Una guida completa alla selezione dei dispositivi di protezione contro le sovratensioni solari (SPD solare).

La protezione dalle sovratensioni non è solo una precauzione: è una parte essenziale di un sistema solare fotovoltaico (FV) ben progettato. Con la crescente adozione dell’energia solare in tutto il mondo, la protezione di questi preziosi sistemi dai transitori elettrici è più critica che mai. Questa guida ti guiderà attraverso tutto ciò che devi sapere sui dispositivi di protezione contro le sovratensioni solari (SPD solari): cosa sono, perché sono importanti e come scegliere quello giusto per il tuo sistema.

1. Cosa sono i dispositivi di protezione contro le sovratensioni solari (SPD solari)?

Un dispositivo di protezione contro le sovratensioni solari (SPD solare) è un componente elettrico di protezione progettato per deviare o assorbire eventi di sovratensione transitoria, come fulmini o operazioni di commutazione, prima che possano danneggiare apparecchiature solari sensibili. Questi dispositivi sono installati in punti chiave di un sistema solare fotovoltaico, tra cui la scatola di combinazione CC, l'inverter fotovoltaico e il pannello di distribuzione CA.

Gli SPD solari sono classificati in base alla risposta della forma d'onda, alla capacità di scarica e alla posizione di installazione. Solitamente utilizzano componenti come varistori a ossido di metallo (MOV), tubi a scarica di gas (GDT) e diodi di soppressione della tensione transitoria (TVS) per la protezione da eventi di sovratensione.

2. Perché sono necessari dispositivi di protezione contro le sovratensioni solari?

Le sovratensioni rappresentano una minaccia significativa per i sistemi solari. Ecco perché la protezione contro le sovratensioni è un must:

Rischi legati ai fulmini e alle sovratensioni di commutazione

• I fulmini diretti possono iniettare impulsi ad alta energia (forma d'onda 10/350 µs) direttamente nei pannelli fotovoltaici, causando danni catastrofici.
• I fulmini indiretti o l'accoppiamento elettromagnetico (forma d'onda 8/20 µs) diffondono picchi di tensione attraverso cavi lunghi, danneggiando inverter, controller e sistemi di monitoraggio.
• Le operazioni di commutazione della rete causano transitori di tensione dai banchi di condensatori o riduzione del carico, che si riflettono attraverso la connessione CA.

Migliora l'affidabilità e prolunga la durata delle apparecchiature

• Le sovratensioni sollecitano i componenti interni, anche se non si verifica alcun guasto immediato.
• I transitori ripetuti degradano l'isolamento e riducono il tempo medio tra i guasti (MTBF).
• Utilizzo corretto SPD CC for solar garantisce una protezione dalle sovratensioni fotovoltaiche che mantiene i sistemi online ed efficienti per anni.

Migliorare la sicurezza elettrica

• Le sovratensioni possono causare guasti da arco elettrico, rottura dell'isolamento e persino incendi.
• Un dispositivo di protezione contro le sovratensioni solari di alta qualità limita la sovratensione a livelli inferiori alla capacità di resistenza dei dispositivi collegati.

Conformità agli standard

• UL 1449, IEC 61643-31 e IEC 62109 definiscono i requisiti di classificazione, test e installazione degli SPD per i sistemi fotovoltaici.
• NEC 690.7(C) e NFPA 780 richiedono SPD per i sistemi fotovoltaici, soprattutto nelle aree esterne esposte.

Integrazione LPZ (Zone di protezione contro i fulmini).

• Il concetto di zona di protezione contro i fulmini (LPZ) aiuta a determinare dove e quale tipo di SPD deve essere installato.
• Gli SPD di Tipo 1 servono per la protezione dei confini (da LPZ 0 a LPZ 1), mentre il Tipo 2 e il Tipo 3 coprono le zone interne.

Per uno sguardo più ampio su come la protezione contro le sovratensioni salvaguarda i sistemi fotovoltaici dai fulmini e dai disturbi della rete, consulta la nostra guida fondamentale:
👉 Protezione contro le sovratensioni per sistemi solari fotovoltaici.

3. Come scegliere il giusto SPD solare

Questa sezione è il cuore del tuo processo decisionale. Analizziamo i criteri più importanti che ingegneri e specialisti degli acquisti dovrebbero considerare.

3.1 Come abbinare gli SPD al vostro impianto fotovoltaico

3.1.1 Livello di tensione (Ucpv)

Il dispositivo di protezione contro le sovratensioni solari deve essere valutato per la tensione massima del sistema. Sempre:

• Far corrispondere la MCOV (tensione operativa continua massima) ad almeno 10% superiore alla Voc (tensione a circuito aperto) del sistema.
• Ad esempio, in un sistema fotovoltaico da 1.000 V, scegliere SPD da 1.100 V o superiore per garantire un margine adeguato e stabilità a lungo termine.
• Utilizzare SPD CC per l'energia solare sul lato CC e SPD CA per le connessioni alla rete.

3.1.2 Struttura del sistema

Architetture di sistema diverse richiedono configurazioni SPD diverse:

• Inverter di stringa: SPD vicino all'inverter, ingresso DC e uscita AC.
• Invertitori centrali: utilizzare SPD di tipo 1 vicino al sezionatore principale.
• MPPT multiplo: ogni localizzatore può richiedere un MPPT dedicato SPD di tipo 2.
• Sistemi fotovoltaici flottanti o senza messa a terra: SPD con configurazione a Y o protezione simmetrica da + e – a terra.

3.2 Principali parametri prestazionali dell'SPD da valutare

Assicurarsi che questi parametri corrispondano alla densità dei fulmini, al livello di corrente di guasto e alla resistenza dell'isolamento del sistema dell'installazione.

3.3 Spiegazione dei tipi di SPD (Tipo 1, 2, 3, 1+2)

Non sei sicuro di come i tipi 1, 2 e 3 differiscano in termini di funzionalità, risposta della forma d'onda e casi d'uso? Abbiamo coperto il differenze principali tra i dispositivi di protezione da sovratensione di Tipo 1, Tipo 2 e Tipo 3 in un blog comparativo dettagliato per aiutarti a fare la scelta giusta.

Utilizzare dispositivi di protezione contro le sovratensioni solari di tipo 1 se l'impianto fotovoltaico è collegato a un sistema di protezione contro i fulmini esterno (LPS) con una distanza di separazione insufficiente (secondo IEC 62305-3).

3.4 Come garantire la sicurezza dell'SPD e la longevità del prodotto

• Scegli gli SPD con sezionatori termici integrati e indicatori visivi di guasto per il monitoraggio dello stato in tempo reale.
• Assicurarsi che il valore nominale di resistenza al cortocircuito sia maggiore della Isc (corrente di cortocircuito) del sistema.
• Se l'SPD non include una protezione interna da sovracorrente, installare sempre un fusibile esterno o un interruttore automatico in serie.
• Non utilizzare mai un SPD CA sul lato CC di un sistema solare fotovoltaico: può provocare archi incontrollati, guasti dei componenti o persino incendi a causa della natura continua della corrente continua.

Comprendere la distinzione tra protezione da sovratensione CA e CC è essenziale per evitare tali applicazioni errate. Esplora il fondamentale differenze tra SPD CA e CC e scopri come selezionare quello giusto per il tuo sistema.

3.5 Conformità e test

Cerca questi marchi e specifiche:

• UL 1449 5a edizione (Nord America)
• CEI EN 61643-31 (SPD CC fotovoltaici)
• IEC 61643-11 (SPD CA)
• CEI 62109-1/2 (Sicurezza SPD integrata nell'inverter)
• Certificazione di parte terza: TÜV, CE, Intertek, ETL

3.6 Installazione e manutenibilità

• Installare gli SPD a monte del dispositivo protetto (tra il pannello e l'inverter).
• Seguire la regola 10 m, installare SPD ad entrambe le estremità.
• Mantenere la lunghezza del cavo corta (<0,5 m idealmente), ridurre al minimo l'area del circuito.
• Etichettare chiaramente tutti gli SPD e utilizzare indicatori di stato o moduli di monitoraggio.

3.7 Ambiente applicativo

• All'aperto? Utilizzare SPD con custodie NEMA 4X / IP65+.
• Climi rigidi? Cerca resistenza ai raggi UV e tolleranza alle alte temperature.
• Considerare le prestazioni dell'SPD nell'intervallo da -40°C a +85°C.

3.8 Considerazioni sui costi

• Bilancia costi e protezione: non sottoproteggere un inverter $10.000 per risparmiare $30.
• Consideriamo il costo del ciclo di vita: un SPD economico che si guasta in 2 anni costa di più in termini di tempi di inattività.
• Confronta il ciclo di sostituzione del dispositivo di protezione contro le sovratensioni solari, il periodo di garanzia e la disponibilità.

3.9 Errori comuni di selezione da evitare

• Utilizzando il Tipo 2 dove è richiesto il Tipo 1
• Selezione dell'SPD CA per i circuiti CC
• Ignorando la densità del flash e la forma d'onda
• Nessuna protezione sul lato AC del sistema
• Nessun coordinamento con LPS (sistema di protezione contro i fulmini)
• Nessun indicatore visivo o sistema di monitoraggio

4. Conclusione

Scegliere il giusto dispositivo di protezione contro le sovratensioni solari non è solo un compito da spuntare: è un passo strategico per proteggere il tuo investimento fotovoltaico, garantire una produzione di energia affidabile e rispettare gli standard di sicurezza.

Comprendendo i tipi di dispositivi di protezione contro le sovratensioni solari, i parametri prestazionali, la compatibilità del sistema e le considerazioni ambientali, gli ingegneri tecnici e gli specialisti degli acquisti possono costruire robusti sistemi fotovoltaici che resistono alla prova del tempo, dei fulmini e di tutto il resto.

Non lasciare il tuo sistema vulnerabile. Scegli il giusto SPD solare con le giuste certificazioni e specifiche e otterrai tranquillità, risparmi a lungo termine e energia ininterrotta.