String box, DPS e fusivel: protecao eletrica do sistema solar

Por que a proteção elétrica é indispensável em sistemas fotovoltaicos?

Um sistema fotovoltaico sem proteção elétrica adequada é uma bomba-relógio. Ao contrário de outros equipamentos elétricos que podem ser desligados ao menor sinal de problema, os painéis solares continuam gerando tensão elétrica enquanto houver luz solar — inclusive durante uma tempestade com raios, no momento de uma manutenção ou em caso de curto-circuito. Essa característica torna a proteção elétrica não apenas desejável, mas obrigatória tanto pelas normas técnicas quanto pelo bom senso.

Os componentes de proteção — string box, DPS, fusíveis, disjuntores e aterramento — custam, juntos, menos de 5% do valor total do sistema. E evitam prejuízos que podem chegar a dezenas de milhares de reais, além de riscos graves à segurança de moradores e técnicos de manutenção.

Quais normas regulam a proteção elétrica de sistemas fotovoltaicos?

A proteção elétrica de sistemas fotovoltaicos no Brasil é regulada por um conjunto de normas técnicas complementares, cada uma cobrindo um aspecto específico da instalação:

• NBR 16690:2019 — Instalações elétricas de arranjos fotovoltaicos: requisitos de projeto. É a norma principal para a parte CC (corrente contínua) do sistema, cobrindo dimensionamento de cabos, proteção contra sobrecorrente, seccionamento e aterramento.
• NBR 5410:2004 — Instalações elétricas de baixa tensão. Regula a parte CA (corrente alternada) após o inversor, incluindo disjuntores, aterramento e instalações prediais.
• NBR 16274:2014 — Sistemas fotovoltaicos conectados à rede: requisitos mínimos para documentação, ensaios de comissionamento e inspeção.
• NBR 5419:2015 — Proteção contra descargas atmosféricas. Define os requisitos de SPDA (sistema de proteção contra descargas atmosféricas) e a compatibilidade com sistemas fotovoltaicos.
• IEC 62109 — Segurança de inversores fotovoltaicos: requisitos de projeto e ensaios para equipamentos que convertem CC em CA.

O não cumprimento dessas normas pode resultar em negativa de seguro em caso de sinistro, impossibilidade de conexão à rede da distribuidora e responsabilidade civil do instalador em caso de acidente.

O que é a string box e quais componentes ela abriga?

A string box — também chamada de caixa de junção ou combiner box — é o componente que fica entre os painéis solares e o inversor. Ela centraliza as conexões das strings (conjuntos de painéis em série) e abriga os dispositivos de proteção do lado CC do sistema.

DPS CC (Dispositivo de Proteção contra Surtos)

O DPS protege o sistema contra surtos de tensão causados por descargas atmosféricas — diretas ou induzidas. Mesmo sem um raio cair diretamente no telhado, um raio próximo pode induzir surtos de centenas de volts nos cabos, danificando o inversor e os módulos.

Especificações mínimas conforme NBR 16690:

• Tipo II (proteção contra surtos induzidos)
• Tensão máxima de operação contínua (Uc) ≥ 1.000 V CC
• Corrente de descarga nominal (In) ≥ 20 kA
• Corrente máxima de descarga (Imax) ≥ 40 kA

O DPS possui indicador visual (janela colorida): verde indica operacional, vermelho indica esgotado e deve ser substituído imediatamente.

Fusível CC de string

O fusível protege cada string contra sobrecorrente em caso de curto-circuito ou falha de módulo. A NBR 16690 exige fusível de string quando o sistema possui 3 ou mais strings em paralelo — porque sem fusível, as outras strings podem alimentar a corrente de falha e causar incêndio.

Especificações típicas:

• Tensão nominal ≥ 1.000 V CC
• Corrente calibrada para 125–150% da corrente de curto-circuito da string (Isc)
• Padrão gPV (fotovoltaico) — fusíveis convencionais não podem ser usados em CC

Seccionadora CC (chave de desconexão)

Permite desconectar os painéis do inversor com segurança para manutenção. Sem essa chave, o técnico de manutenção trabalharia em um circuito energizado — risco grave de choque elétrico em sistemas com tensão de 400–600 V CC.

A seccionadora deve ser do tipo rotativo, com trava de segurança, e suportar a tensão máxima do string (Voc máximo com temperatura mínima).

Dimensionamento elétrico: como fazer corretamente

O dimensionamento dos componentes elétricos é tão importante quanto a escolha dos painéis. Um cabo subdimensionado gera aquecimento, perda de potência e risco de incêndio. Um DPS subdimensionado não protege o sistema. Um fusível superdimensionado não abre quando deveria.

Cabos CC

A norma NBR 16690 define que a seção mínima dos cabos CC deve ser calculada para:

• Perda de tensão máxima de 1,5% (para strings de até 100 m)
• Capacidade de condução de corrente ≥ 1,25 × Isc da string
• Resistência à temperatura de 90°C e à radiação UV

Para um sistema típico de 5 kWp com strings de Isc = 14 A:

• Corrente de projeto: 14 A × 1,25 = 17,5 A
• Seção mínima para cabos em temperatura ambiente de 40°C: 4 mm² (cobre)
• Para percursos longos (>30 m): considerar 6 mm² para reduzir perdas

Cabos CA

Dimensionados conforme NBR 5410, tabela de capacidade de condução por seção e temperatura. Para um inversor de 5 kW monofásico (corrente nominal ~22 A):

• Seção mínima: 4 mm² em conduite enterrado ou 2,5 mm² em eletroduto na parede
• Proteção: disjuntor bipolar de 25–32 A com curva C

Proteção no lado CA: disjuntores e DPS de saída

Após o inversor, o sistema também precisa de proteção:

DPS CA: Instalado no quadro de distribuição residencial, protege o inversor e os equipamentos da casa contra surtos vindos da rede elétrica da concessionária. Especificação: Tipo II, 275 V (monofásico) ou 440 V (trifásico), In ≥ 20 kA.

Disjuntor bipolar ou tripolar: Protege o circuito CA contra sobrecorrente. Deve ser dimensionado para 125% da corrente nominal do inversor e instalado o mais próximo possível do barramento do quadro.

Seccionadora CA: Permite desconectar o inversor da rede elétrica da concessionária. Exigida pela maioria das distribuidoras no processo de homologação e essencial para o procedimento de manutenção segura.

Aterramento: a proteção que toca a terra

Todo sistema fotovoltaico precisa de aterramento adequado conforme as NBR 5410 e NBR 16690. O aterramento cumpre duas funções essenciais: proteger as pessoas contra choque elétrico em caso de falha de isolamento e fornecer caminho de baixa impedância para a descarga de surtos atmosféricos.

O que deve ser aterrado

• Estrutura metálica dos painéis (perfis de alumínio)
• Carcaças dos inversores
• Quadro metálico da string box
• Condutor de proteção (PE) em todos os circuitos CA

O condutor de aterramento (verde-amarelo) deve ter seção mínima de 6 mm² para sistemas até 20 kWp e ser conectado à malha de aterramento existente na edificação — ou à haste de aterramento instalada especificamente para o sistema solar.

Exemplo prático de aterramento para um sistema de 6 kWp em São Paulo

Um sistema típico de 6 kWp instalado em residência unifamiliar em São Paulo exige:

• 2 hastes de aterramento de 5/8” × 3 m (resistência de terra ≤ 10 Ω, conforme NBR 5419)
• Condutor de aterramento de 6 mm² interligando estrutura dos painéis, string box e quadro
• DPS de Classe I na string box (para proteção contra descargas diretas) quando o sistema for exposto em telhado descoberto
• Equipotencialização de todas as massas metálicas com barra de equipotencialização no quadro

Marcas de referência e custos estimados

DPS CC

• Clamper VCL-40 Solar: ~R$ 180 a R$ 220 (por polo)
• Finder 7P.22: ~R$ 150 a R$ 190 (por polo)
• ABB OVR T2 40 1000 P: ~R$ 200 a R$ 260 (por polo)

Fusível CC de string

• Bussmann PV 15A/1000V: ~R$ 25 a R$ 40 (por unidade)
• Suntree 20A/1000V gPV: ~R$ 20 a R$ 35 (por unidade)

String box completa

• Suntree 2 strings + DPS + fusível: ~R$ 400 a R$ 600
• PHB Solar 4 strings completa: ~R$ 700 a R$ 1.000
• ProSolar 6 strings monitorada: ~R$ 1.200 a R$ 1.800

O custo total de proteção elétrica (string box, DPS CA, disjuntores e aterramento) para um sistema de 5–6 kWp fica entre R$ 800 e R$ 1.500 — menos de 5% do custo total do sistema.

Quando inspecionar e substituir os DPS

O DPS tem vida útil limitada — cada surto descarregado “consome” parte da capacidade protetora. A maioria dos DPS modernos possui indicador visual:

• Janela verde: DPS operacional
• Janela vermelha: DPS esgotado — deve ser substituído imediatamente

Inspecione visualmente o DPS:

• A cada 12 meses, durante a manutenção anual do sistema
• Após tempestades fortes com raios próximos, mesmo sem sinal visível de dano
• Sempre que o inversor apresentar falhas inexplicáveis, pois um DPS esgotado pode não ter protegido adequadamente contra um surto anterior

A substituição do DPS é simples e barata — R$ 150 a R$ 260 por unidade — e deve ser feita sem demora, pois o sistema fica desprotegido até a troca.

Fontes e referências

• ANEEL — Regulação de Sistemas Fotovoltaicos — resolução normativa e procedimentos de conexão à rede
• ABSOLAR — Guia de Instalação de Sistemas Fotovoltaicos — boas práticas e normas aplicáveis ao setor solar brasileiro
• INPE — Atlas de Irradiação Solar do Brasil — dados de irradiação e incidência de raios por região para dimensionamento de proteção atmosférica