Especificaciones de la caja de cadena fotovoltaica: ¿qué exige la norma?

Actualizado el 15 de octubre de 2025

La caja de strings es uno de los principales componentes de protección en el lado de corriente continua (CC) de los sistemas fotovoltaicos. Alberga dispositivos como interruptores automáticos, protectores de sobretensión (SPD) e interruptores de desconexión, y desempeña un papel esencial en la seguridad eléctrica, la facilidad de mantenimiento y el cumplimiento normativo de las instalaciones solares.

Las normas NBR 5410 (instalaciones eléctricas de baja tensión) y NBR 16690 (sistemas fotovoltaicos: requisitos de diseño e instalación) proporcionan directrices específicas para la correcta selección e instalación de cajas de strings. En este artículo, aprenderá las especificaciones básicas que deben cumplir estos componentes para garantizar el rendimiento y la protección de los sistemas fotovoltaicos.

¿Qué es una caja de cuerdas?

La norma brasileña para instalaciones eléctricas de baja tensión – NBR 5410 – y la norma brasileña sobre sistemas fotovoltaicos – NBR 16690 – disponer que las instalaciones deberán tener como características básicas protección contra descargas eléctricas a los usuarios, protección contra efectos térmicos e incendios, protección contra sobreintensidades, protección contra sobretensiones y capacidad de seccionamiento.

Los sistemas fotovoltaicos están regulados por normas técnicas y, por lo tanto, deben seguir los principios básicos ya establecidos. La caja de strings actúa como el principal componente de protección para la sección de corriente continua del sistema.

Conecta los cables de los módulos fotovoltaicos al inversor, proporcionando protección contra sobretensiones y sobrecorrientes, y permitiendo la desconexión del circuito. Los elementos básicos de una caja de strings son:

• Recinto: lugar donde se ubicarán los dispositivos de protección y conexiones eléctricas;
• Dispositivo de desconexión: puede implementarse con un interruptor de desconexión o disyuntor;
• Dispositivo de protección contra sobretensión: DPS;
• Dispositivo de protección contra sobrecorriente: disyuntor o fusible;
• Cables CC.

¿Cuáles son los componentes de una caja de cuerdas?

envoltura

La caja es la "caja" que alberga los dispositivos de protección y las conexiones eléctricas. Su función es proteger los dispositivos y las conexiones de la intemperie y al usuario de descargas eléctricas.

Las cajas se pueden clasificar según su tolerancia a la entrada de polvo y agua. El sistema de clasificación IP determina un número que refleja la protección de la caja. A continuación se muestra la tabla con las definiciones de protección IP.

Tabla 1 – Esquema de determinación del grado de protección de la propiedad intelectual

Las envolventes también pueden clasificarse como aptas para interiores (protección mínima IP2X) o exteriores (protección mínima IP55). La norma ABNT NBR IEC 60529 define las envolventes aptas para circuitos eléctricos.

A estándar de instalación 5410 Establece que los circuitos de corriente alterna (CA) y corriente continua (CC) no deben combinarse dentro de un mismo recinto. Además, se recomienda que la ocupación volumétrica máxima no supere el 50 %. Este índice limita el efecto de sobrecalentamiento de los dispositivos de concentración en un entorno cerrado. A continuación se muestran algunos ejemplos de recintos.

Interruptor de desconexión

El seccionador es un dispositivo que conecta y desconecta la sección de CC del sistema fotovoltaico. Una desconexión segura del sistema es aquella en la que no existe riesgo de descarga eléctrica para el usuario ni de incendio por chispas al momento de la desconexión. Las características técnicas de los seccionadores son:

• Tensión de aislamiento/operación: es la tensión máxima entre los puntos de conexión eléctrica que admite el interruptor;
• Corriente de operación: es la corriente máxima que circula por los elementos eléctricos del interruptor;
• Especificación de uso: define si el interruptor es adecuado para sistemas de CA o CC;
• Número de polos: es el número de conductores que puede seccionar el interruptor;
• Resistencia a impulsos: el interruptor debe ser capaz de soportar un impulso eléctrico en la posición abierta de acuerdo con las especificaciones de la tabla 50 de la NBR 5410.

Para cada valor de voltaje de operación del interruptor, existe una corriente de operación máxima. Los fabricantes ponen esta información a disposición en el folleto técnico del producto. Para evitar chispas durante el funcionamiento normal del interruptor, se deben respetar los límites de voltaje, corriente y aplicación.

Algunos interruptores pueden seccionar simultáneamente varios conductores y luego pueden asumir una característica de "interruptor general" de la caja de cadenas.

DPS (Dispositivo de protección contra sobretensiones)

El SPD es el dispositivo que reduce los efectos de la sobretensión en el circuito. Su función, en la caja de strings, es proteger al inversor contra sobretensiones provenientes del circuito de CC.

Los fenómenos que pueden provocar sobretensiones son: descargas atmosféricas en el sistema SPDA y descargas atmosféricas cercanas que inducen corriente en el circuito DC. El DPS se caracteriza según las cantidades siguientes.

• Tipo: Los DPS se clasifican en tipo 1, 2 o 3. Los DPS de tipo 1 son adecuados para descargas directas de rayos, mientras que los de tipo 2 son adecuados para sobretensiones inducidas por descargas de rayos cercanas y perturbaciones de la red eléctrica. Los DPS de tipo 3 son adecuados para proteger equipos eléctricos más sensibles.
• Uc: Tensión máxima de funcionamiento continuo. Representa la tensión máxima de funcionamiento que el DPS puede soportar sin activar su protección contra sobretensiones.
• Arriba: Nivel de tensión de protección. Es la tensión máxima entre los terminales del SPD cuando está activo y conduce una corriente de descarga igual a In o Iimp. En otras palabras, es la tensión máxima que reciben los circuitos aguas abajo (es decir, los posteriores) del SPD.
• Iimp: Corriente de protección nominal para DPS tipo 1. Esta es la corriente de protección máxima que un DPS tipo 1 puede derivar a la puesta a tierra de protección. Los valores de Iimp suelen presentarse en caso de impacto directo de rayo.
• Entrada: Corriente de protección nominal para DPS de tipo 2 y 3. Esta es la corriente máxima que el DPS de tipo 2 desvía a la puesta a tierra de protección. El DPS debe soportar esta corriente durante al menos 19 activaciones.
• Icc o Isc: Es la corriente máxima de cortocircuito que puede soportar un DPS con fusible interno o disyuntor miniatura. En caso de fallo del DPS, este debe ser capaz de conducir la corriente de cortocircuito hasta que sea interrumpida por él mismo o por otro dispositivo de protección del circuito.
• IMAX: Esta es la corriente máxima que un SPD puede desviar a tierra de protección. La capacidad de desviar corriente cuando alcanza IMAX solo ocurre una vez. El SPD está dañado y no puede reutilizarse.

Para obtener más información sobre la protección contra sobretensiones, lea el artículo Qué es DPS y cómo se utiliza en sistemas fotovoltaicos.

Fusible

Un fusible es un dispositivo de protección contra sobrecorriente y cortocircuito que funciona fundiendo un elemento conductor cuando la corriente supera su valor nominal. Sus características técnicas son:

• Dimensiones: existen diferentes dimensiones de fusibles, las cuales son consecuencia de su tipo de utilización, capacidad de interrupción de corriente y corriente nominal;
• Entrada: corriente nominal. Esta es la corriente utilizada para los cálculos de protección contra sobrecorriente.
• Corriente máxima de interrupción: Esta es la corriente máxima que el fusible puede bloquear. Valores superiores a este límite no garantizan el bloqueo de la corriente y pueden poner en riesgo el fusible de incendio.
• Tensión de funcionamiento: es la tensión más alta a la que funciona el fusible sin sufrir daños ni riesgo de mal funcionamiento;
• Curva de actuación: es la curva que muestra el tiempo que tarda el dispositivo en actuar para cada valor de corriente superior al valor nominal;
• Tipo: especifica el circuito o uso para el que es adecuado el fusible. La siguiente tabla muestra los tipos de fusibles más comunes.
• Corriente de no fusión: corriente de sobrecarga máxima por encima del valor de corriente nominal en la que el fusible no funcionará;
• Corriente de fusión temporal convencional: sobrecorriente que garantiza el funcionamiento del fusible dentro de la especificación temporal convencional (1 o 2 horas)

Tabla 2 – Tipo de fusible

A continuación se muestra la curva que relaciona el tiempo de funcionamiento de un fusible con la corriente eléctrica que pasa por él.

El fusible no funcionará mientras esté funcionando en la región azul. La región roja indica los puntos de operación que hacen que se dispare el fusible.

Para una corriente del 200% del valor nominal, por ejemplo, el fusible funcionará entre 50 y 200 segundos. Para el fusible descrito en el gráfico, la corriente de no fusión es el 150% de la corriente nominal.

Los fusibles adecuados para circuitos fotovoltaicos son del tipo gPV y cuentan con protección contra corriente de cortocircuito y sobrecorriente. La denominación PV se refiere a la capacidad de los fusibles para funcionar con corriente continua con valores de tensión típicos de los sistemas fotovoltaicos.

Los fusibles tipo gPV además tienen una corriente de no fusión de 1,13 veces la corriente nominal y una corriente de fusión en tiempo convencional (1 hora) de 1,35 veces la corriente nominal. La corriente de interrupción mínima máxima de un fusible gPV es de 10 kA.

Cortacircuitos

Un disyuntor es un dispositivo termomagnético que protege contra sobrecorrientes y cortocircuitos, y también puede utilizarse como elemento de desconexión. El dispositivo funciona calentando una placa bimetálica que se deforma con la temperatura y una bobina que genera un campo magnético.

Más allá de cierto límite, la deformación de la placa bimetálica y la fuerza electromagnética generada por la bobina provocarán la desconexión de los contactos internos del interruptor. Tanto el calor generado como la fuerza electromagnética son proporcionales a la corriente que fluye a través del interruptor. Los interruptores se pueden caracterizar según las siguientes variables:

• Entrada: Corriente nominal de operación. Esta es la corriente máxima a la que opera el interruptor automático sin activar su protección. Valores superiores a esta corriente activarán la protección del interruptor automático y desconectarán el circuito.
• Icu: Capacidad máxima de interrupción de corriente de cortocircuito. Es la corriente máxima que el disyuntor puede operar para desconectar el circuito. Valores superiores a esta corriente no garantizan una protección adecuada y pueden suponer un riesgo de incendio.
• Curva de actuación: define la característica del tiempo de actuación de la protección en función de la intensidad de sobrecorriente;
• Tensión de funcionamiento: define la tensión nominal de funcionamiento del disyuntor;
• Tipo de circuito: define si el disyuntor es adecuado para circuitos de CA o CC;
• Corriente de operación temporal convencional: corriente a la cual el interruptor automático garantiza la desconexión en 1 hora.

A continuación se muestra como ejemplo la curva de disparo típica de un disyuntor.

La zona azul corresponde a la zona de funcionamiento normal del disyuntor. En esta zona, la protección y la desconexión del circuito no deben activarse. La zona roja corresponde a la zona donde se disparará el disyuntor, cuyo tiempo dependerá de la relación entre la corriente que circula por el dispositivo y la corriente nominal. Por ejemplo, para una corriente 10 veces superior a la nominal, el disyuntor se disparará en un plazo de entre 0,01 y 2,5 segundos.

Los interruptores automáticos pueden sustituir a los fusibles en sistemas fotovoltaicos, siempre que tengan una corriente de disparo, en condiciones climáticas convencionales, equivalente al 135 % de la corriente nominal. Los interruptores automáticos de CA carecen del aislamiento y la capacidad de interrupción de arco adecuados para la corriente continua, por lo que no deben utilizarse en cajas de strings.

cable CC

La caja de strings recibe los cables de CC de los módulos fotovoltaicos y los dirige al inversor. Por lo tanto, se deben aplicar los mismos criterios que para la selección de los cables de los módulos al seleccionar los conductores de la caja de strings.

El cable debe contener doble aislamiento, ser resistente a la radiación UV, ser capaz de soportar las tensiones continuas del sistema fotovoltaico (normalmente de 600 a 1500 V) y debe tener un conductor de cobre estañado si se encuentra en zonas sujetas a niebla salina.

La sección del cable depende del método de instalación, la corriente del circuito, la temperatura ambiente, el grupo de circuitos y, si está enterrado, la resistividad térmica y la temperatura del suelo. La determinación de la sección del cable debe seguir las normas NBR 16612, NBR 16690 y NBR 5410.

Conectores y conexiones

Las conexiones de los circuitos de cadena a la caja de cadena se pueden realizar mediante conectores MC4 o cables con terminales de ojal. No se permite la conexión en paralelo ni la conexión de varios circuitos al terminal de un dispositivo de caja de cadena, a menos que este haya sido diseñado específicamente para este fin.

Las conexiones deben realizarse mediante barras colectoras o terminales adecuados. Las conexiones incorrectas del circuito generan puntos calientes en el cable, el dispositivo de protección y los terminales. Estos puntos calientes aumentan las pérdidas del sistema y pueden representar un riesgo de incendio.

La relación entre disyuntor, fusible, protección contra sobrecorriente y corriente inversa.

Se puede acceder al módulo mediante una fuente de corriente proporcional a la irradiación solar. Las condiciones de prueba STC determinan la corriente de cortocircuito y el voltaje abierto del módulo suponiendo una irradiación de 1000 W/m2 y una temperatura de celda de 25°C.

En una instalación real, la temperatura de la celda alcanza alrededor de 30°C por encima de la temperatura ambiente, el aumento de la temperatura de la celda tiene un efecto sutil en el aumento de la corriente de cortocircuito del módulo, del orden de +0,05%/°C. Para una temperatura ambiente de 30°C, el aumento de Isc en comparación con las condiciones STC es sólo del 1,7%.

Como en una instalación real la temperatura ambiente máxima es limitada, la Isc actual nunca superará valores significativos más allá de los valores determinados en STC + 2%. Por lo tanto, no existe necesidad de protección contra sobrecorriente debido a un posible aumento en la generación del módulo.

La protección contra sobrecorriente a través de un fusible o disyuntor tiene la función principal de evitar que se produzca un flujo de corriente inverso. La corriente inversa ocurre en un módulo configurado con cadenas en paralelo cuando el voltaje de circuito abierto (Voc) de una cadena es menor que el voltaje de circuito abierto de las otras cadenas.

Cuando esto ocurre, la cadena afectada se comporta de manera análoga a una carga del sistema, disipando el calor generado por este flujo de corriente inverso. Las causas más comunes de corriente inversa son:

• Cortocircuito en uno de los módulos;
• Cortocircuito entre celdas del módulo;
• Fallas a tierra del módulo;
• Errores de instalación que provocan cadenas en paralelo con diferente número de módulos.

Conclusión

La especificación y el montaje adecuados de las cajas de conexiones es esencial para garantizar la seguridad, la durabilidad y el cumplimiento normativo de los sistemas fotovoltaicos. Comprender los requisitos normativos. NBR 5410 y NBR 16690 ayuda no sólo a evitar fallas, sino también a entregar instalaciones más eficientes y profesionales.

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