Proteção contra sobretensão para sistemas fotovoltaicos

Instalações fotovoltaicas (PV) para explorar energia renovável correm grande risco de descargas elétricas devido à sua localização exposta e grande área de superfície.

Danos em segmentos individuais ou a falha de toda a instalação podem ser as consequências.

Correntes de raios e surtos de tensão freqüentemente causam danos a inversores e módulos fotovoltaicos. Esses danos significam mais despesas para o operador da instalação fotovoltaica. Não só há custos de reparo mais altos, mas a produtividade da instalação também é significativamente reduzida. Portanto, uma instalação fotovoltaica deve sempre ser integrada à proteção existente contra raios e à estratégia de aterramento.

Para evitar essas interrupções, as estratégias de proteção contra raios e sobretensão em uso devem interagir umas com as outras. Nós fornecemos a você o suporte de que você precisa para que suas instalações funcionem perfeitamente e proporcionem o rendimento esperado! É por isso que você deve salvaguardar a sua instalação fotovoltaica de iluminação e proteção contra sobretensão de LSP:

  • Para proteger seu prédio e instalação fotovoltaica
  • Para aumentar a disponibilidade do sistema
  • Para proteger seu investimento

Padrões e requisitos

Os padrões e diretivas atuais para proteção contra sobretensão devem sempre ser levados em consideração no projeto e instalação de qualquer sistema fotovoltaico.

O projeto da norma europeia DIN VDE 0100 parte 712 / E DIN IEC 64/1123 / CD (Montagem de sistemas de baixa tensão, requisitos para equipamentos e instalações especiais; sistemas de energia fotovoltaica) e as especificações internacionais de instalação para instalações fotovoltaicas - IEC 60364-7- 712 - ambos descrevem a seleção e instalação de proteção contra sobretensão para instalações fotovoltaicas. Eles também recomendam dispositivos de proteção contra sobretensão entre os geradores fotovoltaicos. Em sua publicação de 2010 sobre proteção contra sobretensão para edifícios com uma instalação fotovoltaica, a Associação de Seguradoras de Propriedade Alemã (VdS) exige proteção contra raios e sobretensão> 10 kW de acordo com a classe de proteção contra raios III.

Para garantir que sua instalação seja segura no futuro, nem é preciso dizer que nossos componentes estão em total conformidade com todos os requisitos.

Além disso, um padrão europeu para componentes de proteção contra sobretensão está em preparação. Esta norma irá especificar até que ponto a proteção contra sobretensão deve ser projetada no lado CC dos sistemas fotovoltaicos. Este padrão é atualmente prEN 50539-11.

Uma norma semelhante já está em vigor na França - a UTE C 61-740-51. Os produtos da LSP estão atualmente sendo testados quanto à conformidade com os dois padrões, para que possam fornecer um nível de segurança ainda maior.

Nossos módulos de proteção contra sobretensão em Classe I e Classe II (pára-raios B e C) garantem que as ocorrências de tensão sejam rapidamente limitadas e que a corrente seja descarregada com segurança. Isso permite que você evite danos caros ou a possibilidade de falha total de energia em sua instalação fotovoltaica.

Para edifícios com ou sem sistemas de proteção de iluminação - temos o produto certo para cada aplicação! Podemos fornecer os módulos conforme sua necessidade - totalmente personalizados e pré-instalados em caixas.

Implantando dispositivos de proteção contra surtos (SPDs) em sistemas fotovoltaicos

A energia fotovoltaica é um componente vital da produção global de energia a partir de fontes de energia renováveis. Há uma série de características especiais que precisam ser consideradas ao implantar dispositivos de proteção contra surtos (SPDs) em sistemas fotovoltaicos. Os sistemas fotovoltaicos possuem uma fonte de tensão DC, com características específicas. O conceito do sistema deve, portanto, levar essas características específicas em consideração e coordenar o uso de DUPs de acordo. Por exemplo, as especificações SPD para sistemas fotovoltaicos devem ser projetadas para uma tensão máxima sem carga do gerador solar (VOC STC = tensão do circuito sem carga sob condições de teste padrão), bem como no que diz respeito a garantir a máxima disponibilidade e segurança do sistema.

Proteção externa contra raios

Devido à sua grande área de superfície e localização de instalação geralmente exposta, os sistemas fotovoltaicos apresentam risco especial de descargas atmosféricas - como raios. Neste ponto, é necessário diferenciar entre os efeitos de descargas atmosféricas diretas e os chamados impactos indiretos (indutivos e capacitivos). Por um lado, a necessidade de proteção contra raios depende das especificações normativas das normas pertinentes e, por outro lado, a necessidade de proteção contra raios depende das especificações normativas das normas pertinentes. Por outro lado, depende da própria aplicação, ou seja, dependendo se se trata de uma instalação predial ou de campo. Nas instalações prediais, faz-se uma diferença entre a instalação de um gerador fotovoltaico na cobertura de um edifício público - com sistema de proteção contra raios existente - e a instalação na cobertura de um celeiro - sem sistema de proteção contra raios. As instalações de campo também oferecem grandes alvos potenciais devido às suas matrizes de módulo de grande área; neste caso, recomenda-se uma solução de proteção externa contra raios para este tipo de sistema, a fim de evitar colisões diretas de raios.

As referências normativas podem ser encontradas na IEC 62305-3 (VDE 0185-305-3), Suplemento 2 (interpretação de acordo com o nível de proteção contra raios ou nível de risco LPL III) [2] e Suplemento 5 (proteção contra raios e sobretensão para sistemas de energia PV) e na Diretiva VdS 2010 [3], (se os sistemas fotovoltaicos> 10 kW, a proteção contra raios é necessária). Além disso, são necessárias medidas de proteção contra sobretensão. Por exemplo, deve-se dar preferência a sistemas de terminação de ar separados para proteger o gerador fotovoltaico. Porém, se não for possível evitar uma ligação direta ao gerador fotovoltaico, ou seja, a distância de separação segura não pode ser mantida, então os efeitos das correntes parciais de raios devem ser levados em consideração. Fundamentalmente, cabos blindados devem ser usados ​​para as linhas principais dos geradores para manter as sobretensões induzidas o mais baixo possível. Além disso, se a seção transversal for suficiente (min. 16 mm² Cu), a blindagem do cabo pode ser utilizada para conduzir correntes de raios parciais. O mesmo se aplica à utilização de caixas metálicas fechadas. O aterramento deve ser conectado em ambas as extremidades dos cabos e invólucros de metal. Isso garante que as linhas principais do gerador estejam sob a LPZ1 (Zona de Proteção contra Raios); isso significa que um SPD tipo 2 é suficiente. Caso contrário, um SPD tipo 1 seria necessário.

A utilização e especificação correta de dispositivos de proteção contra surtos

Em geral, é possível considerar a implantação e especificação de SPDs em sistemas de baixa tensão no lado CA como um procedimento padrão; no entanto, a implantação e a especificação de projeto correta para geradores PV DC ainda permanece um desafio. A razão é, em primeiro lugar, um gerador solar ter suas próprias características especiais e, em segundo lugar, os SPDs são implantados no circuito CC. Os SPDs convencionais são normalmente desenvolvidos para sistemas de tensão alternada e não de tensão direta. Padrões de produtos relevantes [4] cobriram essas aplicações por anos e, fundamentalmente, também podem ser aplicados a aplicações de tensão CC. No entanto, enquanto as tensões do sistema FV eram anteriormente relativamente baixas, hoje elas já estão atingindo aprox. 1000 V DC no circuito fotovoltaico sem carga. A tarefa é controlar as tensões do sistema nessa ordem com dispositivos de proteção contra surtos adequados. As posições em que é tecnicamente apropriado e prático posicionar SPDs em um sistema fotovoltaico dependem principalmente do tipo de sistema, do conceito do sistema e da área de superfície física. As Figuras 2 e 3 ilustram as principais diferenças: Em primeiro lugar, um edifício com proteção externa contra raios e um sistema fotovoltaico montado na cobertura (instalação predial); em segundo lugar, um amplo sistema de energia solar (instalação em campo), também equipado com um sistema externo de proteção contra raios. No primeiro caso - por causa dos comprimentos de cabo mais curtos - a proteção é apenas implementada na entrada CC do inversor; no segundo caso, os SPDs são instalados na caixa de terminais do gerador solar (para proteger os módulos solares), bem como na entrada CC do inversor (para proteger o inversor). Os SPDs devem ser instalados perto do gerador fotovoltaico, bem como perto do inversor, assim que o comprimento do cabo necessário entre o gerador fotovoltaico e o inversor ultrapasse 10 metros (Figura 2). A solução padrão para proteger o lado CA, ou seja, a saída do inversor e a alimentação da rede, deve então ser alcançada usando SPDs tipo 2 instalados na saída do inversor e - no caso de uma instalação predial com proteção externa contra raios na alimentação da rede point - equipado com um pára-raios SPD tipo 1.

Características especiais do lado do gerador solar DC

Até agora, os conceitos de proteção no lado CC sempre usavam SPDs para tensões de rede CA normais, em que L + e L-, respectivamente, eram ligados à terra para proteção. Isso significa que os SPDs foram avaliados para pelo menos 50% da tensão máxima sem carga do gerador solar. No entanto, após alguns anos, podem ocorrer falhas de isolamento no gerador fotovoltaico. Como consequência desta falha no sistema FV, a tensão total do gerador FV é então aplicada ao pólo não danificado no DPS e resulta num evento de sobrecarga. Se a carga nos SPDs com base em varistores de óxido metálico de uma tensão contínua for muito alta, isso pode resultar em sua destruição ou acionar o dispositivo de desconexão. Em particular, em sistemas fotovoltaicos com altas tensões de sistema, não é possível excluir totalmente a possibilidade de desenvolvimento de um incêndio devido a um arco de comutação que não se extingue, quando o dispositivo de desconexão é acionado. Os elementos de proteção contra sobrecarga (fusíveis) utilizados a montante não são uma solução para esta probabilidade, uma vez que a corrente de curto-circuito do gerador FV é apenas ligeiramente superior à corrente nominal. Hoje, os sistemas fotovoltaicos com tensões de sistema de aprox. Cada vez mais, 1000 V DC estão sendo instalados para manter as perdas de energia o mais baixas possível.

Figura 4 - Circuito de proteção em forma de Y com três varistores

Para garantir que os SPDs possam dominar essas altas tensões do sistema, a conexão em estrela que consiste em três varistores provou ser confiável e se estabeleceu como um quase-padrão (Figura 4). Se ocorrer uma falha de isolamento, dois varistores na série ainda permanecerão, o que evita efetivamente que o SPD seja sobrecarregado.

Para resumir: um circuito de proteção com corrente de fuga absolutamente zero está instalado e uma ativação acidental do mecanismo de desconexão é evitada. No cenário descrito acima, a propagação do fogo também é evitada de forma eficaz. E, ao mesmo tempo, qualquer influência de um dispositivo de monitoramento de isolamento também é evitada. Portanto, se ocorrer um mau funcionamento do isolamento, sempre haverá dois varistores disponíveis na série. Desta forma, o requisito de que as falhas à terra sempre devem ser evitadas é atendido. Pára-raios SPD tipo 2 do LSP SLP40-PV1000 / 3, UCPV = 1000Vdc fornece uma solução prática bem testada e foi testada para conformidade com todos os padrões atuais (UTE C 61-740-51 e prEN 50539-11) (Figura 4). Desta forma, oferecemos o mais alto grau de segurança disponível para uso em circuitos CC.

Aplicações práticas

Como já foi dito, uma diferença é traçada entre as instalações de construção e de campo em soluções práticas. Se for instalada uma solução externa de proteção contra raios, o gerador fotovoltaico deve ser integrado preferencialmente neste sistema como um sistema de dispositivo de pára-raios isolado. IEC 62305-3 especifica que a distância de terminação de ar deve ser mantida. Se não puder ser mantida, os efeitos das correntes parciais de raios devem ser levados em consideração. Neste ponto, a norma para proteção contra raios IEC 62305-3 Suplementos 2 afirma na Seção 17.3: 'para reduzir sobretensões induzidas, cabos blindados devem ser usados ​​para as linhas principais do gerador'. Se a seção transversal for suficiente (min. 16 mm² Cu), a blindagem do cabo também pode ser usada para conduzir correntes de raios parciais. Suplemento (Figura 5) - Proteção contra raios para sistemas fotovoltaicos - emitido pela ABB (Comitê de Proteção contra Raios e Pesquisa de Raios da Associação (Alemã) de Tecnologias Elétricas, Eletrônicas e de Informação) afirma que as linhas principais dos geradores devem ser blindadas . Isso significa que os para-raios (SPD tipo 1) não são necessários, embora sejam necessários para-raios (SPD tipo 2) em ambos os lados. Conforme ilustra a Figura 5, uma linha de gerador principal blindada oferece uma solução prática e atinge o status LPZ 1 no processo. Desta forma, os pára-raios SPD tipo 2 são implantados em conformidade com as especificações dos padrões.

Soluções prontas para encaixar

Para garantir que a instalação no local seja a mais direta possível, o LSP oferece soluções prontas para proteger os lados CC e CA dos inversores. As caixas fotovoltaicas plug-and-play reduzem o tempo de instalação. O LSP também realizará montagens específicas do cliente conforme sua solicitação. Mais informações estão disponíveis em www.lsp-international.com

Observação:

Normas e diretrizes específicas do país devem ser observadas

[1] DIN VDE 0100 (VDE 0100) parte 712: 2006-06, Requisitos para instalações ou locais especiais. Sistemas de fornecimento de energia solar fotovoltaica (PV)

[2] DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3) 2006-10 Proteção contra raios, Parte 3: Proteção de instalações e pessoas, suplemento 2, a interpretação de acordo com a classe de proteção ou nível de risco III LPL, suplemento 5, raios e proteção contra sobretensão para sistemas de energia PV

[3] Diretiva VdS 2010: 2005-07 proteção contra raios e sobretensões orientada ao risco; Diretrizes para prevenção de perdas, VdS Schadenverhütung Verlag (editores)

[4] DIN EN 61643-11 (VDE 675-6-11): 2007-08 Dispositivos de proteção contra surtos de baixa tensão - Parte 11: dispositivos de proteção contra surtos de tensão para uso em sistemas de energia de baixa tensão - requisitos e testes

[5] IEC 62305-3 Proteção contra raios - Parte 3: Dano físico a estruturas e risco de vida

[6] IEC 62305-4 Proteção contra raios - Parte 4: Sistemas elétricos e eletrônicos dentro de estruturas

[7] prEN 50539-11 Dispositivos de proteção contra surtos de baixa tensão - Dispositivos de proteção contra surtos para aplicações específicas, incluindo CC - Parte 11: Requisitos e testes para SPDs em aplicações fotovoltaicas

[8] Padrão de produto francês para proteção contra sobretensão na área DC UTE C 61-740-51

Uso modular de nossos componentes de proteção contra sobretensão

Se já houver um sistema de proteção contra raios no edifício, ele deve estar no ponto mais alto de todo o sistema. Todos os módulos e cabos da instalação fotovoltaica devem ser instalados abaixo das terminações de ar. Distâncias de separação de pelo menos 0.5 ma 1 m devem ser mantidas (dependendo da análise de risco da IEC 62305-2).

A proteção externa contra raios Tipo I (lado CA) também requer a instalação de um para-raios Tipo I na alimentação elétrica do edifício. Se nenhum sistema de proteção contra raios estiver presente, os para-raios Tipo II (lado CA) são suficientes para uso.