A távoli helyek, a szabad felületek és a napelemes erőművek kiterjedt elrendezése miatt nagy a kockázata az elemek, különösen az elektromos viharok által okozott károknak. A fotovoltaikus (PV) erőművek üzemeltetői számára jelentős probléma a közvetlen vagy közvetett villámcsapás által okozott berendezések károsodása. Az ilyen események okozta károk napokra vagy akár hetekre offline állapotba hozhatják a PV-telepítést, ami áramkimaradáshoz és bevételkieséshez vezethet. A villámcsapások pusztító hatásainak elkerülése érdekében,túlfeszültség-védelmet kell felszerelni az inverterre és a PV létesítmény számos más helyére.
Túlfeszültség-védelmi eszköz kiválasztása és telepítése fotovoltaikus rendszerek számára
A napelemes rendszerek egyedi jellemzőkkel rendelkeznek, ezért olyan SPD-ket kell használni, amelyeket kifejezetten a fotovoltaikus rendszerekhez terveztek.
A napelemes rendszerek magas egyenáramú rendszerfeszültséggel rendelkeznek, akár 1500 V-ig. Maximális teljesítménypontjuk csak néhány százalékponttal a rendszer rövidzárlati árama alatt működik.
A megfelelő SPD modul meghatározásához a PV rendszerhez és annak telepítéséhez tudnia kell:
– a villámgyors villanássűrűség;
– a rendszer üzemi hőmérséklete;
– a rendszer feszültsége;
– a rendszer névleges rövidzárlati árama;
– a védendő hullámforma szintje (közvetett vagy közvetlen villámcsapás); és
– a névleges kisülési áram
A védőhatás érdekében az SPD feszültségvédelmi szintjének (Up) 20 %-vel alacsonyabbnak kell lennie, mint a rendszer végberendezésének dielektromos szilárdsága.
Fontos, hogy olyan SPD-t használjunk, amelynek a rövidzárlat-ellenállási árama nagyobb, mint annak a szoláris tömbnek a rövidzárlati árama, amelyhez az SPD csatlakozik. Az egyenáramú kimeneten található SPD egyenáramú MCOV-jának meg kell egyeznie a panel maximális fotovoltaikus rendszerfeszültségével vagy annál nagyobb.
Ha villám csap be az A pontba (lásd 1. ábra), a napelem panel és az inverter valószínűleg megsérül. Csak az inverter sérül meg, ha a villám becsap a B pontba. Az inverter azonban jellemzően a legdrágább alkatrész a PV rendszeren belül, ezért elengedhetetlen a megfelelő SPD kiválasztása és felszerelése mind az AC, mind az egyenáramú vezetékeken. Minél közelebb van a csapás az inverterhez, annál jobban megsérül az inverter.
DC és AC oldalsó SPD-k kombinálódobozokhoz és inverterekhez
A központi és sztring inverterek egyen- és váltakozó áramú oldalára, kombinálódobozba, valamint a jelvezetékek védelmére (mérés és kommunikáció) túlfeszültség-védelmi eszközöket szerelnek fel. A napelemes erőmű légköri villámterhelésétől függően a mérnöki, beszerzési és kivitelezési (EPC) vállalkozók és tervezők szabvány 2-es típusú IEC SPD-ket (közvetett hatás 8/20 μs) vagy robusztusabb 1+2 típusú SPD-ket írhatnak elő (10/350 μs hullámformában tesztelve a közvetlen villámcsapásoknak).
A kombinálódobozok és inverterek egyenáramú oldalvédelme általában Y-csatlakozású DIN-sínes konfigurációval rendelkezik, hogy közös és differenciális módú védelmet biztosítson.
Az AC oldalon szintén szükséges az inverter túlfeszültségvédelme. Akár magán az inverteren, akár a váltakozó áramú kombinálódobozon, a túlfeszültségnek való kitettséget általában szabványos DIN-sínes 2-es típusú SPD-k segítségével kezelik TN S, IT vagy akár TT konfigurációkban.
Sőt, a napelem telepítésétől függően az 1+2 AC típust bizonyos esetekben előnyben részesíthetik az EPC kivitelezői és tervezői az SPD-k hosszabb élettartamának elérése érdekében, és még a védelem érdekében is, ahol a várható közvetlen villámcsapás szempontjából zordabbak a körülmények. Ez jellemzően azokon a területeken történik meg, ahol nagyon magas az izoceraunia szintje, és gyakran nagy magassággal társulnak.