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Caja combinadora de strings: partes y funciones

Qué es una caja combinadora de strings, qué lleva (fusibles gPV, seccionador, DPS, medida por string), cuándo se usa y qué marcación pide la IEC 62548-1.

Por Shadai García, CEO e ingeniero de protecciones de Tiza Group.

cajacombinadoragPVgPVseccionadorDPS+−+−cada string aporta su corrienteabre el seccionador: I = 0los strings siguen con tensióncierra: vuelve la corrientecorrienteI1I2I3=I salidaU de los stringsVmp con cargaVoc en vacío: sigue la tensiónVmp con cargaCajaStringsFusiblesBarraSeccionadorSalida© tizagrp.comcajacombinadoragPVgPVseccionadorDPS+−+−cada string aporta su corrienteabre el seccionador: I = 0los strings siguen con tensióncierra: vuelve la corrientecorrienteI1I2I3=I salidaU de los stringsVmp con cargaVoc en vacío: sigue la tensiónVmp con cargaCajaStringsFusiblesBarraSeccionadorSalida© tizagrp.com
Caja combinadora de strings: fusibles gPV en ambos polos, barras CC, seccionador y DPS. Ubicación en el sistema y principio de funcionamiento. Ilustrativo: los valores reales salen de la placa y del manual del fabricante.
Respuesta corta

La caja combinadora de strings reúne en un solo circuito de salida las corrientes de varios strings fotovoltaicos antes del inversor. Lleva fusibles gPV por string, una barra de corriente continua, un seccionador, DPS y, a menudo, medición de corriente por string. Se usa sobre todo con inversores centrales y sobra cuando los strings llegan directamente a las entradas de un inversor de string.

Qué es y para qué sirve

Una caja combinadora (en inglés combiner box o string box) es un tablero de corriente continua en el campo fotovoltaico. Recibe los cables de varios strings, los une en paralelo en una barra común y entrega un solo circuito de salida hacia el inversor, con la protección y el seccionamiento correspondientes. Reduce la cantidad de cable de potencia que se tiende hasta el inversor: en lugar de un par de conductores por string, uno por caja.

La IEC 62548-1:2023 trata estas cajas en el capítulo 7.2.4, dentro de la selección de componentes del arreglo, y sus requisitos de marcación en el 10.4.

Cuándo se usa y cuándo sobra

La caja depende de la arquitectura del inversor. Con inversores centrales de gran potencia, que tienen pocas entradas de corriente continua, los strings se agrupan en cajas y estas llegan al inversor. Con inversores de string de varias entradas MPPT, cada string o par de strings entra directamente al inversor, y la caja combinadora no hace falta; el inversor trae el seccionador de continua y, a menudo, la medición por entrada. La comparación entre las dos arquitecturas está en la guía de inversor central o string en plantas solares.

Qué lleva dentro

ComponenteFunción
Portafusibles y fusibles gPVProtegen cada string contra la corriente inversa de los strings en paralelo
Barra o borneras de continuaReúne los strings en un solo circuito de salida
Seccionador de continuaAbre el circuito de salida hacia el inversor; para cajas con corriente en ambos sentidos se usa la categoría DC-PV2
DPS de continuaLimita las sobretensiones inducidas por descargas atmosféricas
Medición de corriente por stringDetecta strings en cero, con sombra o con falla, y alimenta el monitoreo
ComunicacionesLleva las lecturas al sistema de supervisión de la planta
EnvolventeProtege a la intemperie con un grado IP adecuado y soporta la radiación solar

Los fusibles son gPV (IEC 60269-6), el seccionador es de la IEC 60947-3 con categoría fotovoltaica y los DPS son de la IEC 61643-31.

Recorrido de la corriente en una caja combinadora
  1. 01Strings de entradaCada string llega por su portafusible con fusible gPV
  2. 02Barra de continuaLas corrientes de los strings se suman en el circuito común
  3. 03SeccionadorPermite aislar la salida del inversor
  4. 04Salida al inversorUn solo circuito hacia la entrada de continua del inversor

Marcación y seguridad

Con luz, los strings siempre tienen tensión. Abrir el seccionador de la caja no la quita de los terminales de entrada ni de los portafusibles: solo aísla la salida. Por eso la marcación y los procedimientos de trabajo importan. Las exigencias principales son:

  • IEC 62548-1, apartado 10.4, marcación de las cajas combinadoras de arreglo y de strings, con un ejemplo de rótulo en su Anexo A. El apartado 10.5 trata la marcación de los medios de seccionamiento.
  • RETIE 2024, artículo 3.17.23: los encerramientos y cajas de paso que contengan conductores de continua de fuentes fotovoltaicas deben llevar permanentemente la leyenda «ADVERTENCIA: FUENTE DE ALIMENTACIÓN FOTOVOLTAICA», con la sección 690.31(G) de la NTC 2050 como referencia. Los empalmes se hacen en cajas de derivación con los accesorios correspondientes, y los circuitos fotovoltaicos no comparten caja con circuitos de otros sistemas, salvo que haya una barrera física.

Selección y ubicación

La corriente de salida de la caja es la suma de las corrientes de los strings que reúne, así que la barra, el seccionador y el cable de salida se dimensionan con esa suma y con la tensión máxima del sistema, no con la de un string. La caída de tensión de esos tramos se calcula como en caída de tensión en corriente continua en solar. Cada componente debe declarar su tensión y su corriente en continua, y la envolvente debe mantener el calor dentro de lo que los componentes admiten con sol directo y sin ventilación forzada.

La ubicación busca reducir el cable de potencia sin acercar la caja a zonas inundables, a tráfico de maquinaria o a sombras que calienten un solo lado. Las entradas de cable llevan prensaestopas del grado de protección de la envolvente y cada string se identifica con el mismo código del plano. Los cables y conectores de string se tratan en cable solar y conectores MC4. La documentación de entrega debe incluir el esquema de la caja, las hojas de datos de sus componentes con las normas que declaran y el listado de rótulos instalados.

Qué falla y cómo se detecta

Las cajas son un punto de falla frecuente por su ubicación a la intemperie y por los contactos de potencia que tienen:

  • Fusible abierto, por una falla del string o por fatiga. Un string desconectado se detecta por corriente cero en la medición por string.
  • Humedad y condensación en la envolvente, que degradan el aislamiento y provocan fallas a tierra; vea detección de fallas a tierra en corriente continua.
  • Conexiones flojas o mal apretadas, que se calientan con la corriente. Se encuentran con termografía con el sistema en servicio.
  • DPS agotado, que deja de proteger sin que el sistema falle.

La medición de corriente por string es la herramienta de supervisión más útil del campo: compara cada string con sus vecinos bajo la misma irradiancia y revela sombras, suciedad, conectores calientes y fusibles abiertos antes de que cause un disparo del inversor.

Información que debe dar el fabricante

Una caja bien especificada trae su tensión y corriente máximas de continua, la capacidad de corte del seccionador y su categoría de utilización, las características de los fusibles y de los DPS, el grado de protección, el rango de temperatura de operación y el diagrama de conexiones, con la norma de conjunto que declara. Si la hoja no lo dice, no se puede verificar.

Qué hacemos en Tiza Group

El diseño y la fabricación de las cajas combinadoras del campo corresponden al contratista y al fabricante. Nuestro equipo atiende la parte de media y alta tensión de la planta: la puesta en servicio de las plantas solares, desde los centros de transformación hasta las protecciones de conexión, y la ingeniería primaria a distancia.

Guías relacionadas

Referencias

  • IEC 62548-1:2023, Photovoltaic (PV) arrays, Part 1: Design requirements, apartados 7.2.4, 10.4 y 10.5 y Anexo A.
  • IEC 60269-6, fusibles para sistemas fotovoltaicos, e IEC 60947-3, seccionadores.
  • IEC 61439-2, conjuntos de aparamenta de baja tensión (aplicabilidad según la declaración del fabricante).
  • Ministerio de Minas y Energía de Colombia, Resolución 40117 de 2024 (RETIE), artículo 3.17.23.

Preguntas frecuentes

¿Una caja combinadora es obligatoria en una planta solar?

No. Es una decisión de arquitectura. Con inversores centrales de pocas entradas, los strings se combinan en cajas; con inversores de string con muchas entradas MPPT, los strings llegan directamente al inversor y la caja sobra. Lo que sí es obligatorio es contar con los medios de protección y seccionamiento que exigen la norma y el RETIE, estén en la caja o en el inversor.

¿Abrir el seccionador de la caja deja el circuito sin tensión?

Solo el lado de salida hacia el inversor. Mientras haya luz, los strings siguen produciendo tensión en los terminales de entrada de la caja y en los fusibles. Por eso la caja debe llevar marcación de advertencia y el trabajo exige procedimientos de bloqueo y verificación de ausencia de tensión.

¿Qué debe decir la rotulación de la caja combinadora?

La IEC 62548-1 dedica un apartado a la marcación de las cajas combinadoras de arreglo y de strings, con un ejemplo de señal en su Anexo A. El RETIE 2024 pide además que los encerramientos de circuitos fotovoltaicos de corriente continua lleven el rótulo «ADVERTENCIA: FUENTE DE ALIMENTACIÓN FOTOVOLTAICA» (artículo 3.17.23).

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