O que é uma caixa de junção fotovoltaica?

A proteção elétrica e o gerenciamento de corrente são importantes para os sistemas de energia solar. A caixa de junção fotovoltaica desempenha um papel fundamental nesse aspecto, fornecendo proteção centralizada e simplificando a fiação. Este artigo aborda as funções, os tipos e as diretrizes de seleção das caixas de junção fotovoltaicas. Esperamos que este artigo ajude você a escolher a caixa de junção fotovoltaica mais adequada para o seu sistema solar.

Índice

A caixa de junção fotovoltaica (PV), também chamada de caixa de junção solar ou caixa de junção de arranjos fotovoltaicos, é um dispositivo elétrico fundamental no lado CC do sistema de geração de energia fotovoltaica. Geralmente, a caixa de junção fotovoltaica é instalada entre os módulos fotovoltaicos e o inversor.

Sua principal função é combinar em paralelo as strings de painéis solares (strings fotovoltaicas) formadas pela conexão em série de múltiplos módulos fotovoltaicos para uma saída centralizada. Isso pode reduzir o número de cabos CC do inversor, simplificar a estrutura do sistema e facilitar o monitoramento e a manutenção.

Funções de uma caixa de junção fotovoltaica

Agregação de corrente (combinação de múltiplas strings fotovoltaicas)

Um sistema de energia fotovoltaica consiste em milhares de conjuntos de painéis fotovoltaicos. Se você conectar cada conjunto diretamente ao inversor, isso resultará em uma grande quantidade de cabos e fiação desorganizada. Além disso, aumentará consideravelmente os custos e o risco de falhas elétricas.

No entanto, a caixa de junção solar pode agregar os cabos em um cabo de saída principal que se conecta ao inversor. Isso pode ajudar a simplificar a estrutura do sistema e reduzir os custos de cabeamento e construção. Também melhora a estética e a facilidade de manutenção do seu sistema.

Além disso, a caixa de junção solar é equipada com blocos de terminais de entrada/saída padrão, barramentos CC, etc. Interfaces elétricas padronizadas garantem em grande medida a segurança e a confiabilidade das conexões dos cabos. E isso também está em conformidade com as especificações elétricas.

Proteção Elétrica e Garantia de Segurança

Proteção contra sobrecorrente e curto-circuitoFusíveis CC ou disjuntores miniatura CC interrompem o circuito defeituoso quando ocorre corrente reversa devido a curtos-circuitos internos ou outros motivos dentro da série de fontes. Isso pode ajudar a evitar a propagação da falha e garantir a geração normal de energia das demais séries.

Proteção contra raios e surtosOs sistemas fotovoltaicos são suscetíveis a descargas atmosféricas induzidas ou a surtos de tensão provenientes da rede elétrica. O dispositivo de proteção contra surtos (DPS) dentro da caixa de junção fotovoltaica pode descarregar a sobretensão para o terra em nanossegundos. Ele protege seus inversores e equipamentos contra danos causados por falhas.

Segmentação e isolamento do lado CC: O terminal de saída principal geralmente é equipado com uma chave de desconexão CC ou uma chave de carga. Isso fornece um ponto de desconexão visível e físico. Ao realizar manutenção no inversor ou inspecionar o sistema, você pode interromper com segurança a saída de energia CC na caixa de junção para garantir a segurança operacional.

Monitoramento e Detecção de Falhas

Coletando dados detalhadosSensores de corrente e circuitos de amostragem de tensão podem ajudar a monitorar a corrente de entrada de cada string em tempo real (o parâmetro mais importante), a tensão de saída total, a corrente total e a potência após a agregação da corrente, a temperatura interna da caixa e o status do disjuntor, etc.

Localização e alerta de falhasO sistema consegue detectar e localizar strings anômalas através da comparação da corrente de cada string. Além disso, ele também pode determinar o tipo de falha em combinação com dados em tempo real. Se a caixa de junção fotovoltaica detectar uma queda de corrente, deterioração do DPS (Dispositivo de Proteção contra Surtos), etc., ela pode realizar manutenção preventiva para evitar que a falha se agrave.

Carregar dadosOs dados coletados podem ser enviados para inversores, coletores de dados ou diretamente para a plataforma de monitoramento em nuvem. É possível monitorar o status de operação de todas as caixas de junção fotovoltaicas e gerar relatórios, como análises de geração de energia.

Proteção física confiável

A caixa de junção fotovoltaica geralmente utiliza um invólucro de alta proteção (normalmente IP65). Ele impede a entrada de poeira e água, sendo capaz de suportar condições climáticas adversas, como chuva, neve e tempestades de areia. O invólucro também evita o contato acidental com pessoas. Um invólucro bem projetado também contribui para a dissipação de calor mais eficiente dos componentes internos.

Benefícios de usar uma caixa de junção fotovoltaica

Reduzir custos de cabos e construçãoSimplificar o número de cabos de saída pode gerar economia direta nos custos de aquisição de cabos CC, pontes e mão de obra. Isso traz benefícios econômicos consideráveis.

Otimizar a estrutura do sistemaCentralize a interface da string para tornar a estrutura de fiação do lado CC da usina solar clara e organizada. Isso será benéfico para inspeções e atualizações futuras da linha.

Operação e manutenção precisasO monitoramento em tempo real e o posicionamento preciso podem melhorar significativamente a eficiência do processamento. A manutenção preventiva ajuda a evitar falhas repentinas. A coleta de dados essenciais permite analisar de forma abrangente o desempenho da usina fotovoltaica.

Alta adaptabilidade ambientalO alto nível de proteção da caixa proporciona um ambiente operacional estável para os componentes internos. Isso prolonga a vida útil dos dispositivos e reduz falhas inesperadas causadas por fatores ambientais.

Componentes principais da caixa de junção fotovoltaica

Fusíveis de string fotovoltaica

Os fusíveis de string fotovoltaica são usados para proteção contra sobrecorrente em cada string fotovoltaica. Eles protegem os cabos e os módulos fotovoltaicos contra danos causados por corrente reversa ou curto-circuitos. Também impedem que a corrente de falha flua para a string defeituosa a partir de outras strings paralelas.

Disjuntores CC

O disjuntor CC possui funções de proteção de circuito manual/automática. Em caso de sobrecorrente ou curto-circuito, ele pode desarmar automaticamente para proteger o circuito. Além disso, você também pode desconectar manualmente o disjuntor CC para manutenção. O disjuntor CC melhora a praticidade da manutenção e a operabilidade do sistema.

Dispositivos de proteção contra surtos(SPD)

O DPS (Dispositivo de Proteção contra Surtos) é usado principalmente para prevenir sobretensões transitórias. Ele protege equipamentos de corrente contínua (CC) contra os efeitos de descargas atmosféricas e surtos de comutação. O DPS também limita a tensão de surto e aterra o excesso de tensão com segurança. Ele previne falhas em inversores e desligamentos do sistema causados por surtos.

Interruptor de desconexão CC

A chave de desconexão CC tem a função de isolamento elétrico seguro. Ela permite a desconexão completa dos painéis fotovoltaicos do inversor. Geralmente é utilizada durante manutenções, desligamentos de emergência ou operações de reparo.

Barras de ônibus

Geralmente, é utilizado para coletar as correntes de múltiplas strings e gerar a corrente combinada. Esse projeto melhora a eficiência e a confiabilidade do sistema. Também reduz a complexidade da fiação dentro da caixa de junção fotovoltaica.

Blocos de terminais

O bloco de terminais oferece pontos de conexão confiáveis para os cabos de entrada e saída. As entradas de cabos proporcionam boa absorção de impacto e vedação.

Módulo de monitoramento (caixa de combinação inteligente)

O módulo de monitoramento monitora principalmente a corrente, a tensão e a temperatura das strings. Além disso, ele também pode detectar falhas nas strings ou fusível falhas, etc. Os dados detectados serão carregados na plataforma para sua análise.

Gabinete

A caixa de junção fotovoltaica geralmente é feita de aço inoxidável, alumínio ou plástico retardante de chamas. A caixa oferece principalmente proteção ambiental e mecânica para os componentes internos. Uma caixa robusta garante a longa vida útil dos componentes internos em ambientes agressivos.

Tipos de caixas de junção fotovoltaicas

Por Voltagem

Caixa de junção fotovoltaica de 600 V CC / Caixa de junção fotovoltaica de 1000 V CC

Este tipo de caixa de junção fotovoltaica é tecnologicamente maduro, possui uma cadeia industrial completa e custos relativamente baixos. A caixa de junção solar de 1000V é atualmente a principal escolha para geração de energia distribuída industrial e comercial, bem como para algumas usinas de energia em solo. Elas são aplicadas principalmente em usinas fotovoltaicas em solo de construção inicial ou em telhados de pequenas e médias indústrias e comércios.

Caixa de junção fotovoltaica de 1500 V CC

É possível reduzir substancialmente as perdas nos cabos e os custos do sistema, aumentando a tensão e reduzindo a corrente. Essa tecnologia pode ser aplicada em usinas fotovoltaicas de grande escala instaladas no solo e em bases fotovoltaicas.

Por número de strings de entrada

Caixas de junção fotovoltaica de baixa potência (2 a 4 strings)

As caixas de junção fotovoltaica 2-em-1-saída e 4-em-1-saída são caixas de junção comuns para sistemas de baixa potência. Esses tipos de caixas de junção são mais fáceis de instalar, têm custos mais baixos e exigem muito menos espaço. Elas são aplicadas principalmente em sistemas fotovoltaicos em telhados residenciais, pequenos sistemas solares híbridos ou sistemas de inversores de string com menos entradas.

Caixas Combinadoras de Entrada Média (6-12 Strings)

Caixas de junção fotovoltaica de 6 entradas e 1 saída, caixas de junção fotovoltaica de 8 entradas e 12 saídas são exemplos comuns. Elas possuem capacidade de corrente média. Além disso, podem reduzir o comprimento do cabo e a perda de energia, alcançando um equilíbrio entre escalabilidade e custo. Podem ser aplicadas em sistemas fotovoltaicos comerciais ou industriais instalados em telhados, usinas solares fotovoltaicas de médio porte em solo, etc.

Caixas de junção fotovoltaica de alta potência (16-24 strings)

Caixas de junção fotovoltaica de 16 entradas e 1 saída, caixas de junção fotovoltaica de 20 entradas e 1 saída e caixas de junção fotovoltaica de 24 entradas e 1 saída são exemplos comuns. Elas se caracterizam pela alta capacidade de corrente. A maioria dessas caixas de junção é equipada com módulos de monitoramento. Podem ser utilizadas em ambientes externos e severos, como usinas solares de grande escala e grandes conjuntos fotovoltaicos em solo.

Caixas de combinação de entrada super alta ou personalizadas

Este tipo de caixa de junção fotovoltaica geralmente comporta 32 strings ou até mais. Essas caixas de junção são normalmente personalizadas de acordo com o projeto e equipadas com sistemas avançados de monitoramento e comunicação. São comumente utilizadas em grandes usinas solares, projetos fotovoltaicos em regiões desérticas ou de alta altitude e projetos que exigem integração SCADA.

Por função

Caixas de junção fotovoltaica padrão

A caixa de junção fotovoltaica padrão possui apenas as funções essenciais de coleta de corrente, proteção contra sobrecorrente e proteção contra raios. Ela é indicada para aplicações com baixos requisitos de operação e manutenção, orçamento limitado ou projetos de pequena escala.

Caixa de junção fotovoltaica inteligente/monitorada

Ele integra um módulo de monitoramento em nível de string com base no modelo anterior. Pode monitorar a corrente, a tensão e a potência de cada circuito em tempo real. Também possui funções de alarme e localização de falhas. É o equipamento padrão para projetos industriais e comerciais de médio e grande porte, bem como para projetos de usinas de energia.

Como funciona uma caixa de junção fotovoltaica em um sistema fotovoltaico

Os objetivos da caixa de junção fotovoltaica em um sistema fotovoltaico podem ser resumidos em três etapas principais: combinação, proteção e monitoramento (caixa de junção fotovoltaica inteligente).

Combinando

Os módulos fotovoltaicos são conectados em série para formar grupos de strings com uma tensão CC mais alta. Os cabos CC positivo e negativo de cada grupo de strings são conectados aos terminais de entrada correspondentes da caixa de junção. A caixa de junção também pode ser dividida em caixas de junção para 4, 6, 8 e 12 strings, etc., de acordo com os terminais de entrada.

Dentro da caixa de junção solar, os polos positivos de todos os circuitos de entrada são conectados através de um fusível CC e, em seguida, ligados em paralelo a uma barra comum. Todos os polos negativos também são ligados em paralelo a uma barra negativa comum. Finalmente, a barra leva a um par de cabos de saída principais, que conduzem à seção de entrada CC do inversor.

Proteção

Proteção contra sobrecorrenteO fusível CC derreterá rapidamente quando uma string falhar ou ocorrer uma corrente reversa. Essa abordagem isola a string defeituosa para evitar que ela afete outras strings normais e o inversor.

Proteção contra surtosO DPS (Dispositivo de Proteção contra Surtos) é usado para proteger os equipamentos a jusante contra sobretensões transitórias causadas por descargas atmosféricas ou operações de chaveamento.

Monitoramento

A caixa de junção fotovoltaica inteligente está equipada com um módulo de coleta de dados que monitora em tempo real a corrente CC da string, a tensão CC total, a corrente total, a temperatura interna da caixa e o status do fusível. Esses dados são enviados para a plataforma de monitoramento ou para o inversor. Você também pode localizar remotamente a string com defeito, o que aumenta a eficiência operacional.

Como escolher uma caixa de junção fotovoltaica adequada

Correspondência do parâmetro elétrico principal

Você precisa escolher entre uma arquitetura de 1000V ou 1500V com base no projeto do seu sistema fotovoltaico. Você pode selecionar diretamente a caixa de junção fotovoltaica correspondente à tensão nominal. O sistema de 1500V tem requisitos mais elevados para o isolamento dos componentes e atualmente é a opção mais comum para usinas de grande porte.

Em seguida, você pode optar por inserir um número de strings igual ou ligeiramente superior ao número total de grupos de strings. Por exemplo, se você tiver 20 strings, poderá escolher 20 ou 22 strings. As strings extras serão reservadas para expansão futura.

Você também precisa levar em consideração a corrente máxima de curto-circuito dos módulos fotovoltaicos selecionados em condições extremas e considerar uma margem de segurança de pelo menos 1,25 vezes.

Para evitar sobrecarga do circuito, a corrente nominal do disjuntor principal na caixa de barramento e a capacidade de condução de corrente do barramento interno devem ser maiores ou iguais à soma das correntes máximas de trabalho de todas as cadeias.

Considerar as necessidades de monitoramento

Com base nos requisitos de projeto do seu sistema, você precisa escolher entre a caixa de junção solar com monitoramento inteligente. A caixa de junção fotovoltaica padrão é mais adequada para projetos de pequena escala com orçamentos limitados, sistemas de tamanho reduzido ou que não exigem operação e manutenção detalhadas.

Se você pretende utilizá-la na indústria, no comércio e em usinas de energia, a caixa de junção inteligente é a melhor opção.

Além disso, você também precisa considerar se necessita de funções avançadas. Se o seu projeto se baseia em normas de segurança obrigatórias, você deve escolher uma caixa de junção com detecção de arco CC e desligamento rápido.

Condições ambientais

Dependendo do ambiente de instalação, você precisa selecionar o grau de proteção adequado. Para instalações externas, IP65 é o requisito básico. Para ambientes costeiros ou chuvosos, você pode optar por IP66.

Para o material da caixa, o aço galvanizado com alumínio é uma escolha comum, apresentando alta relação custo-benefício e boa resistência à corrosão. O aço inoxidável é mais adequado para ambientes altamente corrosivos, porém é mais caro.

Além disso, você deve verificar se o gabinete possui orifícios de ventilação ou ventoinhas de resfriamento. Se o seu sistema estiver instalado em grande quantidade e consumir muita corrente, o gerenciamento térmico é indispensável.

Por fim, com base no seu plano de projeto, escolha o método de instalação adequado, como montagem na parede, montagem em poste ou caixa de piso.

Requisitos de segurança e certificação

Além das funções da caixa de junção, você também deve verificar se o produto possui certificação de instituições reconhecidas, como a CE na UE ou a UL nos EUA. Ao comprar, priorize marcas com boa reputação no setor fotovoltaico. É fundamental confirmar a confiabilidade, a consistência e a disponibilidade do serviço pós-venda do produto.

Perguntas frequentes

Qual a diferença entre uma caixa de junção e os terminais de entrada CC dentro de um inversor?

A função da caixa de junção é fornecer proteção e monitoramento independentes para cada string. A caixa de junção pode isolar e proteger o inversor com precisão quando ocorre uma falha. Já os terminais do inversor são apenas um ponto de conexão geral. Eles não conseguem gerenciar e proteger cada fio individualmente.

Os sistemas fotovoltaicos residenciais de pequena escala também exigem caixas de junção independentes?

Geralmente, não é necessário. A maioria dos sistemas fotovoltaicos residenciais modernos permite a conexão direta dos arranjos de strings ao inversor. Isso ocorre porque os sistemas residenciais são relativamente pequenos e a proteção integrada do inversor substituiu as funções básicas de proteção da caixa de junção independente. Além disso, adicionar dispositivos independentes não é economicamente viável para sistemas pequenos.

Quais são os requisitos ambientais para a instalação de uma caixa de junção fotovoltaica?

A caixa de junção fotovoltaica deve ser instalada em local bem ventilado, fresco e seco. Deve ser mantida longe de materiais inflamáveis e explosivos. A altura de instalação e o espaço ao redor devem permitir fácil observação, operação e manutenção. O material da caixa deve ser adequado às condições do ambiente de instalação.

A função de proteção contra surtos de uma caixa de junção fotovoltaica é permanente?

Não. O DPS (Dispositivo de Proteção contra Surtos) é um dispositivo de proteção consumível. Ele absorve e dissipa a energia de surtos de tensão consumindo seus componentes internos. Portanto, é necessário verificar seu estado regularmente e substituí-lo quando necessário.

Considerações finais

A KDM pode fornecer caixas de junção confiáveis e consistentes. Temos muitos anos de experiência na produção personalizada de painéis elétricos e possuímos diversas certificações. Utilizamos matérias-primas de alta qualidade e tecnologias de produção avançadas. Se você tiver alguma necessidade de painéis elétricos personalizados, podemos responder prontamente e oferecer uma solução sob medida. Entre em contato conosco. Contate-nos.