Una guía completa para la selección de dispositivos de protección contra sobretensiones solares (SPD solar)

La protección contra sobretensiones no es sólo una precaución: es una parte esencial de un sistema solar fotovoltaico (PV) bien diseñado. Con la creciente adopción de la energía solar en todo el mundo, proteger estos valiosos sistemas contra transitorios eléctricos es más fundamental que nunca. Esta guía le explicará todo lo que necesita saber sobre los dispositivos de protección contra sobretensiones solares (SPD solares): qué son, por qué son importantes y cómo elegir el adecuado para su sistema.

1. ¿Qué son los dispositivos de protección contra sobretensiones solares (SPD solares)?

Un dispositivo de protección contra sobretensiones solares (SPD solar) es un componente eléctrico de protección diseñado para desviar o absorber eventos de sobretensión transitoria, como rayos u operaciones de conmutación, antes de que puedan dañar equipos solares sensibles. Estos dispositivos se instalan en ubicaciones clave de un sistema solar fotovoltaico, incluida la caja combinadora de CC, el inversor fotovoltaico y el panel de distribución de CA.

Los SPD solares se clasifican por respuesta de forma de onda, capacidad de descarga y ubicación de instalación. Por lo general, utilizan componentes como varistores de óxido metálico (MOV), tubos de descarga de gas (GDT) y diodos de supresión de voltaje transitorio (TVS) para proteger contra eventos de sobretensión.

2. ¿Por qué necesita dispositivos de protección contra sobretensiones solares?

Las oleadas representan una amenaza importante para los sistemas solares. He aquí por qué la protección contra sobretensiones es imprescindible:

Riesgos de sobretensión por rayos y conmutación

• Los rayos directos pueden inyectar impulsos de alta energía (forma de onda de 10/350 µs) directamente en los paneles fotovoltaicos, provocando daños catastróficos.
• Los rayos indirectos o el acoplamiento electromagnético (forma de onda de 8/20 µs) propagan las sobretensiones a través de cables largos, dañando inversores, controladores y sistemas de monitoreo.
• Las operaciones de conmutación de red provocan transitorios de tensión en los bancos de condensadores o deslastre de carga, que se reflejan a través de la conexión de CA.

Mejore la confiabilidad y extienda la vida útil del equipo

• Las sobretensiones tensionan los componentes internos, incluso si no se produce una falla inmediata.
• Los transitorios repetidos degradan el aislamiento y reducen el tiempo medio entre fallas (MTBF).
• Usando apropiada SPD CC para energía solar garantiza una protección contra sobretensiones fotovoltaicas que mantiene los sistemas en línea y eficientes durante años.

Mejorar la seguridad eléctrica

• Las sobretensiones pueden provocar fallos de arco, roturas del aislamiento e incluso incendios.
• Un dispositivo de protección contra sobretensiones solares de alta calidad limita la sobretensión a niveles inferiores a la capacidad de resistencia de los dispositivos conectados.

Cumplimiento de estándares

• UL 1449, IEC 61643-31 e IEC 62109 definen los requisitos de instalación, prueba y clasificación de SPD para sistemas fotovoltaicos.
• NEC 690.7(C) y NFPA 780 requieren SPD para sistemas fotovoltaicos, especialmente en áreas exteriores expuestas.

Integración LPZ (Zonas de protección contra rayos)

• El concepto de Zona de protección contra rayos (LPZ) ayuda a determinar dónde y qué tipo de SPD se debe instalar.
• Los SPD de tipo 1 son para protección de límites (LPZ 0 a LPZ 1), mientras que los tipos 2 y 3 cubren zonas internas.

Para obtener una visión más amplia de cómo la protección contra sobretensiones protege los sistemas fotovoltaicos de rayos y perturbaciones de la red, consulte nuestra guía básica:
👉 Protección contra sobretensiones para sistemas solares fotovoltaicos.

3. Cómo elegir el SPD solar adecuado

Esta sección es el corazón de su proceso de toma de decisiones. Analicemos los criterios más importantes que los ingenieros y especialistas en adquisiciones deben considerar.

3.1 Cómo combinar los SPD con su sistema fotovoltaico

3.1.1 Nivel de tensión (Ucpv)

Su dispositivo de protección contra sobretensiones solares debe estar clasificado para el voltaje máximo del sistema. Siempre:

• Haga coincidir el MCOV (voltaje de funcionamiento continuo máximo) para que esté al menos 10% por encima del Voc (voltaje de circuito abierto) del sistema.
• Por ejemplo, en un sistema fotovoltaico de 1000 V, elija SPD con clasificación de 1100 V o superior para garantizar el espacio libre adecuado y la estabilidad a largo plazo.
• Utilice SPD de CC para energía solar en el lado de CC y SPD de CA para conexiones a la red.

3.1.2 Estructura del sistema

Las diferentes arquitecturas del sistema requieren diferentes configuraciones de SPD:

• Inversores de cadena: SPD cerca del inversor, entrada de CC y salida de CA.
• Inversores centrales: utilice SPD tipo 1 cerca de la desconexión principal.
• Múltiples MPPT: cada rastreador puede requerir un dedicado SPD tipo 2.
• Sistemas fotovoltaicos flotantes o sin conexión a tierra: SPD de configuración en Y o protección simétrica de + y – a tierra.

3.2 Parámetros clave de rendimiento del SPD a evaluar

Asegúrese de que estos parámetros coincidan con la densidad de rayos, el nivel de corriente de falla y la resistencia del aislamiento del sistema de su instalación.

3.3 Tipos de SPD explicados (Tipo 1, 2, 3, 1+2)

¿No está seguro de en qué se diferencian los tipos 1, 2 y 3 en cuanto a funcionalidad, respuesta de forma de onda y casos de uso? Hemos cubierto el diferencias clave entre los dispositivos de protección contra sobretensiones tipo 1, tipo 2 y tipo 3 en un blog comparativo detallado para ayudarle a tomar la decisión correcta.

Utilice dispositivos de protección contra sobretensiones solares tipo 1 si el sistema fotovoltaico está conectado a un sistema de protección contra rayos (LPS) externo con una distancia de separación insuficiente (según IEC 62305-3).

3.4 Cómo garantizar la seguridad del SPD y la longevidad del producto

• Elija SPD con desconectores térmicos incorporados e indicadores visuales de falla para monitorear el estado en tiempo real.
• Asegúrese de que la clasificación de resistencia a cortocircuitos sea mayor que la Isc (corriente de cortocircuito) del sistema.
• Si el SPD no incluye protección interna contra sobrecorriente, instale siempre un fusible externo o un disyuntor en serie.
• Nunca utilice un SPD de CA en el lado de CC de un sistema solar fotovoltaico; puede provocar arcos incontrolados, fallas de componentes o incluso incendios debido a la naturaleza continua de la corriente directa.

Comprender la distinción entre protección contra sobretensiones de CA y CC es esencial para evitar este tipo de aplicaciones erróneas. Explora lo fundamental diferencias entre los SPD de CA y CC y aprenda cómo seleccionar el adecuado para su sistema.

3.5 Cumplimiento y pruebas

Busque estas marcas y especificaciones:

• UL 1449 5.ª edición (Norteamérica)
• CEI 61643-31 (SPD fotovoltaicos CC)
• IEC 61643-11 (SPD de CA)
• CEI 62109-1/2 (Seguridad SPD integrada en el inversor)
• Certificación de terceros: TÜV, CE, Intertek, ETL

3.6 Instalación y mantenibilidad

• Instale los SPD aguas arriba del dispositivo protegido (entre el panel y el inversor).
• Siga la regla de 10 m, instale SPD en ambos extremos.
• Mantenga la longitud del cable corta (idealmente <0,5 m) y minimice el área del bucle.
• Etiquete todos los SPD claramente y utilice indicadores de estado o módulos de monitoreo.

3.7 Entorno de aplicación

• ¿Exterior? Utilice SPD con gabinetes NEMA 4X / IP65+.
• ¿Climas duros? Busque resistencia a los rayos UV y tolerancia a altas temperaturas.
• Considere el rendimiento del SPD en un rango de −40 °C a +85 °C.

3.8 Consideraciones de costos

• Equilibre el costo frente a la protección: no proteja insuficientemente un inversor $10,000 para ahorrar $30.
• Considere el costo del ciclo de vida: un SPD barato que falla en 2 años cuesta más en tiempo de inactividad.
• Compare el ciclo de reemplazo, el período de garantía y la disponibilidad del dispositivo de protección contra sobretensiones solares.

3.9 Errores de selección comunes que se deben evitar

• Usando el Tipo 2 donde se requiere el Tipo 1
• Selección de SPD de CA para circuitos de CC
• Ignorando la densidad del flash y la forma de onda
• Sin protección en el lado de CA del sistema
• Sin coordinación con LPS (Sistema de Protección contra Rayos)
• Sin indicador visual ni sistema de seguimiento.

4. Conclusión

Elegir el dispositivo de protección contra sobretensiones solares adecuado no es solo una tarea de marcar casillas: es un paso estratégico para proteger su inversión fotovoltaica, garantizar una producción de energía confiable y cumplir con los estándares de seguridad.

Al comprender los tipos de dispositivos de protección contra sobretensiones solares, las métricas de rendimiento, la compatibilidad del sistema y las consideraciones ambientales, los ingenieros técnicos y los especialistas en compras pueden construir sistemas fotovoltaicos robustos que resistan la prueba del tiempo, los rayos y todo lo demás.

No dejes tu sistema vulnerable. Elija el SPD solar adecuado con las certificaciones y especificaciones adecuadas y obtendrá tranquilidad, ahorros a largo plazo y energía ininterrumpida.