Protezione contro le sovratensioni per impianti fotovoltaici
Gli impianti fotovoltaici (PV) per lo sfruttamento dell'energia rinnovabile sono a grande rischio di scariche di fulmini a causa della loro posizione esposta e dell'ampia superficie.
Ne possono derivare danni a singoli segmenti o il guasto dell'intera installazione.
Le correnti di fulmine e le sovratensioni spesso causano danni agli inverter e ai moduli fotovoltaici. Questi danni significano maggiori spese per il gestore dell'impianto fotovoltaico. Non solo ci sono costi di riparazione più elevati, ma anche la produttività dell'impianto è notevolmente ridotta. Pertanto, un impianto fotovoltaico dovrebbe sempre essere integrato nella strategia esistente di protezione dai fulmini e di messa a terra.
Per evitare queste interruzioni, le strategie di protezione da fulmini e sovratensioni in uso devono interagire tra loro. Ti forniamo il supporto di cui hai bisogno in modo che la tua struttura funzioni senza intoppi e fornisca il rendimento previsto! Ecco perché dovresti salvaguardare il tuo impianto fotovoltaico di illuminazione e protezione da sovratensioni da LSP:
- Per proteggere il tuo edificio e l'impianto fotovoltaico
- Per aumentare la disponibilità del sistema
- Per salvaguardare il tuo investimento
Standard e requisiti
Nella progettazione e installazione di qualsiasi impianto fotovoltaico è necessario tenere sempre in considerazione le norme e le direttive vigenti per la protezione da sovratensioni.
La bozza della norma europea DIN VDE 0100 parte 712 / E DIN IEC 64/1123 / CD (Installazione di sistemi a bassa tensione, requisiti per attrezzature e impianti speciali; sistemi di alimentazione fotovoltaica) e le specifiche internazionali di installazione per impianti fotovoltaici - IEC 60364-7- 712 - entrambi descrivono la selezione e l'installazione della protezione contro le sovratensioni per gli impianti fotovoltaici. Raccomandano inoltre dispositivi di protezione contro le sovratensioni tra i generatori FV. Nella sua pubblicazione del 2010 sulla protezione contro le sovratensioni per edifici con un impianto fotovoltaico, l'Associazione degli assicuratori immobiliari tedeschi (VdS) richiede una protezione da fulmini e sovratensioni> 10 kW secondo la classe di protezione dai fulmini III.
Per garantire che la vostra installazione sia sicura per il futuro, è ovvio che i nostri componenti soddisfano pienamente tutti i requisiti.
Inoltre, è in preparazione uno standard europeo per i componenti di protezione da sovratensioni. Questo standard specificherà in che misura la protezione da sovratensioni deve essere progettata nel lato CC dei sistemi fotovoltaici. Questo standard è attualmente prEN 50539-11.
Uno standard simile è attualmente già in vigore in Francia: l'UTE C 61-740-51. I prodotti LSP sono attualmente in fase di test per la conformità a entrambi gli standard in modo che possano fornire un livello di sicurezza ancora più elevato.
I nostri moduli di protezione contro le sovratensioni in Classe I e Classe II (scaricatori B e C) assicurano che la tensione sia limitata rapidamente e che la corrente venga scaricata in modo sicuro. Ciò consente di evitare costosi danni o la possibilità di un'interruzione completa dell'alimentazione nel proprio impianto fotovoltaico.
Per edifici con o senza sistemi di protezione contro i fulmini: abbiamo il prodotto giusto per ogni applicazione! Possiamo fornire i moduli come richiesto, completamente personalizzati e precablati negli alloggiamenti.
Implementazione di dispositivi di protezione contro le sovratensioni (SPD) nei sistemi fotovoltaici
L'energia fotovoltaica è una componente vitale della produzione complessiva di energia da fonti energetiche rinnovabili. Ci sono una serie di caratteristiche speciali che devono essere considerate quando si installano dispositivi di protezione contro le sovratensioni (SPD) nei sistemi fotovoltaici. Gli impianti fotovoltaici hanno una sorgente di tensione continua, con caratteristiche specifiche. Il concetto di sistema deve quindi tenere in considerazione queste caratteristiche specifiche e coordinare di conseguenza l'uso degli SPD. Ad esempio, le specifiche SPD per i sistemi FV devono essere progettate sia per una tensione massima a vuoto del generatore solare (VOC STC = tensione del circuito senza carico in condizioni di prova standard) nonché per garantire la massima disponibilità e sicurezza del sistema.
Protezione contro i fulmini esterna
A causa della loro ampia superficie e del luogo di installazione generalmente esposto, i sistemi fotovoltaici sono particolarmente a rischio di scariche atmosferiche, come i fulmini. A questo punto è necessario distinguere tra gli effetti dei fulmini diretti e i cosiddetti fulmini indiretti (induttivi e capacitivi). Da un lato, la necessità della protezione contro i fulmini dipende dalle specifiche normative delle norme pertinenti e, da un lato, la necessità della protezione dai fulmini dipende dalle specifiche normative delle norme pertinenti. D'altra parte, dipende dall'applicazione stessa, in altre parole, a seconda che si tratti di un edificio o di un'installazione sul campo. Con le installazioni negli edifici, si distingue tra l'installazione di un generatore FV sul tetto di un edificio pubblico - con un sistema di protezione dai fulmini esistente - e l'installazione sul tetto di un fienile - senza un sistema di protezione dai fulmini. Le installazioni sul campo offrono anche grandi potenziali obiettivi grazie ai loro array di moduli di ampia area; in questo caso, per questo tipo di impianto si consiglia una soluzione di protezione contro i fulmini esterna per evitare fulminazioni dirette.
Riferimenti normativi possono essere trovati in IEC 62305-3 (VDE 0185-305-3), Supplemento 2 (interpretazione secondo il livello di protezione da fulmini o livello di rischio LPL III) [2] e Supplemento 5 (protezione da fulmini e sovratensioni per sistemi di alimentazione FV) e nella Direttiva VdS 2010 [3], (se i sistemi FV> 10 kW, è richiesta la protezione contro i fulmini). Inoltre, sono necessarie misure di protezione contro le sovratensioni. Ad esempio, si dovrebbe dare la preferenza a sistemi di captazione dell'aria separati per proteggere il generatore FV. Tuttavia, se non è possibile evitare un collegamento diretto al generatore FV, ovvero la distanza di sicurezza di sicurezza non può essere mantenuta, è necessario prendere in considerazione gli effetti delle correnti parziali di fulmine. Fondamentalmente, i cavi schermati dovrebbero essere usati per le linee principali dei generatori per mantenere le sovratensioni indotte più basse possibile. Inoltre, se la sezione è sufficiente (min. 16 mm² Cu), la schermatura del cavo può essere utilizzata per condurre correnti di fulmine parziali. Lo stesso vale per l'utilizzo di custodie metalliche chiuse. La messa a terra deve essere collegata ad entrambe le estremità dei cavi e delle custodie metalliche. Ciò garantisce che le linee principali del generatore rientrino in LPZ1 (Lightning Protection Zone); ciò significa che è sufficiente un SPD di tipo 2. In caso contrario, sarebbe necessario un SPD di tipo 1.
L'utilizzo e la corretta specifica dei dispositivi di protezione contro le sovratensioni
In generale, è possibile considerare l'installazione e la specifica di SPD nei sistemi a bassa tensione sul lato AC come una procedura standard; tuttavia, l'implementazione e le specifiche di progettazione corrette per i generatori CC FV rimangono ancora una sfida. Il motivo è in primo luogo che un generatore solare ha le sue caratteristiche speciali e, in secondo luogo, gli SPD sono distribuiti nel circuito CC. Gli SPD convenzionali sono generalmente sviluppati per sistemi a tensione alternata e non a tensione continua. Gli standard di prodotto pertinenti [4] coprono queste applicazioni da anni e possono essere applicati fondamentalmente anche alle applicazioni di tensione CC. Tuttavia, mentre in precedenza erano state realizzate tensioni di sistema FV relativamente basse, oggi queste stanno già raggiungendo ca. 1000 V CC nel circuito FV senza carico. Il compito è controllare le tensioni di sistema in quest'ordine con dispositivi di protezione contro le sovratensioni adeguati. Le posizioni in cui è tecnicamente appropriato e pratico posizionare gli SPD in un sistema fotovoltaico dipendono principalmente dal tipo di sistema, dal concetto di sistema e dalla superficie fisica. Le figure 2 e 3 illustrano le principali differenze: in primo luogo, un edificio con protezione contro i fulmini esterna e un sistema fotovoltaico montato sul tetto (installazione dell'edificio); in secondo luogo, un ampio sistema di energia solare (installazione in campo), dotato anche di un sistema esterno di protezione contro i fulmini. In primo luogo, a causa delle minori lunghezze dei cavi, la protezione è implementata semplicemente all'ingresso DC dell'inverter; nel secondo caso gli SPD sono installati nella morsettiera del generatore solare (a protezione dei moduli solari) oltre che all'ingresso DC dell'inverter (a protezione dell'inverter). Gli SPD devono essere installati vicino al generatore FV così come vicino all'inverter non appena la lunghezza del cavo richiesta tra il generatore FV e l'inverter supera i 10 metri (Figura 2). La soluzione standard per la protezione del lato AC, ovvero l'uscita dell'inverter e l'alimentazione di rete, deve poi essere ottenuta utilizzando SPD di tipo 2 installati all'uscita dell'inverter e - nel caso di installazione in edificio con protezione antifulmine esterna all'alimentazione di rete punto - dotato di uno scaricatore di sovratensioni SPD di tipo 1.
Caratteristiche speciali lato generatore solare DC
Fino ad ora, i concetti di protezione sul lato CC utilizzavano sempre SPD per le normali tensioni di rete CA, per cui rispettivamente L + e L- erano collegati a terra per la protezione. Ciò significava che gli SPD erano classificati per almeno il 50 percento della tensione a vuoto massima del generatore solare. Tuttavia, dopo alcuni anni, possono verificarsi guasti di isolamento nel generatore FV. Come conseguenza di questo guasto nel sistema FV, la piena tensione del generatore FV viene quindi applicata al polo non difettoso nell'SPD e si traduce in un evento di sovraccarico. Se il carico sugli SPD basati su varistori in ossido di metallo da una tensione continua è troppo alto, ciò può potenzialmente provocare la loro distruzione o attivare il dispositivo di disconnessione. In particolare, negli impianti FV con tensioni di sistema elevate, non è possibile escludere completamente la possibilità che si sviluppi un incendio a causa di un arco di manovra che non si spegne, quando viene attivato il dispositivo di sezionamento. Gli elementi di protezione da sovraccarico (fusibili) utilizzati a monte non sono una soluzione a questa probabilità, poiché la corrente di cortocircuito del generatore FV è solo leggermente superiore a quella della corrente nominale. Oggi gli impianti FV con tensioni di sistema di ca. 1000 V CC vengono sempre più installati per mantenere le perdite di potenza più basse possibile.
Per garantire che gli SPD possano gestire tensioni di sistema così elevate, la connessione a stella composta da tre varistori si è dimostrata affidabile e si è affermata come quasi standard (Figura 4). Se si verifica un guasto di isolamento, rimangono ancora due varistori della serie, il che impedisce efficacemente il sovraccarico dell'SPD.
Riassumendo: è presente un circuito di protezione con corrente di dispersione assolutamente pari a zero e viene impedita l'attivazione accidentale del meccanismo di disconnessione. Nello scenario sopra descritto, anche la propagazione del fuoco viene efficacemente prevenuta. Allo stesso tempo, viene anche evitata qualsiasi influenza da un dispositivo di monitoraggio dell'isolamento. Quindi, se si verifica un malfunzionamento dell'isolamento, ci sono sempre due varistori ancora disponibili nella serie. In questo modo viene soddisfatto il requisito secondo cui i guasti a terra devono essere sempre evitati. Scaricatore SPD tipo 2 di LSP SLP40-PV1000 / 3, UCPV = 1000Vdc fornisce una soluzione pratica e ben collaudata ed è stata testata per la conformità a tutti gli standard attuali (UTE C 61-740-51 e prEN 50539-11) (Figura 4). In questo modo, offriamo il massimo grado di sicurezza disponibile per l'uso nei circuiti CC.
applicazioni pratiche
Come già affermato, si traccia una differenza tra installazioni edili e sul campo in soluzioni pratiche. Se è installata una soluzione di protezione contro i fulmini esterna, il generatore FV dovrebbe essere preferibilmente integrato in questo sistema come sistema di scaricatore isolato. La norma IEC 62305-3 specifica che la distanza di captazione dell'aria deve essere mantenuta. Se non può essere mantenuto, è necessario prendere in considerazione gli effetti delle correnti di fulmine parziali. Su questo punto, la norma per la protezione contro i fulmini IEC 62305-3 Supplemento 2 afferma nella Sezione 17.3: "per ridurre le sovratensioni indotte si dovrebbero utilizzare cavi schermati per le linee principali del generatore". Se la sezione è sufficiente (min. 16 mm² Cu), la schermatura del cavo può essere utilizzata anche per condurre correnti di fulmine parziali. Supplemento (Figura 5) - Protezione contro i fulmini per impianti fotovoltaici - emesso dall'ABB (Comitato per la protezione contro i fulmini e la ricerca sui fulmini dell'Associazione (tedesca) per le tecnologie elettriche, elettroniche e dell'informazione) afferma che le linee principali per i generatori dovrebbero essere schermate . Ciò significa che non sono necessari scaricatori di corrente da fulmine (SPD tipo 1), sebbene siano necessari scaricatori di sovratensione (SPD tipo 2) su entrambi i lati. Come illustra la Figura 5, una linea del generatore principale schermata offre una soluzione pratica e raggiunge lo stato LPZ 1 nel processo. In questo modo, gli scaricatori di sovratensione SPD di tipo 2 vengono utilizzati in conformità alle specifiche degli standard.
Soluzioni pronte per il montaggio
Per garantire che l'installazione in loco sia il più semplice possibile, LSP offre soluzioni pronte per il montaggio per proteggere i lati CC e CA degli inverter. Le scatole fotovoltaiche plug-and-play riducono i tempi di installazione. LSP eseguirà anche assemblaggi specifici del cliente su richiesta. Ulteriori informazioni sono disponibili su www.lsp-international.com
Nota:
Gli standard e le linee guida specifici del paese devono essere osservati
[1] DIN VDE 0100 (VDE 0100) parte 712: 2006-06, Requisiti per installazioni o luoghi speciali. Sistemi di alimentazione solare fotovoltaica (PV)
[2] DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3) 2006-10 Protezione contro i fulmini, Parte 3: Protezione di strutture e persone, supplemento 2, interpretazione secondo la classe di protezione o livello di rischio III LPL, Supplemento 5, fulmine e protezione contro le sovratensioni per impianti fotovoltaici
[3] Direttiva VdS 2010: 2005-07 Protezione da fulmini e sovratensioni orientata al rischio; Linee guida per la prevenzione delle perdite, VdS Schadenverhütung Verlag (editori)
[4] DIN EN 61643-11 (VDE 675-6-11): 2007-08 Dispositivi di protezione contro le sovratensioni a bassa tensione - Parte 11: dispositivi di protezione contro le sovratensioni per l'uso in sistemi di alimentazione a bassa tensione - requisiti e prove
[5] IEC 62305-3 Protezione contro i fulmini - Parte 3: Danni fisici alle strutture e pericolo di vita
[6] IEC 62305-4 Protezione contro i fulmini - Parte 4: Sistemi elettrici ed elettronici all'interno delle strutture
[7] prEN 50539-11 Dispositivi di protezione contro le sovratensioni a bassa tensione - Dispositivi di protezione contro le sovratensioni per applicazioni specifiche inclusa la corrente continua - Parte 11: Requisiti e test per SPD nelle applicazioni fotovoltaiche
[8] Norma di prodotto francese per la protezione contro le sovratensioni nell'area CC UTE C 61-740-51
Uso modulare dei nostri componenti di protezione contro le sovratensioni
Se sull'edificio è già presente un impianto di protezione contro i fulmini, questo deve trovarsi nel punto più alto dell'intero impianto. Tutti i moduli e i cavi dell'impianto fotovoltaico devono essere installati sotto le terminazioni in aria. È necessario mantenere distanze di separazione di almeno 0.5 m fino a 1 m (a seconda dell'analisi dei rischi secondo la IEC 62305-2).
La protezione contro i fulmini esterna di Tipo I (lato CA) richiede anche l'installazione di uno scaricatore di fulmini di Tipo I nell'alimentazione elettrica dell'edificio. Se non è presente alcun sistema di protezione contro i fulmini, gli scaricatori di tipo II (lato CA) sono sufficienti per l'uso.
