String fotovoltaico: qué es, cómo funciona en una instalación solar
Un string fotovoltaico es un conjunto de uno o varios módulos fotovoltaicos conectados eléctricamente en serie para formar un circuito de corriente continua (DC). Esta configuración permite aumentar la tensión eléctrica del conjunto manteniendo la corriente aproximadamente en el mismo nivel que la de los módulos conectados. El string fotovoltaico constituye una de las configuraciones eléctricas fundamentales de cualquier instalación solar fotovoltaica.
En una planta fotovoltaica, los módulos no funcionan necesariamente de forma individual. Para transportar la energía generada hacia los equipos de conversión de potencia, los módulos se agrupan en cadenas eléctricas. Cada string fotovoltaico proporciona una determinada tensión y corriente en función de las características de los módulos que lo componen y de las condiciones de operación.
La norma IEC define un PV string como un circuito formado por uno o varios módulos conectados en serie. Esta configuración forma parte de la arquitectura eléctrica de los sistemas fotovoltaicos y debe diseñarse teniendo en cuenta parámetros como la tensión máxima del sistema, la tensión de circuito abierto, el rango MPPT del inversor y las condiciones ambientales del emplazamiento.
En una instalación convencional, varios strings pueden conectarse posteriormente en paralelo para incrementar la corriente disponible y alcanzar la potencia DC necesaria. De esta manera, el diseño eléctrico de una planta fotovoltaica se estructura habitualmente en diferentes niveles: módulo, string fotovoltaico, subcampo o sub-array y campo fotovoltaico.
¿Cómo funciona un string fotovoltaico?
El funcionamiento de un string fotovoltaico se basa principalmente en la conexión en serie de los módulos solares. Cuando varios módulos se conectan de esta manera, la tensión de cada módulo se suma, mientras que la corriente del circuito permanece determinada fundamentalmente por la corriente del módulo que limita el conjunto. Por ejemplo, si se conectan diez módulos con una tensión de operación de 40 V en serie, la tensión nominal de operación del string fotovoltaico será aproximadamente de 400 V. La corriente será, en términos simplificados, la correspondiente a cada módulo conectado en la cadena.
Esta configuración resulta especialmente útil porque permite trabajar con tensiones DC elevadas y reducir la corriente necesaria para transportar una determinada potencia. Al disminuir la corriente, también pueden reducirse las pérdidas resistivas en los conductores, siempre que el diseño de la instalación respete los límites eléctricos y térmicos correspondientes. Cada string fotovoltaico presenta dos parámetros especialmente importantes: la tensión en el punto de máxima potencia (Vmp) y la tensión de circuito abierto (Voc). El valor de Voc resulta especialmente relevante para comprobar que la tensión máxima del conjunto no supera la tensión DC admisible por el inversor o por el resto de los equipos eléctricos.
El National Renewable Energy Laboratory (NREL) utiliza precisamente estos parámetros para el dimensionamiento de sistemas fotovoltaicos. Su herramienta System Advisor Model calcula la tensión de circuito abierto del string a partir de la tensión Voc del módulo y del número de módulos conectados en serie.
¿Cuántos paneles puede tener un string fotovoltaico?
El número de módulos que puede incorporar un string fotovoltaico no es un valor fijo. Depende de las características eléctricas del módulo, del inversor, de la temperatura mínima y máxima del emplazamiento y del rango de tensión MPPT disponible. Uno de los principales criterios de diseño consiste en garantizar que la tensión de circuito abierto del string fotovoltaico bajo las condiciones de temperatura más desfavorables permanezca por debajo de la tensión máxima DC admisible por el inversor.
Al mismo tiempo, la tensión de funcionamiento del string debe encontrarse dentro del rango MPPT del inversor durante las condiciones normales de operación. El objetivo es que el punto de máxima potencia de los módulos pueda ser aprovechado correctamente por el sistema de seguimiento del punto de máxima potencia. Por este motivo, aumentar indiscriminadamente el número de módulos de un string fotovoltaico no siempre mejora el rendimiento. Una cadena demasiado larga puede superar la tensión máxima permitida por el inversor, mientras que una cadena demasiado corta puede trabajar fuera del rango óptimo de seguimiento MPPT.
El dimensionamiento debe realizarse considerando las condiciones reales del proyecto. La temperatura tiene una influencia especialmente importante porque la tensión de los módulos fotovoltaicos varía con ella. En términos generales, las temperaturas bajas provocan un incremento de la tensión de circuito abierto, mientras que las temperaturas elevadas reducen la tensión de operación.
Tensión y corriente de un string fotovoltaico
La relación entre tensión y corriente es uno de los aspectos fundamentales para comprender el comportamiento de un string fotovoltaico. Cuando los módulos están conectados en serie:
- La tensión de los módulos se suma.
- La corriente del circuito permanece aproximadamente al nivel de la corriente del módulo.
- La potencia resultante depende de la tensión y corriente disponibles en cada condición de funcionamiento.
Si, por ejemplo, diez módulos tienen una tensión de máxima potencia de 40 V y una corriente de máxima potencia de 13 A, el conjunto tendrá aproximadamente 400 V y 13 A en condiciones nominales, antes de considerar pérdidas y variaciones ambientales.
La potencia eléctrica aproximada del string fotovoltaico sería, por tanto, el resultado de multiplicar la tensión por la corriente. Esta configuración permite diseñar campos fotovoltaicos con diferentes niveles de tensión y potencia adaptados a las características de los inversores utilizados. En el diseño real de una planta solar deben considerarse además parámetros como Voc, Isc, Vmp, Imp, coeficientes de temperatura, tolerancias de fabricación y degradación de los módulos.
String fotovoltaico y MPPT
La relación entre un string fotovoltaico y el sistema MPPT del inversor es especialmente importante para el rendimiento de una instalación solar. MPPT significa Maximum Power Point Tracking, o seguimiento del punto de máxima potencia. Se trata del sistema mediante el cual el inversor identifica y mantiene el punto de funcionamiento que permite obtener la máxima potencia disponible del campo fotovoltaico en cada momento.
Cada string fotovoltaico presenta una curva característica de tensión y corriente que cambia en función de la irradiancia, temperatura y condiciones de operación. El MPPT del inversor trabaja sobre estas variables para encontrar el punto en el que la producción eléctrica es máxima. Los inversores pueden disponer de uno o varios seguidores MPPT. Cuando diferentes grupos de módulos presentan orientaciones, inclinaciones o condiciones de sombreado distintas, resulta conveniente utilizar entradas MPPT independientes para evitar que las características eléctricas de un grupo afecten negativamente al funcionamiento de otro.
El diseño debe garantizar que la tensión de operación de cada string fotovoltaico se encuentre dentro del rango MPPT especificado por el fabricante del inversor. NREL recomienda seleccionar el número de módulos por string de forma que la tensión de circuito abierto quede por debajo de la tensión máxima DC del inversor y que la tensión de funcionamiento se encuentre dentro del rango MPPT.
String fotovoltaico e inversor
El inversor es el equipo encargado de convertir la corriente continua generada por los módulos en corriente alterna. La configuración del string fotovoltaico debe estar directamente relacionada con las características eléctricas de la entrada DC del inversor. Los principales parámetros que deben comprobarse son la tensión máxima DC, el rango de tensión MPPT, la corriente máxima por entrada y la potencia DC admisible.
Un diseño incorrecto puede provocar que el string fotovoltaico opere fuera del rango óptimo del inversor o, en situaciones más críticas, que se superen los límites eléctricos establecidos por el fabricante. En las instalaciones modernas es habitual utilizar inversores de string distribuidos, especialmente en plantas fotovoltaicas de determinadas dimensiones. En este tipo de arquitectura, varios strings se conectan directamente a inversores instalados próximos a los campos de módulos, reduciendo determinadas necesidades de agrupación y distribución en corriente continua.
NREL ha estudiado las diferencias entre arquitecturas basadas en inversores de string y soluciones con inversores centrales en instalaciones fotovoltaicas de varios megavatios, analizando aspectos relacionados con costes, conversión de potencia y configuración eléctrica.
String fotovoltaico en plantas solares de gran escala
En una planta fotovoltaica utility-scale pueden existir miles de módulos distribuidos en numerosos strings. La configuración eléctrica depende de la potencia de la planta, la tecnología de los módulos, el tipo de inversores, la tensión del sistema y la arquitectura del campo solar.
En estas instalaciones, la correcta agrupación de cada string fotovoltaico es fundamental para conseguir una operación homogénea y maximizar la producción energética. Los strings pueden organizarse en subcampos con características eléctricas similares. Posteriormente, estos grupos se conectan a los inversores y a las diferentes etapas de transformación y evacuación de la energía.
La arquitectura puede variar considerablemente entre una planta con inversores centrales y otra basada en inversores de string. En ambos casos, el diseño del string fotovoltaico debe garantizar que los parámetros eléctricos sean compatibles con los equipos conectados. Además, en proyectos de gran tamaño es habitual utilizar sistemas de monitorización que permiten analizar el rendimiento de diferentes grupos de strings y detectar desviaciones respecto a los valores esperados.
Diferencia entre string fotovoltaico y módulo fotovoltaico
Un módulo fotovoltaico es una unidad individual formada por células solares interconectadas y encapsuladas dentro de una estructura diseñada para resistir las condiciones ambientales. Un string fotovoltaico, en cambio, está formado por uno o varios módulos conectados eléctricamente en serie. Por tanto, el módulo es una unidad física de generación, mientras que el string representa una configuración eléctrica.
Esta diferencia es fundamental para entender la arquitectura de una instalación solar. Un campo fotovoltaico puede estar formado por cientos o miles de módulos agrupados en numerosos strings que posteriormente se conectan entre sí y con los equipos de conversión.
Diferencia entre string fotovoltaico y array fotovoltaico
El concepto de array o campo fotovoltaico hace referencia a una agrupación de módulos y strings que forman una parte determinada de la instalación. Un string fotovoltaico constituye, por tanto, una unidad eléctrica más pequeña dentro de la arquitectura general. Cuando varios strings se conectan en paralelo pueden formar un sub-array, y varios sub-arrays pueden integrar posteriormente el campo fotovoltaico completo.
La terminología puede variar ligeramente según la arquitectura de la instalación, pero la relación jerárquica permite entender cómo se organiza eléctricamente una planta: módulos, strings, sub-arrays y array fotovoltaico. Esta estructura resulta especialmente importante durante las fases de ingeniería, construcción, puesta en marcha y operación y mantenimiento, ya que facilita la identificación de circuitos y la localización de posibles incidencias.
Importancia del diseño del string fotovoltaico
El diseño correcto de un string fotovoltaico afecta directamente al rendimiento, seguridad, disponibilidad y vida útil de una instalación solar. No se trata simplemente de conectar un número determinado de módulos, sino de garantizar que toda la cadena eléctrica funcione dentro de los límites establecidos por los fabricantes y por la normativa aplicable. Una correcta selección del número de módulos permite mantener la tensión dentro del rango operativo del inversor, aprovechar adecuadamente el MPPT y reducir las pérdidas derivadas de una configuración eléctrica inadecuada.
También es importante mantener una configuración homogénea entre strings que compartan una misma entrada MPPT. Diferencias importantes de orientación, inclinación o condiciones de irradiancia pueden provocar pérdidas de producción. En proyectos de gran escala, el análisis del string fotovoltaico forma parte esencial de la ingeniería eléctrica y del diseño del campo DC. La configuración final debe coordinarse con la selección de módulos, inversores, cableado, protecciones y sistemas de monitorización.
La normativa internacional establece requisitos específicos para el diseño seguro de los campos fotovoltaicos, incluyendo cableado DC, protección contra sobrecorrientes, aislamiento, puesta a tierra y medios de desconexión. La IEC 62548-1:2023, junto con su modificación de 2025, constituye una referencia internacional relevante para el diseño de arrays fotovoltaicos.