Os locais remotos, os layouts amplos e as superfícies expostas das usinas de energia solar fotovoltaica (PV) tornam-nas altamente vulneráveis a riscos ambientais – especialmente tempestades elétricas. Um dos maiores riscos são os danos causados por descargas atmosféricas diretas ou indiretas, que podem levar a longos períodos de inatividade do sistema, falhas no inversor e grandes perdas de receitas.
Para mitigar esses riscos, é crucial instalar dispositivos de proteção contra surtos (SPDs) para sistemas solares fotovoltaicos em pontos estratégicos, incluindo o inversor solar e as caixas de junção do conjunto. Estas soluções de proteção contra surtos solares atuam como uma primeira linha de defesa, evitando que sobretensões destrutivas danifiquem equipamentos sensíveis.
Os sistemas fotovoltaicos operam sob condições específicas que exigem dispositivos de proteção contra surtos fotovoltaicos projetados especificamente para aplicações CC de alta tensão – geralmente até 1.500 V. Ao contrário dos sistemas AC, o ambiente DC em painéis solares é contínuo e apresenta desafios únicos.
Para escolher o SPD correto para o seu sistema solar fotovoltaico, considere os seguintes fatores críticos:
A densidade de relâmpagos na área de instalação
A faixa de temperatura operacional do sistema
A classificação de tensão CC do sistema (geralmente até 1500 V)
A corrente de curto-circuito (Isc) do arranjo fotovoltaico
O tipo de exposição a sobretensão (raios transitórios, diretos ou indiretos)
A corrente de descarga nominal necessária (In) e classe de proteção (por exemplo, Tipo 1+2 SPD)
Para garantir uma proteção eficaz, o nível de proteção de tensão (Up) do SPD selecionado deve ser pelo menos 20% inferior à rigidez dielétrica do equipamento conectado, como o inversor ou caixa combinadora.
Implementar a proteção correta contra raios para energia solar fotovoltaica não é apenas uma medida de segurança – é essencial para manter o tempo de atividade do sistema, prolongar a vida útil do equipamento e proteger o seu investimento em energia renovável.
É importante usar um SPD com uma corrente suportável de curto-circuito maior que a corrente de curto-circuito da cadeia do painel solar ao qual o SPD está conectado. O SPD que é fornecido na saída CC deve ter um MCOV CC igual ou superior à tensão máxima do sistema fotovoltaico do painel.
Quando um raio atinge o ponto A (ver Figura 1), é provável que o painel solar fotovoltaico e o inversor sejam danificados. Somente o inversor será danificado se o raio atingir o ponto B. No entanto, o inversor é normalmente o componente mais caro dentro de um sistema fotovoltaico, por isso é essencial selecionar e instalar adequadamente o SPD correto nas linhas CA e CC. Quanto mais próximo o impacto estiver do inversor, mais danificado será o inversor.
Dispositivos de proteção contra surtos são instalados nos lados CC e CA dos inversores centrais e string, em caixas combinadoras e para proteger linhas de sinal (medições e comunicações). Dependendo da exposição atmosférica da planta fotovoltaica a raios, os empreiteiros e projetistas de engenharia, aquisição e construção (EPC) podem prescrever SPDs IEC tipo 2 padrão (impacto indireto 8/20 μs) ou SPDs tipo 1+2 mais robustos (testados para suportar impactos diretos de raios em forma de onda de 10/350 μs).
A proteção do lado CC em caixas combinadoras e inversores normalmente tem uma configuração de trilho DIN com conexão em Y para fornecer proteção de modo comum e diferencial.
No lado CA, a proteção contra sobretensão do inversor também é necessária. Seja no próprio inversor ou na caixa combinadora CA, a exposição a surtos de tensão é geralmente tratada usando SPDs padrão tipo 2 para trilho DIN em configurações TN S, IT ou mesmo TT.
Além disso, dependendo da instalação fotovoltaica, o tipo 1+2 CA pode ser preferido em alguns casos pelos empreiteiros e projetistas de EPC, a fim de alcançar uma vida útil mais longa para os SPDs e até mesmo proteção onde as condições são mais severas em termos do impacto direto esperado do raio. Este será normalmente o caso em áreas com um nível isoceráunico muito elevado, frequentemente associado a grandes altitudes.
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