El dimensionamiento de fusibles e interruptores de desconexión en cajas combinadoras fotovoltaicas requiere aplicar la regla NEC 156%: multiplicar la corriente de cortocircuito de la serie (Isc) por 1.56, luego seleccionar la siguiente clasificación de fusible estándar. Este cálculo en dos etapas tiene en cuenta el funcionamiento en servicio continuo y los picos de irradiancia. El dimensionamiento adecuado previene fallas del sistema, garantiza el cumplimiento del código y protege contra los riesgos de incendio en las instalaciones solares.
Comprensión de los fusibles e interruptores de desconexión fotovoltaicos
¿Qué son los fusibles con clasificación fotovoltaica?
Fusibles fotovoltaicos—designados como clase gPV según IEC 60269-6— son dispositivos de protección contra sobrecorriente diseñados específicamente para aplicaciones de corriente continua en sistemas solares. A diferencia de los fusibles de CA estándar, los fusibles gPV pueden interrumpir de forma segura las corrientes de falla de CC, que son notoriamente difíciles de extinguir debido a la ausencia de un cruce por cero de corriente natural. Estos fusibles resisten los ciclos térmicos extremos de la fluctuación de la irradiancia solar sin fallas prematuras. Están diseñados para interrumpir entre 1.35 y 1.45 veces su corriente nominal en un plazo de una a dos horas, protegiendo contra sobrecorrientes inversas cuando una serie alimenta a una serie paralela defectuosa.
¿Qué son los interruptores de desconexión de CC?
Seccionadores de CC son interruptores que aíslan la salida de la caja combinadora de los equipos aguas abajo para mantenimiento y desenergización de emergencia. NEC 690.15 requiere que estos interruptores de desconexión tengan una clasificación de interrupción de carga para aplicaciones en tejados, lo que significa que pueden abrir circuitos de forma segura con corriente de carga completa sin crear un arco eléctrico peligroso. Los interruptores de interrupción de carga incluyen cámaras de extinción de arco y contactos clasificados para la alta energía de arco de los circuitos de CC. Los interruptores de desconexión sin interrupción de carga (aisladores simples) solo se pueden operar después de que el circuito se haya desenergizado y no son adecuados para las salidas de la caja combinadora.
Metodología paso a paso para el dimensionamiento de fusibles
Paso 1: Calcular la corriente de cortocircuito de la serie
Comience con la corriente de cortocircuito (Isc) del módulo de la hoja de datos. Los paneles modernos de alta eficiencia varían de 9A a 18.5A dependiendo de la clase de potencia. Para series con módulos en serie, la Isc permanece constante (la conexión en serie no agrega corriente). Por ejemplo, un módulo TOPCon de 580 W con Isc = 14.45 A en una serie de 10 módulos todavía produce 14.45 A en cortocircuito.
Paso 2: Aplicar la regla NEC 156%
El artículo 690 de NEC requiere dos multiplicadores consecutivos de 125%:
Primer multiplicador (NEC 690.8(A)(1)): Calcular la corriente máxima del circuito
- Corriente máxima = Isc × 1.25
- Tiene en cuenta el “efecto de borde de nube”: cuando la luz solar se refleja en los bordes de las nubes, la irradiancia puede exceder brevemente los 1,000 W/m², lo que eleva la corriente por encima de la Isc nominal.
Segundo multiplicador (NEC 690.9(B)): Dimensionar la protección contra sobrecorriente para servicio continuo
- Clasificación OCPD = Corriente máxima × 1.25
- Los circuitos fotovoltaicos funcionan a la salida máxima durante más de 3 horas diarias. Los dispositivos estándar manejan solo el 80% de la corriente nominal de forma continua, por lo que el factor 125% (inverso de 80%) evita disparos molestos.
Cálculo combinado: Isc × 1.25 × 1.25 = Isc × 1.56
Paso 3: Seleccionar la clasificación de fusible estándar
Redondee al siguiente tamaño de fusible estándar disponible: 10A, 15A, 20A, 25A, 30A. El fusible seleccionado no debe exceder la clasificación máxima del fusible de serie del módulo (especificada en la hoja de datos, normalmente de 20 A a 30 A para la mayoría de los paneles).
Ejemplo: Isc de la serie = 14.45A
- Clasificación mínima del fusible: 14.45A × 1.56 = 22.54A
- Fusible seleccionado: 25A con clasificación gPV
Paso 4: Dimensionar el interruptor de desconexión de CC
Sume las corrientes máximas de todas las series paralelas, luego aplique un factor de seguridad de 125%:
Clasificación del interruptor de desconexión = (Número de series × Isc × 1.25) × 1.25
Para 6 series a 14.45A cada una:
- Corriente total: 6 × 14.45A × 1.25 = 108.4A
- Clasificación del interruptor de desconexión: 108.4A × 1.25 = 135.5A
- Interruptor de desconexión seleccionado: 150A con clasificación de interrupción de carga
Tabla 1: Ejemplos de dimensionamiento de fusibles para módulos fotovoltaicos comunes
| Potencia del módulo | Isc del módulo | Clasificación mínima del fusible (×1.56) | Fusible estándar seleccionado | Máximo de series por 30A Breaker |
|---|---|---|---|---|
| 400 W | 10.5A | 16.38A | 20A | 8 |
| 500W | 13.0A | 20.28A | 25A | 6 |
| 580W | 14.45A | 22.54A | 25A | 6 |
| 600W (TOPCon) | 18.5A | 28.86A | 30A | 4 |
| 750W (HJT) | 15.8A | 24.65A | 25A | 5 |
Tablas de dimensionamiento de referencia rápida
Configuraciones estándar y clasificaciones de interruptores de desconexión
Tabla 2: Dimensionamiento del interruptor de desconexión por configuración de serie
| Número de series | Isc de la serie | Corriente Máxima Total (×1.25) | Capacidad Mínima de Desconexión (×1.56) | Desconexión Recomendada |
|---|---|---|---|---|
| 4 | 10A | 50A | 62.4A | 80A |
| 6 | 10A | 75A | 93.6A | 100A |
| 8 | 10A | 100A | 124.8A | 150A |
| 4 | 14A | 70A | 87.4A | 100A |
| 6 | 14A | 105A | 131.0A | 150A |
| 8 | 14A | 140A | 174.8A | 200A |
NEC vs IEC: Diferencias Clave en el Dimensionamiento
Si bien ambos códigos priorizan la seguridad, sus enfoques de dimensionamiento difieren:
NEC 690.8/690.9 (Norteamérica):
- Dimensionamiento de fusibles: Isc × 1.56 (156%)
- Razón: Servicio continuo + picos de irradiancia
- Excepción: Los dispositivos clasificados como 100% solo necesitan un multiplicador de 1.25×
IEC 62548 (Internacional):
- Rango de dimensionamiento de fusibles: 1.5 × Isc ≤ In ≤ 2.4 × Isc
- Más flexible, permite la optimización para condiciones específicas
- Reducción de potencia por temperatura requerida por encima de 45°C de temperatura ambiente
Tabla 3: Comparación de Códigos para String de 12A
| Estándar | Capacidad Mínima del Fusible | Selección Típica | Filosofía de diseño |
|---|---|---|---|
| Comité ejecutivo nacional | 18.72A (12A × 1.56) | 20A | Conservador, multiplicador único |
| CEI | 18.0A a 28.8A (12A × 1.5 a 2.4) | 20A a 25A | Rango flexible basado en las condiciones |
Criterios críticos de selección
Tensión Nominal De Los Requisitos De
Las clasificaciones de voltaje del fusible y del desconectador deben exceder el voltaje máximo de circuito abierto (Voc) del sistema a la temperatura ambiente mínima esperada.
Cálculo: Voc_max = Voc del Módulo × Número de Módulos en Serie × Coeficiente de Temperatura
- A -40°C: 49V × 10 × [1 + 0.0027 × (25 – (-40))] = 576V
- Clasificación requerida: 600V mínimo (estándar: 600V, 1000V, 1500V). IEC 60269-6 recomienda una clasificación de voltaje del fusible ≥ 1.2 × Voc_max para un margen de seguridad adicional.
Capacidad de Interrupción (Poder de Corte)
La capacidad de interrupción de CC (Icn o Icu) debe exceder la corriente de falla prospectiva máxima en el punto de instalación. Para las entradas de la caja combinadora, esta es típicamente la Isc combinada de todas las demás cadenas paralelas. Para 8 cadenas a 14A cada una:
- Corriente de falla prospectiva: 7 × 14A = 98A (peor caso: 7 cadenas sanas alimentan a 1 cadena defectuosa)
- Icu requerida: ≥ 150A (fusibles gPV estándar: 200A a 1500A Icu)
Reducción de temperatura
Las cajas combinadoras expuestas a la luz solar directa pueden alcanzar una temperatura interna de 65°C a 75°C. La mayoría de los fusibles gPV están clasificados a 40°C ambiente. Por encima de esto, la capacidad de corriente disminuye:
- A 50°C: Reducir a 95% de la corriente nominal
- A 60°C: Reducir a 90% de la corriente nominal
- A 70°C: Reducir a 85% de la corriente nominal
Si su fusible de 20A opera a 65°C ambiente, la clasificación efectiva = 20A × 0.87 = 17.4A. Verifique que esto exceda su mínimo calculado.
Tabla 4: Lista de Verificación de Selección de Componentes
| Selección Del Factor De | Requisito de Especificación | Código De Referencia | Método de Verificación |
|---|---|---|---|
| Capacidad de corriente del fusible | ≥ Isc × 1.56 (NEC) o 1.5-2.4 (IEC) | NEC 690.9(B), IEC 62548 | Hoja de datos Isc × multiplicador |
| Capacidad de voltaje del fusible | ≥ 1.2 × Voc_max a temperatura mínima | IEC 60269-6 | Voc del módulo × conteo en serie × factor de temperatura |
| Clase de fusible | Clasificado gPV (IEC 60269-6) | NEC 690.9(D) | Verificar la marca “gPV” |
| Fusible máximo en serie | ≤ Capacidad máxima del fusible del módulo | Hoja de datos del módulo | Revisar la placa de características |
| Corriente de desconexión | ≥ Isc total × 1.56 | NEC 690.13 | Sumar todas las corrientes de string |
| Tipo de desconexión | Capacidad de interrupción con carga (en tejado) | NEC 690.15 | Verificar la certificación de interrupción con carga |
| Capacidad de interrupción | ≥ Corriente máxima de fallo | NEC 690.9(C) | Calcular la contribución de strings en paralelo |
| Clasificación de temperatura | Tener en cuenta la reducción de potencia por temperatura ambiente | IEC 60269-6 | Medir la temperatura interna de la caja combinadora |
Errores comunes de dimensionamiento a evitar
Error 1: Usar fusibles con clasificación AC en aplicaciones DC
Los fusibles de CA no pueden interrumpir de forma segura las corrientes de CC. Los arcos de CC no se autoextinguen en el cruce por cero de la corriente (no hay ninguno en CC). Siempre especifique fusibles con clasificación gPV con clasificaciones de voltaje de CC que coincidan con su sistema.
Error 2: Subdimensionamiento para servicio continuo
Aplicar solo el primer multiplicador de 1.25 (Isc × 1.25) sin el segundo da como resultado un fusible clasificado solo para un servicio continuo del 80%. El dispositivo se sobrecalentará y fallará prematuramente durante las horas de máxima luz solar. Utilice siempre el factor completo de 1.56 a menos que utilice dispositivos con clasificación del 100%.
Error 3: Ignorar la clasificación máxima de fusibles en serie del módulo
Incluso si los cálculos sugieren un fusible de 30 A, si la hoja de datos del módulo limita los fusibles en serie a 20 A, debe usar 20 A. Exceder este valor anula las garantías y crea riesgo de incendio. Solución: reduzca los strings por combinador o use módulos con clasificaciones de fusibles más altas.
Error 4: Cálculo incorrecto de strings en paralelo
Al dimensionar el desconectador principal del combinador, sume las corrientes máximas (Isc × 1.25) de todos los strings, luego aplique el segundo multiplicador de 1.25. No aplique 1.56 a cada string por separado; el primer multiplicador es por string, el segundo es para el OCPD combinado.
Incorrecto: (String 1: 10A × 1.56) + (String 2: 10A × 1.56) = 31.2A
Correcto: [(10A + 10A) × 1.25] × 1.25 = 31.25A
Error 5: Sobredimensionamiento para “Expansión Futura”
Instalar un fusible de 60 A para un string de 10 A “por si acaso” elimina la protección contra sobrecorriente. El fusible no se abrirá durante las condiciones de falla inversa, lo que permitirá daños en el cable o incendio. Dimensione los fusibles para la corriente real del string; actualice las cajas combinadoras al agregar capacidad.
Preguntas Frecuentes
P: ¿Qué tamaño de fusible necesito para un string con 10.5A Isc?
R: Clasificación mínima del fusible = 10.5A × 1.56 = 16.38A. Seleccione el siguiente tamaño estándar: Fusible de 20A con clasificación gPV. Verifique que esto no exceda la clasificación máxima de fusibles en serie del módulo en la hoja de datos.
P: ¿Puedo usar fusibles de CA estándar en una caja combinadora de CC?
R: No. Los fusibles de CA carecen de la capacidad de interrupción de CC para eliminar de forma segura las fallas de CC. Los arcos de CC se mantienen indefinidamente sin cruce por cero de corriente. Utilice siempre fusibles con clasificación gPV (IEC 60269-6) con clasificaciones de voltaje de CC que coincidan con el voltaje de su sistema.
P: ¿Cuál es la diferencia entre el dimensionamiento de fusibles NEC e IEC?
R: NEC requiere un multiplicador fijo de 1.56 (Isc × 1.56) para tener en cuenta el servicio continuo y los picos de irradiancia. IEC 62548 permite un rango de 1.5× a 2.4× Isc, lo que permite a los diseñadores optimizar para temperaturas ambiente y características del módulo específicas. Ambos garantizan la seguridad, pero ofrecen diferente flexibilidad.
P: ¿Cómo dimensiono un combinador para la expansión futura de strings?
R: Dimensione los fusibles para la corriente real de los strings instalados. Para el desconectador y las barras colectoras, puede sobredimensionar según la capacidad planificada. Ejemplo: Instale fusibles de 20 A para el sistema actual de 4 strings (14 A Isc), pero use un desconectador de 150 A y una barra colectora de 6 posiciones para permitir agregar 2 strings más adelante sin reemplazar la carcasa.
P: ¿Necesito desconectadores con capacidad de interrupción con carga para todas las cajas combinadoras?
R: NEC 690.15 requiere desconectadores con capacidad de interrupción con carga para cajas combinadoras ubicadas en tejados. Los combinadores a nivel del suelo pueden usar aisladores sin capacidad de interrupción con carga si el sistema tiene un desconectador principal con capacidad de interrupción con carga en otro lugar. Siempre verifique con su Autoridad Competente Local (AHJ), ya que las interpretaciones varían.
Garantice la seguridad del sistema a largo plazo
El dimensionamiento adecuado de los fusibles y desconectadores protege su inversión en FV y garantiza años de funcionamiento seguro y confiable. Aplique la regla NEC de 1.56 (Isc × 1.56) para los fusibles, seleccione la siguiente clasificación estándar, verifique con los límites máximos de fusibles en serie del módulo y dimensione los desconectadores para la corriente combinada total. En caso de duda, consulte los últimos estándares NEC Artículo 690 e IEC 62548.
VIOX Electric fabrica una línea completa de cajas combinadoras de FV, fusibles con clasificación gPV y desconectadores de CC con capacidad de interrupción con carga diseñados para cumplir con los requisitos de NEC e IEC. Nuestro equipo técnico brinda soporte de dimensionamiento gratuito para sus proyectos específicos. Contáctenos en VIOX.com para hojas de datos y asistencia con la aplicación.
