Um guia abrangente para seleção de dispositivos de proteção contra surtos solares (Solar SPD)

A proteção contra surtos não é apenas uma precaução – é uma parte essencial de um sistema solar fotovoltaico (PV) bem projetado. Com a crescente adoção da energia solar em todo o mundo, proteger estes valiosos sistemas contra transientes elétricos é mais crítico do que nunca. Este guia orientará você em tudo o que você precisa saber sobre dispositivos de proteção contra surtos solares (SPDs solares): o que são, por que são importantes e como escolher o dispositivo certo para o seu sistema.

1. O que são dispositivos de proteção contra surtos solares (SPDs solares)?

Um dispositivo de proteção contra surtos solares (Solar SPD) é um componente elétrico de proteção projetado para desviar ou absorver eventos de sobretensão transitória, como quedas de raios ou operações de comutação, antes que possam danificar equipamentos solares sensíveis. Esses dispositivos são instalados em locais importantes de um sistema solar fotovoltaico, inclusive na caixa combinadora CC, no inversor fotovoltaico e no painel de distribuição CA.

Os SPDs solares são categorizados por resposta da forma de onda, capacidade de descarga e local de instalação. Eles normalmente usam componentes como varistores de óxido metálico (MOVs), tubos de descarga de gás (GDTs) e diodos de supressão de tensão transitória (TVS) para proteção contra eventos de sobretensão.

2. Por que você precisa de dispositivos de proteção contra surtos solares?

Os surtos representam uma ameaça significativa aos sistemas solares. Veja por que a proteção contra surtos é obrigatória:

Riscos de sobretensão de raios e comutação

• Quedas diretas de raios podem injetar impulsos de alta energia (forma de onda 10/350 µs) diretamente em conjuntos fotovoltaicos, causando danos catastróficos.
• Raios indiretos ou acoplamento eletromagnético (forma de onda de 8/20 µs) espalham surtos de tensão através de cabos longos, danificando inversores, controladores e sistemas de monitoramento.
• As operações de comutação da rede causam transientes de tensão nos bancos de capacitores ou rejeição de carga, que se refletem na conexão CA.

Melhore a confiabilidade e prolongue a vida útil do equipamento

• Os surtos sobrecarregam os componentes internos, mesmo que não ocorra nenhuma falha imediata.
• Transientes repetidos degradam o isolamento e reduzem o Tempo Médio entre Falhas (MTBF).
• Usando adequadamente DC SPD for solar garante proteção contra surtos fotovoltaicos que mantém os sistemas on-line e eficientes por anos.

Melhore a segurança elétrica

• As sobretensões podem causar falhas de arco, quebra de isolamento e até incêndios.
• Um dispositivo de proteção contra surtos solares de alta qualidade limita a sobretensão a níveis abaixo da capacidade de resistência dos dispositivos conectados.

Conformidade com padrões

• UL 1449, IEC 61643-31 e IEC 62109 definem classificação SPD, testes e requisitos de instalação para sistemas fotovoltaicos.
• NEC 690.7(C) e NFPA 780 exigem SPDs para sistemas fotovoltaicos, especialmente em áreas externas expostas.

Integração LPZ (Zonas de Proteção Contra Raios)

• O conceito de Zona de Proteção contra Raios (LPZ) ajuda a determinar onde e que tipo de SPD deve ser instalado.
• Os SPDs Tipo 1 são para proteção de limites (ZPR 0 a ZPR 1), enquanto os Tipo 2 e Tipo 3 cobrem zonas internas.

Para uma visão mais ampla de como a proteção contra surtos protege os sistemas fotovoltaicos contra raios e distúrbios na rede, confira nosso guia básico:
👉 Proteção contra surtos para sistemas solares fotovoltaicos.

3. Como escolher o SPD solar certo

Esta seção é o coração do seu processo de tomada de decisão. Vamos analisar os critérios mais importantes que engenheiros e especialistas em compras devem considerar.

3.1 Como combinar SPDs com seu sistema fotovoltaico

3.1.1 Nível de Tensão (Ucpv)

Seu dispositivo de proteção contra surtos solares deve ser classificado para a tensão máxima do sistema. Sempre:

• Combine o MCOV (Tensão Máxima de Operação Contínua) com pelo menos 10% acima do Voc (Tensão de Circuito Aberto) do sistema.
• Por exemplo, em um sistema fotovoltaico de 1.000 V, escolha SPDs classificados em 1.100 V ou superior para garantir altura livre adequada e estabilidade a longo prazo.
• Use DC SPD para energia solar no lado DC e AC SPDs para conexões de rede.

3.1.2 Estrutura do Sistema

Diferentes arquiteturas de sistema requerem diferentes configurações de SPD:

• Inversores String: SPD próximo ao inversor, entrada CC e saída CA.
• Inversores Centrais: Use SPD Tipo 1 próximo à desconexão principal.
• Múltiplos MPPT: Cada rastreador pode exigir um dedicado Tipo 2 SPD.
• Sistemas fotovoltaicos flutuantes ou não aterrados: SPDs de configuração Y ou proteção simétrica de + e – para o terra.

3.2 Principais parâmetros de desempenho do SPD para avaliar

Certifique-se de que esses parâmetros correspondam à densidade de raios da sua instalação, ao nível de corrente de falha e à resistência do isolamento do sistema.

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

Não tem certeza de como os tipos 1, 2 e 3 diferem em funcionalidade, resposta de forma de onda e casos de uso? Nós cobrimos o principais diferenças entre dispositivos de proteção contra surtos Tipo 1, Tipo 2 e Tipo 3 em um blog de comparação detalhado para ajudá-lo a fazer a escolha certa.

Use dispositivos de proteção contra surtos solares Tipo 1 se o sistema fotovoltaico estiver conectado a um sistema externo de proteção contra raios (LPS) com distância de separação insuficiente (conforme IEC 62305-3).

3.4 Como garantir a segurança do SPD e a longevidade do produto

• Escolha SPDs com seccionadores térmicos integrados e indicadores visuais de falha para monitoramento de status em tempo real.
• Certifique-se de que a classificação de resistência a curto-circuito seja maior que a Isc (corrente de curto-circuito) do sistema.
• Se o SPD não incluir proteção interna contra sobrecorrente, instale sempre um fusível externo ou disjuntor em série.
• Nunca use um SPD CA no lado CC de um sistema solar fotovoltaico – isso pode causar arco voltaico descontrolado, falha de componente ou até mesmo incêndio devido à natureza contínua da corrente contínua.

Compreender a distinção entre proteção contra sobretensão CA e CC é essencial para evitar tais aplicações incorretas. Explore o fundamental diferenças entre SPDs AC e DC e aprenda como selecionar o correto para o seu sistema.

3.5 Conformidade e Testes

Procure estas marcas e especificações:

• UL 1449 5ª Edição (América do Norte)
• CEI 61643-31 (SPDs fotovoltaicos CC)
• IEC 61643-11 (SPDs CA)
• CEI 62109-1/2 (Segurança SPD integrada ao inversor)
• Certificação de terceiros: TÜV, CE, Intertek, ETL

3.6 Instalação e Manutenção

• Instale SPDs a montante do dispositivo protegido (entre o painel e o inversor).
• Siga a regra 10m, instale SPD em ambas as extremidades.
• Mantenha o comprimento do cabo curto (<0,5 m de preferência) e minimize a área do laço.
• Rotule todos os SPDs de forma clara e use indicadores de status ou módulos de monitoramento.

3.7 Ambiente de Aplicação

• Ar livre? Use SPDs com gabinetes NEMA 4X/IP65+.
• Climas severos? Procure resistência a UV e tolerância a altas temperaturas.
• Considere o desempenho do SPD na faixa de −40°C a +85°C.

3.8 Considerações sobre custos

• Equilibre custo versus proteção – não proteja insuficientemente um inversor $10.000 para economizar $30.
• Considere o custo do ciclo de vida: um SPD barato que falha em 2 anos custa mais em tempo de inatividade.
• Compare o ciclo de substituição do dispositivo de proteção contra surtos solares, o período de garantia e a disponibilidade.

3.9 Erros comuns de seleção a serem evitados

• Usando o Tipo 2 onde o Tipo 1 é necessário
• Selecionando AC SPD para circuitos DC
• Ignorando a densidade do flash e a forma de onda
• Sem proteção no lado CA do sistema
• Sem coordenação com LPS (Sistema de Proteção contra Raios)
• Nenhum indicador visual ou sistema de monitoramento

4. Conclusão

Escolher o dispositivo de proteção contra surtos solares certo não é apenas uma tarefa simples – é uma etapa estratégica para proteger seu investimento fotovoltaico, garantir uma produção de energia confiável e cumprir os padrões de segurança.

Ao compreender os tipos de dispositivos de proteção contra surtos solares, as métricas de desempenho, a compatibilidade do sistema e as considerações ambientais, os engenheiros técnicos e especialistas em compras podem construir sistemas fotovoltaicos robustos que resistem ao teste do tempo, dos raios e de tudo o mais.

Não deixe seu sistema vulnerável. Escolha o SPD solar certo com as certificações e especificações certas – e você terá tranquilidade, economia de longo prazo e energia ininterrupta.