Protecció contra sobretensions per a sistemes fotovoltaics

Les instal·lacions fotovoltaiques (PV) per explotar les energies renovables corren un gran risc per descàrregues de llamps a causa de la seva ubicació exposada i la seva gran superfície.

Els danys a segments individuals o la fallada de tota la instal·lació poden ser la conseqüència.

Els corrents de llamp i les tensions de sobretensió sovint causen danys als inversors i als mòduls fotovoltaics. Aquests danys suposen més despeses per a l’operador de la instal·lació fotovoltaica. No només hi ha majors costos de reparació, sinó que també es redueix significativament la productivitat de la instal·lació. Per tant, una instal·lació fotovoltaica sempre s’ha d’integrar a l’estratègia de protecció contra llamps i connexió a terra.

Per evitar aquestes interrupcions, les estratègies de protecció contra llamps i sobretensions que s’utilitzen han d’interactuar entre elles. Us proporcionem el suport que necessiteu perquè les instal·lacions funcionin sense problemes i proporcionin el rendiment esperat. És per això que heu de protegir la vostra instal·lació fotovoltaica d’il·luminació i protecció contra sobretensions de LSP:

• Per protegir el vostre edifici i la vostra instal·lació fotovoltaica
• Per augmentar la disponibilitat del sistema
• Per protegir la vostra inversió

Normes i requisits

Les normes i directives actuals per a la protecció contra sobretensions sempre s’han de tenir en compte en el disseny i instal·lació de qualsevol sistema fotovoltaic.

El projecte europeu de norma DIN VDE 0100 part 712 / E DIN IEC 64/1123 / CD (Muntatge de sistemes de baixa tensió, requisits per a equips i instal·lacions especials; sistemes d’energia fotovoltaica) i les especificacions d’instal·lació internacional per a instal·lacions fotovoltaiques - IEC 60364-7- 712: descriuen la selecció i la instal·lació de protecció contra sobretensions per a instal·lacions fotovoltaiques. També recomanen dispositius de protecció contra sobretensions entre els generadors fotovoltaics. En la seva publicació del 2010 sobre protecció contra sobretensions per a edificis amb instal·lació fotovoltaica, l'Associació Alemanya d'Assegurances Immobiliàries (VdS) requereix protecció contra el llamp i la sobretensió> 10 kW d'acord amb la classe de protecció contra llamps III.

Per garantir que la vostra instal·lació sigui segura per al futur, no cal dir que els nostres components compleixen plenament tots els requisits.

A més, s'està preparant un estàndard europeu per a components de protecció contra tensions de sobretensió. Aquesta norma especifica fins a quin punt s’ha de dissenyar la protecció contra la sobretensió al costat continu dels sistemes fotovoltaics. Aquest estàndard és actualment prEN 50539-11.

Actualment, una norma similar ja està en vigor a França: la UTE C 61-740-51. Actualment, els productes de LSP s’estan comprovant per complir amb ambdues normes, de manera que poden proporcionar un nivell de seguretat encara més elevat.

Els nostres mòduls de protecció contra sobretensions de classe I i classe II (descarregadors B i C) garanteixen una limitació ràpida de les tensions i una descàrrega segura del corrent. Això us permet evitar danys costosos o la possibilitat de fallades completes de corrent a la vostra instal·lació fotovoltaica.

Per a edificis amb o sense sistemes de protecció d’il·luminació: tenim el producte adequat per a cada aplicació. Podem lliurar els mòduls segons vulgueu, totalment personalitzats i precablats a carcasses.

Desplegament de dispositius de protecció contra sobretensions (SPD) en sistemes fotovoltaics

L’energia fotovoltaica és un component vital de la producció d’energia global a partir de fonts d’energia renovables. Hi ha una sèrie de característiques especials que cal tenir en compte a l’hora de desplegar dispositius de protecció contra sobretensions (SPD) en sistemes fotovoltaics. Els sistemes fotovoltaics tenen una font de tensió de corrent continu, amb característiques específiques. Per tant, el concepte de sistema ha de tenir en compte aquestes característiques específiques i coordinar l’ús dels SPD en conseqüència. Per exemple, les especificacions SPD per a sistemes fotovoltaics s’han de dissenyar tant per a una tensió màxima sense càrrega del generador solar (V_OC STC = tensió del circuit descarregat en condicions de prova estàndard), així com pel que fa a garantir la màxima disponibilitat i seguretat del sistema.

Protecció contra llamps externa

A causa de la seva àmplia superfície i la ubicació generalment exposada de la instal·lació, els sistemes fotovoltaics presenten un risc particular per descàrregues atmosfèriques, com ara els llamps. En aquest punt, cal diferenciar els efectes dels llamps directes i els anomenats cops indirectes (inductius i capacitius). D’una banda, la necessitat de protecció contra raigs depèn de les especificacions normatives de les normes pertinents i, d’una banda, la necessitat de protecció contra raigs depèn de les especificacions normatives de les normes pertinents. D’altra banda, depèn de la pròpia aplicació, és a dir, segons si es tracta d’un edifici o d’una instal·lació de camp. Amb les instal·lacions d’edificis, es diferencia la instal·lació d’un generador fotovoltaic al terrat d’un edifici públic –amb un sistema de protecció contra llamps existent– i la instal·lació al terrat d’un graner –sense un sistema de protecció contra llamps. Les instal·lacions de camp també ofereixen grans objectius potencials a causa de les seves matrius de mòduls de gran superfície; en aquest cas, es recomana una solució de protecció contra llamps externa per a aquest tipus de sistemes per evitar cops d’il·luminació directa.

Es poden trobar referències normatives a IEC 62305-3 (VDE 0185-305-3), al suplement 2 (interpretació segons el nivell de protecció contra llamps o al nivell de risc LPL III) [2] i al suplement 5 (protecció contra llamps i sobretensions per a sistemes fotovoltaics) i a la Directiva VdS 2010 [3], (si els sistemes fotovoltaics són> 10 kW, cal protecció contra llamps). A més, calen mesures de protecció contra sobretensions. Per exemple, s’hauria de donar preferència a sistemes de terminació d’aire separats per protegir el generador fotovoltaic. No obstant això, si no és possible evitar una connexió directa amb el generador fotovoltaic, és a dir, no es pot mantenir la distància de separació segura, aleshores cal tenir en compte els efectes dels corrents de llamp parcials. Fonamentalment, s’han d’utilitzar cables blindats per a les línies principals de generadors per mantenir les sobretensions induïdes el més baix possible. A més, si la secció transversal és suficient (mínim 16 mm² Cu), es pot utilitzar el blindatge del cable per conduir corrents de llamp parcials. El mateix s'aplica a la utilització de carcasses metàl·liques tancades. La connexió a terra s’ha de connectar als dos extrems dels cables i de les carcasses metàl·liques. Això garanteix que les línies principals del generador caiguin sota LPZ1 (Lightning Protection Zone); això vol dir que un SPD tipus 2 és suficient. En cas contrari, caldria un SPD tipus 1.

La utilització i l’especificació correcta dels dispositius de protecció contra sobretensions

En general, és possible considerar el desplegament i l’especificació de SPD en sistemes de baixa tensió al costat de CA com un procediment estàndard; tanmateix, el desplegament i les especificacions de disseny correctes per als generadors de corrent fotovoltaic continuen sent un repte. La raó és, en primer lloc, que un generador solar té les seves pròpies característiques especials i, en segon lloc, els SPD es desplegen al circuit de corrent continu. Els SPD convencionals normalment es desenvolupen per a sistemes de tensió alterna i no de tensió directa. Els estàndards de producte rellevants [4] han cobert aquestes aplicacions durant anys, i aquestes es poden aplicar fonamentalment a aplicacions de voltatge continu. Tanmateix, si bé abans es realitzaven voltatges de sistemes fotovoltaics relativament baixos, avui ja estan aconseguint aprox. 1000 V CC al circuit FV descarregat. La tasca consisteix a dominar les tensions del sistema en aquest ordre amb dispositius de protecció contra sobretensions adequats. Les posicions en què és tècnicament adequat i pràctic posicionar els SPD en un sistema fotovoltaic depenen principalment del tipus de sistema, del concepte del sistema i de la superfície física. Les figures 2 i 3 il·lustren les principals diferències: en primer lloc, un edifici amb protecció contra llamps exterior i un sistema fotovoltaic muntat al terrat (instal·lació de l'edifici); en segon lloc, un ampli sistema d’energia solar (instal·lació de camp), equipat també amb un sistema de protecció contra llamps extern. En primer lloc, a causa de les longituds de cable més reduïdes, la protecció només s’implementa a l’entrada CC del convertidor; en el segon cas, els SPD s’instal·len a la caixa de terminals del generador solar (per protegir els mòduls solars), així com a l’entrada DC de l’inversor (per protegir l’inversor). Els SPD s’han d’instal·lar a prop del generador fotovoltaic i a prop de l’inversor tan aviat com la longitud del cable necessària entre el generador fotovoltaic i l’inversor superi els 10 metres (Figura 2). La solució estàndard per protegir el costat de corrent altern, és a dir, la sortida de l’inversor i el subministrament de xarxa, s’ha d’aconseguir mitjançant l’ús de SPD de tipus 2 instal·lats a la sortida de l’inversor i, en el cas d’una instal·lació d’edifici amb protecció contra llamps externa a la xarxa punt - equipat amb un descargador de sobretensions SPD tipus 1.

Per assegurar que els SPD poden dominar tensions de sistema tan elevades, la connexió en estrella que consta de tres varistors s’ha demostrat fiable i s’ha consolidat com a quasi estàndard (Figura 4). Si es produeix un defecte d’aïllament, encara queden dos varistors de la sèrie, cosa que impedeix efectivament la sobrecàrrega del SPD.

En resum: hi ha instal·lats circuits de protecció amb un corrent de fuga absolutament nul i s’evita l’activació accidental del mecanisme de desconnexió. En l’escenari descrit anteriorment, també es prevé eficaçment la propagació del foc. I, al mateix temps, també s’evita qualsevol influència d’un dispositiu de control d’aïllament. Per tant, si es produeix un mal funcionament de l’aïllament, sempre hi ha dos varistors disponibles a la sèrie. D’aquesta manera, es compleix el requisit que sempre s’han d’evitar les falles a terra. Descarregador SPD tipus 2 de LSP SLP40-PV1000 / 3, U_CPV = 1000Vdc proporciona una solució pràctica i ben provada i s’ha comprovat el compliment de tots els estàndards actuals (UTE C 61-740-51 i prEN 50539-11) (Figura 4). D’aquesta manera, oferim el màxim grau de seguretat disponible per a l’ús en circuits de corrent continu.

Aplicacions pràctiques

Com ja s'ha dit, es diferencia una diferència entre les instal·lacions de construcció i de camp en solucions pràctiques. Si s’instal·la una solució externa de protecció contra llamps, el generador fotovoltaic s’hauria d’integrar preferentment en aquest sistema com a sistema de descàrrega aïllat. La IEC 62305-3 especifica que s’ha de mantenir la distància de terminació de l’aire. Si no es pot mantenir, s’hauran de tenir en compte els efectes dels corrents de llamp parcials. En aquest punt, l'estàndard de protecció contra llamps IEC 62305-3 Suplements 2 estableix a la secció 17.3: "Per reduir les sobretensions induïdes s'haurien d'utilitzar cables blindats per a les línies principals del generador". Si la secció transversal és suficient (mínim 16 mm² Cu), el blindatge del cable també es pot utilitzar per conduir corrents de llamp parcials. Suplement (figura 5) - Protecció contra llamps per a sistemes fotovoltaics - publicat per l’ABB (Committee for Lightning Protection and Lightning Research of the (German) Association for Electrical, Electronic and Information Technologies) que estableix que les línies principals dels generadors haurien d’estar protegides . Això significa que no són necessaris descarregadors de corrent llampec (SPD tipus 1), tot i que són necessaris descarregadors de sobretensió (SPD tipus 2) a banda i banda. Com il·lustra la figura 5, una línia de generador principal blindada ofereix una solució pràctica i aconsegueix l’estat LPZ 1 en el procés. D’aquesta manera, els descarregadors de sobretensions SPD tipus 2 s’utilitzen de conformitat amb les especificacions de les normes.

Solucions a punt

Per garantir que la instal·lació in situ sigui el més senzilla possible, LSP ofereix solucions preparades per adaptar-se a la protecció dels costats de CC i CA dels inversors. Les caixes fotovoltaiques plug-and-play redueixen el temps d’instal·lació. LSP també realitzarà muntatges específics del client a la vostra sol·licitud. Podeu obtenir més informació a www.lsp-international.com

Nota:

Cal respectar les normes i directrius específiques per país

[1] DIN VDE 0100 (VDE 0100) part 712: 2006-06, Requisits per a instal·lacions o ubicacions especials. Sistemes d’alimentació solar fotovoltaica (PV)

[2] DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3) 2006-10 Protecció contra llamps, Part 3: Protecció d’instal·lacions i persones, suplement 2, la interpretació segons la classe de protecció o nivell de risc III LPL, Suplement 5, llamp i protecció contra sobretensions per a sistemes fotovoltaics

[3] Directiva VdS 2010: 2005-07 Protecció contra llamps i sobretensions orientada al risc; Pautes per a la prevenció de pèrdues, VdS Schadenverhütung Verlag (editors)

[4] DIN EN 61643-11 (VDE 675-6-11): 2007-08 Dispositius de protecció contra sobretensions de baixa tensió - Part 11: Dispositius de protecció contra sobretensions per a ús en sistemes d'alimentació de baixa tensió - requisits i proves

[5] IEC 62305-3 Protecció contra llamps - Part 3: Danys físics a les estructures i perillositat per a la vida

[6] IEC 62305-4 Protecció contra llamps - Part 4: Sistemes elèctrics i electrònics dins de les estructures

[7] prEN 50539-11 Dispositius de protecció contra sobretensions de baixa tensió - Dispositius de protecció contra sobretensions per a aplicacions específiques, inclosa la corrent continu - Part 11: Requisits i proves dels SPD en aplicacions fotovoltaiques

[8] Norma de producte francesa per a protecció contra sobretensions a la zona de corrent continu UTE C 61-740-51