Protección contra sobretensiones para sistemas fotovoltaicos
Las instalaciones fotovoltaicas (PV) para la explotación de energías renovables corren un gran riesgo de descargas de rayos debido a su ubicación expuesta y su gran superficie.
La consecuencia pueden ser daños en segmentos individuales o el fallo de toda la instalación.
Las corrientes de rayo y las sobretensiones a menudo causan daños a los inversores y módulos fotovoltaicos. Estos daños suponen un mayor gasto para el operador de la instalación fotovoltaica. No solo hay mayores costos de reparación, sino que la productividad de la instalación también se reduce significativamente. Por lo tanto, una instalación fotovoltaica debe integrarse siempre en la estrategia existente de protección contra rayos y puesta a tierra.
Para evitar estos cortes, las estrategias de protección contra rayos y sobretensiones en uso deben interactuar entre sí. ¡Le brindamos el apoyo que necesita para que su instalación funcione sin problemas y entregue el rendimiento esperado! Es por eso que debes salvaguardar tu instalación fotovoltaica de iluminación y protección contra sobretensiones de LSP:
- Para proteger su edificio e instalación fotovoltaica
- Para aumentar la disponibilidad del sistema
- Para salvaguardar su inversión
Normas y requisitos
Las normas y directivas vigentes para la protección contra sobretensiones siempre deben tenerse en cuenta en el diseño e instalación de cualquier sistema fotovoltaico.
El proyecto de norma europea DIN VDE 0100 parte 712 / E DIN IEC 64/1123 / CD (Montaje de sistemas de baja tensión, requisitos para equipos e instalaciones especiales; sistemas de energía fotovoltaica) y las especificaciones internacionales de instalación para instalaciones fotovoltaicas - IEC 60364-7- 712: ambos describen la selección e instalación de protección contra sobretensiones para instalaciones fotovoltaicas. También recomiendan dispositivos de protección contra sobretensiones entre los generadores fotovoltaicos. En su publicación de 2010 sobre protección contra sobretensiones para edificios con una instalación fotovoltaica, la Asociación de Aseguradores de Propiedades Alemanas (VdS) requiere una protección contra rayos y sobretensión> 10 kW de acuerdo con la clase de protección contra rayos III.
Para garantizar que su instalación sea segura para el futuro, no hace falta decir que nuestros componentes cumplen plenamente con todos los requisitos.
Además, se está preparando una norma europea para componentes de protección contra sobretensiones. Esta norma especificará hasta qué punto se debe diseñar la protección contra sobretensiones en el lado de CC de los sistemas fotovoltaicos. Esta norma es actualmente prEN 50539-11.
Un estándar similar ya está en vigor en Francia: el UTE C 61-740-51. Actualmente, los productos de LSP se están probando para verificar que cumplen con ambos estándares, de modo que puedan proporcionar un nivel de seguridad aún mayor.
Nuestros módulos de protección contra sobretensiones en Clase I y Clase II (pararrayos B y C) garantizan que las ocurrencias de voltaje se limiten rápidamente y que la corriente se descargue de manera segura. Esto le permite evitar costosos daños o la posibilidad de un corte de energía completo en su instalación fotovoltaica.
Para edificios con o sin sistemas de protección de iluminación: ¡tenemos el producto adecuado para cada aplicación! Podemos entregar los módulos que necesite: totalmente personalizados y precableados en carcasas.
Implementación de dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) en sistemas fotovoltaicos
La energía fotovoltaica es un componente vital de la producción total de energía a partir de fuentes de energía renovables. Hay una serie de características especiales que deben tenerse en cuenta al implementar dispositivos de protección contra sobretensiones (SPD) en sistemas fotovoltaicos. Los sistemas fotovoltaicos tienen una fuente de voltaje DC, con características específicas. Por lo tanto, el concepto de sistema debe tener en cuenta estas características específicas y coordinar el uso de los DPS en consecuencia. Por ejemplo, las especificaciones de SPD para sistemas fotovoltaicos deben diseñarse tanto para una tensión máxima sin carga del generador solar (VOC STC = voltaje del circuito descargado en condiciones de prueba estándar), así como con respecto a garantizar la máxima disponibilidad y seguridad del sistema.
Protección externa contra rayos
Debido a su gran superficie y la ubicación de instalación generalmente expuesta, los sistemas fotovoltaicos presentan un riesgo particular de descargas atmosféricas, como los rayos. En este punto, es necesario diferenciar entre los efectos de los rayos directos y los llamados indirectos (inductivos y capacitivos). Por un lado, la necesidad de protección contra rayos depende de las especificaciones normativas de los estándares relevantes y, por un lado, la necesidad de protección contra rayos se gasta en las especificaciones normativas de los estándares relevantes. Por otro lado, depende de la propia aplicación, es decir, de si se trata de un edificio o de una instalación de campo. Con las instalaciones de edificios, se establece una diferencia entre la instalación de un generador fotovoltaico en el techo de un edificio público, con un sistema de protección contra rayos existente, y la instalación en el techo de un granero, sin un sistema de protección contra rayos. Las instalaciones de campo también ofrecen grandes objetivos potenciales debido a sus arreglos de módulos de área grande; en este caso, se recomienda una solución de protección contra rayos externa para este tipo de sistema para evitar impactos de luz directa.
Las referencias normativas se pueden encontrar en IEC 62305-3 (VDE 0185-305-3), Suplemento 2 (interpretación según nivel de protección contra rayos o nivel de riesgo LPL III) [2] y Suplemento 5 (protección contra rayos y sobretensiones para sistemas de energía fotovoltaica) y en la Directiva VdS 2010 [3], (si los sistemas fotovoltaicos> 10 kW, se requiere protección contra rayos). Además, se requieren medidas de protección contra sobretensiones. Por ejemplo, se debe dar preferencia a sistemas de captación separados para proteger el generador fotovoltaico. Sin embargo, si no es posible evitar una conexión directa al generador fotovoltaico, es decir, no se puede mantener la distancia de separación segura, se deben tener en cuenta los efectos de las corrientes parciales del rayo. Fundamentalmente, se deben utilizar cables blindados para las líneas principales de los generadores para mantener las sobretensiones inducidas lo más bajas posible. Además, si la sección transversal es suficiente (mín. 16 mm² Cu), el blindaje del cable se puede utilizar para conducir corrientes de rayo parciales. Lo mismo se aplica a la utilización de carcasas metálicas cerradas. La puesta a tierra debe conectarse en ambos extremos de los cables y carcasas metálicas. Eso asegura que las líneas principales del generador caigan bajo LPZ1 (Zona de protección contra rayos); eso significa que un SPD tipo 2 es suficiente. De lo contrario, se necesitaría un SPD tipo 1.
La utilización y especificación correcta de los dispositivos de protección contra sobretensiones.
En general, es posible considerar la implementación y especificación de SPD en sistemas de baja tensión en el lado de CA como un procedimiento estándar; sin embargo, la implementación y la especificación de diseño correcta para generadores fotovoltaicos de CC sigue siendo un desafío. La razón es, en primer lugar, que un generador solar tiene sus propias características especiales y, en segundo lugar, los SPD se despliegan en el circuito de CC. Los SPD convencionales se desarrollan típicamente para sistemas de voltaje alterno y no de voltaje directo. Los estándares de productos relevantes [4] han cubierto estas aplicaciones durante años y, fundamentalmente, también pueden aplicarse a aplicaciones de voltaje CC. Sin embargo, mientras que anteriormente se obtenían voltajes relativamente bajos del sistema fotovoltaico, hoy en día ya alcanzan aprox. 1000 V CC en el circuito fotovoltaico descargado. La tarea consiste en controlar los voltajes del sistema en ese orden con dispositivos de protección contra sobretensiones adecuados. Las posiciones en las que es técnicamente apropiado y práctico colocar los DPS en un sistema fotovoltaico dependen principalmente del tipo de sistema, el concepto del sistema y la superficie física. Las figuras 2 y 3 ilustran las principales diferencias: en primer lugar, un edificio con protección contra rayos externa y un sistema fotovoltaico montado en el techo (instalación del edificio); en segundo lugar, un sistema de energía solar expansivo (instalación de campo), también equipado con un sistema externo de protección contra rayos. En el primer caso, debido a las longitudes de cable más cortas, la protección se implementa simplemente en la entrada de CC del inversor; en el segundo caso, los SPD se instalan en la caja de bornes del generador solar (para proteger los módulos solares) así como en la entrada de CC del inversor (para proteger el inversor). Los SPD deben instalarse cerca del generador fotovoltaico, así como cerca del inversor, tan pronto como la longitud del cable requerido entre el generador fotovoltaico y el inversor se extienda más allá de los 10 metros (Figura 2). La solución estándar para proteger el lado de CA, es decir, la salida del inversor y el suministro de red, debe lograrse mediante el uso de SPD de tipo 2 instalados en la salida del inversor y, en el caso de una instalación de edificio con protección contra rayos externa en la alimentación de red punto - equipado con un descargador de sobretensiones SPD tipo 1.
Características especiales en el lado del generador solar de CC
Hasta ahora, los conceptos de protección en el lado de CC siempre usaban SPD para voltajes de red de CA normales, por lo que L + y L- respectivamente estaban conectados a tierra para protección. Esto significaba que los SPD estaban clasificados para al menos el 50 por ciento del voltaje máximo sin carga del generador solar. Sin embargo, después de varios años, pueden ocurrir fallas de aislamiento en el generador fotovoltaico. Como consecuencia de esta falla en el sistema fotovoltaico, el voltaje total del generador fotovoltaico se aplica al polo no defectuoso en el SPD y da como resultado un evento de sobrecarga. Si la carga en los SPD basados en varistores de óxido de metal de un voltaje continuo es demasiado alta, esto puede potencialmente resultar en su destrucción o activar el dispositivo de desconexión. En particular, en sistemas fotovoltaicos con altos voltajes del sistema, no es posible excluir completamente la posibilidad de que se desarrolle un incendio debido a un arco de conmutación que no se extingue, cuando se activa el dispositivo de desconexión. Los elementos de protección contra sobrecargas (fusibles) utilizados aguas arriba no son una solución a esta probabilidad, ya que la corriente de cortocircuito del generador fotovoltaico es solo ligeramente superior a la de la corriente nominal. Hoy en día, los sistemas fotovoltaicos con voltajes del sistema de aprox. Se están instalando cada vez más 1000 V CC para mantener las pérdidas de potencia lo más bajas posible.
Para asegurar que los SPD puedan controlar voltajes de sistema tan altos, la conexión en estrella que consta de tres varistores ha demostrado ser confiable y se ha establecido como un cuasi estándar (Figura 4). Si se produce un fallo de aislamiento, todavía quedan dos varistores de la serie, lo que evita de forma eficaz la sobrecarga del DPS.
Para resumir: hay un circuito de protección con una corriente de fuga absolutamente cero y se evita una activación accidental del mecanismo de desconexión. En el escenario descrito anteriormente, también se previene eficazmente la propagación del fuego. Y al mismo tiempo, también se evita cualquier influencia de un dispositivo de control de aislamiento. Por lo tanto, si se produce un mal funcionamiento del aislamiento, siempre hay dos varistores disponibles en la serie. De esta forma, se cumple el requisito de que siempre se deben evitar las fallas a tierra. Descargador SPD tipo 2 de LSP SLP40-PV1000 / 3, UPúblicos = 1000Vdc proporciona una solución práctica y bien probada y se ha comprobado que cumple con todos los estándares actuales (UTE C 61-740-51 y prEN 50539-11) (Figura 4). De esta manera, ofrecemos el mayor grado de seguridad disponible para su uso en circuitos de CC.
aplicaciones prácticas
Como ya se ha dicho, se establece una diferencia entre las instalaciones de campo y de construcción en las soluciones prácticas. Si se instala una solución de protección contra rayos externa, el generador fotovoltaico debe integrarse preferiblemente en este sistema como un sistema de dispositivo descargador aislado. IEC 62305-3 especifica que debe mantenerse la distancia de terminación aérea. Si no se puede mantener, se deben tener en cuenta los efectos de las corrientes parciales del rayo. En este punto, la norma de protección contra rayos IEC 62305-3 Suplemento 2 establece en la Sección 17.3: 'para reducir las sobretensiones inducidas deben usarse cables apantallados para las líneas principales del generador'. Si la sección transversal es suficiente (mín. 16 mm² Cu), el apantallamiento del cable también se puede utilizar para conducir corrientes de rayo parciales. Suplemento (Figura 5) - Protección contra rayos para sistemas fotovoltaicos - emitido por ABB (Comité de Protección e Investigación de Rayos de la Asociación (Alemana) de Tecnologías Eléctricas, Electrónicas y de la Información) establece que las líneas principales de los generadores deben estar apantalladas . Esto significa que no se requieren descargadores de corriente de rayo (SPD tipo 1), aunque son necesarios descargadores de sobretensión (SPD tipo 2) en ambos lados. Como ilustra la Figura 5, una línea de generador principal blindada ofrece una solución práctica y alcanza el estado LPZ 1 en el proceso. De esta manera, los descargadores de sobretensión SPD tipo 2 se implementan de acuerdo con las especificaciones de los estándares.
Soluciones listas para instalar
Para garantizar que la instalación en el sitio sea lo más sencilla posible, LSP ofrece soluciones listas para instalar para proteger los lados de CC y CA de los inversores. Las cajas fotovoltaicas plug-and-play reducen el tiempo de instalación. LSP también realizará ensamblajes específicos del cliente a su solicitud. Más información está disponible en www.lsp-international.com
Nota:
Deben observarse las normas y directrices específicas del país.
[1] DIN VDE 0100 (VDE 0100) parte 712: 2006-06, Requisitos para instalaciones o ubicaciones especiales. Sistemas de suministro de energía solar fotovoltaica (PV)
[2] DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3) 2006-10 Protección contra rayos, Parte 3: Protección de instalaciones y personas, suplemento 2, la interpretación según clase de protección o nivel de riesgo III LPL, Suplemento 5, rayos y protección contra sobretensiones para sistemas de energía fotovoltaica
[3] Directiva VdS 2010: 2005-07 Protección contra rayos y sobretensiones orientada al riesgo; Directrices para la prevención de pérdidas, VdS Schadenverhütung Verlag (editores)
[4] DIN EN 61643-11 (VDE 675-6-11): 2007-08 Dispositivos de protección contra sobretensiones de baja tensión - Parte 11: Dispositivos de protección contra sobretensiones para su uso en sistemas eléctricos de baja tensión - Requisitos y pruebas
[5] IEC 62305-3 Protección contra rayos - Parte 3: Daño físico a estructuras y peligro para la vida
[6] IEC 62305-4 Protección contra rayos - Parte 4: Sistemas eléctricos y electrónicos dentro de estructuras
[7] prEN 50539-11 Dispositivos de protección contra sobretensiones de baja tensión - Dispositivos de protección contra sobretensiones para aplicaciones específicas, incluida CC - Parte 11: Requisitos y pruebas para SPD en aplicaciones fotovoltaicas
[8] Norma de producto francesa para protección contra sobretensiones en el área de CC UTE C 61-740-51
Uso modular de nuestros componentes de protección contra sobretensiones
Si ya hay un sistema de protección contra rayos en el edificio, este debe estar en el punto más alto de todo el sistema. Todos los módulos y cables de la instalación fotovoltaica deben instalarse debajo de los terminales aéreos. Deben mantenerse distancias de separación de al menos 0.5 ma 1 m (según el análisis de riesgos de IEC 62305-2).
La protección externa contra rayos Tipo I (lado CA) también requiere la instalación de un pararrayos Tipo I en el suministro eléctrico del edificio. Si no hay un sistema de protección contra rayos, entonces los descargadores de tipo II (lado de CA) son suficientes para su uso.
