Correspondência das classificações de corrente e tensão da caixa combinadora fotovoltaica

Em um sistema solar fotovoltaico (PV), a caixa combinadora desempenha um papel central na consolidação da energia e na garantia da segurança. É uma caixa de junção onde a saída de várias cadeias solares é conectada em paralelo, combinando sua corrente antes de enviá-la ao inversor. Mais importante ainda, ela abriga os dispositivos críticos de proteção contra sobrecorrente (fusíveis ou disjuntores) que protegem a fiação e os componentes do sistema contra falhas potencialmente perigosas.

Dimensionar adequadamente seu Caixa combinadora fotovoltaica e seus componentes internos não é apenas uma prática recomendada - é um requisito fundamental para uma instalação segura, confiável e em conformidade com os códigos. Um componente subdimensionado pode levar a riscos de incêndio, enquanto um componente superdimensionado pode não fornecer a proteção adequada.

Este guia o orientará nas etapas essenciais para adequar as classificações de tensão e corrente da sua caixa combinadora ao seu painel solar específico, com foco nos requisitos descritos no National Electrical Code (NEC). Abordaremos:

• Princípios básicos de segurança do artigo 690 do NEC
• Cálculo da tensão máxima do sistema com base nas condições do local
• Dimensionamento de fusíveis de string CC e proteção principal contra sobrecorrente
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A base: Entendendo o artigo 690 do NEC

Para qualquer instalação fotovoltaica nos Estados Unidos, o artigo 690 do NEC é a autoridade máxima. Essa seção do código é especificamente dedicada aos sistemas solares fotovoltaicos, abordando as características exclusivas e os possíveis riscos da geração de energia CC. Ela fornece a estrutura para tudo, desde a fiação e o aterramento até os meios de desconexão e a proteção contra sobrecorrente. A adesão ao Artigo 690 é essencial para garantir que seu sistema seja seguro e passe na inspeção.

Parte 1: Correspondência de tensão do sistema fotovoltaico

O primeiro e mais importante parâmetro a ser determinado é a tensão máxima do sistema. Todos os componentes em um circuito, desde os fios até os fusíveis e a própria caixa combinadora, devem ter uma classificação de tensão igual ou superior à tensão máxima que podem experimentar.

Em um sistema fotovoltaico, a tensão máxima é determinada pelo número de módulos em uma cadeia em série e sua tensão de circuito aberto (Voc), encontrada na folha de dados do módulo. Entretanto, a tensão é inversamente proporcional à temperatura; a tensão de um painel solar é mais alta no dia mais frio possível. A NEC exige que você calcule a tensão máxima para a menor temperatura ambiente esperada em seu local.

Como calcular a tensão máxima do sistema:

1. Encontre o Voc: Procure a tensão de circuito aberto (Voc) na folha de dados do seu módulo solar.
2. Determinar a temperatura mais baixa: Encontre o recorde de baixa temperatura para a sua localização. Geralmente, você pode encontrá-la nos dados meteorológicos locais ou nas tabelas de temperatura de projeto da ASHRAE.
3. Encontre o fator de correção de temperatura: A folha de dados do módulo fornecerá um coeficiente de temperatura para Voc, expresso como uma porcentagem ou V/°C. Use-o para encontrar o fator de correção para sua temperatura mais baixa em relação à temperatura da condição de teste padrão (STC) de 25°C. O NEC fornece tabelas em 690.7 para um cálculo simplificado.
4. Calcular o Voc. corrigido Voc corrigido = Voc × [1 + (temperatura mais baixa °C - 25°C) × (coeficiente de temperatura Voc %/°C)]
5. Calcule a tensão máxima do sistema: Tensão máxima do sistema = Voc corrigido × número de módulos em série

Exemplo:

• Voc do módulo: 48,5V
• Temperatura mais baixa do local: -10°C
• Número de módulos por string: 12
• Coeficiente de temperatura Voc: -0,28%/°C
• Voc corrigido = 48.5V × [1 + (-10 - 25) × (-0.0028)] = 48.5V × [1 + (-35 × -0.0028)] = 48.5V × 1.098 = 53.25V
• Tensão máxima do sistema = 53.25V × 12 = 639V

Nesse caso, o sistema requer uma caixa combinadora, fusíveis e disjuntores classificados para pelo menos 639 V. Portanto, você selecionaria componentes de uma classe padrão de 1000 V CC, pois os componentes de 600 V seriam insuficientes.

Parte 2: Caixa combinadora fotovoltaica Dimensionamento e fusão de cordas CC

Após determinar a classificação de tensão, a próxima etapa é dimensionar os dispositivos de proteção contra sobrecorrente (OCPDs), que normalmente são fusíveis. O objetivo principal dos fusíveis de string é proteger contra a corrente reversa. Uma falha em um string pode fazer com que outros strings sejam realimentados por ele, criando uma condição perigosa de sobrecorrente.

De acordo com a norma NEC 690.9, a fusível de nível de fio é necessária sempre que você tiver três ou mais cadeias de caracteres em paralelo. Com apenas duas cadeias de caracteres, o potencial de corrente reversa não é alto o suficiente para exceder a classificação do fusível do módulo, portanto, os fusíveis não são exigidos pelo código (embora às vezes ainda sejam usados como um meio de desconexão).

Como dimensionar fusíveis de cordas:

A NEC exige que o fusível seja classificado para lidar com serviço contínuo e possíveis picos de irradiância. Isso é feito multiplicando-se a corrente de curto-circuito (Isc) do módulo por um fator de 1,56.

• 1,25 fator para carga contínua (circuitos que podem operar por mais de 3 horas).
• 1,25 fator para o potencial “aumento da irradiância” onde a exposição ao sol pode exceder o padrão de 1000 W/m².
• 1.25 × 1.25 = 1.56

Fórmula de classificação do fusível: Classificação mínima do fusível ≥ Isc do módulo × 1,56

Após calcular esse mínimo, você seleciona o próximo tamanho de fusível padrão acima.

Limitação crucial: Classificação máxima do fusível em série\
Cada módulo solar tem uma “Classificação máxima de fusível em série” listada em sua folha de dados. Esse valor é um limite absoluto. O tamanho calculado do fusível não deve exceder essa classificação. Se isso acontecer, o projeto do seu sistema está com defeito, o que normalmente significa que o módulo escolhido não pode ser usado com esse número de strings em paralelo.

Exemplo:

• Isc do módulo: 10.5A
• Classificação máxima de fusíveis da série do módulo: 20A
• Classificação mínima do fusível = 10.5A × 1.56 = 16.38A

Com base nesse cálculo, você escolheria o próximo tamanho padrão acima, que é um 20A fusível. Como 20A é igual à classificação máxima do fusível em série do módulo, essa é uma seleção válida. Se o cálculo tivesse resultado em 21A, não seria possível usar um fusível de 25A, e o projeto precisaria ser reavaliado.

Parte 3: Coordenação da proteção contra sobrecorrente

A coordenação da proteção garante que, no caso de uma falha, o OCPD correto abra primeiro. No caso de uma falha em um único string, o fusível individual do string deve queimar, isolando apenas esse string sem colocar todo o array off-line. O OCPD principal na saída da caixa combinadora só deve disparar se houver uma falha grave nos condutores principais que levam ao inversor.

Isso é feito garantindo que o dispositivo downstream tenha uma classificação mais baixa do que o dispositivo upstream.

Perguntas frequentes (FAQ)

Preciso de fusíveis para apenas duas cadeias de caracteres paralelas?\
Não. De acordo com a NEC 690.9, a proteção contra sobrecorrente só é necessária quando há três ou mais strings em paralelo. Com dois strings, a corrente de falha máxima que um string pode fornecer ao outro é limitada ao Isc de um string, que está abaixo da classificação máxima do fusível do módulo.

Posso usar fusíveis ou disjuntores com classificação CA para circuitos CC?\
Não, você deve usar componentes classificados especificamente para circuitos CC. Os arcos de CC são muito mais difíceis de serem extintos do que os arcos de CA. Um dispositivo classificado para CA provavelmente não conseguirá interromper com segurança uma falha de CC, levando a um risco significativo de incêndio e segurança.

O que acontece se eu instalar o fusível de tamanho errado?

• Muito pequeno: O fusível estará sujeito a “disparos incômodos”, queimando em condições normais de operação (por exemplo, em um dia frio e muito ensolarado), causando paralisação desnecessária do sistema.
• Muito grande: Um fusível muito grande (especialmente um que exceda a classificação máxima do fusível em série do módulo) não protegerá o módulo contra correntes reversas prejudiciais. Isso pode levar à falha do módulo e criar um risco de incêndio.

Por que o multiplicador de 1,56 é usado para dimensionamento?\
É um fator de segurança combinado exigido pelo NEC. Ele consiste em dois multiplicadores separados de 1,25: um para levar em conta o fato de que os circuitos solares são considerados “cargas contínuas” (funcionando com corrente máxima por mais de 3 horas) e um segundo para levar em conta os níveis de irradiação que podem exceder as condições de teste padrão, fazendo com que a corrente suba temporariamente acima do Isc nominal. (1.25 x 1.25 = 1.56).

Qual é a “Classificação máxima de fusíveis em série” de um módulo?\
Essa é uma classificação de segurança determinada pelo fabricante do módulo e certificada pela UL. Ela especifica a corrente máxima que o módulo pode suportar sem ser danificado quando submetido a uma corrente reversa. Você nunca deve instalar um fusível ou OCPD com classificação superior a esse valor.

Conclusão

A correspondência das classificações de corrente e tensão de uma caixa combinadora fotovoltaica é um processo sistemático orientado por princípios de engenharia e pelos rígidos padrões de segurança da NEC. As principais conclusões são:

1. Tensão em primeiro lugar: Sempre determine a tensão máxima do sistema usando a temperatura mais baixa esperada para seu local. Todos os componentes devem ser classificados para essa tensão.
2. Segundo atual: Dimensione os fusíveis da série com base no Isc do módulo e no multiplicador de 1,56x, mas nunca exceda a classificação máxima de fusíveis da série do módulo.
3. O código é fundamental: Em caso de dúvida, consulte o Artigo 690 da NEC e as folhas de dados do fabricante para todos os componentes.

Seguindo essas diretrizes, você pode garantir que a caixa combinadora do seu painel solar seja dimensionada de forma segura, confiável e profissional, formando uma base robusta para todo o seu sistema fotovoltaico.