Las ubicaciones remotas, los diseños expansivos y las superficies expuestas de las plantas de energía solar fotovoltaica (PV) las hacen altamente vulnerables a los peligros ambientales, especialmente las tormentas eléctricas. Uno de los mayores riesgos son los daños causados por rayos directos o indirectos, que pueden provocar un tiempo de inactividad prolongado del sistema, fallos del inversor y grandes pérdidas de ingresos.
Para mitigar estos riesgos, es fundamental instalar dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) para sistemas solares fotovoltaicos en puntos estratégicos, incluidos el inversor solar y las cajas de conexiones del conjunto. Estas soluciones de protección contra sobretensiones solares actúan como una primera línea de defensa, evitando que sobretensiones destructivas dañen equipos sensibles.
Los sistemas fotovoltaicos funcionan en condiciones específicas que requieren dispositivos fotovoltaicos de protección contra sobretensiones diseñados específicamente para aplicaciones de CC de alto voltaje, a menudo hasta 1500 V. A diferencia de los sistemas de CA, el entorno de CC en los paneles solares es continuo y presenta desafíos únicos.
Para elegir el SPD correcto para su sistema solar fotovoltaico, considere los siguientes factores críticos:
La densidad de rayos en el área de instalación.
El rango de temperatura de funcionamiento del sistema.
La tensión nominal de CC del sistema (a menudo hasta 1500 V)
La corriente de cortocircuito (Isc) del conjunto fotovoltaico.
El tipo de exposición a sobretensión (rayos transitorios, directos o indirectos)
La corriente de descarga nominal requerida (In) y la clase de protección (por ejemplo, SPD tipo 1+2)
Para garantizar una protección efectiva, el nivel de protección de voltaje (Up) del SPD seleccionado debe ser al menos 20% menor que la rigidez dieléctrica del equipo conectado, como el inversor o la caja combinadora.
Implementar la protección contra rayos adecuada para la energía solar fotovoltaica no es solo una medida de seguridad: es esencial para mantener el tiempo de actividad del sistema, extender la vida útil del equipo y proteger su inversión en energía renovable.
Es importante utilizar un SPD con una corriente de resistencia a cortocircuito mayor que la corriente de cortocircuito de la cadena de paneles solares a la que está conectado el SPD. El SPD que se proporciona en la salida de CC debe tener un MCOV de CC igual o mayor que el voltaje máximo del sistema fotovoltaico del panel.
Cuando cae un rayo en el punto A (ver Figura 1), es probable que se dañen el panel solar fotovoltaico y el inversor. Sólo el inversor resultará dañado si el rayo cae en el punto B. Sin embargo, el inversor suele ser el componente más caro dentro de un sistema fotovoltaico, por lo que es esencial seleccionar e instalar adecuadamente el SPD correcto tanto en las líneas de CA como de CC. Cuanto más cerca esté el golpe del inversor, más daño sufrirá el inversor.
Los dispositivos de protección contra sobretensiones se instalan en los lados CC y CA de inversores centrales y string, en cajas de conexión y para proteger líneas de señal (mediciones y comunicaciones). Dependiendo de la exposición atmosférica de la planta fotovoltaica a los rayos, los contratistas y diseñadores de ingeniería, adquisiciones y construcción (EPC) pueden prescribir SPD IEC estándar tipo 2 (impacto indirecto 8/20 μs) o SPD tipo 1+2 más robustos (probados para resistir impactos directos de rayos en una forma de onda de 10/350 μs).
La protección del lado de CC en cajas combinadoras e inversores generalmente tiene una configuración de riel DIN con conexión en Y para brindar protección en modo común y diferencial.
En el lado de CA también se requiere una protección contra sobretensiones del inversor. Ya sea en el propio inversor o en la caja combinadora de CA, la exposición a sobretensiones generalmente se aborda mediante el uso de SPD estándar de carril DIN tipo 2 en configuraciones TN S, IT o incluso TT.
Además, dependiendo de la instalación fotovoltaica, los contratistas y diseñadores de EPC pueden preferir el tipo 1+2 AC en algunos casos, para lograr una vida útil más larga para los SPD e incluso protección donde las condiciones son más duras en términos del impacto directo esperado del rayo. Este suele ser el caso en áreas con un nivel isoceráunico muy alto, a menudo asociado con grandes altitudes.
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