Proteção contra surtos para sistemas solares fotovoltaicos

As localizações remotas, as áreas de superfície expostas e os extensos layouts das usinas de energia solar colocam-nas em alto risco de danos causados ​​pelos elementos, especialmente tempestades elétricas. Uma preocupação significativa para os operadores de usinas fotovoltaicas (PV) são os danos aos equipamentos causados ​​por descargas atmosféricas diretas ou indiretas. Os danos causados ​​por esses eventos podem deixar uma instalação fotovoltaica off-line por dias ou talvez semanas, resultando em interrupção de energia e perdas de receita. Para evitar os efeitos destrutivos dos raios,a proteção contra sobretensão deve ser instalada no inversor e em vários outros locais da instalação fotovoltaica.

Seleção e instalação de dispositivos de proteção contra surtos para sistemas fotovoltaicos

Os sistemas fotovoltaicos possuem características únicas, que requerem, portanto, o uso de SPDs projetados especificamente para sistemas fotovoltaicos.

Os sistemas fotovoltaicos possuem altas tensões de sistema CC de até 1.500 volts. Seu ponto de potência máxima opera apenas alguns percentis abaixo da corrente de curto-circuito do sistema.

Para determinar o módulo SPD adequado para o sistema fotovoltaico e sua instalação, você deve saber:

– a densidade do flash redondo do relâmpago;

– a temperatura de funcionamento do sistema;

– a tensão do sistema;

– a corrente nominal de curto-circuito do sistema;

– o nível da forma de onda que deve ser protegida (raios indiretos ou diretos); e

– a corrente de descarga nominal

Para ter um efeito protetor, o nível de proteção de tensão (Up) de um SPD deve ser 20 % inferior à rigidez dielétrica do equipamento terminal do sistema.

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.

SPDs laterais CC e CA para caixas combinadoras e inversores

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.