La caja de conexiones, también conocida como junction box, es una pieza a menudo pasada por alto en los paneles solares. Por lo general, viene preinstalada en la parte posterior de un módulo solar y los instaladores no le prestan mucha atención hasta que se conectan los paneles.
La caja de conexiones fotovoltaica tiene un papel simple pero importante: albergar todos los componentes eléctricos de un panel solar y protegerlos del entorno. Los cables se conectan a los diodos internos, proporcionando una forma sencilla de enlazar los paneles entre sí.
Aunque los desarrolladores y propietarios de sistemas solares no tienen opción en cuanto al tipo de caja de conexiones, ya que las compañías de fabricación de módulos se encargan de esos contratos durante la producción, es importante comprender el papel de este recinto, especialmente ahora que alberga tecnologías más inteligentes.
Conceptos básicos de la caja de conexiones
Una caja de conexiones cuenta con diodos de derivación que permiten que la corriente fluya en una dirección y evitan que se retroalimente a los paneles. Frank Rosenkranz, gerente de productos de energía solar para EMEA, India y las Américas de TE Connectivity, fabricante de conectores y cajas de conexiones, describe la caja de conexiones como la parte más importante de un panel.
Cada cadena está protegida por un diodo [en la caja de conexiones], dijo. el diodo es la puerta de entrada que permite un flujo constante de energía.
Si una parte de un panel solar está sombreada, esa cadena intentará consumir energía, invirtiendo el flujo de electricidad. Los diodos dentro de la caja de conexiones evitan que eso suceda.
Existen dos técnicas de producción diferentes para las cajas de conexiones: soldadura/encapsulado y sujeción. Con el método de soldadura y encapsulado, los láminas que salen del panel solar se sueldan a los diodos dentro de la caja de conexiones. Luego, la caja de conexiones se encapsula o se llena con un tipo de material adhesivo para permitir la transferencia térmica del calor, mantener la unión de soldadura en su lugar y evitar que falle. Una vez que ha pasado suficiente tiempo para que el material de encapsulado se cure lo suficiente, el panel está listo para su uso.
Con la producción por sujeción, se utiliza un mecanismo de sujeción simple para unir las láminas a los cables. No hay humos ni grandes tareas de limpieza como en el método de soldadura/encapsulado. Los precios de ambos métodos son bastante iguales al comparar los costos de materiales y mano de obra en general. La caja de sujeción puede ser más cara, pero la mano de obra necesaria para soldar y encapsular las otras cajas a menudo es mayor.
Aunque hay opiniones divergentes sobre la mejor forma de producir una caja de conexiones, ha habido poca discusión sobre el papel principal de este producto a menudo ignorado, hasta que nuevas tecnologías se involucraron en la industria.
Evolución de la caja de conexiones
A medida que los módulos han cambiado, la caja de conexiones ha mantenido la misma funcionalidad. Pero ahora, con mayores salidas de potencia y voltajes, las cajas de conexiones han tenido que mejorar su capacidad para proteger esa energía.
El papel general de la caja de conexiones ha seguido siendo el mismo. lo que ha cambiado es que los módulos siguen volviéndose más potentes, dijo Brian Mills, gerente de productos de PV en América del Norte de Stäubli Electrical Connectors. a medida que la salida del módulo aumenta, los diodos de derivación tienen que hacer un trabajo más duro. la forma en que absorben esa energía es mediante la disipación de calor. hay que manejar ese calor de los diodos.
Los interruptores de derivación refrigerados están reemplazando a los diodos tradicionales en algunas cajas de conexiones para mitigar el exceso de calor generado por mayores salidas de módulos. Cuando los paneles sombreados intentan consumir energía, un diodo tradicional evita que eso suceda, pero se genera calor en el proceso. Un interruptor de derivación refrigerado funciona como un interruptor de encendido/apagado y abre el circuito cuando los paneles intentan extraer energía, evitando que se acumule calor.
Los diodos de derivación son una tecnología de los años 50. es muy simple, dijo Mills. son robustos y confiables, pero siempre ha sido un problema la generación de calor. Los interruptores de derivación refrigerados resuelven ese problema de calor, pero son mucho más caros que un diodo de 20 centavos. Y todos quieren que los módulos sean lo más económicos posible.
Para obtener el máximo beneficio de su inversión, muchos propietarios de sistemas están recurriendo a los paneles bifaciales. La energía aún se alimenta a través de una caja de conexiones, aunque se esté produciendo energía en el frente y en la parte posterior del módulo. Los fabricantes de cajas de conexiones han tenido que ser creativos con sus diseños.
En un panel bifacial, hay que colocar las cajas de conexiones en el borde donde se tiene la certeza de que la parte posterior no está sombreada, dijo Rosenkranz. cuando están en el borde, la caja de conexiones ya no puede ser un rectángulo, tiene que ser pequeña.
TE Connectivity ofrece tres pequeñas cajas de conexiones SOLARLOK PV Edge para módulos bifaciales, una para la esquina izquierda, otra para la esquina derecha y otra para el centro del módulo, funcionando efectivamente igual que una caja rectangular más grande. Stäubli está desarrollando una caja de conexiones para colocarla en el borde absoluto de los módulos bifaciales.
La rápida popularidad de los módulos bifaciales significó que los diseños de las cajas de conexiones tuvieran que ser actualizados sobre la marcha. Otras actualizaciones repentinas de los sistemas solares incluyen el apagado rápido y varias funciones a nivel de módulo solicitadas por el Código Eléctrico Nacional, y la caja de conexiones tiene que mantenerse al día.
La industria está cambiando tan rápidamente que es difícil quedarse con una carcasa y esperar que sea viable, dijo Mills. ¿cómo se crea un dispositivo que pueda manejar las temperaturas de los paneles solares y funcionar correctamente a largo plazo? ¿cómo se hace para que se pueda reemplazar esa tecnología si falla o se vuelve obsoleta? ahora la caja de conexiones tiene que poder abrirse y cerrarse.
La caja de conexiones multifunción PV-JB/MF de Stäubli es personalizable con un formato abierto, por lo que está lista para futuras actualizaciones, incluyendo optimizadores completos o microinversores si su tamaño electrónico se reduce lo suficiente.
TE Connectivity también ha lanzado recientemente una caja de conexiones inteligente que permite la integración de placas de circuito impreso (PCB) personalizadas en soluciones de paneles solares con funciones de monitoreo, optimización y apagado rápido.
La mayoría de los microinversores y optimizadores se agregan en la parte posterior del módulo además de la caja de conexiones. Pero el optimizador de potencia de SolarEdge puede reemplazar la caja de conexiones en módulos inteligentes ensamblados en fábrica. El optimizador de potencia incorporado proporciona capacidades inteligentes mientras realiza las funciones básicas de energía de una caja de conexiones.
Tiene un diseño térmico avanzado que permite la disipación de calor para mantener una temperatura celular más baja y evitar puntos calientes, dijo Lior Handelsman, fundador y vicepresidente de marketing y estrategia de productos de SolarEdge. hemos diseñado específicamente nuestro optimizador de potencia incorporado para permitir flexibilidad en la fabricación, de modo que los fabricantes de módulos puedan ajustar rápidamente la producción según la demanda. hemos diseñado una base fija con diodos de derivación y luego dos cubiertas separadas. una cubierta contiene un optimizador de potencia, mientras que la otra es una caja de conexiones estándar con un conector de derivación.
Los fabricantes de cajas de conexiones también están considerando agregar tecnología de inversores a sus modelos futuros.
El siguiente paso será un módulo que tenga el inversor en la caja de conexiones estándar con una fuente de ca, dijo Mills. simplifica la instalación y hace que el módulo sea más versátil.
Parece que la caja de conexiones, tan pasada por alto, está atrayendo más atención.
Obtén más información sobre la caja de conexiones en nuestro video de Solar Basics.