de cada sistema.

Conexiones en Serie

En la conexión en serie de paneles fotovoltaicos, estos se conectan uno tras otro aprovechando el cableado positivo y negativo que incorpora cada panel. En este tipo de conexión, la corriente fluye a través de un solo camino. Veamos las características de esta forma de conexión:

Voltaje

En una conexión en serie, la tensión de cada panel se suma, mientras que la corriente se mantiene constante. Por ejemplo, si tienes 5 paneles de 20V, la tensión total sería de 100V. Por este motivo, la conexión en serie es habitual en kits solares o instalaciones fotovoltaicas de 24V o 48V los cuales precisan de voltajes altos. Por otro lado, nunca se utiliza la conexión en serie en los equipos solares de 12 voltios, ya que interesa que el voltaje se mantenga a 12V siempre. Por este motivo a 12V siempre se utiliza la conexión en paralelo de los paneles solares.

Compatibilidad

Los paneles conectados en serie deben tener la misma corriente nominal para evitar desequilibrios. Para ello se recomienda que se utilice el mismo tipo de paneles si se quiere realizar una ampliación del kit solar. También se puede contactar con una empresa solar especializada como Damia Solar, en la cual, te asesorarán en base a tu equipo y te recomendarán los paneles solares adecuados, aunque no sean de la misma marca. El objetivo es que cumplan con las características técnicas que ofrecen los paneles solares que ya tengas instalados.

Efecto del sombreado

El sombreado en un panel afecta a toda la cadena, ya que reduce la corriente en todo el camino. Esto puede reducir significativamente la eficiencia. Por ejemplo, si los paneles están parcialmente sombreados, una conexión en serie puede reducir significativamente la producción de energía, pues, el panel con menor luz limitará la corriente de todo el string de paneles. En este caso, una configuración en paralelo o una combinación de conexiones en serie y en paralelo sería más beneficiosa. Sin embargo, la solución más adecuada reside en realizar un buen mantenimiento de la instalación solar, puesto que puede ocurrir que en el momento de realizar el montaje del kit solar no hubiese sombras y las ramas de los árboles fuesen bajas y pequeñas, pero con el paso del tiempo,  hayan crecido y ocasionado este problema.

Cableado

La conexión en serie requiere menos cableado que la conexión en paralelo, lo cual puede ser una ventaja en cuanto a costes. Por ejemplo, en las conexiones en las placas solares, la conexión en serie entre el positivo de un panel y el negativo del siguiente evitan tener que utilizar conectores MC4 de tipo Y en rama, que no son baratos. Hay que tener en cuenta que todos los elementos de una instalación o kit solar que vayan al exterior deben utilizar cable solar en lugar de cable eléctrico normal. El cable solar es más caro. Pero tiene mucha mayor resistencia al sol y al clima con una garantía de calidad de 25 años como la que se ofrece en los paneles solares. Una empresa que utilice cable eléctrico normal en lugar de cable solar será un indicio de empresa de muy baja profesionalidad y de problemas para el cliente a medio plazo.

Protección

En el caso de conexiones de paneles en serie, es importante la utilización de diodos de bypass para proteger la cadena de paneles contra problemas de sombreado y fallos en alguno de los paneles solares. Las protecciones en un kit solar o equipo solar son imprescindibles para asegurar su buen funcionamiento y como primera barrera para evitar que ocurran problemas en la instalación solar.
Además, es importante recordar que cualquier configuración de los paneles debe considerar las especificaciones técnicas de los componentes (paneles solares, inversores, reguladores, etc.) y seguir las normas de seguridad eléctrica para evitar cualquier riesgo. Para ello es esencial el asesoramiento de una empresa solar especializada como por ejemplo Damia Solar, en la cual disponemos de todos los departamentos para ofrecer un excelente servicio tanto preventa como posventa.

Conexiones en Paralelo

La conexión en paralelo implica conectar los paneles solares de modo que la corriente tenga múltiples caminos para fluir. A diferencia de la conexión en serie, en la conexión en paralelo se conectan todos los positivos juntos, por un lado, y los negativos juntos por el otro. Veamos las características y consideraciones de la conexión en paralelo:

Corriente

En una conexión en paralelo, la corriente de cada panel se suma, mientras que la tensión se mantiene constante. Por ejemplo, si tienes 5 paneles de 200W de 12V y 10 amperios de intensidad nominal, al conectarse en paralelo, el resultado sería una corriente total de 50A a 12V y 1000W de potencia. La conexión de los paneles suele depender de las especificaciones de fabricación y funcionamiento de cada regulador solar. Sin embargo, para instalaciones solares o kits de 12 voltios, la conexión se realiza siempre en paralelo para mantener el voltaje a 12 voltios en el equipo solar y poder trabajar con un regulador básico PWM.

Compatibilidad

Los paneles conectados en paralelo deben tener la misma tensión nominal. Esto ocurre en los paneles de 12V, los cuales tienen una tensión de funcionamiento de 18V. Superior a los 12V para asegurar que en las baterías de 12V llegue un voltaje siempre superior a los 12V y no se origine ningún problema de carga ni estrés en sus baterías. Ya que se realizarán pérdidas de voltaje desde los paneles hasta las baterías solares, pero al haber 6V de diferencia se asegura que nunca deberá haber ningún problema por este motivo.

Efecto del sombreado

Un panel sombreado o defectuoso no afectará significativamente a los demás paneles en la conexión en paralelo. Ya que cada panel es independiente a los demás, pues todos se conectan a un mismo cable principal. Es como un árbol en el cual cada rama es independiente y si se corta una rama no afecta a la vida de las demás ni a la vida del árbol. De todos modos, interesa que no haya sombras en ninguno de los paneles solares a lo largo de todo el año, ni en verano por las ramas de los árboles, ni en invierno por cualquier tipo de sombra de edificios o árboles al encontrarse el sol en una posición más baja en el cielo con lo cual las sombras son mucho más pronunciadas y alargadas que en verano.

Cableado

Al poder funcionar de forma independiente cada uno de los paneles, eso significa que se requieren más cables y principalmente conectores MC4 “Y” de tipo rama. Para asegurar su estanqueidad y aislamiento de humedad externa. Aunque su conexión es más laboriosa que la conexión en serie, una vez se entiendo cómo realizarla, es rápida de realizar. El asesoramiento de especialistas en energía solar, como los que disponemos en Damia Solar, te pueden ayudar a evitar un error en las conexiones.

Protección

Se deben utilizar fusibles o magnetotérmicos en cada tramo de la instalación solar, y en el caso de las conexiones en paralelo, cada rama de paneles solares que se dirija al regulador debe ir protegida con fusibles para evitar problemas al regulador solar y que afecte al funcionamiento global del kit solar.

Combinación Serie-Paralelo

En muchos sistemas se emplea una combinación de conexiones en serie y en paralelo para lograr un equilibrio entre voltaje y corriente. Esto permite mayor flexibilidad en el diseño y puede ayudar a mitigar los problemas de sombreado y otros problemas de rendimiento. Combinando las ventajas de las conexiones en serie y en paralelo.En esta configuración, varios grupos de paneles solares se conectan en serie para aumentar el voltaje. Luego, estos grupos se conectan en paralelo para aumentar la corriente. De esta manera, puedes adaptar la configuración a las necesidades específicas de tu sistema y obtener un equilibrio entre la corriente y el voltaje. Veamos las características de esta forma de conexión serie-paralelo:

Flexibilidad

Esta conexión proporciona un alto grado de flexibilidad, ya que puedes ajustar el número de paneles en cada cadena (conexión en serie) y el número de cadenas conectadas en paralelo para satisfacer tus necesidades específicas en cuanto a voltaje y corriente según las características técnicas del regulador en cuanto a rango de trabajo de voltaje.

Equilibrio de la carga

La conexión serie-paralelo permite equilibrar la carga en cada cadena de paneles, lo que puede resultar en un rendimiento más eficiente. Los reguladores MPPT son los más eficaces en cuanto a hacer que los paneles solares estén funcionando en su punto más alto de eficiencia en cada momento. Y es este tipo de regulador de carga el que requiere, en su mayoría, que la conexión de las placas solares sea una combinación en serie y paralelo.

Resistencia al sombreado

Cuando hay una conexión combinada en serie y paralelo, si existe una cadena de paneles conectada en serie que esté parcialmente sombreada, la caída de rendimiento solo afectará a los paneles de esa cadena en específico, y no de todo el sistema, gracias a la conexión en paralelo de las diferentes cadenas. Con lo cual, el problema serio con el sombreado ocurre en los kits solares con paneles conectados en serie, los cuales necesitaran de un control y mantenimiento mayor para evitar que este problema llegue a ocurrir.

Uso eficiente del regulador solar

Esta conexión puede permitirte hacer un uso eficiente de tu regulador solar, especialmente si tienes un regulador MPPT que puede manejar voltajes más altos. Al trabajar con voltajes más elevados, el nivel de pérdidas de energía será siempre menor y se conseguirá una mejor eficiencia de todo el sistema. Cuando se adquiere o hay que conectar los paneles en el regulador de tipo MPPT, es necesario saber cuáles son los diferentes tipos de conexiones que permite y cuál es la más adecuada según nuestro tipo de paneles y número. El asesoramiento de un especialista en energía solar es vital para recibir el mejor funcionamiento y amortizar el equipo en el menor tiempo.

Adaptable a las necesidades de energía

La conexión serie-paralelo es especialmente útil si tienes necesidades de energía que requieren un equilibrio entre el alta corriente y el alto voltaje. Se utiliza principalmente en kits solares o instalaciones solares de gran potencia de uso habitual diario para particulares, en viviendas, granjas, fincas y también en empresas.

Menor pérdida de energía

Al igual que las conexiones en serie, las conexiones serie-paralelo pueden reducir las pérdidas de energía durante la transmisión a través del cableado, gracias al aumento del voltaje. Pues como ya hemos indicado, a cuanto mayor voltaje trabaje un equipo solar, menores serán sus pérdidas. Para ello es importante siempre que la sección de cable o grosor del cable utilizado en cada tramo del kit o instalación solar sea el correcto y nunca más delgado que el que se necesite. La potencia del equipo y de la suma de los paneles solares determinará la sección de cable que será necesaria utilizar.

No obstante, esta configuración también tiene sus desafíos. Por ejemplo, es importante asegurarse de que todas las cadenas de paneles tengan la misma corriente, y puede ser más complicado configurar y cablear el sistema. Además, si una cadena de paneles falla, podría afectar el rendimiento de todo el sistema. Por ello, si es necesario realizar una conexión de paneles en combinación serie-paralelo, es crucial el asesoramiento de un experto en energía solar fotovoltaica para evitar errores y maximizar la configuración para un mejor rendimiento de la instalación solar.

Las características del regulador solar que determinan la forma de conectar los paneles solares

Un regulador solar, también conocido como controlador de carga, es un componente esencial en muchos sistemas de energía solar. Su principal función es gestionar la energía que fluye desde los paneles solares hacia las baterías para evitar la sobrecarga y prolongar la vida útil de las baterías. Cuando se trata de la conexión de paneles solares, ya sea en serie o en paralelo, las especificaciones del regulador solar pueden influir en la decisión de cómo configurarlos. Por los siguientes motivos:

Voltaje de entrada máximo

Los reguladores solares tienen un voltaje máximo de entrada. Si excedes este voltaje, puedes dañar el regulador. En una conexión en serie, el voltaje de cada panel se suma. Por lo tanto, debes asegurarte de que el voltaje total de los paneles en serie no exceda el voltaje máximo de entrada del regulador.

Corriente máxima

Similarmente, los reguladores solares también tienen una corriente máxima que pueden manejar. En una conexión en paralelo, la corriente de cada panel se suma. Por lo tanto, debes asegurarte de que la corriente total de los paneles en paralelo no exceda la corriente máxima del regulador.

Compatibilidad de voltaje

El regulador solar debe ser compatible con el voltaje del sistema. Por ejemplo, si tienes un sistema de 24V y un regulador de 12V, necesitarás reconfigurar tus paneles solares o adquirir un regulador adecuado para tu sistema.

Regulador MPPT vs regulador PWM

Los reguladores solares son de dos tipos, MPPT (Seguimiento del Punto de Máxima Potencia) y PWM (Modulación de Ancho de Pulso). Los reguladores MPPT son más eficientes y pueden manejar una mayor variación en el voltaje de entrada, lo que los hace más adecuados para sistemas con paneles en serie. Por otro lado, los reguladores PWM son más simples y menos costosos, pero requieren que el voltaje de los paneles coincida con el voltaje de las baterías, lo que hace que sean más adecuados para sistemas con paneles solares conectados en paralelo.

Características del regulador MPPT

El voltaje y la corriente máxima que pueden manejar el regulador solar son factores críticos a tener en cuenta al decidir la configuración de los paneles solares. Es fundamental que el voltaje y la corriente producidos por los paneles solares no excedan los límites máximos del regulador solar, ya que hacerlo podría dañar el dispositivo y potencialmente reducir la eficiencia del sistema solar. Por lo tanto, el uso de un tipo u otro de conexión de los paneles solares vendrá determinado por las características de funcionamiento del regulador solar.
Como ejemplo, si se dispone de paneles solares que 30V (voltios) y 8A (amperios) cada uno, se podrían conectar hasta 7 paneles en serie si el regulador de carga MPPT es de 150V y 60A (uno de los modelos más utilizados). Ya que no se superaría el voltaje máximo de 150 voltios al generarse un voltaje de 140 voltios. Y por el otro lado, el amperaje será de 56A con lo cual no se excedería del amperaje máximo de 60 amperios (A). Es importante que siempre haya un margen de seguridad tanto en el voltaje como en el amperaje en el uso de un regulador MPPT para evitar posibles problemas o que un pico de corriente lo pueda dañar.

Los reguladores MPPT son capaces de convertir el exceso de voltaje en corriente, lo que permite obtener la máxima potencia de los paneles solares. Estos reguladores pueden manejar voltajes de entrada significativamente más altos que la tensión de la batería, lo que los hace ideales para sistemas con conexiones en serie, que producen un voltaje más alto.

Características del regulador PWM

Por otro lado, los reguladores PWM simplemente limitan el voltaje a un nivel seguro para las baterías, lo que puede resultar en una pérdida de energía si el voltaje de los paneles solares es significativamente más alto que la tensión de la batería. Estos reguladores suelen ser más adecuados para sistemas con conexiones en paralelo, donde el voltaje de los paneles solares está más cerca de la tensión de la batería. Su funcionamiento es mucho menos complicado, lo que se aplica a su precio, ya que requiere de piezas más simples y baratas.

Ventajas de conectar en serie los paneles solares

Cuando los paneles solares se conectan en serie, el voltaje de cada panel se suma, aumentando así el voltaje total del sistema. Esto puede ser especialmente útil en instalaciones donde los paneles están a una gran distancia del regulador o la batería, ya que un voltaje más alto reduce las pérdidas de energía durante la transmisión. O en equipos que requieren un voltaje más alto, como en los equipos de energía solar de uso permanente diario en hogares o negocios. Además, con un voltaje más alto, la corriente es más baja para una potencia determinada, lo que puede reducir las pérdidas de energía durante la transmisión a través del cableado. Además, permite el uso de secciones de cable mucho más delgadas y reducir costes en cableado, al trabajar en voltajes más altos. Los reguladores MPPT son los más utilizados para conexiones en serie, ya que son capaces de convertir el exceso de voltaje en corriente, lo que permite obtener la máxima potencia de los paneles solares utilizando voltajes de entrada bastante más altos que la tensión de las baterías. También destacar, que, en días parcialmente nublados, en los que unos paneles se encuentren en la sombra y otros no, el controlador MPPT podrá seguir extrayendo energía de los paneles expuestos al sol a plena capacidad sin afectarle.

Ventajas de conectar en paralelo los paneles solares

La conexión en paralelo de los paneles solares también presenta ventajas, ya que con este tipo de conexión se consigue una potencia en vatios total mayor, que puede ser muy beneficiosa para equipos solares cuyo funcionamiento requiera de una potencia en vatios (W) más alta.

Además, en una configuración en paralelo, el rendimiento de cada panel es independiente de los demás. Esto significa que, si uno de los paneles está sombreado o no funciona correctamente, no afectará la producción de los otros paneles. En un sistema en serie, el sombreado de un panel puede reducir la producción de toda la cadena.

También será más fácil ampliar paneles en paralelo, simplemente se debe evitar que la suma total del amperaje de los paneles no supere la corriente máxima del regulador solar.

Para conectar en paralelo es suficiente con el uso de reguladores PWM que son mucho más económicos que los modelos MPPT. En los reguladores PWM, solo se requiere que el voltaje de los paneles solares coincida con el voltaje de la batería. También ofrecen una mayor fiabilidad del funcionamiento del kit solar, ya que cada panel solar opera independientemente en una conexión en paralelo, un panel que falle o funcione de manera deficiente no afectará a los demás paneles. Esto puede hacer que tu sistema sea más resistente y confiable a largo plazo.

Aunque estas son algunas ventajas importantes de las conexiones en paralelo, también es importante tener en cuenta que hay algunas desventajas en cada una de las conexiones. Por ejemplo, las instalaciones con conexiones en paralelo pueden ser menos eficientes en términos de conversión de energía si no se gestionan correctamente. Además, al igual que con las conexiones en serie, es crucial tener en cuenta las capacidades del regulador solar y asegurarse de que el sistema esté configurado de manera segura y eficiente. Con lo que es importante recibir el asesoramiento de una empresa con especialistas en energía solar, con el objetivo de que el funcionamiento sea el óptimo y no aparezcan problemas a medio o largo plazo por culpa de una mala configuración y conexión de las placas solares.

En conclusión

La conexión de los paneles solares en serie, paralelo o en una combinación de ambas con conexión serie-paralelo, dependerá en primer lugar de las características de los paneles solares a utilizar. Los cuales obligarán al uso de un tipo u otro de regulador de carga solar para que la gestión de la energía generada sea eficiente y controlada para su ajuste óptimo de entrada para su almacenamiento en las baterías. Cada tipo de regulador trabaja con un voltaje y potencia máxima diferente. Por este motivo se deberán conectar los paneles para cumplir con los límites y condiciones del regulador solar para que el voltaje total de las placas solares y su amperaje sean los adecuados para el buen funcionamiento de ese regulador solar.