Cómo seleccionar la protección contra sobretensiones (SPD) para un sistema solar

¿Le preocupa que su costoso sistema fotovoltaico solar pueda dañarse fácilmente algún día? Sin embargo, la realidad es que, sin protección contra sobretensiones, incluso el más mínimo pico de voltaje puede dañar todos los dispositivos electrónicos que consumen energía del conjunto de paneles solares. Además de eso, sin protección contra rayos, cualquier inversión que realice en eficiencia energética será inútil, ya que los rayos son una de las principales causas de fallo de los paneles solares.

Seleccionar el Dispositivo de Protección contra Sobretensiones (SPD) adecuado es una decisión crítica para garantizar la longevidad y fiabilidad de su sistema de energía solar.

Un SPD de sobretensión solar está diseñado para proteger sus paneles solares y equipos asociados de sobretensiones y picos de tensión transitorios. Desvía el exceso de voltaje y las sobretensiones de corriente a tierra, protegiendo su sistema de daños.

¿Por qué los sistemas de energía solar/FV necesitan protección contra sobretensiones?

Como sabe, los paneles solares se instalan en exteriores. Esto los expone directamente a condiciones adversas como la lluvia, el viento y el polvo. Entre las condiciones meteorológicas, los rayos requieren una atención específica, ya que pueden afectar gravemente a la seguridad y el rendimiento de un sistema fotovoltaico.

Los sistemas de energía solar son particularmente vulnerables a los daños por sobretensión por varias razones:

- Ubicación expuesta: Los conjuntos solares suelen instalarse en posiciones elevadas y expuestas.
- Tramos de cableado extendidos: Los cables de alimentación de CC pueden actuar como antenas para las sobretensiones inducidas.
- Electrónica sensible: Los inversores, los sistemas de monitorización y los equipos de control contienen componentes vulnerables.
- Atracción de rayos: Los conjuntos de paneles solares pueden ser caminos atractivos para los rayos.

Cuando el rayo impacta en el suelo, descarga energía, afectando al campo eléctrico en el suelo. Para la planta fotovoltaica solar, esto plantea dos riesgos:

- Un impacto directo que puede destruir físicamente el equipo solar en un tejado
- Sobretensiones transitorias que pasan por los cables por acoplamiento magnético, lo que puede provocar daños en componentes sensibles como las placas de circuito impreso (PCB).

Los sistemas fotovoltaicos no protegidos sufrirán daños repetidos y significativos en zonas donde los rayos caen con frecuencia. Esto puede dar lugar a importantes costes de reparación y sustitución, tiempo de inactividad del sistema y pérdida de ingresos.

La protección contra sobretensiones solares (SPD) está diseñada para limitar las sobretensiones transitorias y desviar las ondas de corriente a tierra. Además, restringe la amplitud de la sobretensión a un valor seguro para la infraestructura eléctrica y los aparatos de conmutación.

¿Cuántos protectores contra sobretensiones solares se requieren para un sistema fotovoltaico/FV?

El número de protectores contra sobretensiones fotovoltaicos o FV necesarios para un sistema fotovoltaico o FV depende de la configuración y los componentes específicos del sistema. A continuación se ofrecen algunas directrices generales a tener en cuenta.

Entrada de servicio principal DC SPD:

Se recomienda instalar un SPD de CC de tipo 1 en la entrada principal de la fuente de alimentación del edificio donde está instalado el sistema fotovoltaico. Este dispositivo de protección contra sobretensiones solares proporciona una protección completa para todo el sistema eléctrico, incluidos los paneles solares y los equipos relacionados. Protege contra sobretensiones tanto de la red como de fuentes externas, como los rayos. El SPD de CC de entrada de alimentación principal de 1000 V debe estar diseñado para manejar la tensión máxima y la corriente de sobretensión esperadas en el sistema.

SPD de CC de subdistribución:

En los grandes sistemas fotovoltaicos, a menudo hay subdistribuidores o cajas de conexión que combinan la salida eléctrica de múltiples cadenas solares. Se recomienda instalar SPD de CC de tipo 2 en estos subpaneles para proporcionar protección contra sobretensiones localizada a los circuitos conectados a estos paneles. Estos SPD de CC protegen contra las sobretensiones inducidas por la red y limitan la propagación de las sobretensiones dentro del sistema.

Es importante tener en cuenta que los requisitos específicos para los SPD de CC en las instalaciones fotovoltaicas pueden variar en función de factores como el tamaño del sistema, el lugar de instalación, los códigos eléctricos locales y las normas del sector. Lo mejor es consultar a un instalador o electricista solar cualificado que pueda evaluar su sistema y ofrecerle asesoramiento específico sobre el número y el tipo de SPD de CC necesarios para una protección óptima contra sobretensiones.

Además, asegúrese de que el SPD de CC de 1000 V que elija tenga las clasificaciones de tensión y corriente de sobretensión y las certificaciones necesarias para cumplir las normas de seguridad locales. También se recomienda que los SPD de CC se mantengan e inspeccionen periódicamente para garantizar que sigan siendo eficaces en la protección de nuestro sistema solar.

El número de SPD instalados en un sistema fotovoltaico solar varía en función de la distancia entre el panel y el inversor. Cuando la longitud del cable entre los paneles solares es inferior a 10 metros: se debe instalar 1 SPD junto al inversor, las cajas combinadoras o más cerca de los paneles solares. Cuando el cableado de CC supera los 10 metros: se requieren más protectores contra sobretensiones en el inversor y en el extremo de los módulos solares de los cables.

Para sistemas más grandes, considere la protección en estos puntos clave:

- Nivel de matriz: Instale SPD en las cajas combinadoras para matrices distribuidas
- Entrada de CC del inversor: Instale SPD inmediatamente antes de las entradas de CC del inversor
- Nivel de cadena: Para sistemas con múltiples cadenas, considere la protección a nivel de cadena

Las diferentes configuraciones de puesta a tierra requieren esquemas de conexión SPD específicos:

Configuraciones del lado de CC:

- Con conexión a tierra funcional: Un polo de CC conectado a tierra
- Con conexión a tierra de alta resistencia: Polo de CC conectado a tierra a través de una resistencia
- Sin conexión a tierra/flotante: Ninguno de los polos conectado directamente a tierra

Configuraciones del lado de CA:

- Sistemas TN-C, TN-S, TN-C-S
- Sistemas TT
- Sistemas IT

- Cada configuración requiere un esquema de conexión SPD específico para garantizar una protección eficaz. Por ejemplo, los sistemas fotovoltaicos sin conexión a tierra (IT) suelen necesitar SPD con “configuraciones en Y” para una protección completa.

SPD Evita el exceso de voltaje y limita el impacto de las sobretensiones y los picos transitorios en su sistema fotovoltaico.

Ajuste de tensión:

El SPD de CC supervisa continuamente el nivel de tensión del sistema eléctrico. Cuando la tensión supera un umbral predeterminado, lo que indica que se ha producido una sobretensión o un transitorio, el SPD de CC se activa para proporcionar protección.

Derivación de la sobretensión:

Los SPD de CC proporcionan una ruta de baja impedancia para desviar el exceso de tensión del dispositivo protegido. Los varistores de óxido metálico (MOV) o los tubos de descarga de gas (GDT) se utilizan normalmente como elemento de protección principal. Estos componentes tienen una alta resistencia en condiciones normales de funcionamiento, pero se vuelven conductores cuando la tensión supera el umbral nominal.

Absorbe y disipa energía:

En caso de sobretensión, el SPD de CC de 1000 V conduce inmediatamente el exceso de tensión a tierra, evitando los equipos sensibles del sistema. Los MOV o GDT de los SPD de CC absorben la energía de la sobretensión limitando la tensión a niveles seguros. Esto evita que la tensión excesiva llegue a los paneles solares, inversores y otros componentes electrónicos conectados.

Límites de tensión:

Los SPD de CC están diseñados para limitar los niveles de tensión de sobretensión a umbrales seguros. Este límite de tensión garantiza que las sobretensiones no superen la capacidad de carga del dispositivo. Al mantener la tensión dentro de un rango seguro, el SPD de CC protege el sistema de daños y ayuda a evitar fallos en los equipos.

Tiempo de reacción:

El tiempo de respuesta del SPD de CC (normalmente en nanosegundos) indica la rapidez con la que el SPD de CC de 1000 V puede activarse cuando se produce una condición de sobretensión. Un tiempo de respuesta rápido es importante para disipar eficazmente la sobretensión antes de que llegue al dispositivo. Para una protección óptima, busque SPD de CC con tiempos de respuesta rápidos. Múltiples niveles de protección: Se pueden utilizar diferentes tipos de SPD de CC en los sistemas fotovoltaicos para proporcionar múltiples capas de protección. Se instala un pararrayos de tipo 1 en la puerta principal para proteger contra las sobretensiones externas. Se instala un pararrayos. Un SPD de CC de tipo 2 está conectado al subdistribuidor para proteger contra las sobretensiones de la red.

¿Cómo funciona un SPD para proteger el sistema fotovoltaico solar?

En términos sencillos, un SPD solar controla la tensión transitoria y dirige la corriente de vuelta a su fuente o a tierra cuando se produce una tensión transitoria en el circuito protegido.

Para garantizar que la energía fluya primero a tierra para evitar sobretensiones, el componente más importante es el varistor de óxido metálico (MOV), que en diferentes condiciones realiza la transición entre un estado de alta y baja impedancia.

El dispositivo de protección contra sobretensiones solares se encuentra en un estado de alta impedancia y no tiene ningún impacto en el sistema fotovoltaico solar a tensiones de funcionamiento típicas. Cuando se produce una tensión transitoria en el circuito, el SPD pasa a un estado de conducción (o baja impedancia) y desvía la corriente de sobretensión de vuelta a su fuente o a tierra. Esto limita o fija la tensión a un nivel más seguro. Después de que se desvía el transitorio, el SPD se restablece automáticamente a su estado de alta impedancia.