Protección contra sobretensiones para sistemas solares fotovoltaicos

Las ubicaciones remotas, las superficies expuestas y la extensa distribución de las plantas de energía solar las exponen a un alto riesgo de sufrir daños por parte de los elementos, en particular de las tormentas eléctricas. Una preocupación importante para los operadores de plantas de energía fotovoltaica (PV) son los daños a los equipos causados ​​por rayos directos o indirectos. Los daños causados ​​por estos eventos pueden dejar fuera de servicio una instalación fotovoltaica durante días o quizás semanas, lo que provoca cortes de energía y pérdidas de ingresos. Para evitar los efectos destructivos de los rayos,Se debe instalar una protección contra sobretensiones en el inversor y en otros lugares de la instalación fotovoltaica.

Selección e instalación de dispositivos de protección contra sobretensiones para sistemas fotovoltaicos

Los sistemas fotovoltaicos tienen características únicas que, por lo tanto, requieren el uso de SPD diseñados específicamente para sistemas fotovoltaicos.

Los sistemas fotovoltaicos tienen altos voltajes de sistema de CC de hasta 1500 voltios. Su punto de máxima potencia opera sólo unos pocos percentiles por debajo de la corriente de cortocircuito del sistema.

Para determinar el módulo SPD adecuado para el sistema fotovoltaico y su instalación, debe saber:

– la densidad del relámpago;

– la temperatura de funcionamiento del sistema;

– la tensión del sistema;

– la clasificación de corriente de cortocircuito del sistema;

– el nivel de la forma de onda contra la que se debe proteger (rayos indirectos o directos); y

– la corriente de descarga nominal

Para tener un efecto protector, el nivel de protección de voltaje de un SPD (Arriba) debe ser 20 % menor que la rigidez dieléctrica del equipo terminal del sistema.

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.

SPD laterales de CC y CA para cajas combinadoras e inversores

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.