Seleção da caixa de junção para módulos com wafers de 182 mm

Com o aumento contínuo da corrente operacional dos módulos fotovoltaicos, caixas de junção confiáveis são fundamentais para assegurar uma vida útil de 20 a 30 anos.

Este artigo analisará quais fatores precisam ser considerados ao selecionar uma caixa de junção para módulos de grande formato com diferentes correntes operacionais.

Corrente nominal da caixa de junção

De acordo com as especificações de teste do diodo de bypass da norma IEC 61215, a corrente nominal de uma caixa de junção deve ser superior a 1,25 × Isc para um módulo monofacial.

Para um módulo bifacial, o ganho bifacial também deve ser considerado conforme a seguinte equação (IEC61215 \ IEC61730:2021):

Ijbox = Isc x (1 + 30% * f) x1,25

Onde ‘Isc’ é a corrente de curto-circuito do módulo e f é seu fator de bifacialidade. A bifacialidade é normalmente em torno de 70% ± 5% e, para permitir uma margem de segurança razoável para a caixa de junção, a corrente adotada para diferentes módulos é mostrada na tabela a seguir:

Pode-se ver que, para módulos baseados em wafers de 156,75 mm, 166 mm e 182 mm, há uma margem de segurança suficiente para a caixa de junção.  No entanto, para um módulo bifacial baseado em um wafer de 210 mm, não há margem de segurança restante, o que indica que, em alguns casos, a corrente operacional do módulo será maior que a corrente nominal, resultando em possível falha na caixa de junção.

Análise do projeto do diodo de uma caixa de junção

No caso de módulos baseados em 182 mm, uma caixa de junção de 25 A com um diodo de bypass para um determinado grupo de células é confiável, com uma margem de segurança suficiente (17,5%), como indicado acima.

No entanto, se a corrente operacional de um módulo aumentar para 18,4 A, a margem de segurança para a caixa de junção de 25 A torna-se insuficiente, exigindo um aumento significativo no tamanho do diodo.

Portanto, para um módulo 18,4 A, em geral adota-se uma associação paralela de diodos, que tem como inconveniente o risco de  distribuição desigual da corrente entre os diodos e sua possível falha.

A figura a seguir é uma curva típica de tensão de polarização direta de um diodo Schottky de 150 milésimos de polegada, do modelo PANJIT 30SQ045.  Se a queda de tensão direta for VF = 50 mv, a diferença na corrente que passa pelos dois diodos será de 10 A, o que poderá provocar sua falha.

Análise da confiabilidade da caixa de junção

Como a temperatura de junção é fundamental para a confiabilidade da caixa de junção, diversos testes de temperatura de junção foram realizados de acordo com a tabela a seguir para o módulo bifacial Hi-MO 5 da LONGi, baseado em um wafer de 182 mm. Pode-se ver que a caixa de junção de 25 A para o módulo de 182 mm passou por todos os testes, mesmo quando a corrente de teste foi aumentada para 26 A.

Além disso, a fim de simular um conjunto completo e fatores de envelhecimento ao ar livre (alta temperatura e umidade), um teste de temperatura de junção sob PCT 48h (teste de envelhecimento de alta pressão) e corrente 26 A foi realizado conforme estabelecido na tabela a seguir. Pode-se ver que uma caixa de junção de 25 A para um módulo de tamanho de 182 mm pode ser considerada segura em condições ao ar livre.

Em resumo, na seleção de uma caixa de junção confiável para um módulo atual de grandes dimensões, margem de segurança, escolha do diodo e desempenho em condições adversas são fatores que precisam ser considerados.

A LONGi adotou a caixa de junção e 25 A para seu módulo Hi-MO 5 após análises e testes minuciosos, tornando o produto compatível com uma longa expectativa de vida, com reduzido LCOE (custo nivelado da energia) e elevado desempenho.