A ascensão da tecnologia fotovoltaica (FV) bifacial revolucionou a indústria solar, oferecendo aumentos de rendimento energético de até 30% ao capturar luz refletida na parte traseira do módulo. No entanto, esta energia “bónus” vem com um desafio de engenharia crítico: ganho de corrente. Para engenheiros eletricistas e projetistas de sistemas, a natureza variável da irradiância do lado traseiro significa que as regras de dimensionamento de proteção contra sobrecorrente padrão muitas vezes ficam aquém.
Se dimensionar os fusíveis com base apenas na classificação das Condições de Teste Padrão (STC) do lado frontal, corre o risco de disparos incômodos, fadiga do equipamento e potenciais riscos de incêndio durante eventos de albedo de pico. Como fabricante líder de equipamentos de proteção elétrica, a VIOX Electric entende que o dimensionamento adequado dos fusíveis para matrizes bifaciais requer uma compreensão matizada tanto do Código Elétrico Nacional (NEC) quanto da física da irradiância refletida.
A Física do Ganho de Corrente Bifacial
Ao contrário dos módulos monofaciais tradicionais, os painéis bifaciais apresentam uma folha traseira transparente ou um design de vidro duplo que permite que a luz atinja as células solares pela parte de trás. O lado traseiro contribui para a produção total de energia, mas, mais importante para a proteção do circuito, contribui diretamente para a Corrente de Curto-Circuito (Isc).
A quantidade de corrente extra gerada depende fortemente do albedo (refletividade) da superfície sob os painéis e da altura de instalação. Um painel sobre telhados comerciais brancos (alto albedo) gerará significativamente mais corrente do que um sobre asfalto ou grama.
Coeficiente de Bifacialidade e Fator de Ganho
Para dimensionar a proteção corretamente, devemos quantificar este ganho.
- Coeficiente de Bifacialidade: A razão entre a eficiência do lado traseiro e a eficiência do lado frontal (tipicamente 70-80% para células PERC ou TOPCon modernas).
- Fator de Ganho Bifacial (BGF): O aumento percentual real na corrente durante a operação. Embora os fabricantes possam listar um ganho de “referência”, o BGF do mundo real normalmente varia de 10% a 15%, com picos de até 25-30% em condições otimizadas (por exemplo, neve ou membranas brancas).
Os engenheiros não podem simplesmente ignorar esta corrente extra. O fusível deve ser capaz de lidar com o Isc Total Combinado sem deteriorar, enquanto ainda protege o fio e o módulo contra falhas.
NEC 690.8 e a Regra 1.56: Adaptado para Bifacial
O Código Elétrico Nacional (NEC) fornece a estrutura para dimensionar circuitos FV, mas os módulos bifaciais adicionam uma camada de complexidade ao Artigo 690.8.
O dimensionamento padrão segue a “Regra 1.56”:
Ifusível ≥ Isc × 1.25 (Fator de Irradiância) × 1.25 (Fator de Serviço Contínuo)
Para obter orientação detalhada sobre o dimensionamento padrão, consulte o nosso Guia de Dimensionamento de Desconexão de Fusível FV (Regra NEC 1.56).
No entanto, para módulos bifaciais, Isc não é um número estático. O NEC 690.8(A)(2) permite o cálculo com base na “média de corrente mais alta de 3 horas”, mas uma prática de engenharia mais comum e segura é ajustar o Isc base antes de aplicar os fatores de segurança.
A Fórmula Ajustada
Para garantir conformidade e segurança, use o Isc ajustado:
Isc, ajustado = Isc, frontal × (1 + Ganho Bifacial)
Em seguida, aplique os fatores de proteção padrão:
Classificação Mínima do Fusível = Isc, ajustado × 1.56
Tabela 1: Comparação de Cálculo de Corrente Bifacial vs. Monofacial
| Parâmetro | Módulo Monofacial | Módulo Bifacial (Ganho de 15%) |
|---|---|---|
| Isc Classificado (Frontal) | 13.0 A | 13.0 A |
| Ganho do Lado Traseiro | 0 A | +1.95 A (13.0 × 0.15) |
| Isc Efetivo | 13.0 A | 14.95 A |
| Multiplicador NEC | 1.56 | 1.56 |
| Fusível Mínimo Calculado | 20.28 A | 23.32 A |
| Tamanho padrão do fusível | 20A ou 25A | 25A ou 30A |
Observe como o ganho bifacial eleva o requisito para o próximo tamanho de fusível padrão.
IEC 60269-6 e Requisitos de Fusível gPV
Embora o cálculo do dimensionamento seja vital, o tipo tipo de fusível selecionado é igualmente crítico. Para aplicações fotovoltaicas, deve usar fusíveis com uma gPV característica de acordo com IEC 60269-6.
Ao contrário dos fusíveis AC padrão ou dos fusíveis DC de uso geral, os fusíveis gPV são projetados para interromper baixas sobrecorrentes (tipicamente 1.35x a 2x a corrente nominal) que são comuns em strings FV durante eventos de sombreamento ou incompatibilidade.
Por que gPV é Importante para Bifacial
Os módulos bifaciais podem suportar correntes ligeiramente acima da sua classificação por longos períodos durante dias de alto albedo. Um fusível não gPV pode fadigar sob esta carga térmica contínua, levando a uma falha prematura. Além disso, as altas tensões DC (1000V ou 1500V) exigem capacidades específicas de extinção de arco encontradas em fusíveis gPV de cerâmica.
Para uma comparação mais profunda dos materiais de fusíveis, leia o nosso artigo sobre Guia de Segurança de Fusível de Vidro vs. Fusível de Cerâmica.
Metodologia de Cálculo Abrangente
Para dimensionar os fusíveis para um sistema bifacial, siga este processo de engenharia passo a passo.
Passo 1: Determine a Referência $I_{sc}$
Consulte a folha de dados do módulo. Procure por “Irradiância da Placa de Identificação Bifacial” ou tabelas de dados específicas mostrando $I_{sc}$ em diferentes níveis de ganho (por exemplo, 10%, 20%, 30%). Se esses dados não estiverem disponíveis, um engenheiro conservador normalmente assume um ganho de 20-25% para cálculos para garantir a segurança, a menos que a modelagem de albedo específica do local prove o contrário.
Passo 2: Aplicar os Fatores NEC 690.8
Calcule a classificação mínima do Dispositivo de Proteção contra Sobrecarga (OCPD).
$$I_{OCPD} = I_{sc, bifacial} \times 1.25 \times 1.25$$
Passo 3: Verificar a Classificação Máxima do Fusível em Série do Módulo
Crucialmente, o fusível selecionado não deve exceder a “Classificação Máxima do Fusível em Série” listada na folha de dados do módulo. Isso cria uma janela de design:
- Piso: Tamanho mínimo calculado do OCPD (para evitar disparos incômodos).
- Teto: Classificação Máxima do Fusível em Série do Módulo (para proteger o módulo).
Se o valor calculado exceder a classificação máxima do módulo, você não pode simplesmente aumentar o tamanho do fusível. Pode ser necessário aumentar o número de strings (reduzir as conexões paralelas) ou consultar o fabricante do módulo para obter certificações atualizadas.
Para sistemas que combinam várias strings, certifique-se de entender os requisitos para conexões paralelas descritos em nosso guia: Requisitos de Fusíveis FV Solares: NEC 690.9 Strings Paralelas.
Tabela 2: Exemplos de Dimensionamento de Fusíveis para Diferentes Classificações de Módulos Bifaciais
| Módulo Frontal $I_{sc}$ | Ganho Bifacial Usado | $I_{sc}$ Ajustado | Cálculo Mínimo do Fusível ($I \times 1.56$) | Próximo Tamanho Padrão do Fusível |
|---|---|---|---|---|
| 10 A | 10% | 11.0 A | 17.16 A | 20 A |
| 15 A | 15% | 17.25 A | 26.91 A | 30 A |
| 18 A | 20% | 21.6 A | 33.70 A | 35 A ou 40 A |
| 20 A | 25% | 25.0 A | 39.00 A | 40 A |
Redução de Potência por Temperatura: O Assassino Silencioso de Fusíveis
Fusíveis são dispositivos térmicos; eles operam derretendo quando ficam muito quentes. Consequentemente, altas temperaturas ambientes afetam sua capacidade de condução de corrente. As instalações solares em telhados geralmente experimentam temperaturas superiores a 60°C ou 70°C.
Para módulos bifaciais, a corrente extra gera calor extra dentro do elo do fusível ($P = I^2R$). Se você instalar um fusível classificado para 25A em uma caixa de junção que atinge 60°C, esse fusível pode efetivamente ter sua potência reduzida para 20A ou menos.
Ao dimensionar para sistemas bifaciais, aplique um fator de redução de potência por temperatura ($K_t$) da folha de dados do fabricante do fusível:
$$I_{fuse, final} = \frac{\text{Corrente Mínima Calculada}}{K_t}$$
A falha em levar em conta a temperatura é uma das principais causas de fadiga do fusível em climas quentes. Saiba mais sobre como proteger cabos e fusíveis em ambientes agressivos em nosso Guia de Dimensionamento de Fusíveis de Cabos Solares de Montagem no Solo.
Considerações de Design do Mundo Real
Tabela 3: Fatores de Ganho Bifacial por Tipo de Instalação e Albedo
| Material da Superfície | Albedo (%) | Ganho de Corrente Típico | Margem de Segurança Recomendada |
|---|---|---|---|
| Grama / Solo | 15-20% | 5-7% | Baixa |
| Concreto / Areia | 20-30% | 7-10% | Médio |
| Telhado de Membrana Branca | 60-80% | 15-20% | Alta |
| Neve | 80-90% | 20-30%+ | Muito elevado |
Seleção da Caixa de Junção
A corrente extra dos módulos bifaciais também impacta as barras de distribuição e o gerenciamento térmico da caixa de junção. Ao selecionar uma caixa de junção, certifique-se de que a classificação do invólucro e as barras de distribuição internas sejam dimensionadas para a bifacial corrente total, não apenas a classificação do lado frontal. Para planejamento de expansão, consulte nosso Guia de Dimensionamento de Caixas de Junção Solar.
Sobrecarga vs. Curto-Circuito
É importante distinguir entre proteção contra sobrecarga e proteção contra curto-circuito. O ganho bifacial aumenta a corrente de operação mais perto do limite de sobrecarga. Usar disjuntores ou fusíveis com configurações de disparo ajustáveis às vezes pode oferecer mais flexibilidade do que fusíveis fixos. Para uma comparação de dispositivos de proteção, consulte Proteção CC FV Explicada: MCBs, Fusíveis e SPDs.
Erros comuns a Evitar
- Ignorando o Ganho do Lado Traseiro: Dimensionar estritamente com base na etiqueta frontal é o erro #1. Sempre adicione o ganho bifacial esperado.
- Contagem Dupla de Fatores de Segurança: Alguns engenheiros aplicam o fator 1,25 duas vezes desnecessariamente. Atenha-se à fórmula: $I_{sc, ajustado} \times 1,56$.
- Exceder a Classificação Máxima do Fusível em Série do Módulo: Priorizar a alta corrente calculada, ignorando o limite de segurança do módulo, pode anular garantias e criar riscos de incêndio.
- Negligenciar a Redução de Potência por Temperatura: Um fusível dimensionado perfeitamente para 25°C provavelmente falhará a 65°C dentro de uma caixa de junção no telhado.
Tabela 4: Resumo dos Fatores de Multiplicação NEC
| Fator | Valor | Propósito |
|---|---|---|
| Ganho Bifacial | Variável (1,10 – 1,30) | Considera a irradiância do lado traseiro |
| Alta Irradiância (690.8(A)(1)) | 1.25 | Considera a intensidade solar > 1000 W/m² |
| Serviço Contínuo (690.8(B)) | 1.25 | Impede o aquecimento/fadiga do fusível por >3 horas |
| Multiplicador Padrão Total | 1.56 | Fator de segurança combinado para cálculo |
Secção de FAQ
P: Por que os painéis bifaciais precisam de dimensionamento de fusíveis diferente dos painéis monofaciais?
R: Os painéis bifaciais geram corrente de ambos os lados. Essa corrente adicional aumenta a Corrente de Curto-Circuito efetiva ($I_{sc}$) do circuito. Fusíveis dimensionados apenas para a saída do lado frontal podem disparar durante as horas de pico de luz solar, quando a reflexão do solo é alta.
P: Como determino o Fator de Ganho Bifacial (BGF) correto para meu projeto?
R: Idealmente, use um software de simulação específico do local (como o PVSyst) que considere o albedo, o passo e a altura. Sem simulação, uma estimativa conservadora de ganho de 15-20% é frequentemente recomendada para dimensionar equipamentos de segurança, desde que permaneça dentro das classificações máximas do módulo.
P: E se o tamanho do fusível calculado exceder a Classificação Máxima do Fusível em Série do módulo?
R: Você não pode instalar um fusível maior do que a classificação do módulo. Você deve redesenhar a configuração da string (por exemplo, menos strings em paralelo) ou selecionar um módulo com uma classificação de fusível em série mais alta.
P: Posso usar fusíveis CA padrão para painéis solares bifaciais?
R: Não. Você deve usar fusíveis classificados para CC (normalmente 1000V ou 1500V) com uma característica gPV. Os fusíveis CA não conseguem extinguir arcos CC de forma confiável e podem falhar catastroficamente.
P: Como a temperatura afeta minha escolha de fusível?
R: Os fusíveis são dispositivos térmicos. Em altas temperaturas ambientes (comum em energia solar), eles disparam em correntes mais baixas. Você deve dividir sua corrente calculada pelo fator de redução de potência por temperatura do fabricante para selecionar a amperagem correta do fusível.
P: O fator 1,56 exigido pela NEC 690.8 é suficiente para painéis bifaciais?
R: O fator 1,56 se aplica à corrente do módulo. Para painéis bifaciais, você deve aplicar este fator à corrente ajustada (Frontal $I_{sc}$ + Ganho Traseiro), não apenas o $I_{sc}$ do lado frontal.
Principais conclusões
- Ganho Bifacial é Amperagem Real: Trate o ganho do lado traseiro como corrente contínua que contribui para o calor e a carga, não apenas um pico temporário.
- Ajuste $I_{sc}$ Primeiro: Calcule o $I_{sc}$ efetivo total (Frontal + Traseiro) antes de aplicar os fatores de segurança NEC 1.56.
- Atenção à Lacuna: Certifique-se de que a classificação do seu fusível seja alta o suficiente para evitar disparos incômodos, mas baixa o suficiente para obedecer à Classificação Máxima do Fusível em Série do Módulo.
- gPV é Obrigatório: Sempre verifique se os fusíveis atendem aos padrões IEC 60269-6 para aplicações fotovoltaicas; nunca substitua por cargas padrão.
- Albedo Importa: Quanto mais clara a superfície do solo (por exemplo, telhados brancos, neve), maior o ganho de corrente — dimensione seu OCPD de acordo.
- Observe o Calor: A temperatura ambiente nas caixas de junção reduz significativamente a capacidade do fusível; aplique fatores de redução de potência para evitar falha por fadiga.
