Um diagrama de ligação de uma caixa de junção solar mostra como múltiplas strings fotovoltaicas (FV) são conectadas em um ou mais circuitos de saída CC antes de seguirem para o inversor. O caminho de ligação normal é:
Positivo da string FV → fusível de string ou disjuntor CC → barramento positivo → seccionadora CC ou disjuntor de saída → entrada positiva CC do inversor
Negativo da string FV → terminal negativo ou barramento negativo → entrada negativa CC do inversor
Estruturas dos módulos FV / condutor de aterramento do equipamento → barramento de PE ou de aterramento → sistema de aterramento do local
Dispositivo de proteção contra surtos (DPS) CC → conectado entre os condutores CC e o terra de proteção, de acordo com o modo de conexão do DPS
Esse caminho simples é o núcleo de quase todos os diagramas de caixas de junção FV. Os detalhes variam dependendo do número de strings, das entradas de rastreamento de ponto de máxima potência (MPPT) do inversor, se cada string necessita de um fusível, se a saída utiliza uma seccionadora CC ou um disjuntor CC, e como o DPS é conectado.
Este guia foca em Cablagem da caixa combinadora fotovoltaica (PV) CC, não painéis combinadores CA. Se precisar de uma visão geral mais ampla do produto, consulte o VIOX Guia de caixa de junção fotovoltaica. Se a sua questão principal for a coordenação de dispositivos, consulte Projeto de Proteção de Caixa Combinadora Solar.
Principais conclusões
- Uma caixa combinadora não coloca painéis em série. A ligação em série é normalmente feita em campo para formar cada string fotovoltaica.
- Dentro da caixa combinadora, as strings são geralmente combinadas em paralelo, pelo que a tensão permanece praticamente a mesma enquanto a corrente se soma.
- O condutor positivo de cada string passa normalmente por um fusível de string ou disjuntor CC antes de chegar ao barramento positivo.
- Os condutores negativos ligam-se normalmente a um bloco de terminais ou barramento negativo, a menos que o projeto utilize fusíveis tanto no positivo como no negativo.
- O condutor de proteção (PE) ou condutor de aterramento do equipamento é separado do condutor negativo CC na maioria dos sistemas fotovoltaicos modernos sem transformador.
- Um DPS CC deve ter uma conexão curta e direta à barra de aterramento; cabos longos do DPS aumentam a tensão residual durante um surto.
- Inversores com múltiplos MPPT frequentemente requerem saídas de combinadora separadas. Não combine strings de diferentes grupos MPPT, a menos que o projeto do inversor permita.
Diagrama de fiação da caixa combinadora solar em resumo
| Ponto de conexão | Conexão típica | O que verificar |
|---|---|---|
| Positivo da string fotovoltaica | Entrada da string + para porta-fusível ou disjuntor CC |
Polaridade, Isc da string, classificação do fusível, torque do terminal |
| Negativo da string fotovoltaica | Entrada da string - para terminal negativo ou barramento |
Polaridade, agrupamento de terminais, isolamento do PE |
| Saída positiva | Barramento positivo através de seccionadora/disjuntor CC para o inversor FV+ |
Corrente combinada, seção do condutor, tensão nominal em CC |
| Saída negativa | Barramento negativo para o inversor FV- |
Corrente nominal, capacidade do terminal, roteamento de cabos |
| PE / aterramento | Estruturas dos módulos, invólucro, cabo de terra do DPS para a barra de PE | Continuidade, equipotencialização, normas locais de aterramento |
| SPD | +, -, e terminais PE de acordo com o modo de cablagem do SPD |
Classificação Ucpv, necessidade de Tipo 1/2, condutor de terra o mais curto possível |
| TC de monitorização/shunt | Em torno de cada string ou condutor de saída, se instalado | Direção, polaridade, cablagem de comunicação |
Antes de ler o diagrama: saiba o que a caixa combinadora realmente combina
Uma caixa combinadora fotovoltaica combina circuitos de strings em paralelo, não a cablagem de módulos individuais.
Por exemplo:
- Dez módulos em série formam uma string.
- Quatro strings idênticas entram na caixa de junção (combiner box).
- A caixa de junção combina essas quatro saídas de string em um circuito de saída, ou em duas saídas agrupadas para um inversor de dois MPPT.
Esta distinção é importante porque muitos erros de cablagem ocorrem quando os instaladores tratam a caixa de junção como se ela criasse a string em série. Normalmente, não é o caso. A tensão da string já é criada antes que o cabo chegue à caixa de junção.
Diagrama básico de cablagem da caixa de junção CC de 4 strings
O diagrama mais comum é uma caixa de junção de entrada de 4 strings com uma barra de barramento positiva, uma barra de barramento negativa, fusíveis de string no lado positivo, um DPS CC e uma saída para o inversor.
String FV 1 + ── Fusível 1 ┐
Este diagrama só está correto quando todas as quatro strings são adequadas para serem ligadas em paralelo. Isso geralmente significa que as strings possuem o mesmo tipo de módulo, o mesmo número de módulos em série, orientação semelhante e que a entrada MPPT do inversor foi projetada para receber a corrente combinada.
Ligação MPPT Único vs. MPPT Múltiplo
O arranjo do MPPT do inversor é uma das decisões de ligação mais importantes.
Ligação de caixa de junção para MPPT único
Se o inversor possui uma entrada MPPT e as strings são eletricamente compatíveis, a saída da caixa de junção pode ser um par positivo e um negativo.
4 strings fotovoltaicas compatíveis → um grupo de junção com fusíveis → uma saída FV+ / FV- → MPPT 1 do inversorIsto é comum quando todas as strings estão voltadas para a mesma direção e possuem condições de irradiância semelhantes.
Cablagem de combinador de dois MPPT
Se o inversor possuir duas entradas MPPT independentes, a caixa de junção deve, normalmente, manter esses grupos MPPT separados.
String 1 + String 2 → Saída do Combinador A → MPPT 1 do Inversor
Não combine todas as strings num único barramento para depois dividir a saída para duas entradas MPPT, a menos que o fabricante do inversor permita explicitamente esse arranjo. As entradas MPPT separadas são projetadas para rastrear diferentes pontos de tensão-corrente. Combinar strings incompatíveis antes do inversor pode reduzir o rendimento energético e complicar o diagnóstico de falhas.
Onde instalar os fusíveis de string
Numa caixa de junção CC com fusíveis típica, cada condutor positivo da string é ligado a um suporte de fusível gPV individual antes de o lado positivo ser combinado.
Entrada da String + → fusível gPV → barramento positivoO objetivo do fusível de string não é proteger o módulo contra a produção de corrente excessiva. Um módulo fotovoltaico é, por natureza, limitado em corrente. O fusível é usado principalmente para proteger uma string com falha e seus condutores contra a corrente reversa fornecida por outras strings em paralelo.
Por esta razão, a proteção por fusíveis em strings torna-se mais importante à medida que o número de strings em paralelo aumenta. Se a proteção por fusível é necessária, isso depende da classificação máxima do fusível em série do módulo, do número de strings em paralelo, da capacidade de condução de corrente dos condutores, das normas locais e do projeto do inversor/combinador.
Para projetos internacionais, os elos fusíveis fotovoltaicos são comumente especificados como Fusíveis gPV sob a terminologia da norma IEC 60269-6. Em projetos na América do Norte, a proteção do circuito da fonte fotovoltaica deve ser verificada em conformidade com os requisitos aplicáveis do Artigo 690 do NEC e as listagens de produtos.
Ambos os polos, positivo e negativo, devem ser protegidos por fusíveis?
Muitos diagramas mostram apenas o lado positivo protegido por fusível. Outros sistemas utilizam proteção por fusível tanto no positivo quanto no negativo. A escolha correta depende do arranjo de aterramento, da topologia do inversor, das normas locais e das instruções do equipamento.
| Condição do sistema | Abordagem comum de cabeamento | Precaução importante |
|---|---|---|
| Arranjo fotovoltaico flutuante ou não aterrado | A proteção no polo positivo ou a proteção bipolar podem ser utilizadas dependendo do projeto | Não assuma que o negativo CC está conectado ao terra |
| Sistema aterrado funcionalmente | O posicionamento do fusível depende do método de aterramento e das normas técnicas | Siga os requisitos do inversor e das normas técnicas |
| Arranjo fotovoltaico bipolar | Sub-arrays positivos e negativos podem exigir proteção especial | Não utilize um diagrama de combinador simples padrão |
| Combinador de escala industrial ou monitorado | O seccionamento/proteção de ambos os polos pode ser específico do projeto | Siga os desenhos de engenharia |
Por esse motivo, um diagrama de fiação seguro não deve pressupor fusíveis apenas no polo positivo para todos os sistemas fotovoltaicos. A melhor regra de engenharia é: siga o projeto da caixa combinadora listada, o manual do inversor, as normas locais e a classificação máxima de fusível em série do módulo fotovoltaico.
Fiação do seccionador CC ou disjuntor CC na saída
Muitas caixas de junção incluem um seccionador CC, um interruptor-seccionador CC ou um disjuntor CC na saída combinada.
O dispositivo de saída é normalmente colocado após a combinação das strings:
Fusíveis de string → barramento positivo → seccionador/disjuntor CC de saída → inversor FV+Em alguns projetos, tanto os condutores de saída positivos quanto os negativos passam por um interruptor-seccionador CC de dois ou quatro polos. Isso é comum quando o dispositivo é usado como um seccionador local do arranjo.
Não presuma que um seccionador CC e um disjuntor CC são intercambiáveis. Um seccionador CC serve principalmente para desconexão e isolamento manual. Um disjuntor CC pode fornecer proteção contra sobrecorrente apenas se for classificado para a tensão CC fotovoltaica, corrente, capacidade de interrupção, polaridade e disposição da fiação dos polos. Para uma explicação mais aprofundada, veja Seccionadora CC vs Disjuntor CC.
Cabeamento de DPS CC em uma Caixa de Junção Solar
Um dispositivo de proteção contra surtos (DPS) CC é conectado em paralelo com o circuito fotovoltaico, não em série com a corrente de carga.
As conexões típicas de DPS são:
SPD + → Barramento positivo fotovoltaico ou terminal de linhaDependendo do projeto do DPS e do sistema de aterramento, o modo de proteção interno pode ser:
+ para PE- para PE+ para -- uma conexão em Y ou outro arranjo de DPS fotovoltaico definido pelo fabricante
O princípio de cabeamento importante é que os condutores do DPS devem ser o mais curtos e diretos possível. Durante um surto, cada comprimento extra de condutor adiciona queda de tensão indutiva, portanto, um loop de DPS com aparência organizada, porém longo, pode reduzir o desempenho real da proteção.
Para detalhes sobre a seleção de DPS CC, consulte Dispositivos de Proteção contra Surtos (DPS) CC e Como ler uma ficha técnica de um DPS.
Aterramento e cabeamento da barra de PE
A barra de aterramento em uma caixa de junção solar não é a mesma que a barra de barramento negativa.
A barra de PE normalmente recebe:
- condutores de aterramento de equipamentos das estruturas dos módulos fotovoltaicos e estruturas de montagem
- o condutor de equipotencialidade do invólucro da caixa de junção
- Condutor de terra do DPS
- Condutor de aterramento de saída do equipamento para o sistema de aterramento
O barramento negativo transporta a corrente de retorno CC. O barramento PE não deve transportar corrente de operação normal em um sistema projetado corretamente.
Não conecte o negativo fotovoltaico ao invólucro da caixa de junção, a menos que o projeto do inversor/sistema exija especificamente. A maioria dos sistemas fotovoltaicos modernos sem transformador utiliza conceitos de monitoramento de isolamento ou monitoramento de corrente residual e exige que os condutores CC permaneçam isolados do aterramento do equipamento em condições normais.
Procedimento passo a passo para cabeamento da caixa de junção solar
Esta sequência foi escrita para uma caixa de junção fotovoltaica CC típica. Siga sempre o diagrama de fiação fornecido, o manual do inversor e as normas elétricas locais.
1. Confirme o projeto antes de tocar nos fios
Antes da cablagem, confirme:
- número de strings
- módulos por string
- tensão de circuito aberto da string corrigida a frio máxima
- corrente de curto-circuito do módulo
- classificação máxima do fusível em série do módulo
- limites de tensão e corrente de entrada MPPT do inversor
- classificações de tensão, corrente e invólucro da caixa de junção
- se o sistema é aterrado, não aterrado ou aterrado funcionalmente
Monte a caixa de junção no local correto
A caixa de junção deve estar acessível para inspeção e manutenção, respeitando as regras de exposição ambiental, roteamento de cabos, calor e distâncias mínimas locais. Instalações externas normalmente exigem um grau de proteção IP/NEMA adequado, entradas de cabos resistentes a raios UV e vedação confiável ao redor dos prensa-cabos ou conexões de conduítes.
Evite colocar a caixa onde a água possa acumular ao redor das entradas de cabos ou onde o estresse térmico direto possa levar os componentes internos além de seus limites de redução de potência (derating).
Leve os cabos das strings fotovoltaicas para as entradas corretas
Direcione cada par de strings fotovoltaicas para dentro da caixa através dos prensa-cabos ou entradas de conduíte designados. Mantenha os condutores positivos e negativos identificáveis desde a entrada até a terminação.
Boas práticas:
- identifique cada string na entrada do cabo
- mantenha o raio de curvatura dentro dos limites do fabricante do cabo
- evite cruzar condutores sobre os grampos dos fusíveis ou terminais do DPS
- deixe um loop de serviço suficiente para manutenção, mas evite loops desorganizados próximos à fiação de aterramento do DPS
4. Conecte os positivos das strings aos fusíveis ou disjuntores CC
Cada positivo de string deve ser conectado ao seu porta-fusível designado ou terminal de entrada do disjuntor. A saída do fusível conecta-se então ao barramento positivo.
Não coloque em paralelo múltiplos positivos de strings sob um único terminal, a menos que o terminal seja explicitamente classificado para múltiplos condutores.
5. Conecte os negativos das strings ao bloco de terminais negativo ou barramento
Conecte cada negativo de string ao seu terminal negativo designado. Em caixas de combinação monitoradas, cada negativo ou positivo pode passar por um sensor de corrente ou placa de monitoramento. Siga a marcação de direção no dispositivo de monitoramento.
6. Conecte os condutores de saída ao inversor
A saída positiva combinada passa pelo dispositivo de saída especificado, se instalado. A saída negativa combinada sai do barramento negativo ou do terminal de saída.
Verificar:
- capacidade de corrente do condutor de saída
- limite de corrente de entrada do inversor
- classificação de temperatura do terminal
- polaridade em ambas as extremidades
- agrupamento MPPT correto
7. Conecte o DPS
Conecte o DPS CC de acordo com sua etiqueta e folha de dados. Mantenha os condutores do DPS curtos e diretos, especialmente o condutor PE. Se o DPS possuir contatos de sinalização remota, encaminhe esses fios de sinal de baixa tensão separadamente dos condutores CC de alta corrente, sempre que possível.
8. Conecte os condutores PE / aterramento
Conecte o invólucro da caixa combinadora e todos os condutores de aterramento de proteção necessários à barra PE. Verifique a continuidade do aterramento após a terminação.
9. Identifique, inspecione e teste antes de energizar.
Antes de fechar a tampa:
- verifique a polaridade de cada string
- verifique as especificações dos fusíveis em relação ao projeto
- confirme se não há fios soltos expostos
- verifique o torque dos terminais usando o valor do fabricante
- verifique a resistência de isolamento, se exigido pelo projeto
- confirmar se o indicador de status do DPS está normal
- confirmar se o seccionador/disjuntor CC está DESLIGADO antes da conexão final
- registrar os valores de Voc das strings e comparar com strings similares
Configurações de cablagem comuns
caixa de junção de 2 strings
Uma caixa de junção de 2 strings nem sempre precisa de fusíveis de string se o projeto do inversor e dos módulos permitir a conexão paralela direta. No entanto, muitas caixas pré-cabladas ainda incluem fusíveis para manutenção e padronização.
String 1 + → Fusível 1 → Barramento positivocaixa de junção de 4 strings
Este é o diagrama de cablagem educacional mais comum. É útil porque mostra como a corrente das strings em paralelo se soma no barramento.
4 positivos de string → 4 porta-fusíveis → um barramento positivo → uma saídaCaixa de junção (combiner box) de 4 strings e 2 MPPT
Esta cablagem mantém dois grupos separados.
String 1 + String 2 → Saída A → MPPT 1A caixa pode parecer semelhante por fora, mas internamente deve ter agrupamento positivo separado e saídas separadas.
Caixa de junção com monitorização
Em caixas monitorizadas, cada condutor de string passa por um canal de medição. O circuito de monitorização pode medir a corrente da string, o estado do fusível, o estado do DPS ou a temperatura.
A regra de cablagem fundamental é simples: não contorne o caminho de monitorização ao substituir um porta-fusíveis, terminal ou cabo.
Erros de cablagem que causam a maioria dos problemas
| Erro | Por que é perigoso | Melhores práticas |
|---|---|---|
| Inversão da polaridade da string | Pode danificar a entrada do inversor ou o SPD e criar condições de falha | Verifique a polaridade com um multímetro antes de conectar |
| Combinar diferentes grupos MPPT | Reduz o desempenho do rastreamento e complica as falhas | Mantenha os grupos MPPT eletricamente separados |
| Utilização de disjuntores ou seccionadores CA em sistemas fotovoltaicos CC | Arcos em CC são mais difíceis de interromper do que arcos em CA | Utilize apenas dispositivos CC com classificação fotovoltaica |
| Cabo de aterramento do DPS muito longo | Aumenta a tensão real de passagem durante um surto | Mantenha o caminho do condutor de proteção (PE) do DPS curto e direto |
| Tratar a barra de aterramento (PE) como barramento negativo | Pode introduzir corrente de operação nos caminhos de aterramento | Mantenha o negativo CC e o PE separados, a menos que o projeto exija a equipotencialização |
| Múltiplos condutores sob um mesmo terminal | Causa conexões frouxas e superaquecimento | Utilize terminais especificados para a quantidade e bitola dos condutores |
| Fusíveis superdimensionados | Pode falhar na proteção dos condutores ou do cabeamento das strings | Dimensione de acordo com os requisitos dos módulos e das normas técnicas |
| Ausência de identificação das strings | Torna o comissionamento e a resolução de problemas lentos | Identifique cada string, fusível e saída |
Como verificar o diagrama de fiação de uma caixa de junção solar antes da instalação
Utilize esta revisão rápida antes de aprovar um diagrama:
- Cada string fotovoltaica possui uma identificação clara na
+e-entrada? - Cada string com fusível apresenta o fusível no condutor correto para o projeto do sistema?
- Os barramentos positivo e negativo estão claramente separados da barra de PE?
- O DPS está conectado ao
+,-, e PE de acordo com a folha de dados do DPS? - O caminho de aterramento do DPS é curto e direto?
- O dispositivo de saída indica se é um seccionador CC, disjuntor CC ou interruptor-seccionador?
- Os múltiplos grupos de MPPT estão separados?
- Todos os dispositivos CC estão dimensionados para a tensão fotovoltaica máxima?
- Os condutores de saída estão dimensionados para a corrente combinada e condições de instalação?
- As etiquetas, marcas de polaridade e etiquetas de advertência estão visíveis?
Quando você não precisa de uma caixa de junção (combiner box) separada
Nem todo sistema fotovoltaico necessita de uma caixa de junção externa.
Você pode não precisar de uma quando:
- o inversor já possui entradas de string independentes suficientes
- o inversor inclui a proteção de string e o seccionamento CC necessários
- apenas uma string é utilizada
- duas strings são conectadas diretamente através de conectores listados ou entradas do inversor permitidas pelo fabricante
- o projeto não requer monitoramento externo, DPS ou seccionamento em campo no arranjo fotovoltaico
No entanto, em sistemas comerciais, industriais e de grande escala, as caixas de junção continuam sendo úteis porque centralizam a proteção de strings, a proteção contra surtos CC, o seccionamento, o monitoramento e o acesso para manutenção.
FAQ
Qual é o diagrama de ligação correto para uma caixa de junção solar?
O caminho típico da cablagem CC é do positivo da string fotovoltaica para o fusível ou disjuntor CC, depois para o barramento positivo e, em seguida, através do seccionador ou disjuntor de saída para o inversor. Os negativos da string fotovoltaica vão para um barramento negativo ou bloco de terminais, enquanto os condutores de aterramento do equipamento e as conexões de terra do DPS vão para a barra PE.
Uma caixa de junção solar conecta os painéis em série ou em paralelo?
Uma caixa de junção normalmente combina strings fotovoltaicas já formadas em paralelo. A conexão em série dos módulos é geralmente feita fora da caixa de junção para criar cada string.
Onde deve ser colocado o fusível numa caixa de junção fotovoltaica?
Em muitos projetos, cada condutor positivo da string passa por um fusível gPV individual antes de se conectar ao barramento positivo. Alguns sistemas podem exigir uma colocação diferente do fusível ou proteção bipolar, dependendo do método de aterramento, das normas e das instruções do equipamento.
Posso conectar todas as strings a uma única entrada MPPT?
Apenas se a entrada MPPT do inversor estiver dimensionada para a corrente combinada e as strings forem adequadas para operar em conjunto. Se as strings estiverem voltadas para direções diferentes ou pertencerem a canais MPPT distintos, elas devem, geralmente, permanecer separadas.
O barramento negativo é o mesmo que o terra?
Não. O barramento negativo transporta a corrente de retorno CC. O barramento PE ou de aterramento conecta as estruturas dos equipamentos, partes do invólucro e condutores de terra do DPS. Não conecte o negativo ao terra, a menos que o projeto do sistema exija especificamente.
Onde o DPS é conectado em uma caixa de junção (combiner box)?
Um DPS CC é conectado em paralelo com o circuito CC. Seus +, -, terminais +, - e PE devem seguir o diagrama de fiação do DPS. O condutor PE deve ser o mais curto e direto possível.
Um disjuntor CA pode ser usado em uma caixa de junção solar?
Não presuma que um disjuntor CA seja adequado para circuitos CC fotovoltaicos. Arcos CC não se autoextinguem em um cruzamento por zero de corrente como os arcos CA. Utilize dispositivos com classificações explícitas de tensão CC fotovoltaica, corrente, interrupção, polaridade e conexão de polos.
O que deve ser testado após a cablagem de uma caixa de junção?
No mínimo, os instaladores geralmente verificam a polaridade, a tensão de circuito aberto da string, a continuidade do aterramento, o aperto dos terminais, a classificação dos fusíveis, o status do DPS, a vedação do invólucro e a polaridade de saída antes da energização. As especificações do projeto também podem exigir testes de resistência de isolamento e registros de comissionamento.
Resumo
Um bom diagrama de fiação de uma caixa de junção solar não é apenas uma imagem de fios. É um mapa das funções de proteção.
Os condutores positivos da string devem ser roteados através da proteção de string correta. Os condutores negativos devem retornar através do caminho de terminal correto. O DPS deve ser conectado com uma conexão PE curta e direta. O dispositivo de saída deve corresponder à função necessária, seja isolamento, seccionamento, proteção contra sobrecorrente ou uma combinação destes. Projetos com múltiplos MPPTs devem manter os grupos de strings separados.
Se o diagrama tornar esses caminhos claros, a caixa de junção torna-se mais fácil de instalar, inspecionar, diagnosticar e manter. Se o diagrama ocultar esses caminhos, a instalação pode até parecer organizada, mas apresentar sérios riscos elétricos.
Fontes e Pontos de Referência Utilizados
- Página VIOX existente revisada: Diagrama de Fiação da Caixa de Junção Solar
- Referência do cluster interno VIOX: Guia da Caixa de Junção FV
- Referência do cluster interno VIOX: Projeto de Proteção da Caixa de Junção Solar
- Contexto da NEC: NFPA 70 National Electrical Code
- Contexto normativo para fusíveis fotovoltaicos: A IEC 60269-6 é a parte da norma IEC referente a fusíveis de baixa tensão para sistemas de energia solar fotovoltaica; a conformidade exata do projeto deve ser verificada em relação ao texto da norma mais recente adquirida e ao código local.
